肖南 何麗紅 黃阜 凌同華 徐澤沛

1.長沙理工大學(xué)土木工程學(xué)院 湖南長沙 410114；2.長沙市第一醫(yī)院超聲科 湖南長沙 410005

一、概述

以新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新模式為特點(diǎn)的世界范圍內(nèi)新一輪的科技與產(chǎn)業(yè)革命迫使工科教育培養(yǎng)多樣化、創(chuàng)新型的科技人才，因此，新工科建設(shè)日趨成為工程教育創(chuàng)新改革的主流[1]。新工科中的新包含“新興”“新型”和“新人”三個(gè)方面的含義[2-3]。新工科特點(diǎn)在于引領(lǐng)性、創(chuàng)新性、交融性，其建設(shè)目標(biāo)是：服務(wù)國家戰(zhàn)略和未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，培養(yǎng)造就一批具有創(chuàng)新能力、跨界整合能力、高素質(zhì)的復(fù)合型卓越工程科技人才[4]。

“土力學(xué)”是土木、建筑、交通、水利、采礦和地質(zhì)工程等專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，受眾面廣，對于在校生學(xué)習(xí)和社會專業(yè)工程人員參考都具有重要作用。在工程建設(shè)中，建筑物地基、路堤、隧道、地鐵、邊坡穩(wěn)定等都要應(yīng)用“土力學(xué)”的理論和方法解決。在筆者所在的學(xué)院，針對“土力學(xué)”該門課程制定的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生掌握“土力學(xué)”的有關(guān)概念、基本原理和主要的計(jì)算方法，掌握土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)的室內(nèi)試驗(yàn)與現(xiàn)場測試方法，達(dá)到能應(yīng)用“土力學(xué)”的基本知識、原理和方法解決與土有關(guān)的實(shí)際工程問題的初步能力。教學(xué)方式是課堂講授為主，現(xiàn)場參觀、提問與案例式或研討式教學(xué)相結(jié)合。

“土力學(xué)”課程的教學(xué)效果直接關(guān)系到學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)和能力。為了提高學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)和能力，許多高校進(jìn)行了相應(yīng)的改革探索。本文以社會需求為導(dǎo)向，理論教學(xué)與能力培養(yǎng)并重，使學(xué)生系統(tǒng)地掌握基本理論，具有良好的能力和素質(zhì)，教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新、教學(xué)方法改革、考核方法改進(jìn)和課堂內(nèi)外培訓(xùn)相結(jié)合，對新工科背景下的“土力學(xué)”課堂教學(xué)模式改革進(jìn)行探索。

二、“土力學(xué)”教學(xué)實(shí)踐中存在的主要問題

“土力學(xué)”在教學(xué)實(shí)踐中存在以下主要問題：

(1)理論教學(xué)課程的知識體系框架不夠清晰，導(dǎo)致學(xué)生不容易掌握整門課程的基本概念和流程。例如，在土的物理性質(zhì)及工程分類這一章中，常規(guī)的講法就是按照土的三相組成和三相比例指標(biāo)→無黏性土的密實(shí)度和黏性土的物理特征→地基土的分類順序來講，但是在該章節(jié)中，并未建立起課程知識體系框架，學(xué)生在學(xué)習(xí)方面也比較吃力。

(2)每個(gè)章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容相對獨(dú)立，沒有很好地挖掘和建立章節(jié)與章節(jié)之間的關(guān)聯(lián)性。例如，在土的物理性質(zhì)及工程分類這一章后，接著就是地下水與土的滲透性，這兩章之間的轉(zhuǎn)折很突兀，沒有建立起土的物理性質(zhì)和土的滲透性方面的關(guān)聯(lián)性。

(3)在課程的實(shí)驗(yàn)方面，實(shí)驗(yàn)的課程安排不合理，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和項(xiàng)目相對單一，綜合性和設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)較少且過于簡單。這些實(shí)驗(yàn)不能很好地培養(yǎng)學(xué)生的能力，不能有效地發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造力。實(shí)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)之間也沒有相關(guān)性，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的安排沒有考慮到如何跟所學(xué)習(xí)的課程銜接，沒有使用系統(tǒng)的概念來設(shè)計(jì)整個(gè)課程的實(shí)驗(yàn)。

