土力學課程校外課堂設立探索研究

褚 峰

（西安工程大學城市規劃與市政工程學院 陜西 西安 710048）

在以往的土力學教學模式下，學生主要從課堂上掌握專業理論知識，但專業知識如何應用，是教師及學生面臨的首要問題。本文在理論教學的基礎上，對土力學課程校外課堂的設置進行了初步探索，可為土力學的教學方式和方法提供有益的借鑒。

一、土力學課程簡介

土力學是一門土木工程、水利工程、公路工程等專業的技術基礎課。在面向21世紀的課程體系里，土力學課程被列為國家工科力學基地建設的重點課程之一。土力學課程學習的主要內容有土的物理性質及工程分類、土的滲透性及滲流、土中應力計算、土的壓縮性與地基沉降計算、土的抗剪強度及土壓力理論、土坡穩定分析等。土力學課程的學習主要分為兩個部分：一是理論教學，二是試驗操作。理論教學部分以講解基本假設和基本概念為主，在基本原理和方法的選用上盡量結合一定的工程背景，注重貫徹現行規范、標準的規定，并兼顧反映國內外的先進技術水平。[1-3]試驗操作部分涵蓋土的物理性質指標、土的滲透性指標、土的壓縮性、土的抗剪強度等四個必做試驗及三軸剪切一個選做演示試驗。試驗操作主要鍛煉學生的動手能力，鞏固課堂教學所學的理論知識，做到理論與實踐相結合，從而更好地理解、掌握所學內容。

二、土力學課程的學習方法簡述

土力學這門課程涉及的學科領域多，內容廣泛，綜合性、理論性和實踐性都很強，學生學習時應突出重點、顧及全面，土力學學習方法簡要概述為以下四個方面：

1.理解掌握基本理論

著重搞清楚基本概念、基本理論，掌握基本計算方法，同時還應注意這些概念及理論的基本假設和使用條件。基本概念、基本理論是分析、計算的前提，概念、理論的掌握要重在理解，把握實質；基本計算方法多是一些通用的、易于掌握的方法，應充分理解、熟練掌握。由于土力學問題十分復雜，其中的許多計算理論和公式是在某些假設和簡化前提下建立的，如土中有效應力計算、土的壓縮變形與地基基礎固結沉降計算方法、土的抗剪強度、土壓力計算及土坡穩定性分析等；因此，在學習中應當了解這些理論難以模擬、概括土各種力學性狀全貌的不完善之處，注意這些理論在工程實際使用中的適用條件，全面掌握這些基本理論和方法，學會將其應用到工程實際中，并通過實際工程中經驗的積累，對其進行驗證、完善和發展。

2.注意各理論之間的聯系

把握各理論之間的相互聯系，明晰學習思路。盡管土力學內容非常廣泛，但教材各個章節都是從不同的角度闡述土的應力、變形、滲流及穩定問題，抓住這一線索，找出各個章節之間的內在聯系，做到融會貫通，使紛雜的土力學知識變得相對體系化。

3.掌握土工測試技術

重視理論和計算的同時，還應注意掌握土力學指標和參數的相關試驗技術。解決巖土工程問題的關鍵步驟之一是土的計算指標和參數的確定。在進行地基強度和變形計算時，必須先研究土的應力、強度和變形性質，研究土體在各種應力狀態下的破壞形態和變形規律。土力學是將土作為建筑物的地基、材料或介質來研究的一門學科，是研究土的物理力學性質及土體在荷載、水、溫度等外界因素作用下工程性狀的應用科學。土力學試驗是土力學課程的基本內容之一。土力學試驗的任務是對土的工程性質進行測試，以獲得土的物理性質指標（如密度、含水量、土顆粒相對密度等）和力學性指標（如壓縮模量、抗剪強度指標等），從而為工程設計和施工提供可靠的參數。土力學試驗是正確評價工程地質條件不可缺少的前提和依據。在整個土力學課程教學過程中，土力學試驗、理論計算及現場施工檢驗是相輔相成的三個環節。[4]從土力學的發展過程來看，可以說土力學是土的試驗力學。[5-7]

三、土力學課程教學現狀

現階段，土力學課程開設在大學本科二年級下半學期，為必修考試課，共計56個教學學時，周學時為4個學時，其中理論教學48個學時，試驗教學8個學時，共計3.5個學分。由于這門課與工程實際聯系非常緊密，涉及的公式及各種表達式中絕大部分屬于經驗公式，并非經過理論推導得到，導致學生在課堂學習過程中比較吃力；加之專業認知實踐被學校安排在大學二年級結束后的暑假，在學習土力學課程時學生還沒有去過工程施工現場，在課堂上講解的現場相關地基基礎施工方法及施工機械學生都沒有見過，課堂氣氛不活躍，相當一部分學生對這門極其重要的專業基礎課提不起興趣。期末復習時，一些經過推導的理論公式學生也基本靠死記硬背，對課堂上所學的理論知識并沒有完全理解掌握，導致這門課掛科率一直比較高，這對以后學生進入工地現場從事技術管理工作極為不利。同時，部分學生打算報考巖土工程專業碩士研究生，繼續深造，許多開設巖土工程研究生專業的高校考研的專業課就是土力學與基礎工程，后期的研究生復試中，專家也會著重問一些與實際工程相關的土力學及地基處理問題，學生回答多數不太理想，導致復試分數較低而被淘汰出局。筆者作為碩士研究生導師參與多次復試及面試工作，對此深有體會。

