基于工程认证背景下土力学与基础工程课程教学改革与实践

卢 谅，刘 朋，卢 黎，王经天

(重庆大学 土木工程学院， 重庆 400045)

工程认证背景下，土木工程专业的人才培养目标是培养一批面向国家建设需要，适应土木工程专业未来发展方向，掌握土木工程学科专业知识，能胜任土木工程相关技术、管理和研究开发工作，解决土木工程领域复杂工程问题，并且思想品德优秀、人文素养良好、体魄强健的创新型行业精英和国家栋梁。

作为土木工程专业重要的课程，土力学与基础工程课程专业性、综合性与实践性较强，对土木工程专业学生的完成课程设计、毕业论文设计以及参与工程实践具有举足轻重的作用[1]。工程认证要求中，对土力学和基础工程课程提出了以下的学生培养目标：(1) 掌握土木工程专业基础知识，能够针对具体的对象建立力学、数学模型并求解；(2) 能应用专业基本原理，分析土木工程专业复杂工程问题及其影响因素，结合文献研究获得合理结论；(3) 能对实验结果进行分析和解释，并通过信息综合得到合理结论；(4) 能够独立承担专项任务，并能在团队中承担成员或领导角色，具有良好的合作意识和协作精神，能够参与、组织和协调团队开展工作。然而，土力学和基础工程课程内容涉及较广，包括土的各种性质的计算、渗流分析、边坡滑动面形状分析及其安全系数的确定、浅基础和桩基础的设计方法、不同地质条件下地基处理、常见边坡支护结构的特点及监测。同时随着城市建设用地日趋紧张，工程地质条件越来越差，大量工程建设更趋于高层化、大规模化和密集化，造成基础工程问题更为复杂，土力学与基础工程课程知识日渐增多，实际工程中所面对的问题更加复杂化[2]。传统的土力学与基础工程课程教学的教学质量和深度难以满足专业人才需求，因此，对当下土力学与基础工程课程教学进行改革十分重要。目前，大量学者以及一线教育工作者对土力学与基础工程的教学模式和教学内容的改革进行了探索和思考，陈榕等[3]以职业需求为导向改革实验，重点培养学生的实验动手能力；许年春等[4]以微课程的形式丰富了土力学与基础工程的教学内容；其他一线教育工作者也提出了其他改革措施[5-7]。但这写改革措施都难以满足工程认证背景下对于土力学与基础工程课程的教学要求。

本文总结了目前土力学和基础工程教学中存在的显著问题，立足于工程认证背景下土力学与基础工程课程目标，从线上资源建设、思政与案例分析、实验改革和课题研讨等方面提出教学改革措施并进行实践，通过问卷调查的形式对改革方案的效果进行评估，为土力学与基础工程等土木工程专业课程教学方案改革提供借鉴和参考。

1 目前教学过程中存在的问题

1.1 课程内容多、杂且课时少，学生对学科知识掌握效果不佳

土力学和基础工程课程内容涉及土的各种性质的计算，渗流分析，边坡滑动面形状的确定及其安全系数的确定，桩基础、浅基础设计计算，挡土墙设计计算，地基处理，基坑工程等，其中包括大量理论公式推导、工程经验方法和规范设计。部分课程内容如桩基础、浅基础和基坑工程，渗流路径和水头的计算，瑞典条分法确定安全系数等，在理解难度和计算量上都有较大难度。此外，土力学和基础工程课程各章节间独立性较大，客观上显得土力学与基础工程课程内容繁杂；在课程内容多杂的现状下，土力学与基础工程课程教学课时却越来越少[8-9]，这导致教师课堂教学进度快，学生课题吸收效果低下，一定程度上导致学生学习的积极性降低，从而制约了工程认证中土力学和基础工程课程目标(1)的达成。

1.2 教材内容和工程实践相脱节

实践教学是大学生教育中指导学生分析实际问题和提高专业知识理解的一个重要环节[10]，对于培养学生的思考能力、运用理论解决实际问题能力以及明确自身未来发展去向具有重要作用[11]。然而由于教学课时较少，实际土力学课程教学中常常以土的三相性计算、渗流分析、边坡稳定性分析、地基沉降计算等理论作为重点内容，基础工程课程以常见的浅基础、连续基础、桩基础的设计计算作为重点教学内容。同时教材上的习题、例题题量较少且背景地质条件都是简化的理想条件，然而实际工程中工程地质条件却是复杂多样的，这导致学生缺乏处理复杂工程问题的训练。实际教学和课程目标(2)中所要求的能力培养目标相距甚远。

