強化實踐教學模式在土力學與地基基礎教學中的探索

劉少東　薛凱喜　鄭鑫等

摘要：作為土木工程專業的重要專業基礎課，土力學與地基基礎從學習方法到實際應用都與工程實踐有密不可分的聯系。目前，土力學與地基基礎教學實踐性不足的問題廣泛存在。文章分析了該課程教學實踐性不強的原因，提出強化實踐教學模式，從課程學時分配、增加實踐性內容、提高教師實踐能力、完善實踐環節課、改進實驗方法等方面著手，對該課程教學從工程實踐的角度予以強化。實踐表明，采用新教學模式效果顯著，是改善教學質量的有益探索。

關鍵詞：土力學與地基基礎；教學模式；強化實踐； 教學質量

中圖分類號：TU4；G642 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2909（2015）03-0078-05

土力學與地基基礎是土木工程專業的重要專業基礎課，在土木專業課程體系中具有非常重要的地位。該課程包括土力學和基礎工程兩大部分，在內容設置上，圍繞地基基礎的設計、施工等方面展開，理論性和實踐性強[1]。從學習方法的角度講，清華大學李廣信教授指出：“土力學是一門‘感性多于‘理性的力學學科。對于缺少實踐知識和經驗的本科學生，剛接觸它時對于其內容和學習方法很不適應，也難以建立正確的概念和學習方法”[2]。從學習應用的角度看，該課程最終應用于地基基礎設計、施工的工程實踐。由于實踐的特殊重要性，在土力學與地基基礎教學中必須發揮其從實踐中來、到實踐中去的學科特點，同時培養學生在理論知識、試驗操作和工程應用三方面的能力，才能有效提高該課程的教學質量。

一、土力學與地基基礎教學中存在的問題

目前，在土力學與地基基礎教學中普遍存在實踐性要求未得到重視的問題。學生在完成該課程學習后，分析、解決地基基礎工程實際問題的能力不足，在工程應用方面出現明顯短板。分析教學中實踐內容安排不足的原因，主要有以下幾點。

（一）教師教學思想陳舊，實踐能力較弱

中國高等教育注重培養學生形成系統、完整的知識體系，而處于課程體系前端的基礎理論知識的不足，極易導致學生專業知識的學習缺乏充足理論支

撐，因而，“厚基礎”也成為高校專業課程設置的重要原則。相應的，教學過程中偏重于基礎知識教學和理論的傳授，應用能力的培養被忽視[3]。此外，高校引進的教師多為剛畢業的博士、碩士，從教后由學生轉變為教師，始終處在較為封閉的校園環境中，參與工程實踐較少。這些因素導致了教師在教學工作中更傾向于關注課程中理論性較強的部分，實踐性內容難以在教學過程中得到充分體現。

（二）課時有限，學時分配不合理

土力學與地基基礎內容多、涉及面廣，但在實際教學安排中，課程學時往往非常有限，不足以完成所有的教學內容。為確保學生具備深厚的學科基礎，教師經常會在力學原理上安排較多篇幅，舍棄部分工程應用內容（如條形基礎、筏板基礎的設計與施工），形成理論強、實踐弱的教學結果。

（三）教材內容落后于行業發展

近年來，伴隨著建筑行業的快速發展，中國建筑設計思想、結構類型、計算軟件不斷涌現，建筑施工領域的新技術、新工藝、新方法、新材料的應用日益廣泛，建筑行業的規范、標準也在隨之不斷進行修訂完善，然而土木工程專業的課程教材卻未能及時跟進。土力學與地基基礎也存在許多教材內容落后于行業發展的現象，如：許多教材列舉的案例陳舊，近些年出現的廣受關注的地基基礎失敗案例未予關注；基礎施工中已經得到廣泛應用或國家明令推廣的施工方法未在教材中得以強調；部分教材雖然一版再版，但其援引的規范、標準仍為老舊版本，給學生帶來了極大的困擾。課程教材是學生獲取學科知識最為重要的來源，但體現行業最新發展動態的內容偏少。學生的知識體系和實踐能力難以滿足行業要求。學生走向工作崗位以后，往往需要經過進一步的培訓學習，才能滿足用人單位的要求。

