岩土专业群土力学教学改革思考与实践★

彭李晖

(湖北国土资源职业学院，湖北 武汉 430090)

1 概述

土力学是研究土体强度、变形、渗流、稳定性及相关工程问题的一门学科[1-2]，是高职院校工程地质勘查、水文与工程地质、岩土工程技术等专业的专业基础课程。在教育部“双高计划”推动下，土力学作为岩土专业群内的“沟通桥梁”显得尤为重要。如何上好土力学，为岩土类专业群核心课打下坚实基础是广大岩土教师所关心的问题。2019年 受国土资源水工环地质勘查与测量专业教学指导委员会委托，我院针对72名工程地质勘查、岩土工程技术专业毕业生、21家代表企业进行土力学教学调研，在此基础上结合多年教学经验对土力学教学改革进行总结、探讨。

2 目前教学存在的问题

2.1 内容繁杂，重点不突出

土力学作为一门理论与实践并重专业基础课程，覆盖范围广，不仅有一定理论深度同时基本知识抽象，章节之间联系错综复杂。高职院校学生普遍基础较差，理解能力有限，冗长繁杂的计算使学生产生恐惧心理，学起来吃力，积极性不高[3-5]。

2.2 课堂教学与工程实践脱节

课堂教学与工程实践脱节主要体现在：1)现有高职土力学教材仍以习题为主，工程案例偏少且不成体系。学生仅通过做题缺乏“工程情景”难以体会“学以致用”的乐趣，且不同章节中案例与案例无关联，教师在工程案例教学中难以前后联系，知识点难成体系。2)土力学教学以理论教学为主，而土工实验作为高职学生必备技能在土力学学时占比不高。3)高职院校现有双师型教师成色不足，大部分青年教师学历高但均是从学校到学校，虽也参与过工程项目，但缺乏长期在一线的工作经历无法深入进行实践教学。

2.3 教学手段单一

虽然高职院校提倡项目化教学多年，但进展缓慢，大部分教师缺乏科学先进的教学手段，依然按照传统“教师台上讲、学生台下听”的填鸭式教学，不但教学效率低下，学生长期被动接受也无法激发学生主观能动性，教师因无法获得足够反馈也觉得上课“食之无味、弃之可惜”进而造成教学的恶性循环。

3 解决方法

3.1 企业调研梳理教学重点

土力学教材整体理论性较强，计算繁多。基础薄弱的高职学生全部掌握非常困难。而岩土类高职学生工作定位在于现场编录、现场原位测试、室内土工实验、施工及勘察报告编制，极少学生从事岩土设计工作。因此土力学教学重点应针对用人单位要求及学生工作方向予以梳理，尽量做到“夯实岩土基础、立足生产实践”。根据毕业生、兄弟院校调研及用人单位回访，结合教学经验将土力学分为如下三个模块，如图1所示。

模块一为土的基本性质，主要讲解土的形成、分类及基本的物理、水理性质。该部分知识点为岩土大类专业基础知识，教学难度低且广泛运用于钻探编录、现场施工、土工实验中，为学生必须掌握教学模块。

模块二为土的力学性质主要体现在土的强度及变形，本模块为土力学主干内容，计算烦琐，教学难度大，应立足于压缩、剪切实验两大实践技能训练基础上，重点介绍“通过规范及载荷实验确定地基承载力”这类频繁运用于生产实践的知识点。理论抽象计算繁杂的“摩尔—库仑强度理论” “黏性土土坡稳定”的条分法、“重力式挡土墙稳定性计算”等知识点应归类为拓展教学知识点。教师教学中应注意对上述知识点仅做科普性介绍，无需反复纠缠，如学生学有余力可进一步拓展。在地基沉降量计算中，可简化教学内容，如分层总和法计算沉降量将原本3层、4层需要计算变形的土层简化为2层，让学生理解“分层总和法”的内涵即可，也可引入沉降量计算软件辅助教学，也能达到良好的教学效果。

模块三为土力学教学难点，主要包括土的渗流、流网绘制、地基土变形与时间关系的计算等等。该部分内容应重点训练学生达西实验实操能力，介绍土的渗流固结基本概念，了解流土、流砂、基坑突涌的基本概念及防治措施为今后工作打下基础即可。

3.2 紧贴工程项目贯穿教学全程

高职土力学强调案例教学。但土力学不同章节案例与案例间往往较为割裂，学生仅机械完成教师布置任务，基础较差的学生依然无法理解土力学每一部分所学应用在哪。笔者教学中将一篇完整的岩土工程勘察报告作为教学情景，将勘察报告涉及到土力学的知识点提炼出7个模块进行训练。

