“海洋土力學(xué)”課程教學(xué)改革探究

[摘 要] 基于課表學(xué)時縮減背景下，改變傳統(tǒng)單一課堂講授為主的教學(xué)模式，調(diào)動學(xué)生課外自主學(xué)習(xí)的積極性，學(xué)以促教，教以帶學(xué)。海洋土力學(xué)課程利用課外科技創(chuàng)新實踐，通過項目研討式彌補傳統(tǒng)課堂教學(xué)，與工程實際相結(jié)合，自主式學(xué)習(xí)反饋課堂，輔以復(fù)合多樣的教學(xué)手段，教學(xué)相長，提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率，達到教學(xué)預(yù)期目標(biāo)。

[關(guān)鍵詞] 教學(xué)改革;海洋土力學(xué);課外科創(chuàng)

[基金項目] 中國石油大學(xué)（北京）校級教改項目，《海洋土力學(xué)》創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類課程建設(shè)（21G16021）

[作者簡介] 周建萍（1974—），女，江西永新人，博士，中國石油大學(xué)（北京）安全與海洋工程學(xué)院副教授，主要從事軟弱土地基加固、土與結(jié)構(gòu)相互作用研究。

[中圖分類號] TU4? ? [文獻標(biāo)識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）38-0162-02? ? [收稿日期] 2020-04-11

一、課程教改背景

土力學(xué)課程在高校的土木工程、水利工程、交通工程專業(yè)培養(yǎng)方案中安排課時較多，課表學(xué)時一般56-64學(xué)時，約3.5-4學(xué)分。課表學(xué)時中包括教學(xué)實驗課時8-10學(xué)時。筆者所在院校海洋工程專業(yè)具有深厚石油開發(fā)行業(yè)背景。海洋工程專業(yè)本科生培養(yǎng)方案中另安排有巖石力學(xué)一門必修課。海洋土力學(xué)安排為選修課，課表學(xué)時也從早期56學(xué)時縮減為40學(xué)時，其中教學(xué)實驗由8學(xué)時縮減為4學(xué)時。

海洋巖土力學(xué)是海洋工程專業(yè)一門專業(yè)核心基礎(chǔ)課程。本課程特點可歸納為：“少、多、強”。學(xué)時少、內(nèi)容多、知識點瑣碎，在實踐中應(yīng)用強大。幾乎所有工程問題都離不開土的受力和變形。

本課程包含經(jīng)典土力學(xué)基本理論，以及與土力學(xué)三大問題相關(guān)聯(lián)的工程應(yīng)用部分。前修課程為材料力學(xué)、彈性力學(xué)、流體力學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)。此外，由于土體為碎散性材料，在前期所連續(xù)介質(zhì)力學(xué)基礎(chǔ)上，做了大量簡化假定。故而本課程除強調(diào)理論學(xué)習(xí)，很重視實驗?zāi)芰εc工程實踐經(jīng)驗。

目前教育部對本科生培養(yǎng)強化基礎(chǔ)弱化專業(yè)，對專業(yè)課程學(xué)時大幅縮減是大勢所趨。課堂教學(xué)課時有限，課程內(nèi)容繁多，是本課程的難題。如何在課時大幅縮減的背景下，完成必要的教學(xué)任務(wù)，達到預(yù)期教學(xué)效果？改進傳統(tǒng)的依賴教師課堂講授的模式，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性。將一部分課堂內(nèi)容轉(zhuǎn)移到課外，由學(xué)生利用課外時間來完成，是進行課程建設(shè)完善教學(xué)的初衷和目標(biāo)。