（四）實踐環節課模式固定，達不到實踐目的

實踐環節課是工科專業為彌補部分實踐環節不足但應用性較強的課程而設置。對于土力學與地基基礎，各高校通行做法是通過開設地基基礎課程設計來提高學生的應用能力。教師按照教學大綱要求和實踐需要給出題目、計算要求和基礎資料，交由學生根據基本資料完成給定題目的設計計算。由于各高校給定設計題目大同小異，目前圖書市場已經出現了針對性的課程設計參考書，學生往往對這類參考書中具有指導性意義的設計思想和計算方法不求甚解，而僅僅套用其中固定的設計計算模式，按照書中的計算模板代入數據得出結果，實踐環節課最終淪為數字計算游戲，達不到強化理論、提高工程應用能力的目的。

（五）學生動手積極性不足，課程實驗形同虛設

土力學實驗是認識土的性質、驗證土力學理論的有效途徑，也是在工程建設中獲取地基設計參數的重要手段。在土力學教學中，土的概念、性質和土工原理也只有通過教學實驗才能為學生牢固掌握[4]。目前，土力學實驗的通行辦法是分組進行，各實驗小組根據需要分工協作，每人負責實驗操作的一個環節，共同完成整個實驗過程。這種方式難以使學生從宏觀角度思考實驗目的和實驗原理，僅專注于一個環節實驗操作，實驗達不到應有的目的。

二、強化實踐教學模式的具體措施

事實上，中國高校工科專業在實踐方面的不足已成為普遍存在的問題，這一問題能否有效解決關系到高等教育質量。《教育部關于全面提高高等教育質量的若干意見》（教高【2012】4號）指出“增加實踐教學比重，確保各類專業實踐教學必要的學分（學時）……加強實踐教學管理，提高實驗、實習實訓、實踐和畢業設計（論文）質量。”黑龍江八一農墾大學根據教育部文件精神，適時地提出了“重基礎、強實踐、多能力、高素質”的教育理念，將學生實踐能力的培養設定為主要的教育培養目標。在土力學與地基基礎課程教學中，必須充分重視實踐因素的影響，對教學中對實踐性內容進行充分強化，才能進一步提高該課程的教學質量，具體措施有如下幾方面。

（一）以實踐應用為導向，合理分配學時

學校土木工程專業主要培養房建行業的設計和施工人才。結合該培養目標，對教材中的力學原理內容進行梳理和分析，并區別對待：對基礎設計和施工有重要支撐作用的理論知識予以保留；在實際工程應用少或聯系不緊密的理論知識予以刪減或壓縮學時。在對予以保留的理論知識教學過程中，重點強調理論的應用條件和應用方法，減少理論的推導和分析過程。對基礎設計和施工等工程應用內容，增加授課學時。通過這種方式增加工程實踐應用內容的教學，達到強化課程實踐性的目的。

學校采用的教材為武漢大學出版社出版的《土力學與地基基礎》，由于學時（56學時）所限，目前完成的教學內容僅為前八章的內容。通過對課程內容按照培養目標和實踐導向要求進行重新分配，重置結果如表1所示。

表1中的變動，被壓縮的教學內容主要為在房屋建筑行業應用較少的理論，如滲流流網、滲透力理論公式推導等；而增加學時的內容主要為在學生畢業后應用較多的知識，如條形基礎、筏形基礎的設計與施工等內容。需要說明的是，部分章節課時的減少并非真正減少，而屬于課時“轉移”。換而言之，將本屬于理論公式應用練習的學時轉移到基礎設計中的對應內容中，如將沉降計算、地基承載力計算等理論課內練習的學時減少，而增加基礎設計中沉降計算、承載力計算的學時，相關理論的應用轉入到基礎設計的具體環節中，使理論應用的綜合性和實踐性更強。

