融入課程思政元素的“土力學(xué)”教育教學(xué)分析

周艷春，侯興民

（1.泰山科技學(xué)院，山東 泰安 271000；2.煙臺大學(xué)土木工程學(xué)院，山東 煙臺 264005）

0 引言

新工科背景下，如何培養(yǎng)造就多樣化和創(chuàng)新型的卓越工程科技人才，主動應(yīng)對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，為國家提供創(chuàng)新驅(qū)動和人才支撐，成為工科院校亟待解決的問題[1]。課程思政應(yīng)運(yùn)而生，它與思政課程并存，共同承擔(dān)起新工科建設(shè)綜合素質(zhì)培養(yǎng)的重?fù)?dān)。思政課程由來已久，由專門的思政老師授課，是顯性思政；而課程思政則是在專業(yè)基礎(chǔ)課程中融入思想政治教育，在講授專業(yè)基礎(chǔ)知識的同時，引導(dǎo)學(xué)生把握正確的人生觀、世界觀和價值觀，是隱形思政[2]。

“土力學(xué)”是土木工程方向的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，它以土作為研究對象，是一門研究土的基本物理性質(zhì)及土體受力后其應(yīng)力、變形、強(qiáng)度和穩(wěn)定性的科學(xué)?！巴亮W(xué)”的研究對象復(fù)雜多變，研究內(nèi)容涉及學(xué)科廣泛，“土力學(xué)”中的公式和計(jì)算絕大多數(shù)都是半理論和半經(jīng)驗(yàn)的，是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的科學(xué)[3]。對于工學(xué)類專業(yè)課程，課程思政要注重強(qiáng)化學(xué)生的工程倫理教育，培養(yǎng)學(xué)生精益求精的大國工匠精神，激發(fā)學(xué)生科技報(bào)國的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng)[4]。本文結(jié)合“土力學(xué)”教材內(nèi)容（土的三相組成、抗剪強(qiáng)度、地基承載力與壓縮性、土坡穩(wěn)定）真實(shí)案例，深入分析思政元素的融入點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)專業(yè)基礎(chǔ)課程與思政元素有機(jī)融合，達(dá)到潤物無聲的效果。

1 土的三相組成（認(rèn)清本質(zhì)、中國凝聚力）

地球表面的整體巖石，在大氣中經(jīng)風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)、沉積，形成的由固體礦物顆粒、水、氣體三種成分的集合體就是土[5]。土的三相就是指土的固相（土中固體顆粒）、液相（土中水）與氣相（土中氣）。依據(jù)土粒大小、粒組的土粒含量或者土的塑性指數(shù)，可以把土分為巖石、碎石土、砂土、粉土和黏性土五大類，不同類別的土，物理力學(xué)性質(zhì)迥然不同。在特定的地理環(huán)境或者人為條件下，還會形成具有特殊性質(zhì)的土，包含黃土、膨脹土、紅黏土、凍土等。例如，同樣都是黃土，濕陷性黃土與非濕陷性黃土在浸水前，均具有較高的承載力和較低的壓縮性，而一旦浸水，濕陷性黃土的結(jié)構(gòu)會迅速發(fā)生破壞，強(qiáng)度顯著降低并產(chǎn)生明顯的附加下沉。亦或碎石土與淤泥質(zhì)土，前者具有較高的承載能力和壓縮模量，而后者承載能力低且壓縮性高。在外力作用或自重應(yīng)力的作用下，土體會產(chǎn)生相應(yīng)的強(qiáng)度問題和沉降變形問題，雖同為土體，皆由土中固體顆粒、土中水、土中氣三相組成，但仍千差萬別。需要立足于本質(zhì)，從本質(zhì)出發(fā)，剖析土體的區(qū)別。

土體由固、液、氣三相組成，三者相對含量不同，則對應(yīng)的土體物理力學(xué)性質(zhì)也不相同。譬如水分的多少會影響土體的含水量及飽和度，亦會影響土體擊實(shí)所能達(dá)到的干密度值。即便三者相對含量相同，也會有所區(qū)別：①土中固體礦物顆粒有原生礦物（石英、長石、云母等）和次生礦物（高嶺石、伊利石、蒙脫石等）之分，不同的礦物物理力學(xué)性質(zhì)不同，主要取決于該礦物的晶體結(jié)構(gòu)。晶體結(jié)構(gòu)決定了礦物的電分子引力及親水性。原生礦物性質(zhì)穩(wěn)定、透水性強(qiáng)，而次生礦物性質(zhì)活潑、親水性強(qiáng)。②土中固體顆粒的大小與級配同樣會有影響，粒徑范圍越寬，顆粒越不均勻，則孔隙越少，級配越好。③土中水分為吸著水和自由水，吸著水是指吸附于晶體電場范圍內(nèi)的水，不傳遞靜水壓力。自由水與吸著水性質(zhì)不同，相對含量的不同亦會引起土體性質(zhì)改變。④土中氣體分為封閉氣體和非封閉氣體，非封閉氣體受到外力作用會從土體逸出，加快土體的固結(jié)沉降過程，而非封閉氣體則無法逸出，堵塞孔隙。

