优化高等土力学研究生教学体系的实施路径研究

2024-04-05金松丽李全明宋高峰

创新创业理论研究与实践 2024年2期

金松丽，李全明，宋高峰

（北方工业大学土木工程学院，北京 100144）

高等土力学是土木工程领域非常重要的专业课程，涵盖众多研究方向，是地基工程、尾矿库工程、边坡工程等岩土工程方向研究生学习和选修的重点，因此，土木工程专业的研究生培养历来重视高等土力学的教学工作。本文拟通过总结高等土力学的教学实践和现状，提出课程教学中存在的问题，并探讨相应的教学改革措施，以期建设具有专业特色的课程体系，培养研究生的科研思维水平和能力，为后续开展课题研究奠定基础。

1 高等土力学课程概述

1.1 课程特点

高等土力学是面向土木工程专业硕士研究生开设的一门专业选修课，选修该课程需要具备土力学与地基基础等课程的学习基础，授课内容主要包括土的成分与结构、土工试验及测试、土的强度理论、土的渗流及其计算、土的塑性理论和临界状态土力学、土的压缩、固结与流变等内容[1-3]。

1.2 教学目标

高等土力学课程旨在通过课程内容的学习，使相关专业和研究方向的硕士研究生了解和掌握高等土力学的主要内容，了解土力学研究的历程、现状和发展前景；掌握土力学研究的常见方法和思路，培养研究生从事土力学科学研究的思维模式和基本实验技能。

1.3 课程上下游联系

先修课：土力学及地基基础、弹性力学有限元方法；后续课：土动力学、非饱和土力学、岩土弹塑性理论和本构关系、岩土工程非线性分析、环境岩土工程、城市地下工程设计理论与施工技术等。

1.4 实践教学设计

选择性（至少3 个）完成不同应力路径下的三轴演示实验：（1）HC：各向等压（静水压缩）试验；（2）CTC：常规三轴压缩试验；（3）CTE：常规三轴拉伸；（4）PL：等比加载试验；（5）TC：平均主应力P 为常数的三轴试验。

1.5 考查方法及评定标准

总评成绩以百分制计算，由平时成绩和期末考试成绩两部分组成。平时成绩占比为20%，依据课堂考勤、课后作业、演示实验和独立思考能力等方面综合评定；期末考试成绩占比为80%，考试内容包括土工测试的基本方法、土的强度理论和临界土力学理论、土的渗流、土的固结理论和流变等基本概念和基本原理，重点考查强度理论和临界土力学理论以及固结理论。考试形式：开卷考试。

2 教学体系现状与存在问题

2.1 教学内容偏重于理论讲解

高等土力学是一门理论性非常强的课程，是在土力学与地基基础等课程内容基础上的深化和扩展，不仅涉及弹性力学、塑性力学、流体力学等力学方面的知识，而且需要学生具有使用张量分析、微积分等数学工具的基础。相比本科生的教学内容，高等土力学研究生课程内容设置更加深入且复杂，尤其是土体弹塑性本构模型、渗流固结理论等章节含有大量的理论公式推导[4-6]。加之课堂教学主要侧重于理论讲解，导致课程内容和环节晦涩难懂，学生难以真正理解和掌握土力学知识。

2.2 教学方式相对单一

课堂教学环节设计相对单一，以教师讲授教材上的知识和学生被动接受知识的传统教学模式为主。侧重于公式推导和理论证明，对课程结构和各章节逻辑关系的介绍较少，学生机械地跟随教师的思路，导致其缺乏整体观念，难以理清知识点之间的联系，前后脱节、忽视了内容的特点及其前后联系。直观形象的工程案例表述、科研思路和思维方式的分析探讨较少，学生对土力学理论在岩土工程实践中的应用了解较少，缺乏对科研方法的认知。课堂互动仅有提问环节、多样性不足，学生缺乏主动性与探究性。

2.3 研究生学习主动性尚未被调动

课堂管理松懈，学生课堂纪律表现主要取决于个人态度，个别学生存在迟到、早退、旷课等现象。教师很少进行考勤登记，课后作业完成情况仅作为平时成绩考核的依据，未能及时反馈学生知识掌握情况，整体而言，学生对课程学习重视不够，课堂时间未被充分利用，学生课后投入时间无法保障，较难达成课程预期教学目标。

2.4 实践环节教学内容相对滞后

课程实践环节内容设置为不同应力路径的土体三轴试验，但这些实验大多为验证性实验，在课堂上先由教师讲解实验理论知识、实验仪器使用方法和操作步骤，再由学生到实验室在教师的指导下分成若干小组完成实验，记录数据后填写实验报告。这些实验都是土力学中的经典实验，但未能反映学科前沿的发展方向，无法适应学科发展进步的要求。

