土木工程一流本科专业建设中土力学课程教学改革研究及实践

雷鸣，唐仁华，邓鸣，刘浩然，匡希龙

（长沙学院土木工程学院，湖南 长沙 410022）

教育部关于一流本科课程建设的实施意见指出，课程是人才培养的核心要素，课程质量直接决定人才培养质量，必须深化教育教学改革，把教学改革成果落实到课程建设上，消灭“水课”，形成多类型、多样化的教学内容与课程体系［1］。另一方面，专业建设的落脚点是课程建设，而课程建设质量取决于课程教学体系改革质量［2］。土力学是土木工程专业的一门必修主干专业课程，在土木工程本科专业人才培养中占据核心地位［3］。为实现土木工程专业“培养懂设计、擅施工、会管理的高素质、应用型、职业化工程技术人才”这一培养目标，长沙学院土力学课程教学团队从中国高校土木工程专业土力学课程教学现状入手，发现问题、分析原因，并以申报立项省级土木工程一流本科专业建设点为契机，对课程现有教学内容、方法及手段，考核方式等教学环节进行改革并实践，结果表明：改革后的成果能提升学生学习兴趣和学习积极性，学生创新意识突显，学生分析和解决复杂工程问题的能力显著加强。

1 土力学课程教学现状及问题

1.1 土力学开课时间不合理

课程定位是课程在人才培养方案中的方向标，方向标准确，培养目标才明确。土力学课程作为主干专业课程，应充分显示出其介于公共课程（高等数学、大学物理等）、部分专业基础课（理论力学、材料力学等）与专业课（基础工程、路基路面工程等）之间的衔接作用。设计人才培养方案时，设计人应充分调研土力学课程的开课学期和学期中的开课时间点，根据专业特点，结合学校人才培养方案指导性原则，统筹兼顾师资、场地及办学特色，敲定开课时间及课时数量，避免学生因课程安排不合理而产生学习困难问题。

1.2 土力学教学内容与培养目标契合度不够

土木工程专业教育可以追溯到1747年法国创办国立路桥学校时期，我国土木工程专业教育最早出现在1895年创办的北洋西学学堂（今天津大学）。因此，土木工程专业在大学本科阶段的专业教学知识几乎都是经典的、有深厚历史背景的，土力学作为其核心课程显得尤为突出。例如，达西定律出现于1856年，太沙基一维固结理论出现于1925年等。当前，压缩专业课课时、提升公共课课时比例是我国大学教育的普遍潮流，因此，在土力学短短40个左右课时中，如何将经典教学知识教到位，同时又融入学科创新发展的新元素，对所有土力学课程教师来说都是不小的挑战。

土力学课程内容有土的基本性质、应力计算、渗流理论、变形计算、强度理论、土压力计算、土坡稳定分析、地基承载力等，多而杂，需要教师对教学内容做深入研究，并根据行业市场趋势动态进行取舍，以此来完成各校专业人才培养目标下的课程教学任务。例如，对培养应用型技术人才的地方本科院校来说，如果对全体学生一味教授土力学课程的理论知识推导，既占课时又加剧学生学习难度，需要适当简化理论推导教学而加强理论应用教学。

1.3 土力学教学模式陈旧

在信息化教学发展如火如荼的新时代，全国各大高校授课已经不再拘泥于“粉笔+黑板”的初级模式，纷纷实现了信息化教学。但仍有不少教师片面地认为，“PPT+多媒体教室”就是现代信息化教学。土力学课程教学模式现状也是如此，不少教师将“粉笔+黑板”的初级模式简单地变成了PPT展示，而PPT翻页快，如走马观花，在某些方面甚至不如初级模式，久而久之，将导致学生产生学习兴趣下降、学习积极性不高的负面状况。因此，土力学教学改革首先应将传统教学理念转化为现代教学理念，充分运用信息化技术、现代化教学方法，充分体现以学生为中心这一教学理念。土力学课程教师应用脑用心设计学习环境，突出情境的教学作用；组织好学生的协作学习；利用网络平台、数据分析工具、工程实际案例等大量信息资源来支持学生的“学”。