土體受到外力作用所表現(xiàn)出的強(qiáng)度問題、變形問題這些宏觀力學(xué)行為，均是由于固相、液相、氣相三者微觀要素所決定的[6]。人亦如此，國家亦如此，要學(xué)會透過現(xiàn)象看本質(zhì)，治標(biāo)需治本。同時需要注意，集體中的每一個小分子都有不可或缺的作用，即便是顆螺絲釘，也有屬于自己的位置，只有每個人都心向祖國，甘于奉獻(xiàn)，才能充分發(fā)揮中國凝聚力，心往一處想，勁往一處使。三年的抗疫生涯（短時間內(nèi)迅速反應(yīng)迅速建設(shè)完成的功能齊全的各類方艙醫(yī)院、全國各地的醫(yī)護(hù)人員、食品藥品支援），讓學(xué)生充分了解到了什么叫中國速度。

2 土的抗剪強(qiáng)度（壓力閾值、工程倫理）

土的抗剪強(qiáng)度是指土體抵抗剪切破壞的極限能力。結(jié)合莫爾應(yīng)力圓和土體抗剪強(qiáng)度線，如圖1 所示，可以給出土體所處狀態(tài)：A 圓與強(qiáng)度線處于相離的狀態(tài)，則土體安全；B 圓與強(qiáng)度線處于相切狀態(tài)，則土體極限平衡；C 圓與土體處于相割狀態(tài)，則土體破壞。結(jié)合極限平衡狀態(tài)，給出了莫爾—庫侖破壞準(zhǔn)則，以此去判斷土體所處狀態(tài)。

圖1 圖解確定某一土中單元體所處的狀態(tài)

1992 年廣東海康縣7 層旅店大樓在無異常天氣的情況下，發(fā)生倒塌，事故主要原因是因?yàn)榧魬?yīng)力超過了土體抗剪強(qiáng)度所造成的的地基破壞。

抗剪強(qiáng)度對于人們?nèi)粘９ぷ骱蜕钔瑯舆m用。A 圓、B 圓、C 圓就像是生活中遇到的外界挑戰(zhàn)，而抗剪強(qiáng)度線則是人們可以承擔(dān)的壓力閾值，對于每個人來說，成長經(jīng)歷不同，壓力閾值不同。同樣的外界挑戰(zhàn)，每個人會有不同的心態(tài)反應(yīng)。外界挑戰(zhàn)，就是敵對關(guān)系，敵強(qiáng)我弱則是C 圓與強(qiáng)度線，必然會影響到正常的工作與生活；而敵弱我強(qiáng)則是A 圓與強(qiáng)度線，外界挑戰(zhàn)在可處理的范圍內(nèi)，必然不會對工作與生活造成過大干擾。當(dāng)生活中遇到超出壓力閾值，無法解決的問題的時候，應(yīng)該強(qiáng)大自己，提高自己的閾值；同時也應(yīng)該積極尋求心理疏導(dǎo)，借助外界力量，與之抗衡。

抗剪強(qiáng)度線也像是規(guī)范，在規(guī)范范圍內(nèi)（即相離和相切兩種狀態(tài)）的構(gòu)造和計(jì)算，都可以保證建筑的安全性，而超過規(guī)范范圍（即相割狀態(tài)）的，則無法保證建筑安全。所以不管是在設(shè)計(jì)還是施工過程中，要牢守規(guī)范，遵紀(jì)守法，循規(guī)做事，承擔(dān)社會責(zé)任。尤其是工科從業(yè)人員在面對科研與工程時，一定要牢守工程倫理，依規(guī)做事，切不可偷奸耍滑，偷工減料，做違背工程安全的事情。

3 地基承載力與土的壓縮性（精益求精，學(xué)會選擇）

對于土層來說，需要滿足兩方面要求才可作為建筑物地基：一是可承擔(dān)建筑物的基底壓力，即地基承載力符合要求；二是不產(chǎn)生過大的沉降量或沉降差，即變形符合要求。

對于地基承載力來說，加拿大特朗斯康谷倉是個很好的例子[7-8]。該谷倉南北長59.44m，東西寬23.47m，高31.00m，共65 個圓筒倉。谷倉施工完成裝載谷物后，1h 豎向沉降高達(dá)30.5cm，后發(fā)生傾斜破壞，整個過程中，上部筒倉完好無損。事后調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該建筑物并未進(jìn)行地基勘察，而是盲目采取臨近建筑物的地基承載力作為設(shè)計(jì)值，而實(shí)際該地地基承載力遠(yuǎn)小于臨近建筑物的地基承載力，導(dǎo)致基底壓力超過地基承載力而發(fā)生強(qiáng)度破壞。雖其后采用支撐系統(tǒng)對谷倉進(jìn)行了處理和糾偏，使得谷倉可以繼續(xù)使用，但經(jīng)濟(jì)投入遠(yuǎn)比預(yù)期要多得多。對于土體來說，因大部分埋于地下，隱蔽、復(fù)雜，無法直接憑借肉眼識別，因此，要更加強(qiáng)調(diào)地基勘察的重要性?？梢圆捎勉@探、掘探、觸探等勘探方法，劃分土層、測定物理性質(zhì)指標(biāo)、估算地基承載力、判定地下水位變化等。只有全方位了解地基，才能更好地使用地基作為建筑物的持力層。

