基于CDIO理念的土力學教學改革與實踐

賈彩虹 曹 云

(南京工程學院 建筑工程學院，江蘇 南京211100)

1 關于“土力學”課程教學體系改革的思考

CDIO(Conceive-Design-Implement-Operate)工程教育模式以完整的項目研發(fā)為載體，系統(tǒng)地培養(yǎng)學生專業(yè)技術知識、創(chuàng)新思考能力、職業(yè)能力和態(tài)度、團隊協(xié)作和溝通能力，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學習工程[1]。土力學屬于土木工程課程體系中的專業(yè)基礎必修課，最突出特點就是實踐性強，包含了理論、實驗和工程應用三部分。只有將課堂、實驗室、工程組成一個相互促進、相互引導的教學循環(huán)體系，才能實現(xiàn)理論指導實踐、實踐提升理論的良性循環(huán)。

目前土力學課程教學主要是通過理論學習來培養(yǎng)學生分析和計算方面的能力，雖然也開設了8學時的實驗課程，但總體上缺乏對工程應用能力的培養(yǎng)。現(xiàn)存的主要問題有：

（1）學時少與內容多的矛盾。在培養(yǎng)計劃總學時不變的情況下，基礎課的學時有所增加，專業(yè)課的學時越來越少。然而，隨著科學技術的發(fā)展，各種新理論、新技術、新方法的不斷涌現(xiàn)，讓學生了解學科前沿動態(tài)，擴大視野，是本科教育的重要任務。這就形成了教學學時的越來越少與教學內容越來越多的矛盾。

（2）教學方法單一，學生學習興趣不濃。傳統(tǒng)的“一言堂”、“填鴨式”的教學方式，陳舊落后的教學手段，繁多的教學內容，高難度的計算，再加上多媒體教學力度不夠，使學生學習的積極性、主動性難以提高，教學效果大打折扣。

（3）教學內容與實踐結合少。教學內容未能及時把學科最新發(fā)展成果和教改教研成果引入教學；工程案例較少。

（4）實踐性教學環(huán)節(jié)薄弱。土力學是理論性和實踐性都很強的自然科學，大部分土力學的理論是建立在實驗基礎上的；另外，大多數(shù)已開設的實驗是對已有結論的驗證性實驗，缺乏啟發(fā)型、綜合型、設計型、探索型實驗。這種重理論、輕實踐的教學方式不適應土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標的要求。

（5）學生讀死書，死讀書。學生的學習缺乏主動性，研究性學習、探究性學習、協(xié)作學習等現(xiàn)代教育理念在教學中的應用較少。

隨著工程技術的發(fā)展，各種新理論、新技術、新方法的不斷涌現(xiàn)，土力學應用的領域日益拓展，知識處于爆炸時代，讓學生了解學科前沿動態(tài)，擴大視野，是本科教育的重要任務。合理地安排教學內容，采用有效的教學方法顯得尤為重要。

2 改革教學內容

2.1 講課內容少而精

教師主要通過課堂講授、習題、實驗等教學方式重點講透基本概念、推導假設和基本原理等，如土的物理性、應力、強度、壓縮性和滲透性等重點，應講清楚它們的物理意義、用途、基本假設、應用中的注意事項等。不僅要掌握分析方法，更要掌握各種分析方法的適用條件，不需要糾纏于推導。

課堂教學過程中按照實際巖土工程和力學分析過程來進行。并按照自然邏輯將巖土力學問題和理論分解成許多細小知識和認識單元和步驟[2]。首先提出工程問題，再根據(jù)問題來建立力學理論模型、假設和相應參數(shù)，之后建立力學分析和計算模型，再回到原來實際工程問題用這些理論和計算結果來解釋、分析和預測這些工程的關鍵問題。在提出—分析—解決問題的過程中，學生不僅可學習知識而且還可掌握分析問題的方法和獲得相應的工程經(jīng)驗，并可在腦海中建立起整個知識的框架和分析問題的流程。

2.2 教學內容實際化

土力學講共性，講原理，把國內有些專業(yè)技術標準中比較典型的方法作為應用的一種例子來講，讓學生了解國內的技術發(fā)展情況和存在的問題，引導學生結合不同的工程正確地應用工程經(jīng)驗，理解專業(yè)技術標準（規(guī)范）之間差異的原因[3]。可結合實際情況，介紹當前人們非常關注的，屬于熱點和重大項目的工程案例，如深基坑開挖，地鐵、高速公路路基的設計與施工，介紹其中遇到的一些重大而復雜的土力學問題以及解決這些問題的思路和方法，也可介紹近幾年發(fā)生的重大工程事故及其中所涉及的一些土力學問題，工程事故能使學生感到十分震撼，有利于激起學生的社會責任感，對學好本課程乃至本專業(yè)都會起到很好的作用。

在教學中融合注冊巖土工程師、注冊結構工程師等考證的內容，使學生更加明確專業(yè)學習的重點和方向，提高學習積極性；以基本理論為基礎，結合實際工程問題，學習結構設計方法，理解國家規(guī)范、規(guī)程，培養(yǎng)分析問題的能力。