1.4 土力学实验教学落伍

土力学课程的很多理论规律来源于实验，例如，法国工程师达西就是通过对2000多组沙土进行渗透实验，得出数据进行分析，最后总结出达西定律。土力学实验的重要性不言而喻。然而不少高校的土力学实验教学还是沿用传统模式，选取几个教师认为重要的实验，安排学生进实验室简单体验即可，这与当代信息化教学观念相违。如何让土力学实验教学跟上现代教育理论发展的潮流，是土力学课程教师应该思考的问题。

1.5 土力学考核不全面

目前，国内多数本科院校的土力学课程考核评价停留在“教师讲、学生听、期末考”及“试卷分+考勤分+实验分”的传统模式阶段，几乎是一份试卷定输赢。这种考核评价对过程的考核比重极低，使很多具有创新思维、动手能力强的学生没有获得与之匹配的评价，而不少死记硬背的学生取得了高分。恶性循环下，学生学习兴趣降低，对土力学课程的后续课程学习也无热情可言。

2 土力学课程教学改革实践

文章在充分研究课程逻辑关系后，针对但不局限于以上问题，开展了一系列课程教学改革。文章将土力学课程从大学本科阶段的第五学期（大三第一学期）调整至第四学期（大二第二学期），总共安排40个课时，包括30个理论课时、10个实验课时，开课时间合理，教学内容安排贴合教学顺序，承上启下作用明显。

2.1 重塑课程教学内容

土力学学科历史悠久，可分为三个发展阶段。第一阶段为古代至18世纪中叶；第二阶段始于产业革命时期；第三阶段始于1925年太沙基的第一本土力学专著，为现代土力学阶段［4］1-2。科技的进步与发展使非线性科学研究成为可能，并有了新的突破。

（1）对地方应用型大学土木工程专业本科学生来说，土力学课程的教学内容改革应将实用（就业和工作）作为基本要求，兼顾升学（考研）的需求。教师在满足教学内容系统性要求和完整性要求的基础上，要让经典知识和现代知识相互交叉、渗透、融合，从以讲授知识为主，转变为以使学生获得学习成果为主，实现不同课程之间、章节知识之间、理论与实验之间、理论与工程实际应用之间的相互联系、交叉和融合，形成完整系统的、经典和现代融合协调的新教学内容模块。

（2）当前，压缩专业课课时、提升公共课课时比例是我国大学教育的普遍潮流，土力学课程也是如此，教师需根据实际情况对线下教学内容进行调整。例如，布置课外任务，启发学生自行钻研与教师已教授内容相近的知识，节省课堂讲授课时，并可以通过线上空间课堂进行效果检验。这样的内容调整不仅训练了学生举一反三的学习能力，为学生创造出大量的思考空间，拓展了学生的创新思维，而且充分利用了信息化教学手段，解决了教学内容过多与线下课堂教学课时不足的矛盾。

（3）结合学校定位和土木工程专业培养目标重构教学内容。相较研究型大学来说，地方应用型大学的学生底子相对薄弱，教师在教学过程中可以将内容重构。例如，在讲述土中一点的极限平衡条件时，可以将土压力章节中极限平衡状态知识点一并讲授，让内容联系更为紧密，更为形象。但是在教学过程中还是需要梳理好知识点之间不可分割的紧密联系，不能牵强附会。

（4）要梳理好同一门课程不同专业方向的知识点，所选取的知识内容应契合各方向的授课重点，为学生后续的学习做好铺垫。例如，授课时应兼顾建筑工程方向和路桥方向的学生，不要总是列举房屋建筑的例子和道路桥梁的例子，举例均衡才能让学生感受到学习是贴近工程背景的。

2.2 创新课程教学方式与手段，打造开放融合新生态

如何将传统教学模式的优势嵌入到现代化教学模式当中，弥补现代化教学模式在某些方面的不足，并在人才培养中发挥重要作用，值得当代高校教师深入研究。长沙学院土木工程学院土力学课程教学团队通过土力学课程教学，进行了相应试点研究及探索，开发了“以线下教学为主、线上教学为辅”的新教学模式。