對于未知的事物，同樣如此，不能憑空想象，更不能隨意復(fù)刻，要真實(shí)地去考察、去衡量，才能得到最準(zhǔn)確的結(jié)果，而不是一味地去猜想，要實(shí)干，要培養(yǎng)學(xué)生精益求精的大國工匠精神。

土層分布會受到形成歷史、周圍環(huán)境等的影響，導(dǎo)致土層性質(zhì)千差萬別，承載力高、壓縮性低的天然土層固然是最佳持力層，但很多情況下，無法選擇或者選擇受到限制時，也只能在軟弱地基或特殊土地基上進(jìn)行建筑。譬如日本大阪的關(guān)西國際機(jī)場，建設(shè)在海上填筑的人工島上，這個機(jī)場自施工完成開始就在下沉，后期需要巨大財(cái)政支出去修補(bǔ)沉降以及解決問題。概念設(shè)計(jì)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于計(jì)算設(shè)計(jì)的，初期優(yōu)化場址的選擇會大大節(jié)省后期的計(jì)算及后續(xù)施工流程。當(dāng)無法選擇承載力高、壓縮性低的天然土層時，也可以采取置換、預(yù)壓、灌入固化物、加筋等地基處理手段對土層進(jìn)行加固處理，提高地基承載力，并減少沉降量。

4 土坡穩(wěn)定（敬畏自然、文化自信）

無論是天然土坡還是人工土坡，都存在穩(wěn)定性的問題，對于土坡來說，滑坡問題是需要特別重視的。土坡出現(xiàn)滑坡現(xiàn)象，本質(zhì)是土體內(nèi)部薄弱面上剪應(yīng)力達(dá)到了土體的抗剪強(qiáng)度。不管是外荷載的增加，還是土體本身性質(zhì)減弱所導(dǎo)致的土坡滑坡現(xiàn)象，它的危害都是巨大的。

1972 年香港寶城大廈滑坡、2001年薩爾瓦多山體滑坡、2014 年阿富汗巴達(dá)赫尚省阿布巴里克村山體滑坡等，無一不造成了重大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。因此應(yīng)該敬畏自然界的力量，使學(xué)生意識到環(huán)境保護(hù)的重要性，實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧相處。同時還需要引導(dǎo)學(xué)生對基坑支護(hù)或邊坡支護(hù)工程的重要性產(chǎn)生共鳴，需要意識到工程安全的關(guān)鍵性。在后續(xù)工作過程中，要避免施工過程中投機(jī)取巧，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行施工，確保工程的安全性。

結(jié)合河海大學(xué)編制的SLP 程序[5]，讓學(xué)生認(rèn)識到可以借助軟件進(jìn)行土坡穩(wěn)定分析，把繁瑣的計(jì)算交給計(jì)算機(jī)，而把時間留給更深入的問題。同時還有商丘師范學(xué)院的“互聯(lián)網(wǎng)+”土工實(shí)驗(yàn)室工坊[9]，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)平臺共享。古有戰(zhàn)國“相土”、夏代“柱礎(chǔ)”[10]，今有曾國熙、黃文熙、盧肇鈞教授等人，均對“土力學(xué)”的發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。古有都江堰、萬里長城、趙州橋，今有港珠澳大橋、三峽大壩、大興國際機(jī)場等重大工程；借由這些案例，提升學(xué)生的文化自信。

5 結(jié)束語

本文以“土力學(xué)”課程為例，探討如何將課程思政元素有機(jī)融入到教學(xué)過程中，做到學(xué)生不反感，達(dá)到春風(fēng)化雨的效果。主要結(jié)合教材內(nèi)容，土的三相組成、抗剪強(qiáng)度、地基承載力與土的壓縮性、土坡穩(wěn)定四個方面的內(nèi)容，并結(jié)合具體案例進(jìn)行課程思政元素的深入分析，引出了要認(rèn)清事物本質(zhì)、提升中國凝聚力；要提升壓力閾值，牢守工程倫理；要精益求精，學(xué)會選擇；要敬畏自然，有文化自信。作為知識的組織者、傳播者，課程思政對教師提出了更高的要求，因此需要廣泛涉獵知識，充分備課，將教學(xué)內(nèi)容與思政教學(xué)緊密結(jié)合，做好課堂教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐，更好地為國家培養(yǎng)一批技術(shù)過關(guān)、綜合素質(zhì)優(yōu)秀的大學(xué)生。