(4)由于學(xué)生不理解專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課之間的關(guān)系，也不理解專業(yè)基礎(chǔ)課對于他們所學(xué)專業(yè)的重要性，所以他們對學(xué)習(xí)專業(yè)基礎(chǔ)課并沒有多重視，也就沒有投入他們百分之百的注意力。學(xué)生對于“土力學(xué)”這門課程的興趣也是一個(gè)值得考慮的問題，有很多學(xué)生的積極性并沒有被充分調(diào)動起來。

(5)在教學(xué)模式及考試方式上也有一些問題，理論性的內(nèi)容偏多，理論聯(lián)系實(shí)際方面的內(nèi)容遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，特別是在能力、技能、培養(yǎng)創(chuàng)新等方面還有很大提高?？荚嚪矫嫫鎻?qiáng)調(diào)概念，客觀記憶題占多數(shù)，出現(xiàn)了學(xué)生死記硬背，不求甚解的錯(cuò)誤導(dǎo)向。

三、“土力學(xué)”教學(xué)改革與探索的主要內(nèi)容

針對以上問題，急需改革“土力學(xué)”的課程體系，完善“土力學(xué)”的培養(yǎng)目標(biāo)，為學(xué)生提供一個(gè)科學(xué)、實(shí)用、系統(tǒng)的“土力學(xué)”課程體系。探索“土力學(xué)”理論與實(shí)踐相結(jié)合，創(chuàng)新“土力學(xué)”的教學(xué)方法，改革考試方法。

(1)基于工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的“土力學(xué)”整合課程體系。通過“土力學(xué)”課程教學(xué)內(nèi)容的研究和分析，理順了各知識點(diǎn)之間的關(guān)系，建立起“土力學(xué)”課程知識體系框架。以土的物理性質(zhì)及工程分類這一章為例，將土的生成、土的三項(xiàng)組成及土的結(jié)構(gòu)組成一個(gè)知識點(diǎn)，根據(jù)此知識點(diǎn)推出液相、固相、氣相的概念，最終導(dǎo)出土的粒徑級配這一概念，將土的物理性質(zhì)指標(biāo)、土的工程性質(zhì)、土的壓實(shí)性組成一個(gè)知識點(diǎn)，推出無黏性土的特性與黏性土的特性概念，再結(jié)合上面土的粒徑級配的概念，最終推導(dǎo)出本章的最后的內(nèi)容，也就是土的工程分類。以土的壓縮性和地基沉降計(jì)算這一章為例，將側(cè)限壓縮試驗(yàn)，壓縮性指標(biāo)及壓縮性原位測試組成一個(gè)知識點(diǎn)，根據(jù)此知識點(diǎn)推出壓縮系數(shù)、壓縮指數(shù)、壓縮模量和變形模量的計(jì)算方法，從而得出地基沉降量的計(jì)算方法，再對該計(jì)算方法進(jìn)行分析，導(dǎo)出應(yīng)力歷史對地基沉降的影響、地基沉降與時(shí)間的關(guān)系等內(nèi)容，最終導(dǎo)出飽和土的單向固結(jié)理論。

(2)通過教學(xué)內(nèi)容和進(jìn)度調(diào)整，實(shí)現(xiàn)“土力學(xué)”課程教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化整合，避免“土力學(xué)”課程教學(xué)內(nèi)容脫節(jié)或重復(fù)，使得“土力學(xué)”課程內(nèi)的章節(jié)突破單一的課程建設(shè)模式，采用以章節(jié)為主線的項(xiàng)目教學(xué)法，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)研究能力，形成了從局部到整體的系統(tǒng)性的“土力學(xué)”課程體系。例如，在土的物理性質(zhì)及工程分類這一章中，當(dāng)講到土的三項(xiàng)比例指標(biāo)時(shí)，創(chuàng)新性地將土中水的概念進(jìn)行延伸，使學(xué)生初步接觸到地下水與土的滲透性這一章里面的部分內(nèi)容，形成一定的記憶，從而使得學(xué)生學(xué)習(xí)后面一章節(jié)的時(shí)候，理解更加深刻，記憶更加牢固。

