巖土專業群土力學教學改革思考與實踐★

彭李暉

(湖北國土資源職業學院，湖北 武漢 430090)

1 概述

土力學是研究土體強度、變形、滲流、穩定性及相關工程問題的一門學科[1-2]，是高職院校工程地質勘查、水文與工程地質、巖土工程技術等專業的專業基礎課程。在教育部“雙高計劃”推動下，土力學作為巖土專業群內的“溝通橋梁”顯得尤為重要。如何上好土力學，為巖土類專業群核心課打下堅實基礎是廣大巖土教師所關心的問題。2019年 受國土資源水工環地質勘查與測量專業教學指導委員會委托，我院針對72名工程地質勘查、巖土工程技術專業畢業生、21家代表企業進行土力學教學調研，在此基礎上結合多年教學經驗對土力學教學改革進行總結、探討。

2 目前教學存在的問題

2.1 內容繁雜，重點不突出

土力學作為一門理論與實踐并重專業基礎課程，覆蓋范圍廣，不僅有一定理論深度同時基本知識抽象，章節之間聯系錯綜復雜。高職院校學生普遍基礎較差，理解能力有限，冗長繁雜的計算使學生產生恐懼心理，學起來吃力，積極性不高[3-5]。

2.2 課堂教學與工程實踐脫節

課堂教學與工程實踐脫節主要體現在：1)現有高職土力學教材仍以習題為主，工程案例偏少且不成體系。學生僅通過做題缺乏“工程情景”難以體會“學以致用”的樂趣，且不同章節中案例與案例無關聯，教師在工程案例教學中難以前后聯系，知識點難成體系。2)土力學教學以理論教學為主，而土工實驗作為高職學生必備技能在土力學學時占比不高。3)高職院校現有雙師型教師成色不足，大部分青年教師學歷高但均是從學校到學校，雖也參與過工程項目，但缺乏長期在一線的工作經歷無法深入進行實踐教學。

2.3 教學手段單一

雖然高職院校提倡項目化教學多年，但進展緩慢，大部分教師缺乏科學先進的教學手段，依然按照傳統“教師臺上講、學生臺下聽”的填鴨式教學，不但教學效率低下，學生長期被動接受也無法激發學生主觀能動性，教師因無法獲得足夠反饋也覺得上課“食之無味、棄之可惜”進而造成教學的惡性循環。

3 解決方法

3.1 企業調研梳理教學重點

土力學教材整體理論性較強，計算繁多。基礎薄弱的高職學生全部掌握非常困難。而巖土類高職學生工作定位在于現場編錄、現場原位測試、室內土工實驗、施工及勘察報告編制，極少學生從事巖土設計工作。因此土力學教學重點應針對用人單位要求及學生工作方向予以梳理，盡量做到“夯實巖土基礎、立足生產實踐”。根據畢業生、兄弟院校調研及用人單位回訪，結合教學經驗將土力學分為如下三個模塊，如圖1所示。

模塊一為土的基本性質，主要講解土的形成、分類及基本的物理、水理性質。該部分知識點為巖土大類專業基礎知識，教學難度低且廣泛運用于鉆探編錄、現場施工、土工實驗中，為學生必須掌握教學模塊。

模塊二為土的力學性質主要體現在土的強度及變形，本模塊為土力學主干內容，計算煩瑣，教學難度大，應立足于壓縮、剪切實驗兩大實踐技能訓練基礎上，重點介紹“通過規范及載荷實驗確定地基承載力”這類頻繁運用于生產實踐的知識點。理論抽象計算繁雜的“摩爾—庫侖強度理論” “黏性土土坡穩定”的條分法、“重力式擋土墻穩定性計算”等知識點應歸類為拓展教學知識點。教師教學中應注意對上述知識點僅做科普性介紹，無需反復糾纏，如學生學有余力可進一步拓展。在地基沉降量計算中，可簡化教學內容，如分層總和法計算沉降量將原本3層、4層需要計算變形的土層簡化為2層，讓學生理解“分層總和法”的內涵即可，也可引入沉降量計算軟件輔助教學，也能達到良好的教學效果。

模塊三為土力學教學難點，主要包括土的滲流、流網繪制、地基土變形與時間關系的計算等等。該部分內容應重點訓練學生達西實驗實操能力，介紹土的滲流固結基本概念，了解流土、流砂、基坑突涌的基本概念及防治措施為今后工作打下基礎即可。

3.2 緊貼工程項目貫穿教學全程

高職土力學強調案例教學。但土力學不同章節案例與案例間往往較為割裂，學生僅機械完成教師布置任務，基礎較差的學生依然無法理解土力學每一部分所學應用在哪。筆者教學中將一篇完整的巖土工程勘察報告作為教學情景，將勘察報告涉及到土力學的知識點提煉出7個模塊進行訓練。