图2为7个模块，基本涵盖土力学中土的分类、土的强度、土的变形等主要知识点。例如报告中土工实验数据表可针对土力学三相组成计算及力学指标进行训练，在训练过程中使学生意识到土的指标间不是割裂的，物性指标改变也会影响其力学性质。报告中天然地基方案论证则利用报告数据训练学生利用规范法确定该区域的地基承载力。最后在学期末选择6学时将所有子案例重新拼凑构成该勘察报告的主干框架，教师将学生分为若干组，每组委托优秀学生代表负责向全班汇报如何通过土力学基础知识完成所负责模块。通过此类项目贯穿全土力学教学的方式，一方面学生得到完整真实案例的锻炼，另一方面学生在沟通汇报过程中能体会到“学以致用”的乐趣，结合勘察报告促进土力学基本知识框架的搭建。此类用于教学的工程案例需要教师非常熟悉项目，最好是教师自己做过的工程项目，教师需在课下花大量精力将报告中的数据来源及数据处理过程提炼成若干个子案例便于学生训练。

3.3 引入仿真模拟加强实验教学

土工实验是土力学教学重点也是高职毕业生赖以生存的核心竞争力之一。通过土工实验可加深学生对土的基本性质、指标的理解。传统的土力学教学中土工实验课时短，学生不易得到充分锻炼、教师难以考查每位学生，且由于实验间隔跨度大，学生往往学了后面忘了前面。鉴于此，学院新的人才培养方案中将土力学总学时修订为64学时，其中实验学时30，理论学时34，理论与实验学时比接近1∶1。在理论(34学时)与实验教学(14学时)完成后，专门聘请生产单位土工实验负责人用2 d时间对学生从取样、装样到土的密度、含水率、液塑限、压缩模量和抗剪强度实验，并根据实验结果编制与生产项目一致的土工实验表。通过为期2 d 16学时的高强度实训，学生能掌握土工实验流程并能拉近与生产单位距离，为今后工作打下基础。

为更好进行教学，在土力学实验教学中引入仿真模拟系统。实验前学生借助职教云课堂平台观看土工实验微课，了解实验过程。实验教学中教师指导学生分组实验并针对常见问题进行纠正，实验后学生统一上机进入土工实验仿真模拟系统，学生犹如游戏闯关在系统中针对土样依次进行常规五项试验，上机仿真过程中需回答系统弹出关于实验操作及数据处理相关问题，同时系统内可更换土样类型得到不同实验结果，避免实操中土样单一难以改变的缺陷。引入仿真模拟系统可提高学生学习积极性，教师后台监管方便，不但可考查每位学生实验流程熟悉程度，同时学生深刻理解各土样指标的意义及指标间的相互转换关系。

3.4 “互联网+”传统教学方式

土力学相对枯燥的课程特点要求教师尽量采取多种教学手段教学。多媒体教学能在有限时间给予学生较大信息量，可弥补板书枯燥无味的缺陷。例如可通过多媒体将有限元软件生成的不同荷载下地基应力泡示意图的变化展示给学生，一目了然。但通过多媒体学生往往被动接受大量信息，对很多重要概念、基本计算一晃而过。因此土力学中较为重要的理论计算案例建议教师板书讲解，板书过程多与学生沟通随时掌握学生状况。

土力学教学也可利用职教云平台进行课前微课预习、课后习题训练的布置，教师也可上传各类动画视频丰富平台资源。每周教师可固定时间与学生开启网络直播答疑的第二课堂，学生匿名留言提问，教师现场讲解反馈。如今“互联网+”的手段多种多样，但需注意“互联网+”手段仅起提高学生学习兴趣、课后教学任务布置等辅助功能，土力学仍需以传统黑板+多媒体形式为主，切不可本末倒置。

4 教学效果分析

自2018年土力学教学改革以来，学生通过案例贯穿全程式的学习改变“土力学无用论”这种观点，实验课比例增大及仿真模拟的引入提高了学习兴趣，上课出勤率和期末考核及格率逐年上升(见图3)。2018年—2020年，随着教学改革的推进，工程地质勘查、水文与工程地质专业及岩土工程专业学生土力学及格率及优秀率均有所提高。虽然提高不大，但对于整体理论基础薄弱的高职学生而言进步明显。当然学生也提出很多中肯意见，例如在土力学教学中应开放第二课堂加强土工实验实操训练。应在教学中增加工程案例讨论课，提前布置讨论题目，分组讨论等等。

5 结语

上述土力学教学改革继承传统土力学教学优点，结合现代先进教育技术，依托网络教学平台加强师生互动。实验教学邀请生产单位土工实验负责人训练学生实操技能。针对毕业生调研及用人单位回访结果将土力学优化为三大模块，有选择的讲授不同模块内容。完整工程项目贯穿理论教学全程，培养学生动手能力和应用所学知识解决实际工程问题能力。当然，这种教学模式也要求教师提高自身业务水平，加强与工程实践结合，从而为学生提供更广阔的平台，培养出综合能力强的岩土人才。