1.3 教育模式老化

目前土力学与基础工程课程大多使用传统教学方法，即老师上课、学生学习，且教学方式大多是PPT教学。然而由于课程内容的复杂性和课程章节间的独立性，学生在第一遍传统课题教学后难免留下较多知识疑点，对于土力学实验教学，以往的教学实验方案和实验材料均为学校提前设定，各试验条件基本相同且最终试验结果相近，这不利于学生理解不同土样下实验结果的差异，同时单一化的实验方案磨灭了学生试验的积极性。目前的实验教学模式很难满足课程目标(3)要求学生土工试验能力，并且未能体现课程目标(4)中对于学生团队合作能力的要求。

1.4 缺乏思想品德及人文素质方面的培养

在工程认证背景下，土木工程专业的人才培养目标，不仅要求学生掌握相关学科知识，而且要求学生具备优秀的思想品德和良好的人文素养。而传统的土力学与基础工程教学过程中，对于思想品德及人文素质方面的培养较为欠缺[12-13]。学生缺乏相应的国家使命感和奋斗精神，刻苦学习积极性不高，这与工程认证背景下的人才培养目标不相符合。

2 课程教学改革措施及具体实施方案

基于工程认证对土木工程专业提出的学生培养目标，同时考虑土力学与基础工程课程的学科对土力学与基础工程课程提出四点课程培养目标，即要：(1) 掌握土力学与基础工程的基本理论和相关工程知识，能针对土体的强度、变形和渗流问题进行求解计算，对于通过计算解决工程问题；(2) 能够运用土力学原理，结合文献研究，识别分析常规地质条件下复杂工程问题 ，并能够获得合理的结论；(3) 能够完成常见的土工实验，通过实验和数据分析，识别常见工程土类别，获得合理的常见土体性能指标，能指出常见土类的工程性能特征；(4) 通过小组合作完成土工实验和研讨，能够承担成员和组长角色，具备职业精神与责任，能够与他人合作完成土工实验和研讨报告。

基于以上四点土力学和基础工程课程培养目标，针对传统的土力学与基础工程课程教学过程中存在的问题提出改革方案，并在2020年—2021年学年土力学与基础工程的教学工作中实施相应改革措施。

2.1 以助教为引导的课内课外协同教学

针对土力学与基础工程课程内容多杂且课时较少、教育模式老化、教学模式单一、课堂教学节奏快且学生课后复习困难大的问题，采用课内课外协同教学的方式予以改善，利用线上课程资源对现有的教学模式进行补充。在课内教学前两、三天由课程助教提前将录制好的视频课程分享至SPOC教学平台，鼓励学生利用视频资源对课程内容进行预习。对由于课时关系没能在课内展开讲解的知识，同学们可以通过线上课程进行相应补充。通过课内课外协同教学的模式，增强学生对土力学课程知识的理解改革的具体措施即充分发挥助教作用 、更多的工程案例讲解、专家学者的科研事迹分享、SPOOC平台同步课程的教学资源建设以及实验改革。

在2020—2021学年的土力学与基础工程教学工作中，对改革方案进行实施，在每周一将每个章节SPOC平台线上资源的上传，每周三晚(即每周作业下发的时间节点)进行课程内容答疑与课后作业习题的讲评，通过答疑和讲评指出习题中常见的错误，分析错误的原因，加深学生们对课程知识点的理解。此外，各教学班助教负责土力学与基础工程课程相关设计规范的资源建设，根据教学进度分享相关设计规范的电子版到教学班课程群，供学生参考学习。

2.2 增加工程案例学习，加强工程实践分析

针对传统土力学与基础工程教学内容和工程实践相脱节的问题，在土力学与基础工程课程教学过程中，增加工程实例学习，课内分享实际工程视频案例，有条件时组织学生到施工项目参观学习。同时分享近几年相关工程实例的研究文献，培养学生从文献中学习分析复杂工程问题的能力。

