基于工程問題的土力學與基礎工程課程建設探索

張艷美++楊文東++奕雅琳

摘要：針對高校土力學與基礎工程課程現狀，文章提出了“3333”課程教學設計，并基于工程問題進行教學內容重組，打破原來的知識體系，建立了6大模塊20個問題的教學內容體系。此外，探索應用問題式、案例式、情境式和個性化等多種方式相結合的教學方法和多元化的教學手段，以提高學生的學習興趣和主動性。最后還提出了進一步完善土力學與基礎工程課程建設的幾點建議。

關鍵詞：工程問題；土力學；基礎工程；課程建設

中圖分類號：G6420；TU43文獻標志碼：A文章編號：

10052909（2016）04007404

土力學與基礎工程課程內容是建筑、道路、橋梁、隧道、水利、地下、海工等各類工程設計、施工、研發、工程事故分析等的重要理論基礎，是土木工程專業的必修課程，也是一門理論性、實踐性和綜合性很強的專業核心課程[1]。該課程與混凝土結構、鋼結構、建筑抗震等課程緊密相連，是結構設計和抗震設計不可或缺的重要組成部分，也是土木工程專業執業資格考試的必考科目。筆者所在的中國石油大學 （華東）不僅土木工程專業而且儲運工程、工程力學、海洋工程等專業也設置了該課程。為了保證教學質量，實現《教育部關于全面提高高等教育質量的若干意見》提出的創新思維和社會實踐、全面發展和個性發展緊密結合的人才培養要求，需要在土力學與基礎工程課程教學過程中不斷改革創新，進一步加強和完善課程建設。

一、“3333”課程教學設計

在土力學與基礎工程課程教學過程中，筆者提出了 “三大工程問題、三方工程應用、三個教學結合、三種能力培養” 的“3333”課程教學設計（圖1），即以巖土工程面臨的變形、強度（含穩定）和滲流三大工程問題為主線，完成專業基礎知識的理論教學；以地基設計、基礎設計和地基處理三方面的工程應用為導向，完成專業知識的理論教學；以理論教學與實踐教學、授課內容與執業考試、課程學習與科研課題三個結合為途徑，實現“產、學、研”一體化，最終達到提升學生創新能力、實踐能力和職業能力的人才培養目標。

二、教學內容的重組

基于人才能力培養目標，通過課程組教師的多次討論和分析，將土力學與基礎工程課程教學內容進行重組，打破了原來的知識體系[2]，建立了6大模塊20個問題的教學內容體系。

（一）工程地質勘察模塊

這個模塊主要解決兩個問題：一是工程地質勘察報告的識讀；二是對土的物理性質及工程分類的學習。結合勘察報告的三圖一表，重點講解土的組成、物理性質指標、物理狀態指標、壓實性、工程分類，以及完成相應的土工試驗等內容。

（二）滲流問題模塊

滲流是巖土工程面臨的主要問題之一。這個模塊主要解決兩個問題：一是土的滲透性，重點介紹達西定律及滲透系數的測定等；二是結合流土和管涌現象，詳細講解滲透力、流土和管涌問題的判斷及控制措施等，對于二惟滲流和流網問題僅作簡要介紹或不作介紹。

（三）變形問題模塊

變形和強度是建（構）筑地基必須同時滿足的兩個技術條件。這個模塊主要解決三個問題：一是土中應力的計算，它是分析變形和強度問題的基礎。除了應力的計算，還應介紹應力特別是附加應力的分布規律，以有利于對工程事故的判斷。有效應力原理作為土力學的立足點之一，也是這部分重點講解的內容。二是最終沉降量的計算，重點介紹土的五個壓縮性指標及其測定方法，對最終沉降量計算方法主要介紹分層總和規范修正法，以及現行《建筑地基基礎設計規范》對地基變形允許值的要求，其他計算方法作簡要介紹。三是沉降與時間的關系問題，太沙基一維固結理論是土力學的另一個立足點，由于其理論性較強，以講清楚基本原理為主。這部分重點介紹瞬時和逐步加荷下地基固結度的計算。

（四）強度（含穩定）問題模塊

土壓力、地基承載力和土坡穩定是與土的抗剪強度直接相關的三個工程方面。這個模塊主要解決四個問題：一是土的抗剪強度理論，在重點闡述庫倫公式和極限平衡條件的基礎上，詳細介紹和完成直剪試驗、三軸壓縮試驗等抗剪強度指標測定試驗，并分析相應的試驗結果等內容，對于應力路徑、孔壓系數僅作簡單介紹；二是土壓力計算，重點介紹土壓力的影響因素和分類以及朗肯土壓力的計算等內容，庫倫土壓力以講清楚基本原理為主，同時結合相關規范和工程實例講解重力式擋土墻的設計；三是地基承載力，除了介紹淺基礎的破壞特征、臨界荷載等重要概念外，結合現行《建筑地基基礎設計規范》重點講述地基承載力特征值的確定方法；四是土坡穩定分析，這部分不作重點要求，僅簡要介紹黏性土土坡和無黏性土土坡的穩定分析方法。

（五）地基處理方案設計模塊

這部分結合實際工程案例和現行《建筑地基處理技術規范》，講述換填墊層、預壓、強夯和復合地基四類工程中常用的地基處理方法。重點講述各類方法的加固機理和適用范圍，并結合具體工程地基處理方案，講述相應的設計計算。

