《土力学》——“地基沉降计算”教学研究.doc

土力学“地基沉降计算”教学研究 李致远 （福建江夏学院，福建福州350108） 摘要：土力学是土木类专业的必修课，在学生以后的工作实践中占有重要的地位。本文从土力学中的一个章节“地基沉降计算”入手，首先强调了沉降计算在实际中的重要性，再次从课堂教学设计、实验教学、考核评价机制等几个方面探索如何提高教学效果，使学生具备较强动手能力和实践能力，成为一个受用人单位欢迎的土木工程师。 关键词：土力学；地基沉降计算；教学研究；实践能力 ：TU433文献标志码：A：1000-8772-（xx）02-0185-02 土力学是土木类专业的必修课程且占有十分重要的地位，通过学习使学生掌握地基与基础的受力分析和设计计算的能力，在实践中可以完成地基基础设计、桩基础设计、地基处理及边坡支护等工作1。 一、地基沉降计算在实际中的重要性 1.在实践工作中的重要性 在土力学研究的三个基本问题中（承载力、变形、稳定性），地基沉降计算（变形）时、是其中的难题之一2。在进行基础设计时，除了要满足承载力的要求，还要控制基础的沉降量和不均匀沉降值在一定范围内。若沉降超过一定的限额，将导致建筑物或堤坝的开裂、歪斜甚至破坏。因此，研究地基变形，对于保证建筑物的正常使用、安全稳定、经济合理，都具有很大的意义3。 2.在注册岩土考试中的地位 当今社会各个领域都分别对应相应的执业资格制度，建筑业领域也不例外。如注册岩土工程师，结构工程师，建造师等，这些资格证的考取都会涉及一些相关的专业基础课，如土力学、工程地质、地基基础等课程。在注册岩土专业考试中涉及的几个方面如地基基础设计、桩基计算、地基处理、抗震验算、常规试验、基坑与边坡稳定性还有铁路与公路、水利、特殊岩土与不良地质等几个方面基本都包含沉降计算的问题，可见沉降计算问题的重要性。 二、沉降计算的课堂教学设计探索 1.基本思路 课堂教学应围绕为实践服务这一宗旨，以实际工程为主题，以操作能力为目标来制定教学课堂设计，构建“职业基本要求、岗位基本能力、课堂现场深度融合”的多元化教学模式。 地基沉降计算内容涉及面广，要求有一定的基础知识，且图表、计算公式复杂，历来都是老师和同学最为头痛的内容之一。因此，如何使同学有兴趣深入学习，如何使同学有效学习，如何使同学学习的成果可以为实践服务成为老师们需要探讨的内容。 2.如何提高学生的学习兴趣 俗话说“兴趣是最好的老师”。虽说老师在上课前无数次地强调沉降计算的重要性，但是由于学生的自控型不足，教学内容本身的枯燥性、复杂性，学生也难免对这部分的学习提不起精神。 在讲沉降计算这部分内容时，可以先列举古往今来由于地基失稳所引起的工程事故，如意大利的比萨斜塔、上海工业展览馆、苏州的虎丘塔等，以引起大家对这一问题的注意且提起学习的兴趣，这对提高学生自主学习的积极性有着促进作用。 以往对这部分内容的讲解一般为复杂的公式推导，繁琐的计算内容，很难提高教学效果。利用多媒体辅助教学，如可以采用Flash动画模拟土的压缩过程，使学生首先由感性上的认识，然后通过整个实验过程导出土体压缩的基本公式。采用Flash动画这种具有图文并茂、表现力丰富的教学手段，使课堂生动、活泼，有助于激发学生的创造力，从而增强对概念的理解、进一步加大信息量、增加深度，对解决教学难点、重点十分适宜。此外，多媒体辅助课堂教学把大量的文字、图形等信息的输入工作从课堂上写板书移到了课前，大大提高了课堂效率。 3.教学设计 只有创设恰当的学习情境和探究活动才能让学生有所体验，进而在交流及老师的指导下有所感悟，达到学习目标，因而这一环节是备课过程中最细化的一个环节，也是使课堂教学生动丰富、独具个性的一个关键环节。课堂教学设计应深入浅出、通俗易懂，使学生容易接受。 在地基沉降计算这部分内容中，采用类比法来类比初中物理学知识弹簧的压缩，使学生很容易就理解了土的压缩沉降。 弹簧的压缩计算的内容如下图： 首先引入两个概念： 附加应力：是由于修建建筑物以后在地基内新增的应力，应为基底压力与基底自重应力的差值在地基土中的应力扩散，这才是引起地基沉降的原因。 压缩模量：在完全侧限的条件下，土的竖向应力变化量与其相应的竖向应变变化量之比。 