二、課程教改探索

（一）結(jié)合課程特點開展課外科技創(chuàng)新

海洋土力學(xué)課程內(nèi)容主要包括飽和土力學(xué)經(jīng)典理論。課程的理論分析高度簡化，具有半技術(shù)半藝術(shù)的特點。并且極其強調(diào)實驗?zāi)芰εc工程實踐經(jīng)驗。然而，培養(yǎng)方案中實驗設(shè)置課時少，實驗的準備工作均為實驗指導(dǎo)老師提前來完成，學(xué)生沒有參與完整的實驗全過程。即使是學(xué)生參與的實驗環(huán)節(jié)，也受限于試驗裝置的數(shù)量，只能分組，由每位同學(xué)動手實際操作某個步驟。同時由于土樣取樣通常數(shù)量固定，學(xué)生初次操作易于失敗，會導(dǎo)致土樣不夠。為完成教學(xué)任務(wù)，順利得到實驗數(shù)據(jù)，分析出實驗結(jié)果，通常情況下關(guān)鍵的制作、加載環(huán)節(jié)多由教師操作演示，學(xué)生讀數(shù)記錄，甚至于學(xué)生只是旁觀。如土的一維壓縮固結(jié)實驗、直剪實驗都存在土樣數(shù)量、實驗設(shè)備數(shù)量有限，學(xué)生難以全程動手參與。

課堂學(xué)時少，教學(xué)實驗學(xué)時少、實驗室面積小、設(shè)備少。而課程特點又需要學(xué)生有更多動手實驗機會、聯(lián)系工程實踐能力。困境中，中國石油大學(xué)（北京）教務(wù)處提出了課程建設(shè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃，在縮減課表學(xué)時的同時，大力支持課程創(chuàng)新，拿出一筆經(jīng)費面向?qū)W院特色專業(yè)、基礎(chǔ)課程進行了資助。海洋工程專業(yè)海洋土力學(xué)為2016年9月第一批資助課程。項目面向本科生，利用課外時間建立課程學(xué)習(xí)興趣組，結(jié)合專業(yè)課程開展科技創(chuàng)新。項目為期2-4年，以學(xué)期為時間節(jié)點進行項目總結(jié)。

（二）結(jié)合科創(chuàng)項目開展課外自主學(xué)習(xí)

科創(chuàng)項目利用學(xué)生課外時間完成。主要目標(biāo)是要在專業(yè)學(xué)習(xí)中，通過海洋土力學(xué)課程的課堂講授，結(jié)合課外科創(chuàng)項目研究立題，開展項目式學(xué)習(xí)方式，在解決工程實踐問題的同時，深入理解專業(yè)理論知識。

教師結(jié)合課程理論基礎(chǔ)，緊密聯(lián)系工程實踐，整理工程中有關(guān)土的滲流問題、變形問題、強度問題三大工程問題?；诠こ虇栴}，師生共同組隊開展科技創(chuàng)新活動，成立課外興趣項目組。項目面向大學(xué)二年級、三年級本科生，由學(xué)生主動報名，經(jīng)任課教師初步選拔，首批數(shù)十名學(xué)生在多位老師帶領(lǐng)下，共同完成基于項目式課外自主學(xué)習(xí)方式。

學(xué)生通過項目進行了課外自主學(xué)習(xí)。自主學(xué)習(xí)內(nèi)容涉及教學(xué)實驗環(huán)節(jié)，需要學(xué)生全程參與。利用課外時間調(diào)研工程實踐問題，撰寫調(diào)研報告。以一個學(xué)期為時間節(jié)點，分別進行調(diào)研學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)整理、中期成果、結(jié)題匯報。多個興趣組利用課外、寒暑假期進行理論學(xué)習(xí)、現(xiàn)場實踐。由于結(jié)合項目進行課外自主學(xué)習(xí)，項目對學(xué)生和教師均有一定補助。自主式學(xué)習(xí)知識印象深、不容易忘記，是課堂講授所難以達到的效果。

如2014級學(xué)生趙健男結(jié)合海洋工程作業(yè)環(huán)境，進行海底邊坡穩(wěn)定問題的項目調(diào)研。對由海底地震、火山爆發(fā)等引起的海底滑坡的現(xiàn)象，提出海底邊坡穩(wěn)定性研究及災(zāi)害事故預(yù)防的思路。結(jié)合課堂所學(xué)的砂土液化理論，思考海底滑坡的誘發(fā)機制，理解滑坡原因是在地震等動荷載的誘導(dǎo)下，導(dǎo)致海底松散飽水沉積物土顆粒間的有效應(yīng)力減少，土體表現(xiàn)為液化狀態(tài)。

同時結(jié)合土的抗剪強度理論，分析海底粘性土在動荷載作用下強度降低現(xiàn)象。海底土體的上覆水體隨潮差變化使孔隙水壓力或高或低，孔隙水在壓力差作用下發(fā)生滲流，引起海底邊坡破壞。

