關于土力學與基礎工程全英文課程建設的探討

莫品強

摘要：在“一帶一路”戰略的推進下，中國高等教育國際化發展需求促進了全英文授課的專業課程建設，同時也給土木工程專業帶來了為國內外重大工程項目建設作貢獻的機遇和挑戰。文章針對土力學與基礎工程課程特點，探討了課程的現狀與存在的問題，指出全英文課程建設的必要性，并從課程內容、教學課件、教學方式、考核模式等方面提出了關于課程建設的措施，強調課程應著重于講解土力學基本原理及相關章節的知識串聯，制作自學式課件，建議采取分級教學的方式、循理而析的教學方法及“柔性”與“剛性”并舉的考核模式。

關鍵詞：全英文課程;土力學與基礎工程;自學式課件

中圖分類號： G6423;TU43文獻標志碼：A文章編號：1005-2909（2018）06-0126-07

一、課程建設的意義

為進一步促進中國高等教育國際化發展，充實國際化辦學內涵，促進高等教育教學改革，各高校不斷推進全英文授課專業課程建設工作[1]。全英文課程建設的意義不僅在于培養國內符合全球化發展需要的高級專業人才，也能提升高等教育國際影響力，從而擴大國際學生規模，提高國際專業人才培養質量[2]。隨著“一帶一路”戰略的推進，土木工程專業迎來了為國內外重大工程項目建設作貢獻的機遇和挑戰，借此也可擴大中國高等教育的影響力[3]。因此，土力學與基礎工程課程開展全英文教學，讓學生在掌握專業基本知識的同時，提高以專業知識為背景的英語聽說讀寫等能力，以滿足全球化社會對具有高水平土木工程專業知識和良好專業英語交際與應用能力的高素質人才的需要。另外，全英文課程建設的另一目的還在于使學生充分了解巖土工程領域國際前沿研究熱點，進一步促進本科教學與國際接軌，培養國際化創新人才，對高等教育的國際化交流具有十分重要的推動作用和現實意義[4]。基于土力學與基礎工程的課程特點和建設現狀，探討了全英文課程建設，提出了課程建設的幾點建議和措施，為土木工程專業相關課程的全英文課程建設提供借鑒，體現了其應有的理論價值和實踐意義。

二、課程特點與現狀

（一）課程特點

土力學與基礎工程（Soil Mechanics and Foundation Engineering）是高等學校土木工程專業本科生必修的專業主干課程，主要研究土的工程性質，并應用土力學基本原理解決工程問題。其課程內容包括土的組成、物理性質、土的強度、土壓力、地基承載力、地基處理、樁基礎、基坑工程等基本理論、方法與技術，為建筑物基礎的安全與穩定提供理論基礎和設計依據，因此，國內外高校都十分重視對該門課程的教學[5-8]。課程原本由土力學和地基與基礎工程這兩門課合并而來。通過學習土力學基本設計原理，掌握基礎工程的設計思想，結合工程實例分析，提高學生在基礎工程設計中的創新能力和素質。然而，由于課程涉及的內容廣泛，研究對象與一般建筑物的聯系并不直觀，學習土力學與基礎工程課程并不是一件容易的事。土力學的理論學習常伴隨著工程實踐的經驗，因此，科學的教學方法對土力學與基礎工程的教與學具有至關重要的作用。

（二）課程現狀

目前，土力學與基礎工程課程以課堂講授為主，輔以問答式、討論式和工程案例式教學手段。重點培養學生將理論應用于實踐的能力和分析解決問題的能力，為今后面對各類基礎工程設計與施工提供必要的知識儲備，并為未來從事科學研究和專業工作打下堅實基礎。然而，在全球化發展的大背景下，傳統教學開始顯現出以下幾個弊端：（1）教學內容與國際脫軌。僅以國內的巖土工程問題為背景學習土力學與基礎工程，學生欠缺對國際上相關領域的了解;（2）專業名詞的準確性和規范性。由于土力學與基礎工程的發展而產生的不同新名詞被不同的學者翻譯為各種版本，導致中文的專業名詞不能統一;（3）學生畢業后難以適應國際化的大環境。學生缺乏英語學習環境，難以融入國際化的土木行業。因此，有必要開展各個專業的全英文課程教學模式探索與實踐，其中也包括土力學與基礎工程。近年來，中國也開始意識到國際化的重要性。例如，同濟大學于2011年啟動了土力學的雙語和全英課程建設，武漢大學水利水電學院2012年開設了土力學與基礎工程英文實驗班[9]，香港大學岳中琦教授提出巖土力學英語授課自然圖像思維法等。隨著全球化的發展，全英文課程教學是必然趨勢。然而，學生英語水平的差異、土力學與基礎工程課程本身的復雜性、國內本科生和留學生思維方式的差異等問題導致目前仍難以全面推廣全英語教學。