(3)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容整合整改及其綜合應(yīng)用?！巴亮W(xué)”試驗(yàn)課程教學(xué)旨在十分密切地配合“土力學(xué)”理論課程的教學(xué)大綱要求，在其理論教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上開設(shè)的基本試驗(yàn)教學(xué)課。通過這些相關(guān)試驗(yàn)課的開設(shè)，加強(qiáng)其專業(yè)理論的進(jìn)一步深化理解和掌握，提高本專業(yè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和動手能力，從而為今后后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。試驗(yàn)教學(xué)要求本專業(yè)學(xué)生學(xué)好理論的同時(shí)，熟練地掌握“土力學(xué)”試驗(yàn)的基本原理、方法和基本儀器的操作技能，完成規(guī)定的試驗(yàn)課及試驗(yàn)報(bào)告的數(shù)據(jù)填寫和整理工作。根據(jù)“土力學(xué)”課程的特點(diǎn)，從系統(tǒng)的角度對實(shí)驗(yàn)教學(xué)中課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行了對內(nèi)容統(tǒng)一且合理的安排，建立了基礎(chǔ)研究實(shí)踐能力培養(yǎng)信息平臺。例如，在土的液限和塑限實(shí)驗(yàn)中，采用了涇陽某工程現(xiàn)場的土樣為例，作出圓錐下沉深度和相應(yīng)的含水量的關(guān)系圖，最終使學(xué)生總結(jié)得出液限、塑限和塑性指數(shù)。在學(xué)習(xí)土體抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)方法中，通過對“土力學(xué)”學(xué)科的理解以及對土體抗剪強(qiáng)度的理解，首先對試驗(yàn)前期的流變固結(jié)進(jìn)行理解，得出測量土體抗剪強(qiáng)度的方法，分析不固結(jié)不排水試驗(yàn)和固結(jié)不排水試驗(yàn)參數(shù)特性，以及在不同飽和度情況對土的強(qiáng)度的影響規(guī)律，從而使學(xué)生理解土體應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)的含義以及在試驗(yàn)和工程活動中抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的重要性。

(4)以教學(xué)內(nèi)容為導(dǎo)向的研究性設(shè)計(jì)類型整合。采用“興趣、理解、實(shí)踐、應(yīng)用”循序漸進(jìn)的方式，逐步培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實(shí)踐能力，促進(jìn)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。創(chuàng)新課程分組教學(xué)方法，使學(xué)生達(dá)到情感與理性的統(tǒng)一。在教學(xué)方法上，從單一的“填鴨式”課堂教學(xué)轉(zhuǎn)向積極的啟發(fā)式討論式教學(xué)，注重學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。除此之外，教師還需要充分備課，根據(jù)學(xué)生的反應(yīng)，不斷修改教學(xué)計(jì)劃，因人而異，改進(jìn)教學(xué)方法。除了原有的師生問答等傳統(tǒng)教學(xué)方法外，還采用了一些新的教學(xué)方法，如小組學(xué)習(xí)、小組討論、學(xué)生教學(xué)、案例教學(xué)等。教師也需要充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，以多媒體課件的形式實(shí)施教學(xué)內(nèi)容。通過視頻、動畫、仿真演示等，教師對基本概念和理論及其工程含義進(jìn)行了清晰的闡述和展示。還可以將學(xué)?；?qū)W校周圍的項(xiàng)目施工作為平臺，將課堂搬到工地，全程跟蹤工程項(xiàng)目施工進(jìn)行全真教學(xué)，直接使課堂教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際工作相對接，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)過程與工作過程的無縫對接。這些生動的教學(xué)方法明顯提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣和課堂抬頭率有較大的提升。

(5)探索新的考試評價(jià)方式。為貫徹課程體系的框架理念，實(shí)現(xiàn)課程改革目標(biāo)，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展，需要探索新的考試評價(jià)方式。在“土力學(xué)”考試改革與評價(jià)方法中，兼顧了學(xué)生學(xué)習(xí)的過程與結(jié)果。期末總分由常規(guī)成績、實(shí)踐成績、期末考試成績組成，其中常規(guī)成績通過平時(shí)課堂表現(xiàn)、作業(yè)、課堂考試成績、課堂討論、閱讀報(bào)告等多個(gè)方面來評估。常規(guī)成績和實(shí)踐成績總和占總成績的50%，其余的部分由期末考試組成，但期末試卷的題目會重視能力考核，主觀題占70%以上。

