基于CDIO理念的土力學(xué)教學(xué)改革與實(shí)踐

賈彩虹 曹 云

(南京工程學(xué)院 建筑工程學(xué)院，江蘇 南京211100)

1 關(guān)于“土力學(xué)”課程教學(xué)體系改革的思考

CDIO(Conceive-Design-Implement-Operate)工程教育模式以完整的項(xiàng)目研發(fā)為載體，系統(tǒng)地培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)技術(shù)知識、創(chuàng)新思考能力、職業(yè)能力和態(tài)度、團(tuán)隊(duì)協(xié)作和溝通能力，讓學(xué)生以主動的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程[1]。土力學(xué)屬于土木工程課程體系中的專業(yè)基礎(chǔ)必修課，最突出特點(diǎn)就是實(shí)踐性強(qiáng)，包含了理論、實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用三部分。只有將課堂、實(shí)驗(yàn)室、工程組成一個(gè)相互促進(jìn)、相互引導(dǎo)的教學(xué)循環(huán)體系，才能實(shí)現(xiàn)理論指導(dǎo)實(shí)踐、實(shí)踐提升理論的良性循環(huán)。

目前土力學(xué)課程教學(xué)主要是通過理論學(xué)習(xí)來培養(yǎng)學(xué)生分析和計(jì)算方面的能力，雖然也開設(shè)了8學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課程，但總體上缺乏對工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)。現(xiàn)存的主要問題有：

（1）學(xué)時(shí)少與內(nèi)容多的矛盾。在培養(yǎng)計(jì)劃總學(xué)時(shí)不變的情況下，基礎(chǔ)課的學(xué)時(shí)有所增加，專業(yè)課的學(xué)時(shí)越來越少。然而，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種新理論、新技術(shù)、新方法的不斷涌現(xiàn)，讓學(xué)生了解學(xué)科前沿動態(tài)，擴(kuò)大視野，是本科教育的重要任務(wù)。這就形成了教學(xué)學(xué)時(shí)的越來越少與教學(xué)內(nèi)容越來越多的矛盾。

（2）教學(xué)方法單一，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不濃。傳統(tǒng)的“一言堂”、“填鴨式”的教學(xué)方式，陳舊落后的教學(xué)手段，繁多的教學(xué)內(nèi)容，高難度的計(jì)算，再加上多媒體教學(xué)力度不夠，使學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性難以提高，教學(xué)效果大打折扣。

（3）教學(xué)內(nèi)容與實(shí)踐結(jié)合少。教學(xué)內(nèi)容未能及時(shí)把學(xué)科最新發(fā)展成果和教改教研成果引入教學(xué)；工程案例較少。

（4）實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱。土力學(xué)是理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的自然科學(xué)，大部分土力學(xué)的理論是建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的；另外，大多數(shù)已開設(shè)的實(shí)驗(yàn)是對已有結(jié)論的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，缺乏啟發(fā)型、綜合型、設(shè)計(jì)型、探索型實(shí)驗(yàn)。這種重理論、輕實(shí)踐的教學(xué)方式不適應(yīng)土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求。

（5）學(xué)生讀死書，死讀書。學(xué)生的學(xué)習(xí)缺乏主動性，研究性學(xué)習(xí)、探究性學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)等現(xiàn)代教育理念在教學(xué)中的應(yīng)用較少。

隨著工程技術(shù)的發(fā)展，各種新理論、新技術(shù)、新方法的不斷涌現(xiàn)，土力學(xué)應(yīng)用的領(lǐng)域日益拓展，知識處于爆炸時(shí)代，讓學(xué)生了解學(xué)科前沿動態(tài)，擴(kuò)大視野，是本科教育的重要任務(wù)。合理地安排教學(xué)內(nèi)容，采用有效的教學(xué)方法顯得尤為重要。

2 改革教學(xué)內(nèi)容

2.1 講課內(nèi)容少而精

教師主要通過課堂講授、習(xí)題、實(shí)驗(yàn)等教學(xué)方式重點(diǎn)講透基本概念、推導(dǎo)假設(shè)和基本原理等，如土的物理性、應(yīng)力、強(qiáng)度、壓縮性和滲透性等重點(diǎn)，應(yīng)講清楚它們的物理意義、用途、基本假設(shè)、應(yīng)用中的注意事項(xiàng)等。不僅要掌握分析方法，更要掌握各種分析方法的適用條件，不需要糾纏于推導(dǎo)。

