《應用土力學》課堂教學與課程設(shè)計一體化改革探索

劉 娜，宿曉萍

(長春工程學院 土木工程學院，長春 130000)

引言

《應用土力學》即《土力學與基礎(chǔ)工程》，是建筑、道路、橋梁、隧道、水利、地下等土木專業(yè)的重要理論基礎(chǔ)，是土木工程專業(yè)的必修課程，也是一門理論性、綜合性和實踐性很強的專業(yè)核心課程。該課程與土木工程其他專業(yè)課程例如混凝土結(jié)構(gòu)、建筑抗震等緊密相連，是結(jié)構(gòu)設(shè)計與抗震設(shè)計不可缺少的重要組成部分，也是各類土木工程專業(yè)執(zhí)業(yè)資格考試的必考科目。筆者所在的長春工程學院設(shè)置的土木工程專業(yè)、道路與橋梁專業(yè)、城市地下空間等專業(yè)都開設(shè)了這門課程。

隨著社會的發(fā)展、大學教育的大眾化、就業(yè)與擇業(yè)壓力的加大，使得當代大學生呈現(xiàn)出個性化強、學習能力差異大等特點，給傳統(tǒng)的大學教學模式帶來了很大的沖擊，在這樣的大土木背景下，如何能夠提高學生學習的主動性，促進學生全面、快速地成長，找到一種高效的教學模式具有十分重要的現(xiàn)實意義[1][2]。因此，作為一名長期處在教學第一線的老師，對《應用土力學》課堂教學過程中存在的問題進行不斷改革創(chuàng)新，進一步加強和完善課程建設(shè)，是不懈努力的方向。

一、《應用土力學》的課程特點及存在的問題

《應用土力學》是一門土木工程專業(yè)基礎(chǔ)課，具有較強的理論性和實踐性，屬專業(yè)課。通過課程的學習，學生應了解土的成因和分類方法以及基礎(chǔ)類型；熟悉土的物理、力學性質(zhì)；掌握地基沉降以及淺基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)設(shè)計等方法，具有設(shè)計淺基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)的能力；課程所涉及相關(guān)知識點多、內(nèi)容繁雜、各章節(jié)內(nèi)容表現(xiàn)上看起來較獨立，相關(guān)性較差等。上課時若面面俱到，由于學時有限，課時無法保證，若僅講各章節(jié)內(nèi)容，學生較難形成完整的知識體系。課程結(jié)束后還有《基礎(chǔ)工程設(shè)計》的實踐教學，在做《基礎(chǔ)工程設(shè)計》時學生們?nèi)愿械嚼щy重重。

在以往的教學過程中發(fā)現(xiàn)在《應用土力學》課程結(jié)束后，學生進行《基礎(chǔ)工程設(shè)計》時仍存在很多問題，究其原因主要有以下三點：(1)《應用土力學》中包括土力學和基礎(chǔ)工程兩部分內(nèi)容，土力學是基礎(chǔ)工程的基礎(chǔ)，理論性較強。在學習土的基本物理性質(zhì)、地基中的應力與沉降等基本知識時，學生即使掌握了知識點，也不能很好地與工程實際聯(lián)系起來，更不能從工程實際的角度看待相關(guān)知識，不能把相對獨立的知識點系統(tǒng)化。所以在做基礎(chǔ)工程設(shè)計時，看到地質(zhì)勘察報告還是很陌生的感覺。(2)由于《應用土力學》中各單元的知識是相對獨立的，其相關(guān)例題與習題也相對獨立，所采用的數(shù)據(jù)也是“編”出來的[3]，學生不清楚這些習題與例題中的數(shù)據(jù)是隨意給出還是來源于工程實際，因而學習目標比較局限，不知道學習后能解決哪些實際工程問題。(3)學生自主學習的積極性較差，獨立思考問題和解決問題的能力有待提高，在課程設(shè)計中抄襲現(xiàn)象較嚴重[4][5]。

如前所述，在《應用土力學》課程傳統(tǒng)的課堂教學課程設(shè)計中，存在三方面的缺點，不利于教學質(zhì)量的提高和學生將來的發(fā)展。為了使學生在學習時，對課程內(nèi)容有一個整體的認識和把握，明確各章節(jié)知識之間內(nèi)在聯(lián)系和其能解決的工程實際問題，提高學生對工程的感性認識，必須對傳統(tǒng)的教學方法進行改革與創(chuàng)新[6][7]。教學實踐表明，課堂教學與課程設(shè)計一體化，可以很好地解決上述問題。