（1）线下教学安排在多媒体教室及智慧教室，教师根据开课前的详细计划，精讲理论、推导公式、演绎工程案例、组织学生讨论问题、引导学生分析原因并提交结果等，贯彻“以学生为中心”的理念，融传统教学优势于现代教学环节，使学生踊跃参与学习活动。

（2）线下实验教学安排在土工实验室，除了教学大纲要求的实验内容外，还开发了大量设计性、创新性实验，工作时间均对学生开放。

（3）线上教学在超星泛雅平台建课，教师按照授课进度分章节录制视频，将所录制的授课视频上传至视频栏目，完全能满足学生课前预习、课后复习的需求；制作精美的PPT多媒体课件，上传至课件栏目，可供学生查找重点；搜索国内外工程案例，编制案例集，供学生体会揣摩；根据考研、考证等要求，编制丰富的习题库，供学生练习（见图1）。除此之外，教师还建立了QQ群、微信群，打破了教学的时空局限性，使答疑更加便捷，答疑的手段更加丰富，文字、语音、图片等方式屡见不鲜。

图1 习题库编码及典型习题示例

这种 “以线下教学为主、线上教学为辅”的混合式教学模式，使课前预习、课中分组讨论、课后复习、课后交流、课后答疑等教学活动效率大为提高。值得注意的是，在“以学生为中心”的现代化教学模式下，教师需要在课前付出大量心血进行教学设计，在课堂中变成了引导者而不是主角，学生从知识的被动接收者变成了知识的主动汲取者。

2.3 参照理论教学模式，运用信息化手段改革实验教学

（1）教师拍摄教学大纲规定的实验教学内容视频［5］，通过课程空间信息化网络平台，让学生在进实验室前就熟悉实验的仪器设备、实验目的、操作步骤、数据整理等实验知识，少走弯路，极大提高实验教学效率。

（2）扩展实验教学内容，将教学大纲未规定的实验教学内容通过视频、动画、图片等方式在课堂网络空间中展示，开放相关实验室，让学生能利用课余时间自主学习、在教师指导下自主操作，增加知识储备，提升职业竞争力。

（3）引教师科研项目中的实验设计内容进课堂，引导学生设计实验并鼓励学生实施，培育学生的创新思维能力，如图2所示。

图2 创新实验仪器拼装及填土

2.4 改革土力学考核方式，突出过程性考核的重要性

为了突出学习过程的重要性，应将考试卷面成绩占总成绩的比例降低，考试题目中设置一定比例的高阶题，用于考量学生的土力学思维及综合运用土力学知识的能力。考核评价贯穿学生整个学习过程，在课前签到预习、课中课后回答问题、习题作业、实验操作、期中考试、期末考试等多个环节都要有所体现，并给予不同的权重［6］。

在新考核体系中，成绩包括期末考试、实验考核及过程考核三大部分，所占比例分别为50%、15%、35%。基于土力学课程的理论性和基础性，传统的试卷知识点考核和实验考核仍占据主要地位，但所占份额较以前考核方式降低，突出过程考核的重要性。过程考核包括作业练习、报告、分组讨论和期中考试四部分，所占比例分别为15%、5%、5%和 10%。实验考核内容包括预习、操作、数据分析三部分，各占5%，如图3所示。

图3 考核总成绩组成

3 结论

专业课程的改革是长期持续过程，需要教师发现问题并不断探索新的解决方案。长沙学院土力学课程教学团队从2014年土力学课程立项为校级优秀课程以来，坚持新工科教学理念，致力于探索“以学生为中心”的课程教学体系，通过改革原有的课程教学弊端，开发了“以线下教学为主、线上教学为辅”的混合式教学模式。教学改革实践表明：这一模式实行后，学生考试成绩逐年提升，近三年学生平均成绩分别为65.84、71.24、74.56分；学生及格率明显上升，近三年分别达到了72.3%、78.4%、84.4%；近三年学生考研率也逐年提升，分别为8.6%、10.7%、12.5%。课程改革有力推动了专业建设，长沙学院土木工程专业人才培养质量得到大幅度提高。