（二）加強教師實踐能力培養，增加理論教學中的實踐內容

充分重視教師工程實踐能力的培養，積極鼓勵引導教師到“工程一線”參與工程實踐。一方面，提高教師的工程實踐能力，增加工程經驗；另一方面，在實踐過程中教師能收集到大量可用于課堂教學的實際工程圖片或視頻。在授課過程中，靈活加入工程現象、結構構造及施工方法等方面的圖片或視頻，強化學生對理論的認識，引起學生的學習興趣。此外，中國建筑工程領域施行的執業資格考試制度已經成為行業入門乃至職業晉升的重要條件。這類考試的考試內容往往能夠緊跟土木行業最新要求和發展趨勢。在教學內容安排上，參考這類考試的考試大綱和復習要求，既能緊跟土木工程行業發展步伐，又為學生以后參加類似考試奠定基礎。

（三）改進實驗組織方法，調動學生動手積極性

一方面改進實驗評分手段，增加實驗操作的分值比例；另一方面改變過去實驗小組分工方法，由每人負責一個實驗環節改為每人負責主導完成一組完整數據量測，要求學生在實驗報告中分別形成個人數據實驗結論和小組平均數據實驗結論，并在實驗報告中分析小組結論和個人結論的差異的幅度和原因。通過這種方式引導學生積極參與實驗操作，并獨立完成整個實驗的各個環節，使學生對實驗目的和實驗原理認識更加清晰，充分實現實驗教學的目的。

學校土力學與地基基礎課程共開設4項實驗（共計8學時），分別為粘土液、塑限聯合測定實驗、土的壓縮性實驗及砂土與粘土的直接剪切實驗。實驗分組（4人一組）進行，每小組一臺實驗儀器。學生在自由分工的情況下，取土樣、儀器操作、數據記錄等工作分別由不同的組員完成，每個實驗重復3次取平均值，最終形成本小組的實驗結論和實驗報告。這種情況下，每名學生僅專注于自己的工作（重復同一工作3次），而對其他實驗操作過程僅限于觀察，并不能達到全部操作都親自動手完成的實驗目的，最終學生對該項實驗的宏觀認識差強人意。此外，由于每個小組的學生完成的工作不同，難以對其實驗操作合理評分，實驗成績常常取決于小組整體實驗情況及個人實驗報告完成情況，學生對實驗操作的積極性大打折扣。通過改進實驗組織手段，要求每名學生“主導”一次實驗操作，學生對該次實驗數據負責，并且每次實驗都對實驗分工進行重置。這樣，一方面，增強了學生的責任意識，使學生在主導實驗過程中對實驗產生整體認識；另一方面，學生在實驗過程中，從事的實驗操作不重復，客觀上完成了實驗的每一個操作環節。最終的評分規則也做出相應調整，實驗報告完成情況與實驗操作各占50%分值比例，引導學生重視實驗操作。這樣，實驗次數由原來的3次變為4次，實驗時間增加很少，但學生的參與程度卻提高較多，實驗學時幾乎不變的情況下，能更好地達到實驗目的。

（四）完善實踐環節課的設置模式，提高學生工程應用能力

針對目前學生在課程設計完成過程中存在的不足，在課程設計題目的設置上，一方面設計任務書與實踐緊密結合，任務書里的基礎信息和數據源于實際工程或貼近實際工程；另一方面針對每級學生安排不同基礎類型的設計任務書，各級學生在不同基礎類型里進行輪換。此外，課程設計的考核采用答辯制考核：學生利用多媒體手段，從課程設計的整體程序、計算原理方法、規范要求及數據計算等方面著手，向由指導教師和任課教師組成的考核小組闡述其設計思路和計算過程，最終由考核小組根據其答辯表現及計算成果綜合給出考核成績。引導學生根據課程設計中的實際問題，提出并闡述解決方案，最終完成課程設計，除了分析解決問題能力以外，學生的語言表達能力也得到了鍛煉。