二、課堂教學與課程設(shè)計一體化的概念

所謂課堂教學與課程設(shè)計一體化，就是通過選擇合適的課程設(shè)計方案，將其設(shè)計計算內(nèi)容分解為幾個部分，使課程設(shè)計的不同部分與課堂教學不同單元的內(nèi)容相對應，課堂教學中相應單元的知識點對應解決課程設(shè)計中一部分的設(shè)計內(nèi)容。當課程教學內(nèi)容的學習完成時，課程設(shè)計也完成了。

三、課堂教學與課程設(shè)計一體化的具體實施與考核方案

(一)課程設(shè)計方案的選擇

為了實現(xiàn)課堂教學與課程設(shè)計的一體化，課程設(shè)計任務需要滿足以下幾條：1.布置的課程設(shè)計任務既能結(jié)合工程實際，又要學生們可以手算。2.課程設(shè)計任務可以分解為若干部分，且每部分設(shè)計內(nèi)容應與《應用土力學》課程的相關(guān)內(nèi)容相一致。3.在學完土的基本物理性質(zhì)后，學生對地質(zhì)勘查報告上的地層分布與土體的基本物理性質(zhì)能有所了解，能對工程實際中的地基土體的基本性質(zhì)有基本的感性認識。4.在學習完地基承載力后，能結(jié)合課程設(shè)計任務書中給出的地址勘察報告對地基承載力有所判斷，能夠選定合理的持力層。5.在學習完淺基礎(chǔ)基礎(chǔ)底面積的確定、基礎(chǔ)高度、底板厚度及配筋后，學生能夠進行淺基礎(chǔ)設(shè)計，其單元練習題就是課程設(shè)計。6.在學習完樁基礎(chǔ)的基本概念及單樁承載力后，學生能夠針對布置的課程設(shè)計任務完成樁型、樁長、樁距及單樁承載力的設(shè)計與計算，其練習內(nèi)容既是設(shè)計過程。7.在學完承臺的設(shè)計以后，學生可以進行承臺的底面積、高度及底板配筋等相關(guān)設(shè)計，在練習與學習的過程中就可以完成課程設(shè)計。8.將不同階段的設(shè)計計算結(jié)果匯總，就成為了完整的設(shè)計計算書。9.最后根據(jù)各部分的設(shè)計結(jié)果，繪制基礎(chǔ)施工圖。

(二)質(zhì)量保證措施

為了保證在課堂教學過程中，能夠保質(zhì)保量地完成課程設(shè)計任務，需要做以下的準備工作：1.制定詳細的課程設(shè)計任務書，學生能夠明確設(shè)計任務、目的和要求。2.選擇多個結(jié)構(gòu)布置方案和荷載工況，使其組合成多種具體方案，制定參數(shù)分配表，使學生的設(shè)計參數(shù)能夠做到“一生一題”，堅決杜絕抄襲現(xiàn)象。3.對每一階段的設(shè)計及時指導與修正，并給出相應的階段成績，分別按照一定比例計入《應用土力學》課程的平時成績和課程設(shè)計成績中。對不按給定參數(shù)設(shè)計和不按時完成設(shè)計任務的同學給予不及格的處理。4.加強過程管理與指導，只有正確地完成前一階段設(shè)計任務后，才能開始下一階段的設(shè)計。

(三)具體實施步驟

1.在學生學習土的基本物理性質(zhì)前，即布置課程設(shè)計任務，這時雖然不能進行設(shè)計，但課程設(shè)計任務中涉及到的地質(zhì)勘察報告，學生可以從工程實際的角度對地基土體的基本物理性質(zhì)有直觀的感性認識；結(jié)合課程設(shè)計任務中給出的勘察報告的三圖一表(勘探點平面位置圖、鉆孔柱狀圖、工程地質(zhì)剖面圖和土工試驗成果總表)，重點講解土的三相基本組成、物理性質(zhì)指標、物理狀態(tài)指標、工程分類以及完成相應的土工試驗。

2.在講解完土的抗剪強度和地基承載力后，結(jié)合地質(zhì)勘察報告中的土工試驗總表讓學生從工程的角度認識土的抗剪強度指標c和φ，結(jié)合地基的破壞模式來認識地基的承載力，從而明確如果在設(shè)計中地基承載力不足，會產(chǎn)生什么樣的后果，加深對地基承載力的認識。在此基礎(chǔ)上，可以從地質(zhì)勘察報告中針對不同的荷載選取合理的地基持力層。

