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新工科背景下土力学案例教学研究

发布时间: 2022-09-04 16:40:03 浏览:

材料力学、流体力学、电工电子技术、信号与信息技术、计算机应用基础、工程经济、法律法规共11个科目,下午主要测试考生对岩土工程直接相关专业理论知识的掌握程度,设60道题,每题2分,涉及土木工程材料、工程测量、土木工程施工与管理、工程地质、结构力学、结构设计、土力学与基础工程、岩体力学与岩体工程共8个科目[3]。

专业考试的范围包括:岩土工程勘察、浅基础、深基础、地基处理、边坡和基坑、特殊土和不良地质、建筑工程抗震、地基检测。专业知识考试上午、下午各100分;专业案例考试上午和下午各30道题,从中选择25道进行考试,上午、下午各50分,共计100分[3-4]。

二、注册岩土工程师考试引导土力学教学的意义

从目前土力学教学模式看主要存在如下问题:(1)教学内容陈旧、教学模式相对单一、教材选择随意,导致学生的学习质量和学习效果不够理想;(2)教学模式陈旧单一、师生互动少、质量不高。如今教师上课一般使用多媒体教室,采用PPT授课,但有的教师过分依赖PPT,缺乏必要的板书或者其他教学方式,难以引起学生的学习兴趣;(3)教学内容选择不够恰当。土力学课程知识点多、公式多、复杂例题多、图形图表多,内容较为抽象,学生接触实际工程和土性材料的机会少,难以理解土的各种物理性质和工程性质[5-8]。

注册岩土工程师考试内容既涵盖了土力学的所有基础知识,又与工程实际联系紧密,还可以起到举一反三的效果。针对教学中存在的问题,结合注册岩土工程师考试要求,在土力学教学中引入注册岩土师考试的相关案例,一方面可以改善目前较为枯燥的教学现状,提高互动;另一方面根据注册岩土工程师考试要求,可以修订培养方案,在教学过程中注重学生工程意识和工程素养的培养,使得学生可以在学习中灵活将理论知识与工程实际相结合。

三、土力学案例教学模式

土力学是运用工程力学方法研究土的力学性质的一门学科。土力学的研究对象是与人类活动密切相关的土和土体,包括人工土体和自然土体,以及与土的力学性能密切相关的地下水。奥地利工程师卡尔·太沙基(1883-1963)首先采用科学的方法研究土力学,被誉为“现代土力学之父”。土力学被广泛应用在地基、挡土墙、土工建筑物、堤坝等设计中,是土木工程、岩土工程、工程地质等工程学科的重要分枝,所以土力学是土木工程专业非常重要的一门专业基础课程,为后续基础工程、地基处理、边坡工程、基坑工程及地下工程等课程的学习奠定了扎实的理论基础[9-10]。在土力学教学中引入注册岩土工程师考试案例素材进行课堂教学,一方面可以更加贴近实际工程,形象展示土力学在实际工程中的应用;另一方面也可以引起学生对土力学学习的兴趣,提高学习效率。

(一)引入基础知识点

在注册岩土工程师考试中,有一些案例考试题是关于土力学基础知识点的灵活运用,这一类题可直接作为教学素材引入课堂教学中。如:(2016年考题)取黏土试验测得质量密度ρ=1.8 g/cm3 ,土粒比重Gs=2.70,含水量ω=30%,拟使用该黏土制作比重为1.2的泥浆,问制作1 m3泥浆所需黏土质量为多少吨?这种类型的题在讲述完相关理论之后可直接作为例题进行分析,并对应用范围进行拓展,使学生可以贴近现实地学习土力学知识,寓教于应用,潜移默化中培养学生的工程素养。

(二)综合案例题的应用

在注册岩土工程师考试中,还有一些题是几门课内容的综合运用。在土力學教学中,也可以借用此类案例素材将以往学科和土力学的联系串起来,一方面体现学科体系的连贯性,另一方面培养学生综合运用知识的能力。

如:(2016年案例题)某高度60 m的结构物,采用方形基础,基础边长15 m,埋深3 m,作用在基础底面中心竖向力为24 000 kN,结构物上作用的水平力为梯形分布(如图3所示),顶部荷载分布值为50 kN/m,底部荷载分布值为20 kN/m,求基础底面边缘最大压力值为多少(不考虑土压力的作用)?

(三)引入注册岩土工程师考试试题开展讨论式教学

注册岩土工程师考试已经历了14年,在行业界引起了广泛的关注,相关的培训及辅导资料层出不穷,但在海量的复习辅导资料中,有些问题的解答并不完全一致,因此,在教学中引入有争议的问题供学生讨论,从而帮助学生在讨论过程中理解土力学的深刻内涵,防止因概念不清造成工作疏漏,引发安全事故。比如:室内外地坪存在高差时,基底压力的计算。在进行地基承载力修正时,根据《建筑地基基础设计规范》规定,基础埋深一般自室外地面标高算起,在填方整平地区可从自填土地面标高算起,但填土在上部结构施工完成后应从天然地面标高算起。对于地下室,如采用箱型基础或筏型基础时,应自室外地面标高算起;如采用独立基础或条形基础时,应从室内地面标高算起。在计算基底压力时,竖向荷载值是相应于荷载效应的标准组合还是准永久组合值?是作用于基础顶面还是作用于基础底面[11-13]?类似这些问题都可以集中在课堂讨论,以加深学生对所学知识的深刻理解,强化对知识点的记忆。

(四)引入注册岩土工程师考试案例素材进行实践教学

注册岩土工程师考试中大量试题都是以真实工程删减条件改编而成,为课堂教学提供了大量素材。岩土工程涉及到的土性质复杂,与上部结构材料相比,很多性质具有不确定性。通过引入实际案例素材进行实践教学,可以使学生形象地了解各种土样的性质,更加清楚各种参数的选用原则,对巩固教学效果,提高学生能力有着重要的作用。土木工程专业属于应用型学科,应注重学生实际工程意识和能力的培养。在教学内容的选取上应多结合土建中的工程实例,注重课程实验和课程设计环节,以培养和锻炼学生的动手能力和解决特定工程问题的能力。近年来,注册岩土工程师考试越来越注重基本概念、基本理论和基本方法的理解和应用,难题怪题不多,因此在土力学教学中应注重加强基本概念、基本理论和基本方法的讲解,减少对复杂公式的推导。

四、结语

新工科背景下应用型本科教学必须突出对学生实践应用能力的培养。土力学是土木工程专业的一门专业基础课程,本身也是一门经验性、实用性很强的学科,所以在土力学理论教学过程中,改变原来陈旧的教学内容和教学模式,引入岩土工程师考试相关内容作为例题、课堂讨论素材或者实验课程设计内容,可以使学生在学习理论知识的同时尽早接触工程实际,加强对工程实际问题的认知,强化应用能力的培养,同时为学生毕业后参加注册工程师考试奠定良好的理论和实践基础。

参考文献:

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