在教学实践过程中，例如土力学部分教学工作进行到第二章：土的渗透性及其渗透变形时，增加讲述我国土体渗流领域黄文熙先生的人生历程和他理论与实践、把实际工程中的迫切问题作为研究对象，创造性地解决在治淮工程中遇到的问题及其解决思路的事迹。在基础工程，地基处理教学过程中，增加讲述雷神山医院工程建设中软弱地基的处理方法，同时介绍近些年来新兴的地基处理技术及其工程应用场景的文献研究[14]，分析相关技术的研究背景、创新点及工程应用价值，让学生们学会在面对不熟悉的工程问题时，如何利用文献研究去学习。除此之外，在基坑工程章节的学习过程中，分享了许多在建项目基坑工程的现场视频，带领学生参观工程现场各类基坑支护结构，讲解相应基础形式和支护结构的选择依据和设计计算过程中应注意的问题，使学生从现场考察中发现教学与实践的不同之处，更好地将书本知识和实践结合起来，达到学以致用的效果。通过实际工程联系理论知识的教学模式，建立学生对基础工程学科的兴趣，加深其对基础工程课程知识的理解。

同时在教学过程中，通过学习我国著名专家学者的求学科研经历，激发学生们的社会责任感和民族自豪感，激发学生们主动学习的积极性，鼓励同学们以前辈为榜样努力学习。

2.3 深化实验改革，自主设计试验方案

鼓励各组学生自行配置土样以增加学生对土力学课程实验的兴趣。试验结束后组织学生们汇总讨论不同土类型实验结果的差异并完成实验报告，加深学生对土力学课程实验的理解。

经过研讨确定好实验改革方案后，具体实施过程分为两个时间段， 2020年7月—9月，通过选课情况通知学生自行分组，每组3～5人，并下发试验计划书，由学生们讨论土样配备方案，并初步确定实验加载方案；2020年10月—12月，根据9月前讨论的试验方案实施实验，并在实验完成后将本组实验结果与其他至少两组的实验结果进行对比，并提交其中差异产生原因的分析报告。

2.4 组织微视频研讨，提高课程知识理解

针对课程教学进度快，学生学习的过程偏向于知识点极易而对知识理解应用不足的问题在教学过程中组织学生们进行小组研讨。由老师提出题目，同学们自行查阅资料讨论，并尝试讲解录制形成微视频。

在土力学教学过程中，准备了以下题目：(1) 如何根据沉降观测预测后期沉降量；(2) 对土力学中的轴对称问题和一维问题的归类与认识；(3) 用土力学知识解答为什么下雨天容易滑倒。组织同学们形成自行组队形成五人小组，然后随机抽取题目。在课后通过讨论和查阅资料深入理解相关问题，并提交对于问题的解答报告和小组成员的工作分工，并以此为参考赋予平时成绩。在此过程中培养学生的思考能力和团队协作解决复杂问题的能力。

3 教学改革成果

在2021学年第一学期，重庆大学2018级学生实施土力学与基础工程教学教学改革后，对2018级学生进行问卷调查。了解学生对教学改革措施效果的评价，从学生的角度去评价改革措施的有效性，根据学生的反馈对改革措施进行优化。问卷调查结果统计见图1—图5。

图1 助教课后答疑对你促进知识掌握的帮助程度如何？

图2 课堂上的工程案例对你最大的影响是什么？

图3 课堂上介绍我国岩土领域著名专家学者的求学科研经历对你产生了什么影响？

图4 SPOC平台的同步视频课程对你课程学习有何帮助？

图5 土力学实验方案的改革对土力学的学习有什么帮助？

从对具体改革措施效果的问卷调查结果中可以看到，88%的同学认为助教的答疑工作对知识的掌握是有帮助的；86%的同学认为增加工程实例和视频对增加学科兴趣和思想政治水平方面有帮助；近半的同学在了解到著名学者的事迹后，激发了自己的民族自豪感和自信心；SPOC平台的同步在线课程对学生们课前预习、课后复习、深入学习方面都有较大帮助。同时大多数同学认为实验改革激发了他们学习和理解土力学相关知识的积极性，课程教学改革的成效总体上令人满意。

4 结 语

土力学和基础工程课程是土木工程专业重要的专业课，课程内容对于课程设计、解决实际工程问题具有重要作用。在工程认证背景下，针对现有的土力学与基础工程课程教学过程中的不足，本文提出了一系列的教学改革方法，并加以实施。通过优化教学模式和教学手段，旨在培养学生学习的积极性，自主学习能力和爱国情怀，并在这些内在驱动力下更好地掌握土力学与基础工程的学科知识，从而满足工程认证背景下培养有知识、有能力、有思想水平和家国情怀的新一代社会主义建设者的宏伟目标。