一、引言
土力学是土木工程专业知识体系的重要组成部分,然而它的教学与其他力学课程的教学有一些不同,首先与其他的力学课程相比有着自己显著的特点,例如:学科本身较为年轻,发展并不成熟;知识板块之间联系并不紧密;理论及设计多来自于实践经验,缺少严密的量化推导过程等。部分学生反映难以理解土力学的知识框架和应用方法。另外一方面,对于目前土木工程本科专业教学来说,主要任务仍以培养应用型、实践型人才为主,但在目前的教材编写及教学活动中,仍然以课堂讲授和理论学习为侧重,辅以若干个课时的试验课程,学生在课程结束后无法将知识系统化,也没有思路将理论和案例分析、地基基础设计联系起来,“学了不会用”“学了用不了”的问题较为突出。再者,在“大土木”和“全面发展”的教育思路下,学生课程较多,各门课程的学时被不断压缩,学生反映学习精力不够。一般48个课时的学习,需要覆盖从土的性质到地基基础设计的广泛内容,广泛的内容和有限的课时形成鲜明对比。
二、土力学的课程特点
教授提出土力学的三大特点:1.基础性:从20世纪30年代以来,土力学的经典理论及方法并没有太大的变化;2.时代性:土力学的应用已经不局限于建筑工程,而开始向环境、抗灾等其他领域拓展;3.实践性:学科与工程实践联系紧密。首先,土力学的理论知识结构比较散碎,但可以总结为图1的框架,其中三个特性:土的散碎性、土的多相性、地质历史形成的变异性;三个工程问题:强度、变形、渗流;三大理论:摩尔-库伦强度理论、有效应力理论、达西定律。图1其次,土力学是一门特别重视实践的学科。在《岩土工程50讲》一书中,李广信教授认为土力学本身是一门实用的学科,认为土力学的问题不能完全依靠数学或者物理力学的“模型”来解决,而且要经常依靠动手试验、现场认知、案例研究这些联系实际的方式提高学习质量。朱炳寅教授也提出类似的观点:“地基的沉降量不应该完全依赖于计算,在地基沉降量的确定过程中,工程经验往往比理论计算更重要,有时甚至是决定性的因素。”在他的著作中也反复强调案例分析、经验积累的重要性。
三、教学思路及教学建议
学习内容上,对于本科学生来讲,土力学的学习目的是为了在未来的实践工作中应用到勘察、设计、施工以及工程事故的处理当中,然而限于课时往往无法具体深入学习,学习的重点就侧重在三大理论和基本问题的计算、解决思路上。对于其他实践应用的内容,酌情安排课时,例如挡土墙、独立基础设计等常见的专业内容可以安排成大作业或者课程设计,对于更复杂的应用则适当删减。教学方法上,以培养动手能力为目标的土力学专业教育,应该从以下方面入手:
(1)重视基本概念和知识框架
当前大学生普遍存在着急功近利的学习风气,具体表现就在重应用轻理论,土力学虽然必须重视实践,但仍然强调“从实践中来”的理论总结;另一方面,目前的土力学教材编写质量良莠不齐,如何带领学生清晰地、正确地认识土力学的知识体系和重要概念,就是教学的首要任务,如有必要,建议可以在阶段性学习完成后回过头来再复习一遍绪论部分。
(2)及时引入基础试验教学
土力学基本理论的理解离不开实验课程,而部分教师为了方便教学,将实验课程和讲授课程各自集中安排,学生在理论学习和实践之间人为地多出一段空白期,不利于理论知识的及时消化,得不偿失。建议及时安排相关的实验课程,例如在讲到达西定律的时候,就开始常水头渗透试验的准备工作,待试验结束以后,再继续其他章节的学习。
(3)理解规范但不要敬畏规范
规范在我们国家的建筑业中具有十分特殊的地位,而且多具有强制性。笔者认为对于土力学学习来讲,应避免学生过早接触规范,主要原因是规范普遍存在着保守、过细的问题,它的编制是为了工程技术人员在实际工程中快速掌握及使用的,过早接触会限制学生创新思路和好奇心。另外规范在课程设计和使用的过程中,也要注意向学生强调规范的局限性,避免对规范的盲目推崇。
(4)“大作业+小组讨论”代替单打独斗的课程设计
课程设计是土木工程许多专业课的重要环节,目前许多课程设计采用的仍然是“一人一份”的方式,但笔者观察“结构设计大赛”等各种团队竞赛的效果后认为,团队形式带来了相互竞争、相互交流、相互激励的学习氛围,而且这也符合目前实际工作中的专业分工方式,可以培养学生的团队精神。
(5)注重案例分析和理论应用实际
案例分析作为土力学学习的重要途径要得到教师的重视,这是激发学生学习兴趣、理论联系实际的重要途径。目前国内建设工程众多,高校周边有很多的实例资源,可以通过实地参观、全程跟踪等方式学习地基、基础的设计和施工,也可以对已经发生的相关工程事故进行小组讨论,引导学生将理论知识与实际挂钩,或者采用课堂汇报的方式安排案例分析课程都是很好的途径。
(6)注重计算机应用
目前在国内的土力学教材中,部分教材仍附有“地基附加应力计算表”等表格,以方便学生进行手工计算,但不论是从实际工作中还是国外的教学发展来看,计算机软件应用是明显的方向,应该鼓励学生在课后作业中使用EXCEL编写简单的计算式进行计算,课后学习ABAQUS、ANSYS或者国内的理正等软件,将计算结果进行对比,指导分析其中出现差异的原因,拓宽学生的专业视角。
四、总结
土力学是一门十分重要的专业主干课程,但是由于它的学科特点在教学过程中又必须采用与其他力学课程不同的教学方法。总体来说,就是要重理解、重实践、重应用,激励学生理解经典土力学理论,在此基础上,掌握现代的计算机软件应用方法,养成工程案例积累和分析的学习习惯,为以后的工程实践筑下牢实的基础。
作者:陈柯达 单位:吉首大学城乡资源与规划学院