基于CDIO 理念的土力学教学改革与实践

基于CDIO 理念的土力学教学改革与实践
【摘要】本文以CDIO工程教育理念为基础，以激发学生课程学习兴趣为起点，以培养工程能力为导向，以培养土木工程师为目标，对土力学课程教学进行了一整套的改革实践。

通过对土力学课程教学改革实践，以综合的培养方式使学生在工程基础知识、个人能力、团队能力和工程系统能力四个层面达到现代工程教育改革的预定目标。

【关键词】CDIO；土力学；教学改革
1 关于“土力学”课程教学体系改革的思考
CDIO （Conceive-Design-Implement-Operate）工程教育模式以完整的项目研发为载体，系统地培养学生专业技术知识、创新思考能力、职业能力和态度、团队协作和沟通能力，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程[1]。

土力学属于土木工程课程体系中的专业基础必修课，最突出特点就是实践性强，包含了理论、实验和工程应用三部分。

只有将课堂、实验室、工程组成一个相互促进、相互引导的教学循环体系，才能实现理论指导实践、实践提升理论的良性循环。

目前土力学课程教学主要是通过理论学习来培养学生分析和计算方面的能力，虽然也开设了8学时的实验课程，但总体上缺乏对工程应用能力的培养。

现存的主要问题有：
（1）学时少与内容多的矛盾。

在培养计划总学时不变的情况下，基础课的学时有所增加，专业课的学时越来越少。

然而，随着科学技术的发展，各种新理论、新技术、新方法的不断涌现，让学生了解学科前沿动态，扩大视野，是本科教育的重要任务。

这就形成了教学学时的越来越少与教学内容越来越多的矛盾。

（2）教学方法单一，学生学习兴趣不浓。

传统的“一言堂”、“填鸭式”的教学方式，陈旧落后的教学手段，繁多的教学内容，高难度的计算，再加上多媒体教学力度不够，使学生学习的积极性、主动性难以提高，教学效果大打折扣。

（3）教学内容与实践结合少。

教学内容未能及时把学科最新发展成果和教改教研成果引入教学；工程案例较少。

（4）实践性教学环节薄弱。

土力学是理论性和实践性都很强的自然科学，大部分土力学的理论是建立在实验基础上的；另外，大多数已开设的实验是对已有结论的验证性实验，缺乏启发型、综合型、设计型、探索型实验。

这种重理论、轻实践的教学方式不适应土木工程专业人才培养目标的要求。

（5）学生读死书，死读书。

学生的学习缺乏主动性，研究性学习、探究性学习、协作学习等现代教育理念在教学中的应用较少。

随着工程技术的发展，各种新理论、新技术、新方法的不断涌现，土力学应用的领域日益拓展，知识处于爆炸时代，让学生了解学科前沿动态，扩大视野，是本科教育的重要任务。

合理地安排教学内容，采用有效的教学方法显得尤为重要。

2 改革教学内容
2.1 讲课内容少而精
教师主要通过课堂讲授、习题、实验等教学方式重点讲透基本概念、推导假设和基本原理等，如土的物理性、应力、强度、压缩性和渗透性等重点，应讲清楚它们的物理意义、用途、基本假设、应用中的注意事项等。

不仅要掌握分析方法，更要掌握各种分析方法的适用条件，不需要纠缠于推导。

课堂教学过程中按照实际岩土工程和力学分析过程来进行。

并按照自然逻辑将岩土力学问题和理论分解成许多细小知识和认识单元和步骤[2]。

首先提出工程问题，再根据问题来建立力学理论模型、假设和相应参数，之后建立力学分析和计算模型，再回到原来实际工程问题用这些理论和计算结果来解释、分析和预测这些工程的关键问题。

在提出—分析—解决问题的过程中，学生不仅可学习知识而且还可掌握分析问题的方法和获得相应的工程经验，并可在脑海中建立起整个知识的框架和分析问题的流程。

2.2 教学内容实际化
土力学讲共性，讲原理，把国内有些专业技术标准中比较典型的方法作为应用的一种例子来讲，让学生了解国内的技术发展情况和存在的问题，引导学生结合不同的工程正确地应用工程经验，理解专业技术标准（规范）之间差异的原因[3]。

可结合实际情况，介绍当前人们非常关注的，属于热点和重大项目的工程案例，如深基坑开挖，地铁、高速公路路基的设计与施工，介绍其中遇到的一些重大而复杂的土力学问题以及解决这些问题的思路和方法，也可介绍近几年发生的重大工程事故及其中所涉及的一些土力学问题，工程事故能使学生感到十分震撼，有利于激起学生的社会责任感，对学好本课程乃至本专业都会起到很好的作用。

在教学中融合注册岩土工程师、注册结构工程师等考证的内容，使学生更加明确专业学习的重点和方向，提高学习积极性；以基本理论为基础，结合实际工程问题，学习结构设计方法，理解国家规范、规程，培养分析问题的能力。