中國礦業大學一直致力于國際化人才的培養，不斷進行教學理念、教學模式的探索和改革。國際學院于2011年成立，以培養具有國際視野和全球競爭力的高級專門人才為辦學目標，擴大來華與出國留學規模，創新國際化人才培養模式，努力將國際學院打造成中國礦業大學高水平辦學、國際化人才培養和對外教育合作交流的重要基地和中外文化傳播與交流的重要載體。針對土木工程本科專業人才培養國際化發展的需求，開展全英文教學是學校教育教學改革的方向之一。土力學與基礎工程是學校土木工程本科專業的重要專業基礎課，在土木類教學中有著極其重要的地位。目前，土木工程專業土力學與基礎工程課程采用中文教學，總學時為56學時，其中理論教學50學時，實驗教學6學時。國際學院每年都邀請外教進行授課，選修土力學的學生有機會參加英語課程學習，2016年學校邀請了澳大利亞格里菲斯大學的Mark Bolton教授講授了土力學課程。然而，聘請外教給學生上課，在實際操作過程中總是碰到各種各樣的問題。首先，外教授課畢竟使學院在經濟上承受一定的壓力，不能常年聘請。其次，臨時課程的時間安排會影響學生的正常學習規劃。此外，不同的思維方式可能使學生只提高了英語水平，而對土力學的學習并沒有起到預期效果。

隨著學校大力引進海外學者從事科研和教學工作，開設更多全英文課程的條件已經成熟。作為高校教師，必須不斷獲取新知識，才能跟上時代的發展。從學生角度來講，本科生的英文水平也逐漸提高，對于英語基礎較好的學生來說，全英文課程給了他們一個多元化的選課機會，能激發學生的學習熱情，培養高素質、能參與國際競爭的人才。土力學與基礎工程課程的授課對象是土木工程專業大三上學期的學生，處于該階段的學生已具備了專業基礎知識和一定的英語水平，英語聽說讀寫能力相對較強，這為開展全英文教學提供了堅實的基礎。因此，開展土力學與基礎工程全英文課程教學模式的探索與實踐十分必要。

（三）存在的問題分析

土力學與基礎工程課程的特點在于兼具理論性、專業性和實踐性，教師和學生在教學的過程中存在顧此失彼，把握不住重點等問題。筆者在中國礦業大學力學與土木工程學院的課程教學過程中發現以下主要問題：

1.教學內容和教材

由于本課程的專業特點，筆者發現大多數土力學與基礎工程教材、課件內容過于“充實”，想在50學時的課程中覆蓋所有內容，導致重點不突出。學生在沒有掌握土力學基礎理論的情況下很難理解基礎工程中涉及的設計原理。目前，土力學與基礎工程的英文教材很多，如《Craigs Soil Mechanics》《Soil Mechanics： Concepts and Applications》《A Guid to Soil Mechanics》《Offshore Geotechnical Engineering》 《Principles of Foundation Engineering》 《Soil Mechanics and Foundations》等。然而，眾多的英文原版教材與國內大多數的土力學與基礎工程課程的知識體系仍然存在一定差別。因此，選擇合適的英文教材需綜合考慮中英文課程大綱、學時以及學生的外語水平等。

2.從雙語教學到全英文教學

由于選課學生的英語水平參差不齊，難以保證教學效果。因此，從雙語教學向全英文教學過渡是目前高校教學改革的一項重要內容，也是建設“一流”學科的重要指標。然而，全英文教學使學生接受專業知識的程度受到限制，英語水平稍差的學生會逐漸失去學習的興趣和動力。全英文教學對于教師也有更高的要求，給全英文教學的推廣帶來較大挑戰。如何在提高學生外語能力的同時不犧牲專業知識的獲取是全英文課程建設面臨的最大挑戰。

3.學生和教師

學生對于課程的重要性認識不足，學習缺乏主動性。實驗課程缺少教師的指導和講解，三次實驗課程過于集中，學生趨向于以完成任務為目的。授課教師的英語水平有限，教學內容枯燥，教學模式落后使全英文教學達不到理想的效果。

