“海洋土力学”课程教学改革探究

[摘 要] 基于课表学时缩减背景下，改变传统单一课堂讲授为主的教学模式，调动学生课外自主学习的积极性，学以促教，教以带学。海洋土力学课程利用课外科技创新实践，通过项目研討式弥补传统课堂教学，与工程实际相结合，自主式学习反馈课堂，辅以复合多样的教学手段，教学相长，提高教学质量和教学效率，达到教学预期目标。

[关键词] 教学改革;海洋土力学;课外科创

[基金项目] 中国石油大学（北京）校级教改项目，《海洋土力学》创新创业类课程建设（21G16021）

[作者简介] 周建萍（1974—），女，江西永新人，博士，中国石油大学（北京）安全与海洋工程学院副教授，主要从事软弱土地基加固、土与结构相互作用研究。

[中图分类号] TU4    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）38-0162-02    [收稿日期] 2020-04-11

一、课程教改背景

土力学课程在高校的土木工程、水利工程、交通工程专业培养方案中安排课时较多，课表学时一般56-64学时，约3.5-4学分。课表学时中包括教学实验课时8-10学时。笔者所在院校海洋工程专业具有深厚石油开发行业背景。海洋工程专业本科生培养方案中另安排有岩石力学一门必修课。海洋土力学安排为选修课，课表学时也从早期56学时缩减为40学时，其中教学实验由8学时缩减为4学时。

海洋岩土力学是海洋工程专业一门专业核心基础课程。本课程特点可归纳为：“少、多、强”。学时少、内容多、知识点琐碎，在实践中应用强大。几乎所有工程问题都离不开土的受力和变形。

本课程包含经典土力学基本理论，以及与土力学三大问题相关联的工程应用部分。前修课程为材料力学、弹性力学、流体力学、工程地质学。此外，由于土体为碎散性材料，在前期所连续介质力学基础上，做了大量简化假定。故而本课程除强调理论学习，很重视实验能力与工程实践经验。

目前教育部对本科生培养强化基础弱化专业，对专业课程学时大幅缩减是大势所趋。课堂教学课时有限，课程内容繁多，是本课程的难题。如何在课时大幅缩减的背景下，完成必要的教学任务，达到预期教学效果？改进传统的依赖教师课堂讲授的模式，充分发挥学生的主观能动性。将一部分课堂内容转移到课外，由学生利用课外时间来完成，是进行课程建设完善教学的初衷和目标。

二、课程教改探索

（一）结合课程特点开展课外科技创新

海洋土力学课程内容主要包括饱和土力学经典理论。课程的理论分析高度简化，具有半技术半艺术的特点。并且极其强调实验能力与工程实践经验。然而，培养方案中实验设置课时少，实验的准备工作均为实验指导老师提前来完成，学生没有参与完整的实验全过程。即使是学生参与的实验环节，也受限于试验装置的数量，只能分组，由每位同学动手实际操作某个步骤。同时由于土样取样通常数量固定，学生初次操作易于失败，会导致土样不够。为完成教学任务，顺利得到实验数据，分析出实验结果，通常情况下关键的制作、加载环节多由教师操作演示，学生读数记录，甚至于学生只是旁观。如土的一维压缩固结实验、直剪实验都存在土样数量、实验设备数量有限，学生难以全程动手参与。

课堂学时少，教学实验学时少、实验室面积小、设备少。而课程特点又需要学生有更多动手实验机会、联系工程实践能力。困境中，中国石油大学（北京）教务处提出了课程建设创新创业计划，在缩减课表学时的同时，大力支持课程创新，拿出一笔经费面向学院特色专业、基础课程进行了资助。海洋工程专业海洋土力学为2016年9月第一批资助课程。项目面向本科生，利用课外时间建立课程学习兴趣组，结合专业课程开展科技创新。项目为期2-4年，以学期为时间节点进行项目总结。

（二）结合科创项目开展课外自主学习

科创项目利用学生课外时间完成。主要目标是要在专业学习中，通过海洋土力学课程的课堂讲授，结合课外科创项目研究立题，开展项目式学习方式，在解决工程实践问题的同时，深入理解专业理论知识。

教师结合课程理论基础，紧密联系工程实践，整理工程中有关土的渗流问题、变形问题、强度问题三大工程问题。基于工程问题，师生共同组队开展科技创新活动，成立课外兴趣项目组。项目面向大学二年级、三年级本科生，由学生主动报名，经任课教师初步选拔，首批数十名学生在多位老师带领下，共同完成基于项目式课外自主学习方式。