2.5 理论教学与工程实际联系少

课程内容理论知识过多，未能与工程实际紧密结合。理论和实践相互脱节，不能形成两者的融合促进，不利于促进学生对理论知识的理解和掌握，无法激发学生的学习积极性和主观能动性。因此，难以实现全面培养学生实验能力、综合分析和解决实际问题能力的目标，亦不能体现建设高水平应用型大学的办学理念[7-8]。

3 教学体系改革措施

3.1 精细化的教学内容设计

教师开课前以调查问卷和座谈等方式调研学生的学习基础、研究方向和重点关注课程内容，充分了解学生已有的数学、土力学及相关力学知识的掌握情况，以及预期的研究课题和研究成果。在此基础上，对教学内容进行精细化设计，明确教学的重点和难点，在学生基础薄弱的环节适当补充相关基础知识的内容，除了理论知识讲解外增加前后逻辑和思考过程的分析阐述环节。对教材中涉及的其他学科知识提前做好铺垫，使得学生能够更好地理解内容。

3.2 分层次的课程任务设计

将课程划分为基础、进阶、高阶3 个阶段，教学内容由简入难，循序渐进地教学。在基础阶段注重讲解基本概念和原理，但不能只是公式推导，要从原理方面进行讲解，推导步骤可以适当省略。在进阶与高阶阶段，注重工程实际应用与研究前沿、专业发展方面的讲解，并依据课程开展的实际情况动态化调整教学内容，比如针对难度大、不易理解的章节适当增加课时，对于简单的内容减少课时，简略讲解。

3.3 多样化的教学目标优化

教师确立科学合理的教学目标，把握教学的重难点，立足学生的接受能力和需求讲授课程。因材施教，在培养模式、教学内容的组合上应该多样化，采用多种教学模块，让学生按自己的需求选择合适的学习模式。立足培养学生的学习能力，充分发挥学生的主观能动作用，为学生预留一定的预习、复习以及自学时间，将教师传授、学生自学、实践学习结合。

3.4 先进的教学方法

教师充分利用现代信息化教学方法，比如在线教学与线下教学同步进行，使学生课下可以反复观看教学视频，复习课堂知识。结合专家学者讲座，针对某一重点或难点的章节内容，邀请相关方向专家举办讲座，构建有深度的课堂教学。另外，随着我国高等教育改革的深入，涌现了一些与土力学相关的精品课程，采用翻转课堂等方式，将精品课程内容融入课堂，从而提高教学效果。

3.5 互动式的习题反馈环节

教师在每节课讲解公式的过程中除了讲解理论部分之外，穿插讲解该公式的应用，通过布置例题、上课提问、讲解例题的方法使得基础较薄弱的学生在课堂中也有所收获，同时也能了解学生对该知识点的掌握程度；布置一些关于理论推导部分的作业，进行平时成绩加分，供学有余力的学生进行课下学习，以提高学生课下学习的主动性和自觉性[9-11]。

3.6 丰富的实验教学内容

高等土力学是一门理论性很强的课程，同时也是一门自然科学课程，其理论是对岩土工程所发生的自然现象的解释。课程的大多数理论都可以在室内试验、模型试验、现场原位试验的现象中得到反映，因此，课程教学在注重理论的同时，可大量增加实验教学的内容。

3.7 创新性的教学团队优势发挥

发挥教学团队的优势作用，完善老中青“传帮带”机制，加强教学经验交流，研讨优化教学方法，及时更新教学大纲。团队教师积极参与科学研究，提高学术水平，教学科研相互融合促进。课堂内容增加本专业学科前沿问题分析与探讨，凝练岩土工程中的创新性技术，培育学生创新意识，训练学生学术思维，激发学生科研乐趣，形成具有特色的专业课程[12-13]。

3.8 以能力提升为目标的理论与工程实践结合

将抽象的理论知识与工程实践联系，举例说明所学知识在工程设计和施工中的具体应用。通过增加学生到工程现场参观实习时间，或者视频播放现场录像过程等方式深化实践环节，使学生不仅可以深入理解土力学的概念和原理，还能够将其应用到实际的工程项目中，提高综合能力与实践能力。

3.9 体系化的思政元素和职业教育融入

教学过程中注重融入思政元素，并适时进行职业教育。围绕中国制造和大国工程等事例，挖掘岩土工程领域的中国理论、技术和方法等元素，融合川藏铁路、“天眼”工程、中国高速铁路、长江经济带、“一带一路”等大国工程中的课程思政元素，使学生了解我国建设社会主义强国的信心和实力，增强对中国特色社会主义道路的自信，激发学生的创新精神[14]。