三、課程建設的具體措施

基于以上課程現狀及存在的諸多問題，土力學與基礎工程全英文課程建設的授課對象應為具有良好英語基礎且有出國留學深造計劃的本科生以及具備一定規模的留學生。同時課程負責人為高校專職教師，應滿足以下要求：具有副教授職稱，學術造詣高，具有一年以上的海外學習或工作經歷，英文流利，教學能力強，教學經驗豐富，教學特色鮮明。然而筆者認識到專業課的全英文教學對于教與學而言都存在一定的難度，課程開展需根據學校、學生的實際情況進行合理調整。以中國礦業大學為例，土木學院國際班和國際學院土木工程專業的學生應將全英文課程作為必修課學習，這對于學生將來在國外學習更深入的專業知識有很大幫助。同時，土木學院其他學生應根據自己的基礎選擇課程，將中文課程的內容以英文課的形式再次學習，一方面是對專業知識的鞏固，另一方面也可鍛煉英語表達能力。對于教材的選擇，使用國外原版教材能更好地與國際本科教育接軌，避免了表達混亂和不規范的問題。然而國外教材的知識體系還應根據國內教學大綱進行調整，基于教材制作的課件應成為學生學習的主要材料，這里的課件包括課前的自學式課件、課中的課件和課后相對應的中文課件。全英文課程必然對教師提出了更高的要求，從英文-中文課件制作到課堂教學都應體現全英文課程的教學目的，建議具有相應專業海外博士學位的教師進行授課，或聘請外籍教師來校教學（中國礦業大學先后邀請澳大利亞格里菲斯大學的Mark Bolton教授和Erwin Oh教授來校進行土力學的全英文教學）。同時，本課程的建設是相對漫長的過程，需要不斷探索和改進。由此，關于全英文課程建設，筆者提出以下幾點措施。

（一）課程內容

基本概念的明晰與統一。由于土力學中的諸多概念有著多重描述，課程內容的選擇上要以本課程基本概念的闡述為出發點，再結合工程實例進行發散。例如，土中滲透力概念不清晰不統一導致教材和學術論文中關于土中滲流計算的不一致問題。因此，課程內容要明確基本概念，闡明滲透力和孔隙水壓力、動水壓力、拖拽力、浮力的區別，幫助學生深入理解相關概念。

注重原理的理解，弱化規范的學習。作為一門應用型工程類課程，土力學與基礎工程與理論力學、材料力學、彈性力學、工程地質學、巖石力學、結構設計原理等課程有著密切的聯系，這其中包含了不少相通的原理和交叉的內容。利用已有的知識講解土力學中的基本原理有助于提高課程的教學效率。國內規范有關土力學與基礎工程問題的規定和使用不統一 [10]，應有選擇地學習規范內容。筆者認為全英文課程的內容應以“庖丁解牛”的方式講解土力學與基礎工程的基本原理[11]。

知識串聯。土力學是圍繞一個原理（有效應力原理）和三大定律（達西定律、壓縮定律、庫侖強度定律）構建的經典土力學學科結構體系。其中，有效應力原理穿插在多個章節中講解（如土的滲透性及滲流、土中應力、土的抗剪強度）。在講解每一章節的內容時，需要章節間知識的有效串聯，幫助學生鞏固已學知識。

（二）教學課件

選用優秀國外原版教材。課程建議以《Craigs Soil Mechanics》和《Principles of Foundation Engineering》為教材。《Craigs Soil Mechanics》是一本比較經典的土力學教材，《Principles of Foundation Engineering》是一本比較經典的基礎工程教材，多為歐美高校土木工程專業采用的本科生教材。相對其他專業書籍來說，該書的語言淺顯易懂，適合國內本科生的外語水平，適合作本課程的英文教材。同時，推薦學生多本其他英文原版教材，以及相應的中文教材，幫助學生加強對全英文課程的理解。其他教學參考書有《Soil Mechanics and Foundations》《Soil Mechanics： Concepts and Applications》《Principles of Foundation Engineering》《土力學與基礎工程》（趙明華，武漢理工大學出版社）《土力學》（陳仲頤等，清華大學出版社）《基礎工程》（周景星等，清華大學出版社）。

符合國內知識體系的全英文課件。由于中英文土力學教材在章節結構上的差異，在實際授課中很難完全按照英文教材的脈絡進行教學，要根據教學大綱重新調整章節講授順序（如有效應力原理的穿插講解）。需要在引進、消化和吸收英文原版教材內容的基礎上，根據授課對象、學習目標、學時數有選擇性地挑選講授內容，并編寫適合本校學生的教案。因此，英文教案的編寫需要綜合考慮原版教材的章節結構、國內土力學與基礎工程課程的要求以及國內土木工程專業本科生的知識結構和水平。同時，土力學與基礎工程全英文課件的制作也需要根據教案相應調整。由于土力學與基礎工程中有很多專業詞匯、概念和數學公式的英語表述和推導，學生缺乏對這些英語表述和公式的感性認識，難以完全理解和體會相關的專業概念。因此，需要在課件中增加多媒體圖像的內容，通過圖像和聲音向學生動態傳遞每一個科技概念、理論和應用。