四、設置土力學課程校外課堂的必要性

西安工程大學以紡織工程專業為特色，土木工程屬于新開設的專業，一些專業基礎課安排課時較少；因此，學生在有限的課時中要充分掌握土力學課程所學內容，存在一些困難。如何在土力學課程教學結束后讓學生掌握、理解絕大部分所學內容，已成為土力學教學中亟待突破的一個瓶頸。

設置土力學課程校外課堂是筆者從事高校土力學教學若干年以來的一次有益探索。校外課堂即是在總學時保持不變的前提下，適當縮短一部分理論教學學時，增加一部分校外課堂教學學時。校外課堂的學習可使學生對于土力學課程中一些難以理解的經驗公式充分掌握并能夠解決一些簡單的工程實際問題。在土力學課程教學過程中，將學生帶至實際工程現場，讓專業技術人員為其講解，這種現場講解宜分開進行，即穿插在理論教學過程中，這樣可使學生在理論課學習中的難點和困惑在校外課堂的講解中得以消化，做到學以致用，融會貫通。

五、土力學課程校外課堂的設置原則

土力學課程校外課堂要求學校選擇合適的施工場地，教師帶領學生前去觀摩學習。施工場地的選擇上，一般應把握以下三個原則：

1.規模化原則

作為土力學課程校外課堂的施工場地的選擇必須具備一定的工程規模，應聯系一些較大的施工企業。規模大的施工企業資質較高，可以承接大型工程，并擁有完備的施工機械設備，在工程施工現場可以進行各種與土力學課程相關的原位試驗測試，學生可以第一時間在工程現場（校外課堂）檢驗、理解并深化運用所學知識。

2.專業性原則

土力學是一門實踐性非常強的專業基礎課，選擇校外課堂，還應注意施工企業的專業性，應該著重選擇一些地基基礎施工占優勢的施工企業。這些施工企業的具體施工項目與土力學課程課堂教學內容直接相關；大多數工程技術人員都從事土力學地基基礎等相關專業工作，且相當一部分技術人員具備高級工程師或副研究員等職稱。這些工程技術人員長期在施工現場摸爬滾打，有著很強的現場實踐經驗，他們作為土力學課程校外課堂的兼職指導教師，可以以一種非常直觀且通俗易懂的方式去講解一些晦澀難懂的概念及理論，使學生不僅掌握了課堂所學的理論知識，而且也開闊了眼界，見到了課本中以文字描述但沒有親眼見過的現場地基基礎的施工機械，做到活學活用。

3.就近性原則

土力學課程校外課堂的選擇還要滿足就近性這一原則。就近性即是指作為土力學課程校外課堂的地基基礎工程施工現場距離不宜離大學校園太遠。首先，施工場地不遠，學生可在較短的時間內從大學校園到達施工現場，節約大量的時間成本。其次，施工場地距離大學校園較近，安全有保障，一旦出現安全問題，學校可以迅速介入處理，省去了很多中間環節，安全成本低。最后，由于不同地域的土體性質有很強的不均勻性與各向異性，兩點距離大，土體的各項物理力學變形性質亦會有很大的不同。為了降低這一不利影響，施工場地距離大學校園較近可以最大限度地保證校內課堂上講解的土的性質與現場見到的土的性質的一致性，保證教學質量，并減少學生的疑問。

六、土力學校外課堂的發展前景

設置土力學課程校外課堂，將學生帶出校園，走進施工現場，通過現場經驗豐富的工程技術人員的“零距離”講解，現場觀看施工機械的運行操作，加深了學生對本課程的學習內容的理解，做到了理論與實踐相結合，提高了學生對本課程的學習興趣。對于土力學校外課堂的發展前景，筆者認為可以在以下兩個方面產生較為明顯的效果：

1.教學質量方面

土力學課程校外課堂的設置使學生暫時脫離較為枯燥的校內理論教學環境，身臨其境的處于實際工程操作現場。通過作為土力學課程校外課堂兼職指導教師的現場工程技術人員的講解，學生對于校內課堂所學知識更加理解，充分做到理論與實踐相結合。通過觀察工程現場地基基礎原位土力學試驗測試結果，對比校內土工試驗室測試結果，使學生對土力學這門課程實踐性強的特點更加認同。工程現場校外課堂的參觀教學，也可以使學生激發靈感、拓寬思路，將現場的所見所學用于相關科技競賽活動的申請，理論與實際的結合，可以提高科技競賽活動申請的成功率。綜上，設置土力學校外課堂可以在未來顯著提高土力學課程的教學質量。

2.反哺科研就業方面

學生在土力學校外課堂的工程場地學習過程中，除了將校內所學的理論與實際工程結合外，還可以零距離與現場工程技術人員探討交流，并有申請假期在施工單位實習的機會，學生在本科畢業之前可以提前介入未來的工作，既鞏固了所學的專業理論知識，又拓展了人際交往能力，通過良好的表現，增加了畢業后留在該單位工作的機會，間接提高了學生的就業率。

七、結語

校外課堂“零距離”的觀摩教學，給學生一次很好的學習機會，使其既鞏固了校內課堂所學，又增強了課堂的專業性，開拓了學生的專業視野。一線施工現場工程技術人員作為校外課堂兼職指導教師親自為學生“授課”，為學生學好理論在將來工作中解決可能遇到的工程技術問題打下了堅實的基礎。校內專業課教師可以在校外課堂上與現場工程技術人員探討交流，提高自身的科研水平。土力學校外課堂的設置，加深了學校與施工企業的合作關系，對學生未來的就業有顯著的促進作用。