学生通过项目进行了课外自主学习。自主学习内容涉及教学实验环节，需要学生全程参与。利用课外时间调研工程实践问题，撰写调研报告。以一个学期为时间节点，分别进行调研学习、数据整理、中期成果、结题汇报。多个兴趣组利用课外、寒暑假期进行理论学习、现场实践。由于结合项目进行课外自主学习，项目对学生和教师均有一定补助。自主式学习知识印象深、不容易忘记，是课堂讲授所难以达到的效果。

如2014级学生赵健男结合海洋工程作业环境，进行海底边坡稳定问题的项目调研。对由海底地震、火山爆发等引起的海底滑坡的现象，提出海底边坡稳定性研究及灾害事故预防的思路。结合课堂所学的砂土液化理论，思考海底滑坡的诱发机制，理解滑坡原因是在地震等动荷载的诱导下，导致海底松散饱水沉积物土颗粒间的有效应力减少，土体表现为液化状态。

同时结合土的抗剪强度理论，分析海底粘性土在动荷载作用下强度降低现象。海底土体的上覆水体随潮差变化使孔隙水压力或高或低，孔隙水在压力差作用下发生渗流，引起海底边坡破坏。

还有部分同学结合海洋油气开发，调研天然气水合物分解对海底土强度失效的影响。天然气水合物与固体颗粒相互胶结增强了水合物沉积层的强度。当海洋资源开发作业中，天然气水合物的温度、压力等外部条件改变，水合物分解释放。结合课堂上的摩尔-库仑强度模型分析出，沉积层抗剪切强度减小，土体承载力降低，从而发生工程破坏等灾害。

每年面向本科生开展一定数量的科创项目，引导学生进行课外自主学习。通过提高学生对专业课程的学习兴趣，来促进教师教学积极性，提高教学质量和教学效果。

（三）课外实践反馈课堂改进教学方式

每年面向本科生开展一定数量的科创项目，以学期为节点进行项目汇报和总结。项目结合了工程实践。以学生为主体完成课外实践项目后，教师汇总为一个个生动的教学案例，并将这些教学案例引入课堂讲授，改进教学方式方法。

工程案例对于土力学课程具有非常重要的意义。将工程实际案例引入教学课堂，课堂上教师展开岩土力学理论讲授。课后学生分组参与案例设计。再返回课堂模式上对理论应用进行讨论。最后再利用课外科技创新项目解决实际土力学工程问题。这样循环往复反馈式案例教学，将原本抽象的土力学概念、土力学原理具象化。具象化的完成过程是学生思考参与的过程。改进传统的以教学讲授单一方式。课外实践反馈式教学深入了课堂教学，达到了教与的互动。同时通过工程实践设计，真实检验学生掌握课堂理论知识的程度。教学相长，师生共赢。

积极的学生自主学习也对教师的教学积极性有良好促进。教师在课堂教学中积极采用复合多样的教学方式，以激发学生学习兴趣。如课堂讲授理论公式推导部分时，采用传统的板书教学，鼓励学生做课堂笔记。在涉及工程实践问题时，则采用多媒体视频教学方式，通过给学生播放现场工程实例录像让学生获得工程实践感性认识。对部分偏向工程应用的章节课，除课外实践教学案例外还引入网上相关专题讲座、优秀的慕课视频资源。对一些现场实验或不具备条件开展的三轴教学实验等，都可以通过视频学习。通过灵活应用穿插进行多种教学模式来增强教学效果，达到预期的教学目标。

三、结语

岩土力学课程具有学时少、内容多、知识点琐碎，在实践中应用强大的特点。本课程除强调理论学习外，极重视实验能力與工程实践经验。中国石油大学的海洋土力学课程具有石油专业特色。结合专业特色，深入学习本课程理论，并将理论知识与工程实践结合，来解决工程实际问题，是我们的教学目标。教改探究着眼于通过项目研讨式弥补传统课堂教学，达到与工程实践相结合，以自主式学习反馈课堂，辅以复合多样的教学手段，教学相长，提高教学质量，提升课堂教学效率，最终使本科生专业基础课程教学达到预期目标。

Research on Teaching Reform of Marine Soil Mechanics

ZHOU Jian-ping

（College of Safety and Ocean Engineering，China University of Petroleum （Beijing），Beijing 102249，China）

Abstract：Based on the reduction of class hours in the curriculum，the traditional teaching mode of single classroom teaching is changed，and the extra-curricular time is used to mobilize the enthusiasm of students' independent learning after class with learning promoting teaching and teaching guiding learning.The course of Marine Soil Mechanics makes use of the practice of extracurricular scientific and technological innovation projects，makes up for the traditional classroom teaching through project discussion，combines with engineering practice，uses self-learning feedback classroom，and is supplemented by multiple teaching methods so as to improve the teaching quality and efficiency and achieve the expected teaching objectives.

Key words：teaching reform，Marine Soil Mechanics，extracurricular scientific and technological innovation