P2-P1类比地基附加应力2（附加应力的定义） K类比地基的压缩模量Es（压缩模量的定义） 导出沉降计算的基本原理： 三、沉降计算的实验教学探索 在沉降计算这一问题中，除了要具备上述计算的理论知识外，还有很重要的一点是参数的确定。参数的确定是通过室内的压缩试验，作出e-p曲线求得的4。 固结压缩试验是沉降计算知识部分的重要实践环节，有助于培养学生的动手能力和创造力。通过学生亲身的体验，更能理解试验的原理和内在机理，有助于理论知识的学习与掌握。 1.开放实验室 实验课通常采用35一组的方式进行试验，但想真正理解土的固结原理，最好全程亲自参与。由于一组人数较多，导致在实际的操作中，只有一部分人真正进行了试验操作，另一部分人由于主动性差，存在依赖别人的想法或其他原因，没有真正参与实验操作，成为旁观者，甚至连数据也不自己处理，直接照搬别人的劳动成果，这样就没有起到试验促进教学、提高学生的动手能力、创新意识这样的效果5。 开放实验室，鼓励有兴趣的学生在课外时间开展相关试验，即实验室老师根据实验仪器使用计划和学生约好实验时间，学生在约定的时间内开展实验。通过上述方式，可以使在课堂上没有做好试验的同学课下有时间弥补。同时，也解决了实验学时偏少这一问题。一般一个试验是2个学时，这对于简单的试验可以完成，但对于复杂的试验（例如土的固结压缩，通常需要几天的时间）难以完成6。因此，开放实验室，给实验教师补贴工作量或其他方式以此激励同学老师的热情。事实证明，开放实验室对于提高学生对土力学的学习兴趣和效果具有较明显的促进作用。 2.鼓励学生参与科研 通过对大学生的调查，普遍反映大学学习提不起兴趣的一个很重要的原因是不知道大学所学的内容在以后的工作中有什么用处。如何使学生的教学内容和工作实践接轨，是值得深入讨论的话题。 在高校很多老师都有一些科研项目，这些科研项目很多都是与实践紧密相关的，甚至是创造社会和经济价值的。让在校的学生参与进来，不但拓展了学生的知识面，提高了学生的动手能力、科研水平，还能让学生在枯燥的学习中发现蕴含在这些知识中的强大的能量，激发学生的学习热情7。 鼓励学生参与科研，对于毕业后直接工作的同学无疑是增进了动手能力、实践能力；对于毕业后读研的同学也是非常有利的，很多导师都偏爱本科就有相关科研经历的学生。目前，我专业学生参与老师科研项目的热情日益高涨。 四、考核评价机制探索 土力学课程内容涉及面广，土体本身的性质多样化，计算公式复杂，且不同于一般的力学课程，很多是根据规范来进行计算的，如果这些晦涩难懂的内容也要同学记忆的话，学生的学习难度比较大，容易挫伤学生学习的积极性和学习的兴趣。 1.采用“半开半闭”的考试形式 目前，注注册类的考试可以带书进去，学生以后在工作中遇到此类问题是通过查找相关规范来完成的。可以参照注册类考试的做法，同时也不能完全仿照，因为土力学中部分内容还需要学生下功夫记忆，建议采用“半开半闭”的方式进行考试。这种考试具体的做法是把考题分成两部分，一部分是需要学生强记的，一部分是需要学生通过规范等计算的，分别把这两部分考题出在两张试卷上。首先进行强记部分的考试，这时考生要把所有的书本参考资料收起来，采取闭卷的形式考试；再进行计算部分的考试，这时学生可以查阅相关课本、规范等书籍，采取开卷的形式考试。 2.科研、实践加分 学习是为实践服务的，任何知识都要投入到实际生产当中，我们的教学工作应紧紧围绕实践这一主题。实践证明，有较强动手能力和实践能力的学生往往更受用人单位欢迎，这也是当今时代人才的能力体现8。 土力学是一门与工程实践结合非常紧密的课程，因此需要学生有较强的实践能力。采取科研加分这一措施，可鼓励学生参与科研工作，提高学生的科研能力、创新意识和实践能力。同时积极与企业联系，建立校外实习基地，安排学生利用课余时间、假期时间等参与企业的项目，并根据企业反馈给学校的学生表现情况分别给予不同的考试加分。只有这样才能实现真正的学以致用，实现本课程的教学目标。 参考文献： 1赵明华.土力学与基础工程M.武汉:武汉理工大学大学出版社,2000. 2华南理工大学等四院校.地基及基础M.北京:中国建筑工业出版社,xx. 3陈祥福.深基础沉降计算方法和研究进展J.土木工程学报,xx(6) 4刘保健,张军丽.土工压缩试验成果分析方法与应用J.中国公路学报,