2.3 教学内容新颖化
在教学内容中应及时反映本专业的最新技术和成果，介绍当前学术前沿发展动态：授课过程中教师将本学科相关的学术发展动态告诉学生，并提出当前存在的问题，提出自己的思路或可供选择的方案，由学生按自己的思路进行细化设计，
这样既提高了学生学习的兴趣，同时也培养了他们独立思考的能力以及创新精神。

同时在整个教学过程中，通过安排专家讲座、专题讲座或阅读相应最新前沿专业书籍等方式，加强学生对专业专业领域中比较成熟的新技术、新材料、新工艺最新发展的了解，使学生开阔视野，拓宽知识面，激发学生的创造性。

2.4 教学内容综合化
要在传授知识的基础上注重全面素质与综合能力的培养，加强学生获取知识、分析问题、解决问题的能力，以及加强综合性工程设计的教学和训练。

另外应体现学科交叉和融合，加强包括人文、社会、管理科学在内的基本职业道德素质的培养。

3 改革教学方法
由于土体自身的特性，学习土力学形象思维比逻辑思维更重要。

要根据土力学的学科特点，不断改进土力学的教学方法和研究方法，才能不断提高教学水平，正确把握土力学的学科发展态势。

3.1 开展研究型教学
增加大量的自学知识、讨论课程，学生就某一个主题搜集资料、发言讨论，同学和老师进行点评。

这些讨论题有些是关键知识点，有些是综合性的知识，能达到扩展学生的知识面、调动学生的积极性、培养学生独立思考问题和激发学生的创作激情的目的。

广泛开展课堂内外的讨论，强化理解基本概念，在课堂上进行有关土力学热点问题的讨论。

例如关于土压力水土合算与分算的讨论、关于地下室浮力计算的讨论、关于渗透力的讨论等，加深学生对基本概念的理解，培养独立思考和对实际工程问题的分析能力，拓宽同学们的思路。

3.2 工程讲座和案例分析
大量收集工程图片资料，选配恰当的实例、算例或喻例，选择事故或失败工程实例进行分析。

如对照挡墙或基坑工程实例阐述渗流现象与渗流理论、土压力和整体稳定；对照建筑物倾斜、开裂，阐述土体压缩与固结理论，分析有效应力原理；对照坝坡失稳、建筑物倒塌阐述土的抗剪强度理论、参数测定与应用，地基承载力等。

通过工程讲座和案例分析，有助于激发学生的学习兴趣，调动学生的学习积极性并提高教学效率，加强土工问题分析和判断能力的训练，进一步提高学生识别、分析和解决某一具体问题的能力。

3.3 开设第二课堂
通过开展学术与工程报告讲座，邀请工程勘察与设计单位的高级工程师、研究院所研究员、高校教授及在校教师，开展学术与工程报告讲座，成为学生加深原理与概念理解、获取新知识点、增强学术交流、了解我国重大岩土工程建设中存在问题及解决方法、了解学科前沿的窗口。

要求学生阅读一定量的文献资料，并开展定期的读书交流活动，促进学生自主思考提出问题、解答问题，培养自主学习能力并互相学习、取长补短，激发学生潜能。

3.4 改进课外作业模式
目前的课外作业以复习、巩固书本知识为主，有些学生仅限于完成书上的习题及思考题，很难达到举一反三的效果。

因此，将课外作业分为基本型（以复习书本知识为主）、综合设计型、工程实践型、创新研究型四类，并可由学生项目小组来集体讨论解题，成绩评定原则是以知识运用的“合理性”为主，即学生应能拿出理由说明其设计的合理性，并有适当的分析与思辨，以学生的实际表现和工作成果为依据，其中项目执行成果（研发报告及其展示）占40 %，研发过程占60 %（包括文献阅读、动手能力、团队合作能力、解决问题能力、设计与工艺的合理性及创新性）。

4 结束语
以先进的CDIO工程教育理念为指导，对土力学课程进行了一整套的教学改革，使学生能深刻地理解和掌握土力学基本原理，取得了良好的教学效果，达了现代工程教育改革的目标。

今后我们还需要不断努力，逐步完善土力学课程教学改革的每一个环节，培养适合社会发展需要，具有实践创新能力的工程建设人才。

【参考文献】
[1]CDIO教育改革工作办公室.CDIO简介[EB/OL].汕头：汕头大学工学院[2009-10-15] .http：///index.asp.
[2]岳中琦.岩土力学英文授课自然图像思维法[C]//第一届全国土力学教学研讨会论文集.人民交通出版社，2006：38-41.
[3]高大钊.土力学教学与土木工程通才教育[C]//第一届全国土力学教学研讨会论文集.人民交通出版社，2006：16-21.。