3.在講解完淺基礎(chǔ)的設(shè)計后，學生能夠設(shè)計淺基礎(chǔ)。為了保證學生設(shè)計時能做到“一生一題”，杜絕抄襲現(xiàn)象，充分鍛煉學生的獨立思考能力、分析和解決問題的能力，制定了不同的荷載參數(shù)表，選取其中之一如表1所示；布置了不同的結(jié)構(gòu)平面布置圖。每位同學按照自己的參數(shù)進行設(shè)計，分別進行基礎(chǔ)底面積、基礎(chǔ)高度、基礎(chǔ)底板配筋計算，在設(shè)計過程中如果學生感到有困難可以采取隨堂討論或者集中答疑等方式，使學生做到在淺基礎(chǔ)一章結(jié)束的時候，即掌握了要求的知識點，又可以結(jié)合工程設(shè)計完成淺基礎(chǔ)的設(shè)計。

表1 荷載參數(shù)表

4.在學習完樁基礎(chǔ)的基本概念和單樁承載力后，學生能夠明確各種樁型的優(yōu)缺點，在此基礎(chǔ)上選擇適合自己設(shè)計參數(shù)的樁型、樁徑、樁長，可以計算單樁承載力的標準值及特征值，并確定樁數(shù)及樁距。其設(shè)計計算過程就是相應知識點練習的過程。

5.在學習完承臺設(shè)計以后，學生可以針對自己的設(shè)計參數(shù)如：樁型、樁徑、樁長、單樁承載力、樁數(shù)以及樁距，設(shè)計合理的承臺平面尺寸、承臺厚度以及承臺底板配筋。這部分內(nèi)容相對較難，在以往的課程設(shè)計中，有些內(nèi)容學生把握不好，采用課堂教學與課程設(shè)計一體化的教學模式，只要有不會的或者理解不到位的地方，隨堂既可以通過教師講解或者學生一起討論的方式解決，又可以使學生從工程的角度，結(jié)合自己的設(shè)計方案對承臺設(shè)計有一個整體的概念。

6.當課堂教學把課程設(shè)計相關(guān)知識點全部講解完之后，整理各階段的設(shè)計內(nèi)容，也就得到了課程設(shè)計計算書，學生可以根據(jù)自己的意愿選擇一種基礎(chǔ)類型進行相關(guān)施工圖的設(shè)計。

7.教師根據(jù)各階段的設(shè)計計算成績和施工圖成績，綜合平時的表現(xiàn)，評定課程設(shè)計成績。

8.對課程設(shè)計中未涉及到的內(nèi)容，比如地基中的應力與地基沉降計算部分，在課程設(shè)計完成后，學生可以依據(jù)自己的設(shè)計進行地基中附加應力的計算和相應的地基沉降量，可以進一步將《應用土力學》的知識點系統(tǒng)化，使學生對其看似相對獨立的知識點利用課程設(shè)計一條主線串聯(lián)起來，有整體的概念，真正能夠體會到《應用土力學》的相應知識點之間的內(nèi)在聯(lián)系。

四、結(jié)語

在大眾化的教育環(huán)境下，如果能讓能力差異較大的學生們掌握基本的專業(yè)知識，畢業(yè)后進入工作單位能較快地適應工程實際的環(huán)境，是每一個應用型本科大學教師們的責任。本次有關(guān)《應用土力學》課堂教學與課程設(shè)計一體化改革的探討是在總結(jié)傳統(tǒng)教學和課程設(shè)計中存在缺點的基礎(chǔ)上提出來的，提出了具體課堂教學與課程設(shè)計一體化的方案選擇、組織方式、考核評價辦法以及實施步驟。與傳統(tǒng)的教學與課程設(shè)計模式相比有著以下優(yōu)點：1.學生能夠從工程的角度對《應用土力學》的知識點有全面的認識，使相對分散的知識點系統(tǒng)化。2.在課程設(shè)計過程中能夠做到“一生一題”，鍛煉學生獨立思考的能力，杜絕抄襲現(xiàn)象。3.學生在課程設(shè)計中的反復琢磨與計算中能更加牢固地掌握《應用土力學》的相關(guān)知識點，在完成課程設(shè)計的同時，也提高了理論水平，會使得學生的理論成績與課程設(shè)計成績都會有相應的提高。