還有部分同學(xué)結(jié)合海洋油氣開發(fā)，調(diào)研天然氣水合物分解對海底土強度失效的影響。天然氣水合物與固體顆粒相互膠結(jié)增強了水合物沉積層的強度。當(dāng)海洋資源開發(fā)作業(yè)中，天然氣水合物的溫度、壓力等外部條件改變，水合物分解釋放。結(jié)合課堂上的摩爾-庫侖強度模型分析出，沉積層抗剪切強度減小，土體承載力降低，從而發(fā)生工程破壞等災(zāi)害。

每年面向本科生開展一定數(shù)量的科創(chuàng)項目，引導(dǎo)學(xué)生進行課外自主學(xué)習(xí)。通過提高學(xué)生對專業(yè)課程的學(xué)習(xí)興趣，來促進教師教學(xué)積極性，提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。

（三）課外實踐反饋課堂改進教學(xué)方式

每年面向本科生開展一定數(shù)量的科創(chuàng)項目，以學(xué)期為節(jié)點進行項目匯報和總結(jié)。項目結(jié)合了工程實踐。以學(xué)生為主體完成課外實踐項目后，教師匯總為一個個生動的教學(xué)案例，并將這些教學(xué)案例引入課堂講授，改進教學(xué)方式方法。

工程案例對于土力學(xué)課程具有非常重要的意義。將工程實際案例引入教學(xué)課堂，課堂上教師展開巖土力學(xué)理論講授。課后學(xué)生分組參與案例設(shè)計。再返回課堂模式上對理論應(yīng)用進行討論。最后再利用課外科技創(chuàng)新項目解決實際土力學(xué)工程問題。這樣循環(huán)往復(fù)反饋式案例教學(xué)，將原本抽象的土力學(xué)概念、土力學(xué)原理具象化。具象化的完成過程是學(xué)生思考參與的過程。改進傳統(tǒng)的以教學(xué)講授單一方式。課外實踐反饋式教學(xué)深入了課堂教學(xué)，達到了教與的互動。同時通過工程實踐設(shè)計，真實檢驗學(xué)生掌握課堂理論知識的程度。教學(xué)相長，師生共贏。

積極的學(xué)生自主學(xué)習(xí)也對教師的教學(xué)積極性有良好促進。教師在課堂教學(xué)中積極采用復(fù)合多樣的教學(xué)方式，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。如課堂講授理論公式推導(dǎo)部分時，采用傳統(tǒng)的板書教學(xué)，鼓勵學(xué)生做課堂筆記。在涉及工程實踐問題時，則采用多媒體視頻教學(xué)方式，通過給學(xué)生播放現(xiàn)場工程實例錄像讓學(xué)生獲得工程實踐感性認識。對部分偏向工程應(yīng)用的章節(jié)課，除課外實踐教學(xué)案例外還引入網(wǎng)上相關(guān)專題講座、優(yōu)秀的慕課視頻資源。對一些現(xiàn)場實驗或不具備條件開展的三軸教學(xué)實驗等，都可以通過視頻學(xué)習(xí)。通過靈活應(yīng)用穿插進行多種教學(xué)模式來增強教學(xué)效果，達到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。

三、結(jié)語

巖土力學(xué)課程具有學(xué)時少、內(nèi)容多、知識點瑣碎，在實踐中應(yīng)用強大的特點。本課程除強調(diào)理論學(xué)習(xí)外，極重視實驗?zāi)芰εc工程實踐經(jīng)驗。中國石油大學(xué)的海洋土力學(xué)課程具有石油專業(yè)特色。結(jié)合專業(yè)特色，深入學(xué)習(xí)本課程理論，并將理論知識與工程實踐結(jié)合，來解決工程實際問題，是我們的教學(xué)目標(biāo)。教改探究著眼于通過項目研討式彌補傳統(tǒng)課堂教學(xué)，達到與工程實踐相結(jié)合，以自主式學(xué)習(xí)反饋課堂，輔以復(fù)合多樣的教學(xué)手段，教學(xué)相長，提高教學(xué)質(zhì)量，提升課堂教學(xué)效率，最終使本科生專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)達到預(yù)期目標(biāo)。

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