圖2為7個模塊，基本涵蓋土力學中土的分類、土的強度、土的變形等主要知識點。例如報告中土工實驗數據表可針對土力學三相組成計算及力學指標進行訓練，在訓練過程中使學生意識到土的指標間不是割裂的，物性指標改變也會影響其力學性質。報告中天然地基方案論證則利用報告數據訓練學生利用規范法確定該區域的地基承載力。最后在學期末選擇6學時將所有子案例重新拼湊構成該勘察報告的主干框架，教師將學生分為若干組，每組委托優秀學生代表負責向全班匯報如何通過土力學基礎知識完成所負責模塊。通過此類項目貫穿全土力學教學的方式，一方面學生得到完整真實案例的鍛煉，另一方面學生在溝通匯報過程中能體會到“學以致用”的樂趣，結合勘察報告促進土力學基本知識框架的搭建。此類用于教學的工程案例需要教師非常熟悉項目，最好是教師自己做過的工程項目，教師需在課下花大量精力將報告中的數據來源及數據處理過程提煉成若干個子案例便于學生訓練。

3.3 引入仿真模擬加強實驗教學

土工實驗是土力學教學重點也是高職畢業生賴以生存的核心競爭力之一。通過土工實驗可加深學生對土的基本性質、指標的理解。傳統的土力學教學中土工實驗課時短，學生不易得到充分鍛煉、教師難以考查每位學生，且由于實驗間隔跨度大，學生往往學了后面忘了前面。鑒于此，學院新的人才培養方案中將土力學總學時修訂為64學時，其中實驗學時30，理論學時34，理論與實驗學時比接近1∶1。在理論(34學時)與實驗教學(14學時)完成后，專門聘請生產單位土工實驗負責人用2 d時間對學生從取樣、裝樣到土的密度、含水率、液塑限、壓縮模量和抗剪強度實驗，并根據實驗結果編制與生產項目一致的土工實驗表。通過為期2 d 16學時的高強度實訓，學生能掌握土工實驗流程并能拉近與生產單位距離，為今后工作打下基礎。

為更好進行教學，在土力學實驗教學中引入仿真模擬系統。實驗前學生借助職教云課堂平臺觀看土工實驗微課，了解實驗過程。實驗教學中教師指導學生分組實驗并針對常見問題進行糾正，實驗后學生統一上機進入土工實驗仿真模擬系統，學生猶如游戲闖關在系統中針對土樣依次進行常規五項試驗，上機仿真過程中需回答系統彈出關于實驗操作及數據處理相關問題，同時系統內可更換土樣類型得到不同實驗結果，避免實操中土樣單一難以改變的缺陷。引入仿真模擬系統可提高學生學習積極性，教師后臺監管方便，不但可考查每位學生實驗流程熟悉程度，同時學生深刻理解各土樣指標的意義及指標間的相互轉換關系。

3.4 “互聯網+”傳統教學方式

土力學相對枯燥的課程特點要求教師盡量采取多種教學手段教學。多媒體教學能在有限時間給予學生較大信息量，可彌補板書枯燥無味的缺陷。例如可通過多媒體將有限元軟件生成的不同荷載下地基應力泡示意圖的變化展示給學生，一目了然。但通過多媒體學生往往被動接受大量信息，對很多重要概念、基本計算一晃而過。因此土力學中較為重要的理論計算案例建議教師板書講解，板書過程多與學生溝通隨時掌握學生狀況。

土力學教學也可利用職教云平臺進行課前微課預習、課后習題訓練的布置，教師也可上傳各類動畫視頻豐富平臺資源。每周教師可固定時間與學生開啟網絡直播答疑的第二課堂，學生匿名留言提問，教師現場講解反饋。如今“互聯網+”的手段多種多樣，但需注意“互聯網+”手段僅起提高學生學習興趣、課后教學任務布置等輔助功能，土力學仍需以傳統黑板+多媒體形式為主，切不可本末倒置。

4 教學效果分析

自2018年土力學教學改革以來，學生通過案例貫穿全程式的學習改變“土力學無用論”這種觀點，實驗課比例增大及仿真模擬的引入提高了學習興趣，上課出勤率和期末考核及格率逐年上升(見圖3)。2018年—2020年，隨著教學改革的推進，工程地質勘查、水文與工程地質專業及巖土工程專業學生土力學及格率及優秀率均有所提高。雖然提高不大，但對于整體理論基礎薄弱的高職學生而言進步明顯。當然學生也提出很多中肯意見，例如在土力學教學中應開放第二課堂加強土工實驗實操訓練。應在教學中增加工程案例討論課，提前布置討論題目，分組討論等等。

5 結語

上述土力學教學改革繼承傳統土力學教學優點，結合現代先進教育技術，依托網絡教學平臺加強師生互動。實驗教學邀請生產單位土工實驗負責人訓練學生實操技能。針對畢業生調研及用人單位回訪結果將土力學優化為三大模塊，有選擇的講授不同模塊內容。完整工程項目貫穿理論教學全程，培養學生動手能力和應用所學知識解決實際工程問題能力。當然，這種教學模式也要求教師提高自身業務水平，加強與工程實踐結合，從而為學生提供更廣闊的平臺，培養出綜合能力強的巖土人才。