自學式英文課件。自學式英文課件（teach-yourself handout）得益于諾丁漢大學土木工程系McDowell教授[12]的教學經驗，有助于實施以學生為中心的學習方法。學生在上課之前收到本堂課的自學式課件，該課件中預留出的空白部分為學生自學過程中需要思考的部分。而教師在上課時會將課件空白的部分補充完全。這樣的學習過程強調學生課前預習和課堂學習的互動，加深學生對重點知識的理解。例如，在講授摩爾-庫侖強度準則時僅給出試驗得到的幾個摩爾圓，自學式課件引導學生思考材料的摩爾強度包線以及摩爾-庫侖強度準則的線性假設（圖1左），由破壞面在摩爾圓上的示意圖引導學生推導破壞面的應力大小和方向（圖1右）。學生在課前拿到的課件并不會讓他們過分依賴課件、教材，而失去對課堂的學習興趣。相反，通過課前的思考，加上課堂上教師的推導和講解，學生對原理的理解更加深入。這種方式能調動學生課前學習的積極性，也有助于學生課后復習。

用自學式課件是一種新的教學材料，學生在上課之前可以根據自學式課件進行預習，大致了解本節課的上課內容，對于留空的部分進行思考，也可嘗試在教材中尋找答案。在上課過程中補充完整的課件，提高課堂的參與度，使學生的思考和教師的講解有效結合。本課程具有較高的專業性，很多知識需要通識基礎課的內容作為基礎（如材料力學中學習的摩爾應力圓可以分析土中應力和強度），因此自學式課件也給學生提供回顧已有知識的機會，思考和本課程的聯系。自學式課件的意義在于分解教學內容，調動學生學習積極性，使教師的教學更具邏輯條理，可作為一種新的教學手段進行嘗試。

（三）教學方式、方法

分級教學。在全英文教學過程中應對學生進行合理的分級，因材施教。分級教學的優勢在于有的放矢、各取所需、各有所得，使不同基礎的學生因為不同的教學模式而收獲自己能接受的知識和能力。分級教學可以根據學生的基礎，合理調整教學目標和教學方式。可將土木工程專業學生分為中文教學、雙語教學和全英文教學，這種模式能做到因材施教，提高教學效率，但仍需要進一步探索與實踐。

循理而析。本課程涉及的問題都源于物理，通過其本質的力學分析和數學解法，將原本復雜的問題還原為一個容易理解的力學問題。這種循理而析的方法讓學生更能深刻理解土力學中的原理及基礎工程[11]。在循理而析的基礎上，合理運用歸納與演繹法[13]，鍛煉學生的邏輯思維能力。

重視巖土工程的探究性學習。全英文課程建設是為培養具有國際視野的創新型人才，在教學過程中應適當增加相關領域的前沿研究，通過課堂師生交流互動可讓學生發表自己的看法，增強學生對課程及前沿研究的理解和英語表達能力，提高學生的學習熱情和研究興趣。需要強調的是土工試驗對于土力學的學習是不可缺少的環節，探究性學習的內容也必然包括室內試驗。在試驗中應更加注重基本理論的講解，并通過試驗和觀測，認識和揭示土的力學規律。此外，要重視教學方法改革，靈活運用多種教學方法，有效調動學生學習積極性。

（四）考核模式

課程考核的目的是為檢驗學生對課程學習的掌握情況，也有助于教師總結經驗、改進教學方法。全英文課程的考核模式也應做出相應調整[14]，建議采用“柔性”與“剛性”考核并舉的方式。“柔性”考核為過程式考核，宜應用于土工試驗、課堂思考題、課后作業等，目的是考核學生的課程參與程度，適應全英文的考核模式，鍛煉學生使用英文思維方式思考問題。“剛性”考核是采取全英文試卷形式，包括選擇題、判斷題、簡答題和計算題，考察學生專業知識和英文閱讀表達的水平。

四、結語

文章基于土力學與基礎工程全英文課程建設，探討了目前課程建設的現狀與存在的問題，并提出了相關措施。教學內容應從闡明基本概念出發，著重于講解土力學基本原理及相關章節的知識串聯。教材選擇應綜合考慮本科生的英語水平，自學式課件有助于實施以學生為中心的學習方法，調動學生課前學習的積極性，幫助學生課后復習鞏固知識，需要深入研究和不斷探索。采取分級教學的方式、循理而析的教學方法，重視探究性學習、研究性學習，同時采用“柔性”與“剛性”并舉的考核模式。通過教學內容和教學方法的改進，體現教與學的特點，提高教學質量，實現培養具有國際視野和良好綜合素質的土木工程專業人才的目標。

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