（六）基礎設計模塊

這個模塊主要解決四個問題：一是地基計算，主要講述基礎埋深的確定和地基承載力驗算；二是淺基礎設計，結合現行相關技術規范和實際工程施工圖，重點介紹獨立基礎、連續基礎、聯合基礎和儲罐基礎的設計及施工圖識讀；三是深基礎設計，結合現行相關技術規范和實際工程施工圖，重點介紹樁基礎，簡要介紹沉井基礎的設計和施工圖識讀。

在20個問題中，根據內容和需要又劃分若干個知識單元，并突出學校石油行業特色。教師可根據不同專業的課時設置、研究方向等選擇相應的模塊和問題進行講解。

三、教學方法的改革

結合課程特點，改變傳統課堂教學完全由教師講課的方式，采用“精講、自學與討論”相結合，問題式、情境式和案例式等多樣化的教學方法，增加師生之間、學生之間的互動，注重學生能力的培養，激發學生的學習興趣，引導學生自主學習、主動探究。同時，考慮學生的個體差異，因人施教，實現個性化教學。

（一）問題式教學

結合工程案例，把每章的重要知識點以問題的形式提出，作為閱讀或研讀任務提前發給學生，讓學生帶著任務進行課前預習、課堂討論和課后復習，以解決問題為驅動力，明確課堂教學目標。如講解自重應力計算時，可設置問題：地下水位上下發生變化時，可能會引發什么樣的工程問題？目前國內區域性沉降情況如何？國家層面有何政策或措施？等。通過問題式教學，鼓勵學生自主查資料，增強學生的學習主動性。

（二）案例式教學

以工程質量問題或工程事故為案例，剖析事故產生的原因，分析有關的基本理論，探討解決問題的辦法，提出解決問題的新思路。通過有針對性的工程案例剖析，培養學生的學習興趣和運用知識解決一般土工問題的能力。如在講述預壓法時，可結合某儲罐滲漏案例，分析滲漏原因是由于地基變形過大導致管道斷裂引起的，討論學過的哪些知識點與減小地基沉降量有關，并逐步引導學生將回彈再壓縮理論用于解決地基沉降過大問題，最后得出工程中常用的堆載預壓法等。

在講解基礎設計時，可以結合實際工程資料，講解基礎設計的流程、計算方法、相關技術規范要求、施工圖繪制和識讀等，以培養學生的工程素養和專業能力。

（三）情景式教學

通過帶領學生去實驗室做實驗、到施工現場參觀或播放工程錄像等方式，為學生創設具體的、動態的和直觀的情境，幫助學生理解授課內容和技術規范，拓展學生的工程視野。如規范要求三角形承臺鋼筋應按三向板帶均勻布置，很多學生對此卻不明白，但只要把學生帶到施工現場參觀講解，學生就會清楚明白

了（圖2）。

（四）個性化教學

考慮到學生能力的個體差異，通過課后作業分類（分為必交、不必交和練習作業三類）、實驗教學分類（分為必做、觀摩和研究實驗三類）、組建大學生創新團隊等形式，實現因材施教和個性化教學[3]。

（五） 開放性教學

遵循以學生為主體、以教師為主導的教育理念，在課堂教學中引入“翻轉課堂”教學模式，并結合本科生教學的特點，實行教師精講與學生討論相結合、學生提問與教師解惑相結合、教師引導與學生分析相結合的課程教學，增加師生之間、學生之間的互動交流，實現開放性教學。

四、教學手段的改革

改革教學手段也是課程建設的重要組成部分。在該課程教學過程中采用多元化的教學手段。

（一）采用多種現代教育技術手段

制作了相對完善的多媒體課件，使教學內容直觀性強，便于學生掌握和理解。建立課程網站，實現了教學資源電子化，通過前沿專題、職能訓練、互動交流等欄目，加強師生之間的互動，為學生提供更為豐富的學習資源和全新的學習條件（圖3）。

（二）充分利用校內實驗室

由于該課程的基本理論、公式等主要來源于實踐和試驗，因此，結合課堂教學內容，充分利用學校完備的土力學實驗條件，通過讓學生親自做實驗和分析實驗結果，加深學生對相關理論和工程問題的理解，并通過鼓勵學生自主設計實驗、嘗試改進實驗儀器等，培養學生的創新意識和實踐能力。

（三）充分利用校內外實習基地

結合課堂教學內容，組織學生到多個實習基地現場觀摩，實現理論教學與實踐教學的結合，有效提高教學質量。

五、結語

課程建設是項復雜的系統工程，包括教學內容、教材建設、教學方法、考核方式、教學手段、教學資源等多個方面。要使學生在有限的學時內掌握課程的精髓，提高其學習興趣，實現三種能力培養的目標，還需要進一步完善課程建設。建議今后進一步加強和改進如下工作：一是基于能力和過程原則的考核方式改革；二是以學生為課堂主體的研究性教學方式改革；三是虛擬實驗室建設與系統研發；四是基于MOOC視野的課程建設等。參考文獻：

[1] 徐巖，趙儉斌.培養創新型人才的土力學教學方法探討[J].高等建筑教育，2011，20（5）：51-54.

[2] 陳劍波，陳揚. 項目教學法在土力學與地基基礎課程中的實踐與探討[J].新課程研究，2010（183）：68-70.

[3] 張艷美，楊文東.大土木背景下土力學與基礎工程課程個性化教學模式的探索與實踐[J].高等建筑教育，2014，23（6）：63-65.