2.3 教學內容新穎化

在教學內容中應及時反映本專業(yè)的最新技術和成果，介紹當前學術前沿發(fā)展動態(tài)：授課過程中教師將本學科相關的學術發(fā)展動態(tài)告訴學生，并提出當前存在的問題，提出自己的思路或可供選擇的方案，由學生按自己的思路進行細化設計，這樣既提高了學生學習的興趣，同時也培養(yǎng)了他們獨立思考的能力以及創(chuàng)新精神。同時在整個教學過程中，通過安排專家講座、專題講座或閱讀相應最新前沿專業(yè)書籍等方式，加強學生對專業(yè)專業(yè)領域中比較成熟的新技術、新材料、新工藝最新發(fā)展的了解，使學生開闊視野，拓寬知識面，激發(fā)學生的創(chuàng)造性。

2.4 教學內容綜合化

要在傳授知識的基礎上注重全面素質與綜合能力的培養(yǎng)，加強學生獲取知識、分析問題、解決問題的能力，以及加強綜合性工程設計的教學和訓練。另外應體現(xiàn)學科交叉和融合，加強包括人文、社會、管理科學在內的基本職業(yè)道德素質的培養(yǎng)。

3 改革教學方法

由于土體自身的特性，學習土力學形象思維比邏輯思維更重要。要根據(jù)土力學的學科特點，不斷改進土力學的教學方法和研究方法，才能不斷提高教學水平，正確把握土力學的學科發(fā)展態(tài)勢。

3.1 開展研究型教學

增加大量的自學知識、討論課程，學生就某一個主題搜集資料、發(fā)言討論，同學和老師進行點評。這些討論題有些是關鍵知識點，有些是綜合性的知識，能達到擴展學生的知識面、調動學生的積極性、培養(yǎng)學生獨立思考問題和激發(fā)學生的創(chuàng)作激情的目的。廣泛開展課堂內外的討論，強化理解基本概念，在課堂上進行有關土力學熱點問題的討論。例如關于土壓力水土合算與分算的討論、關于地下室浮力計算的討論、關于滲透力的討論等，加深學生對基本概念的理解，培養(yǎng)獨立思考和對實際工程問題的分析能力，拓寬同學們的思路。

3.2 工程講座和案例分析

大量收集工程圖片資料，選配恰當?shù)膶嵗⑺憷蛴骼x擇事故或失敗工程實例進行分析。如對照擋墻或基坑工程實例闡述滲流現(xiàn)象與滲流理論、土壓力和整體穩(wěn)定；對照建筑物傾斜、開裂，闡述土體壓縮與固結理論，分析有效應力原理；對照壩坡失穩(wěn)、建筑物倒塌闡述土的抗剪強度理論、參數(shù)測定與應用，地基承載力等。通過工程講座和案例分析，有助于激發(fā)學生的學習興趣，調動學生的學習積極性并提高教學效率，加強土工問題分析和判斷能力的訓練，進一步提高學生識別、分析和解決某一具體問題的能力。

3.3 開設第二課堂

通過開展學術與工程報告講座，邀請工程勘察與設計單位的高級工程師、研究院所研究員、高校教授及在校教師，開展學術與工程報告講座，成為學生加深原理與概念理解、獲取新知識點、增強學術交流、了解我國重大巖土工程建設中存在問題及解決方法、了解學科前沿的窗口。要求學生閱讀一定量的文獻資料，并開展定期的讀書交流活動，促進學生自主思考提出問題、解答問題，培養(yǎng)自主學習能力并互相學習、取長補短，激發(fā)學生潛能。

3.4 改進課外作業(yè)模式

目前的課外作業(yè)以復習、鞏固書本知識為主，有些學生僅限于完成書上的習題及思考題，很難達到舉一反三的效果。因此，將課外作業(yè)分為基本型（以復習書本知識為主）、綜合設計型、工程實踐型、創(chuàng)新研究型四類，并可由學生項目小組來集體討論解題，成績評定原則是以知識運用的“合理性”為主，即學生應能拿出理由說明其設計的合理性，并有適當?shù)姆治雠c思辨，以學生的實際表現(xiàn)和工作成果為依據(jù)，其中項目執(zhí)行成果（研發(fā)報告及其展示）占40%，研發(fā)過程占60%（包括文獻閱讀、動手能力、團隊合作能力、解決問題能力、設計與工藝的合理性及創(chuàng)新性）。

4 結束語

以先進的CDIO工程教育理念為指導，對土力學課程進行了一整套的教學改革，使學生能深刻地理解和掌握土力學基本原理，取得了良好的教學效果，達了現(xiàn)代工程教育改革的目標。今后我們還需要不斷努力，逐步完善土力學課程教學改革的每一個環(huán)節(jié)，培養(yǎng)適合社會發(fā)展需要，具有實踐創(chuàng)新能力的工程建設人才。

［1］CDIO教育改革工作辦公室.CDIO簡介[EB/OL].汕頭:汕頭大學工學院[2009-10-15].http://www.chinacdio.cn/index.asp.

［2］岳中琦.巖土力學英文授課自然圖像思維法[C]//第一屆全國土力學教學研討會論文集.人民交通出版社,2006:38-41.

［3］高大釗.土力學教學與土木工程通才教育[C]//第一屆全國土力學教學研討會論文集.人民交通出版社,2006:16-21.