課堂教學(xué)過程中按照實(shí)際巖土工程和力學(xué)分析過程來進(jìn)行。并按照自然邏輯將巖土力學(xué)問題和理論分解成許多細(xì)小知識和認(rèn)識單元和步驟[2]。首先提出工程問題，再根據(jù)問題來建立力學(xué)理論模型、假設(shè)和相應(yīng)參數(shù)，之后建立力學(xué)分析和計(jì)算模型，再回到原來實(shí)際工程問題用這些理論和計(jì)算結(jié)果來解釋、分析和預(yù)測這些工程的關(guān)鍵問題。在提出—分析—解決問題的過程中，學(xué)生不僅可學(xué)習(xí)知識而且還可掌握分析問題的方法和獲得相應(yīng)的工程經(jīng)驗(yàn)，并可在腦海中建立起整個(gè)知識的框架和分析問題的流程。

2.2 教學(xué)內(nèi)容實(shí)際化

土力學(xué)講共性，講原理，把國內(nèi)有些專業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中比較典型的方法作為應(yīng)用的一種例子來講，讓學(xué)生了解國內(nèi)的技術(shù)發(fā)展情況和存在的問題，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合不同的工程正確地應(yīng)用工程經(jīng)驗(yàn)，理解專業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（規(guī)范）之間差異的原因[3]?？山Y(jié)合實(shí)際情況，介紹當(dāng)前人們非常關(guān)注的，屬于熱點(diǎn)和重大項(xiàng)目的工程案例，如深基坑開挖，地鐵、高速公路路基的設(shè)計(jì)與施工，介紹其中遇到的一些重大而復(fù)雜的土力學(xué)問題以及解決這些問題的思路和方法，也可介紹近幾年發(fā)生的重大工程事故及其中所涉及的一些土力學(xué)問題，工程事故能使學(xué)生感到十分震撼，有利于激起學(xué)生的社會責(zé)任感，對學(xué)好本課程乃至本專業(yè)都會起到很好的作用。

在教學(xué)中融合注冊巖土工程師、注冊結(jié)構(gòu)工程師等考證的內(nèi)容，使學(xué)生更加明確專業(yè)學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和方向，提高學(xué)習(xí)積極性；以基本理論為基礎(chǔ)，結(jié)合實(shí)際工程問題，學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，理解國家規(guī)范、規(guī)程，培養(yǎng)分析問題的能力。

2.3 教學(xué)內(nèi)容新穎化

在教學(xué)內(nèi)容中應(yīng)及時(shí)反映本專業(yè)的最新技術(shù)和成果，介紹當(dāng)前學(xué)術(shù)前沿發(fā)展動態(tài)：授課過程中教師將本學(xué)科相關(guān)的學(xué)術(shù)發(fā)展動態(tài)告訴學(xué)生，并提出當(dāng)前存在的問題，提出自己的思路或可供選擇的方案，由學(xué)生按自己的思路進(jìn)行細(xì)化設(shè)計(jì)，這樣既提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，同時(shí)也培養(yǎng)了他們獨(dú)立思考的能力以及創(chuàng)新精神。同時(shí)在整個(gè)教學(xué)過程中，通過安排專家講座、專題講座或閱讀相應(yīng)最新前沿專業(yè)書籍等方式，加強(qiáng)學(xué)生對專業(yè)專業(yè)領(lǐng)域中比較成熟的新技術(shù)、新材料、新工藝最新發(fā)展的了解，使學(xué)生開闊視野，拓寬知識面，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性。

2.4 教學(xué)內(nèi)容綜合化

要在傳授知識的基礎(chǔ)上注重全面素質(zhì)與綜合能力的培養(yǎng)，加強(qiáng)學(xué)生獲取知識、分析問題、解決問題的能力，以及加強(qiáng)綜合性工程設(shè)計(jì)的教學(xué)和訓(xùn)練。另外應(yīng)體現(xiàn)學(xué)科交叉和融合，加強(qiáng)包括人文、社會、管理科學(xué)在內(nèi)的基本職業(yè)道德素質(zhì)的培養(yǎng)。

3 改革教學(xué)方法

由于土體自身的特性，學(xué)習(xí)土力學(xué)形象思維比邏輯思維更重要。要根據(jù)土力學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)，不斷改進(jìn)土力學(xué)的教學(xué)方法和研究方法，才能不斷提高教學(xué)水平，正確把握土力學(xué)的學(xué)科發(fā)展態(tài)勢。

3.1 開展研究型教學(xué)