四、教學(xué)改革效果

筆者所在的長沙理工大學(xué)課題組的教師們通過長期堅(jiān)持的教學(xué)改革，積極探索和嘗試先進(jìn)的教學(xué)方法，形成了勤奮求實(shí)、不斷創(chuàng)新的教學(xué)模式，取得了一些良好的教學(xué)效果。

(一)學(xué)生的知識水平、創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力顯著提高

通過對“土力學(xué)”課程的改革，學(xué)生的基礎(chǔ)理論、實(shí)驗(yàn)操作技能和綜合能力得到明顯提高。學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量、各類設(shè)計(jì)競賽獲獎情況和就業(yè)適應(yīng)性也有明顯提高。在過去的幾年里，有學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)被評為湖南省優(yōu)秀本科畢業(yè)論文，多名學(xué)生在多項(xiàng)競賽中獲得國家、省、部級獎項(xiàng)，國家發(fā)明專利和論文方面也多有建樹。

(二)就業(yè)率和考研錄取率穩(wěn)步上升

以社會需求為導(dǎo)向，注重提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。注重工程意識和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，加強(qiáng)專業(yè)核心課程建設(shè)。在過去3年中，畢業(yè)生的就業(yè)率一直保持在98%左右，學(xué)生受到各個(gè)設(shè)計(jì)、施工或者甲方單位的贊揚(yáng)，有很多學(xué)生受雇于知名企業(yè)。通過教學(xué)改革，考研錄取率穩(wěn)步上升。

(三)教學(xué)研究成果豐碩

“土力學(xué)”課程教學(xué)改革以來，教師隊(duì)伍在教學(xué)研究方面取得了長足的進(jìn)步和發(fā)展。在過去5年中，獲得了10余個(gè)教學(xué)研究項(xiàng)目，發(fā)表了20余篇基于課程教學(xué)改革研究的論文。

(四)培養(yǎng)優(yōu)秀教師隊(duì)伍

近年來，教師隊(duì)伍在年齡、學(xué)歷、職稱結(jié)構(gòu)等方面得到了極大優(yōu)化，現(xiàn)有教授10余人，副教授及講師20余人，所有教師均具有碩士學(xué)位，其中20余人獲得博士學(xué)位。形成了一支學(xué)歷、職稱、年齡合理；富有創(chuàng)新精神、工作熱情、充滿活力的教師隊(duì)伍，教學(xué)效果良好。他們經(jīng)常受到學(xué)校主管領(lǐng)導(dǎo)和學(xué)生的表揚(yáng)，部分教師在國家級、省部級的青年教師基本教學(xué)技能競賽、青年教師演講比賽等教學(xué)競賽中名列前茅。

“土力學(xué)”課程是土木工程專業(yè)的基礎(chǔ)課程和重點(diǎn)課程，是學(xué)生掌握就業(yè)理論的必修課程，也是研究生考試的必學(xué)科目。經(jīng)過多年的努力，“土力學(xué)”課程被評為我校優(yōu)秀課程。

(五)良好的改革效果反饋

改革效果得到了學(xué)生、教師、學(xué)校教學(xué)督導(dǎo)團(tuán)的高度評價(jià)和認(rèn)可，在“土力學(xué)”的授課過程中采用了清晰、靈活、先進(jìn)的教學(xué)方法，取得了良好的教學(xué)效果，該種方法也被教師們廣泛接受。“土力學(xué)”課程的講師在教學(xué)評價(jià)中也被評為優(yōu)秀，由于教授的“土力學(xué)”課程可以集中調(diào)動學(xué)生的積極性，提高學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新意識及實(shí)際操作能力，受到了學(xué)生的好評和歡迎，也為湖南省乃至全國培養(yǎng)了一大批合格的土木工程專業(yè)領(lǐng)域人才。

結(jié)語

筆者以及筆者所在的課題組通過全面優(yōu)化“土力學(xué)”的課程體系，更新“土力學(xué)”的教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建了立體的教材和教學(xué)資源，并進(jìn)行了一系列教學(xué)改革和探索，在“土力學(xué)”的教學(xué)中取得了良好的教學(xué)效果，并結(jié)合部分最新研究成果，使學(xué)生的創(chuàng)新能力和知識獲取能力得到提高，培養(yǎng)出高質(zhì)量的土木工程專業(yè)人才。