《土力學與基礎工程》課程教學思考與探索

萬旭升+胡啟軍+王作文

摘要：土力學與基礎工程主要內容為土的應力應變、強度理論與基礎工程，通過土的力學性質與工程實踐去分析解決實際工程問題。針對該課程中存在的問題，提出本課程的改革思路。基于實際工程背景，從理論教學與實踐教學兩方面內容入手，整合理論教學內容，加強實踐以提高自主思考、創新能力。最后從教學手段出發，通過網絡技術的多樣化應用及科研為教學服務的理念，將抽象概念及科研成果靈活運用到教學中，引發學生積極思考，提升教學效果。

關鍵詞：土力學與基礎工程；考核機制；巖土結構設計；改革創新

中圖分類號：G42 文獻標識碼：A

《土力學與基礎工程》包括土力學與基礎工程，是土木工程專業的一門主干課程。其涉及工程地質、流體力學、材料力學、彈塑性力學和工程施工等學科領域，內容廣泛，綜合性、理論性和實踐性很強。高等學校開設此課程的目的是為土木工程專業的學生構筑工程基礎理論框架，以提高分析與解決實際工程問題的能力。而本課程教學效果的優劣直接影響大學生理論素養與實踐能力。因此，分析研究《土力學與基礎工程》課程中存在的問題，探究課程的改革與建設的具體方法是專業基礎課程建設的關鍵所在。本論文針對該課程在教學中出現的問題，結合專業特點，以分析解決實際工程問題為導向，改革教學內容，注重實踐教學過程，提出創新性教學改革思路。

一、《土力學與基礎工程》課程教學中存在的主要問題

（一）現有教學效果讓學生對土的基本性質理解不夠深入

土作為該課程的主要研究對象，其自身特性決定了力學性能的好壞而影響基礎工程的穩定性與耐久性。由于學生缺乏對土基本構成的空間結構及時間演變的理解，教學過程中又以課本教條式講解為主，土的宏觀微觀結構很難做到形象化、具體化。且土中水的存在狀態僅從理論抽象層次講解很難剖析清楚而讓學生深刻理解，故學生在學習土中水分物理化學性質中存在很大疑惑。

除了教師板書授課外，網絡教學手段也大范圍應用到該課程的教學中，但是現有網絡手段單一，大多由簡要文字和靜態圖片組成，缺乏動態感。師生缺乏互動交流意識，學生感覺課堂教學枯燥，導致學習中缺乏積極性，從而課堂教學質量得不到保證。

（二）重視理論基礎學習而輕視實踐課教學環節

本課程是一門以實踐應用學科，理論教學學時一般為64學時，而試驗課學時只有8-12學時。教學過程主要以教師講解為主，學生動手做試驗時間非常有限，造成實踐環節與理論學習脫節，進而造成教學效果差。

土力學中土的基本物理試驗與力學試驗較多，而且室內試驗的首要條件是試樣制做。土樣的制作是一個相對漫長的過程，包括烘干、碾碎、過篩、攪拌、密封、壓樣等環節，而少學時的實踐環節很難讓學生系統學習制樣過程。僅從教師講解或課本學習去了解制樣過程是完全掌握不了制樣技能的，這也從一個側面反應了該課程實踐教學環節的尷尬情況。從本人所帶該課程實踐考核與理論考核兩方面的成績對比分析可以發現，理論環節的學習成績明顯好于實踐環節。在實踐考核中高于80分的人數遠小于理論考核的人數（圖1）。所以現有實踐環節所占比例小反應出了學生動手能力差，試驗分析報告質量低的問題。

（三）教學內容更新慢，缺乏針對性，不能適應專業人才的培養要求

近些年，我國在工程地質勘察，室內試驗以及現場土工試驗、地基處理、新設備、新材料及工藝的研究和應用取得了重大進展。而教學課程內容的更新與學科的發展速度相比存在滯后性，現有課本的教學內容很難讓學生了解到基礎工程領域的新理論、新技術。還有大多教材編寫注重理論，缺乏基礎理論與工程實踐的具體結合。諸如課本中工程實例大多都是幾十年以前的工程基礎事故或地基處理技術，故現有先進的處理方法或技術很難以具體工程呈現出來。

（四）學生成績考核機制存在不合理性

學生最終成績一般由期末成績、平時成績、實踐成績三項組成。對于期末考試中存在的問題是試題過于死板，沒有一定比例的主觀思考題。除了理論計算外，其余的都是客觀簡單題，答案就是課本中陳列的。這樣不會激發學生思考問題的能力，過于教條。平時成績由考勤和平時作業組成，而沒有體現學生自主學習能力的考察的作業。