（五）與施工生產實習相結合，靈活設置課程實習

到工程建設工地現場參與施工操作是提高學生實踐能力的手段之一。土力學與地基基礎一般不安排獨立的實習課程。可在施工實習任務中增加地基基礎部分的專門實習要求，改變學生在施工實習中對地基基礎內容走馬觀花、一帶而過的現狀。學校土木專業培養方案中，土木工程施工和土力學與地基基礎兩門課程均在第六學期開課，這為在施工實習中加入地基基礎實習要求提供了便利。這種方式能強化學生地基基礎知識的應用能力，也能保證更好更全面的施工實習效果。需要指出，學校土力學與地基基礎課時偏少的原因之一是學生要提前離校參加施工實習，在施工實習中加入地基基礎實習內容，客觀上相當于把理論學習轉換為地基基礎實踐。

三、強化實踐教學模式的應用效果

作者從2012年開始在學校

土木工程專業探索并實踐強化實踐教學模式，并獲得了校級教研項目立項資助。具體的技術路線為：“方案規劃—班級試點—修改方案、擴大試點—全面推行”，具體方案如圖1所示。

強化實踐教學模式是指在土力學與地基基礎教學各環節中強化工程應用訓練和動手要求。在該課程最終成績中，理論課與實驗課占比并不發生改變。

通過改進教學模式實踐，該課程的教學質量有了明顯提高。圖2所示為09級和10級試點班與普通班的平均成績對比，由圖可見兩個年級的試點班成績均高于普通班級成績：2009級試點班平均成績較普通班平均成績高2.1分，2010級試點班平均成績較普通班平均成績高3.5分。

從3個年級不同分數段人數占比情況來看（如圖3所示），高分區間（90～100分）學生人數比例并未明顯變化，而低于60分的不及格區間人數占比顯著下降，而中間區間（含60～70分區間、70～80分區間及80～90分區間），學生人數占比整體呈增加趨勢。實踐強化教學模式對成績較差學生效果更明顯。這說明：一方面，新教學模式能夠穩定學習能力強的高分學生，明顯提高學習能力較弱的中低分學生學習成績；另一方面，新教學模式在教學實踐中日臻成熟，教學效果也在穩步向好。這一現象對于旨在提高課程整體教學質量的新教學模式而言，意義重大。

此外，調查顯示，施行強化實踐教學模式后極大地調動了學生的學習積極性。學生在課程學習過程中，查閱規范等相關資料的主動性明顯提高，學生間的交流和討論也明顯增加。然而，強化實踐教學模式對于能否增強學生實踐能力還缺乏量化評價指標，只能通過對學生學習狀態、上課表現及實踐環節考核表現等方面做出定性的判斷。

四、 結語

目前，中國經濟由高速發展步入穩定發展階段，房地產行業的投資過熱現象已經開始逐步降溫，工程建設規模和數量必將隨之逐漸趨于穩定。這一新的發展趨勢意味著建筑行業能夠吸納的人才數量也將減少，前些年出現的建筑業人才供不應求的局面難以為繼。目前，用人單位在引進人才的過程中，已經開始注重人才質量，除理論知識外，對學生的實踐經驗和實踐能力等方面也提出了更多更高的要求。作為行業人才培養基地的高校，必須重視行業就業環境的變化，以市場需求為導向，在教學內容、教學方法等方面上不斷改進，加強學生的實踐訓練，彌補學生實踐能力不足的短板，增加學生的就業競爭力，才能真正實現以學生為本的要求，更好地為行業發展服務。參考文獻：

[1] 王麗艷，姜朋明.“土力學與地基基礎”課程的教學改革探討[J].中國電力教育，2011， （4）：86-87.

[2] 李廣信.關于土力學教材討論的一些體會（二）——土力學中的正負號[J].巖土工程界，2008，11（11）：21-22.

[3] 王偉， 李娜，白文輝等.校企聯合培養土木工程專業應用型人才模式研究[J].安徽工業大學學報（ 社會科學版），2010，27（3）：126-127.

[4] 李廣信.土力學的學科特點和學習方法[C].第一屆全國土力學教學研討會（論文集）.北京：人民交通出版社，2006：27-32.

（編輯 歐陽雪梅）