增加大量的自學(xué)知識、討論課程，學(xué)生就某一個(gè)主題搜集資料、發(fā)言討論，同學(xué)和老師進(jìn)行點(diǎn)評。這些討論題有些是關(guān)鍵知識點(diǎn)，有些是綜合性的知識，能達(dá)到擴(kuò)展學(xué)生的知識面、調(diào)動學(xué)生的積極性、培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考問題和激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)作激情的目的。廣泛開展課堂內(nèi)外的討論，強(qiáng)化理解基本概念，在課堂上進(jìn)行有關(guān)土力學(xué)熱點(diǎn)問題的討論。例如關(guān)于土壓力水土合算與分算的討論、關(guān)于地下室浮力計(jì)算的討論、關(guān)于滲透力的討論等，加深學(xué)生對基本概念的理解，培養(yǎng)獨(dú)立思考和對實(shí)際工程問題的分析能力，拓寬同學(xué)們的思路。

3.2 工程講座和案例分析

大量收集工程圖片資料，選配恰當(dāng)?shù)膶?shí)例、算例或喻例，選擇事故或失敗工程實(shí)例進(jìn)行分析。如對照擋墻或基坑工程實(shí)例闡述滲流現(xiàn)象與滲流理論、土壓力和整體穩(wěn)定；對照建筑物傾斜、開裂，闡述土體壓縮與固結(jié)理論，分析有效應(yīng)力原理；對照壩坡失穩(wěn)、建筑物倒塌闡述土的抗剪強(qiáng)度理論、參數(shù)測定與應(yīng)用，地基承載力等。通過工程講座和案例分析，有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性并提高教學(xué)效率，加強(qiáng)土工問題分析和判斷能力的訓(xùn)練，進(jìn)一步提高學(xué)生識別、分析和解決某一具體問題的能力。

3.3 開設(shè)第二課堂

通過開展學(xué)術(shù)與工程報(bào)告講座，邀請工程勘察與設(shè)計(jì)單位的高級工程師、研究院所研究員、高校教授及在校教師，開展學(xué)術(shù)與工程報(bào)告講座，成為學(xué)生加深原理與概念理解、獲取新知識點(diǎn)、增強(qiáng)學(xué)術(shù)交流、了解我國重大巖土工程建設(shè)中存在問題及解決方法、了解學(xué)科前沿的窗口。要求學(xué)生閱讀一定量的文獻(xiàn)資料，并開展定期的讀書交流活動，促進(jìn)學(xué)生自主思考提出問題、解答問題，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力并互相學(xué)習(xí)、取長補(bǔ)短，激發(fā)學(xué)生潛能。

3.4 改進(jìn)課外作業(yè)模式

目前的課外作業(yè)以復(fù)習(xí)、鞏固書本知識為主，有些學(xué)生僅限于完成書上的習(xí)題及思考題，很難達(dá)到舉一反三的效果。因此，將課外作業(yè)分為基本型（以復(fù)習(xí)書本知識為主）、綜合設(shè)計(jì)型、工程實(shí)踐型、創(chuàng)新研究型四類，并可由學(xué)生項(xiàng)目小組來集體討論解題，成績評定原則是以知識運(yùn)用的“合理性”為主，即學(xué)生應(yīng)能拿出理由說明其設(shè)計(jì)的合理性，并有適當(dāng)?shù)姆治雠c思辨，以學(xué)生的實(shí)際表現(xiàn)和工作成果為依據(jù)，其中項(xiàng)目執(zhí)行成果（研發(fā)報(bào)告及其展示）占40%，研發(fā)過程占60%（包括文獻(xiàn)閱讀、動手能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、解決問題能力、設(shè)計(jì)與工藝的合理性及創(chuàng)新性）。

4 結(jié)束語

以先進(jìn)的CDIO工程教育理念為指導(dǎo)，對土力學(xué)課程進(jìn)行了一整套的教學(xué)改革，使學(xué)生能深刻地理解和掌握土力學(xué)基本原理，取得了良好的教學(xué)效果，達(dá)了現(xiàn)代工程教育改革的目標(biāo)。今后我們還需要不斷努力，逐步完善土力學(xué)課程教學(xué)改革的每一個(gè)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)適合社會發(fā)展需要，具有實(shí)踐創(chuàng)新能力的工程建設(shè)人才。

［1］CDIO教育改革工作辦公室.CDIO簡介[EB/OL].汕頭:汕頭大學(xué)工學(xué)院[2009-10-15].http://www.chinacdio.cn/index.asp.

［2］岳中琦.巖土力學(xué)英文授課自然圖像思維法[C]//第一屆全國土力學(xué)教學(xué)研討會論文集.人民交通出版社,2006:38-41.

［3］高大釗.土力學(xué)教學(xué)與土木工程通才教育[C]//第一屆全國土力學(xué)教學(xué)研討會論文集.人民交通出版社,2006:16-21.