二、教學內容的整合

（一）理論教學內容

理論學習是該門課程的基礎，但是內容眾多讓不同土木工程專業的學習缺乏針對性，故對知識結構體系部分應該整合為主要增加前沿性理論成果，針對具體專業方向有不同側重點，減除陳舊、現代工程問題中很難出現的內容。故對現有內容進行調整，土的基本性質與工程分類該章不變。將土滲透、壓密、固結、有效應力原理與抗剪強度整合為土的基本力學性質，將土的應力、土壓力、變形計算內容統歸納為土的彈性本構，因為土應力與土壓力均為應力問題，對于本科生教學，應力應變歸屬土的彈性本構范疇。將地基沉降、承載力與邊坡穩定性分析合并為地基與邊坡穩定性分析一章，淺基礎設計作為一章，將樁基礎與沉井基礎合并為深基礎一章，基坑工程與支護工程作為一章、區域性地基與地基處理合并為特殊土及地基處理一章。這樣將原有內容從12章整合為9章。刪減整合會使該課程的教學內容進一步系統化，讓學生更加易于理解和掌握。

（二）實踐教學內容

目前實踐教學內容主要體現在以室內試驗為主，通過學生做實驗的方式掌握土的相關力學性質。應在試驗教學環節中加入工程背景介紹與討論部分，讓學生更加清楚試驗內容可以分析哪些實際工程問題。討論環節應著重分析力學參數變化的影響因素，以及通過室內試驗如何更好的反應土的天然性質。

除了試驗部分，教師可提供某個問題較為具體的研究內容，讓學生參與討論，培養其解決問題的能力，并鼓勵學生通過自主試驗的方式拓闊思維，提高實踐能力。

三、教學手段的創新

（一）網絡教學的靈活應用

隨著我國土力學與基礎工程的發展，課堂教學內容不斷增加，非常有必要借助多媒體和網絡改革傳統的教學方法。網絡的形象性、趣味性、直觀性和廣泛性等特點能夠讓學生更全面的了解土的相關特性。就工程應用來說，大量工程案例用圖片或動畫形式呈現在課堂上會讓學生影響深刻，并能展現工程修筑或破壞的動態過程。

還有，對于土的滲透特性，口頭講解水分的流動狀態很難讓學生建立空間模型，但用flash制作動畫，通過動畫演示，水分在孔隙中怎么流動會非常形象地呈現在學生面前。乃至滲透破壞、土的固結等過程網絡都能夠幫助學生在感覺與思維之間建立其橋梁來實現他們從直接感覺到抽象思維的過度，不僅讓教學內容呈現豐富多彩，還讓學生興趣倍增，教學效果大大提高。

（二）利用科研成果提高教學質量

作為高校教師，不僅要做好教學工作，還要做好科學研究。科研工作可以促進教學發展。筆者從事凍土工程研究，通過對土中水分相變過程研究，探究了土中水分凍結機理。可將此研究成果應用到土的三相組成中作為拓展內容，讓學生對土中水的存在狀態理解更為深刻。

圖2為土中水分凍結研究。圖2a是在降溫環境中土中溫度曲線，可以看出當土體溫度達到零度時，水分不會凍結，只有達到結晶中心時才會形成冰核。此階段為水分冷縮階段（圖2b）。當水分開始凍結時，先是重力水凍結，此時會發生大量冰水相變，溫度主要集中在0—-4℃。其次為毛細水凍結主要發生在-4℃—-15℃溫度階段，毛細水含水量變化明顯小于重力水含量變化。由于毛細水主要存在小孔隙中，而相比存在大孔隙中的重力水而言，本身含量要小很多。最后為弱結合水的凍結，主要發生在-15℃以下，該階段含水量變化非常小。而強結合水的凍結現有降溫設備很難實現，因為其性質非常穩定。

（三）注重學生思考問題及學習方法的培養

本教學課程除了傳授學生專業基礎知識以及試驗操作技能，更重要的是要培養學生思考分析問題的方法，乃至解決問題的能力。教師主要作用就是引導學生多思考。例如“管涌現象”，結合實際工程，采用啟發式的教學方法。引導學生思考什么類型的土會發生此現象，為什么？從管涌現象出發總結出其特點，然后針對土體自身特點進行分析，引出管涌易發生的土類及條件。

四、總結

土力學與基礎工程的教學既離不開理論基礎知識，也離不開工程實踐。土力學基礎理論的夯實可為工程問題提供數學模型，讓問題簡單化和清晰化，呈現出規律性。但是實際工程往往存在復雜性，理論模型往往不能夠準確反應實際情況，故在教學過程中要注重工程實踐環節。在該課程中適當加入工程實踐活動或課外工程設計活動，開拓學生視野并為其提供創新平臺。

在改革創新的新時代，教師作為教學的主體要提高自身素質，要具備系統的理論和實踐素質，并能夠將自身科研成果靈活運用到教學中，引發學生積極思考，提升創新意識，以培養出符合新時期國家需要的專業技術人才。

參考文獻：

[1]趙明華.土力學與基礎工程[M]. 武漢：武漢理工大學，2014.

作者簡介：萬旭升（1987-），男，甘肅靜寧人，講師，主要從事寒區工程研究與教學。