优秀课程思政示范课程展示：《土力学》

本文分享了国家级课程思政示范课程《土力学》，供各位老师学习借鉴。

01、课程和案例的基本情况

课程名称：土力学

授课对象：土木工程、铁道工程

课程性质：必修课

课程简介：土力学是土木工程专业的核心课，课程包括土力学理论和土力学试验两大部分内容，以强化学生工程伦理，为国家培养使命担当、品德优秀的土木工程人才为目标，其任务是使学生掌握土力学的基本原理，培养学生的科学素养和创新思维能力。课程主要讲授土的基本物理力学性质以及土体变形、强度、稳定和渗流等方面的工程性质，提供土木工程问题的分析理论和计算方法。土力学课程有一支高水平的教学队伍，其中优秀主讲教师比例达到70%，教授比例达到60%，国家青年人才2人，团队开展了土力学系列课程建设工作，完成了线上慕课建设和虚拟仿真试验平台建设。编写了《土力学原理》经典教材，目前共出版29000册，被全国十余所高校选用，评为2021北京优质本科教材。开展了润物无声的课程思政建设，被评为北京交通大学首届课程思政示范交流课和北京交通大学教书育人最美课堂。

案例简介：本案例为土力学教学大纲中的第26节课（共48节），时长50分钟，教学内容是介绍土力学三大核心问题之一的强度问题。它是土力学课程中承上启下的重要一节，教学目标是掌握土的强度理论，及强度指标测量与选取方法。案例以如何提高土的强度为主线，需要学习强度理论，对强度影响因素进行分析，并通过试验测量强度指标，以此培养学生分析问题能力、动手实践能力和解决问题能力。案例以如何提高一盘散沙强度为切入点，将伟大建党精神融入课程，请大家思考中国共产党是如何把曾被人视为“一盘散沙”的旧中国凝聚成万众一心不可战胜的力量的。以武汉火神山医院和雷神山医院的快速修建为例，介绍如何选取强度指标进行设计，将伟大抗疫精神融入课堂，进一步展示中国凝聚力在提高强度上的威力。通过将知识点与育人因素的结合，将知识传授、能力培养和价值塑造融为一体，实现了润物无声的课程思政。

02、案例蕴含的思政元素分析

土力学课程与工程实际紧密结合，本案例充分挖掘了蕴含在土力学强度理论中的育人因素，将社会主义核心价值观贯穿土力学教学，将建党精神和抗疫精神与课程知识点相融合，提升教学格局，激发学生科技报国的家国情怀。本案例以中国凝聚力为核心，主要包含以下思政元素：

（1） 九层之台，起于累土

为什么要学习土的强度理论？通过工程案例引出教学出题，介绍工程案例日本新泻地震中房屋倒塌，房屋结构本身几乎没有破坏，但地基强度不足使得房屋倒塌。说明土的强度对上部结构非常重要，教导大家学习和做人同样需要打好基础提高强度。

（2） 建党精神

通过介绍强度公式和强度影响因素，结合知识点分析如何提高一盘散沙的强度。以一盘散沙为结合点，并将伟大建党精神融入课程，请大家思考为什么中国共产党可以救中国，体会凝聚力的力量。

（3） 抗疫精神

以武汉火神山医院和雷神山医院的快速修建为例，介绍如何选取强度指标进行地基设计，将伟大抗疫精神融入课堂，进一步展示中国凝聚力在提高强度上的威力。

03、案例教学整体设计

（一）教学设计

本案例将强度理论与育人因素相结合，用一盘散沙来引出教学出题，以砂土的凝聚力为切入点，融入建党精神和抗疫精神，展现中国凝聚力的带来的力量。案例中采用了多种的教学手段，包含课堂讲授、雨课堂、翻转课堂和虚拟仿真平台等，采用了BOPPPS教学法，开展启发式教学。教学过程中注重培养学生分析问题的能力、动手实践的能力和解决问题的能力。通过将知识传授、能力培养和价值塑造融为一体，实现了润物无声的课程思政，总体设计如图1所示。

图1 “一盘散沙的启示”教学总体设计

（二）教学实践

本案例以一节课50分钟时长为例，介绍土的强度理论，内容涵盖理论和实验两部分，基于BOPPPS教学理念开展教学，将课程分为导言、学习目标与前测、参与式学习、后测和总结等教学环节，具体内容如下：

1.导言：为什么要学习土的强度理论（4分钟）

1964年日本新潟县南方近海40km发生7.5级大地震，并引发严重的土壤液化现象。这是日本与世界地震史上第一个以严重土壤液化灾害闻名的地震。当时的楼房考虑了抗震，没有因地震而坍塌，但很多建筑却出现了整体倾斜，有些虽然没有完全倾倒，倾斜度却超过了60°，导致房屋破坏（图2）。

图2 日本新泻地震中房屋倒塌

引出教学主题，这是由于地基土体强度不足而导致的破坏！

事故原因：砂土液化，即地震作用下使得地基土体变成了一盘散沙。

跟土力学学做人：九层之台，起于累土，基础不牢上部结构再结实也没有用，做人与盖房子一样，打牢基础很重要！

2.教学目标与知识点回顾（2分钟）

教学目标：本节课要求掌握土的库仑公式、抗剪强度来源和抗剪强度指标。

知识点回顾：在学习土的强度理论之前请回顾一下在材料力学中的强度理论是什么？它们是否适用来描述土的强度？

3.参与式学习：知识点介绍

（1）什么是土的强度？（4分钟）

土体抵抗剪切破坏的能力，主要关注土体的抗剪强度，土体抗拉强度太弱，而抗压强度太强，一般土的破坏都是由于剪切引起。

不同的工程问题中破坏的定义不一样，图3给出了各种不同破坏状态的定义。根据工程问题选择破坏状态对应的偏应力可作为土体的强度。

图3 不同破坏状态

（2）如何描述土体的强度？（10分钟）

强度理论是用来描述破坏的理论，材料力学中学过四大古典强度理论，但是均不适合土。1773年库仑提出了适用于砂土的强度公式，三年后又给出了适合粘性土的更普遍的形式，即库仑公式：

公式中有两个指标，即摩擦角φ和黏聚力c，可以通过试验来测量。库仑公式虽然很简单，但是它却完美诠释了土体强度的来源（图4）：

摩擦力来源于颗粒之间的滑动摩擦，以及相邻颗粒的约束咬合力

黏聚力来源于土体内部的物理化学作用，相当于在图4的滑块上涂了一层胶水。

图4 抗剪强度的来源

课堂讨论：根据强度的来源，请大家结合第二章土的基本性质来思考抗剪强度有哪些影响因素？

（3）如何提高土体的强度？（9分钟）

通过学习土的强度我们明确了土的强度理论以及强度来源，现在给你一盘散沙，用什么办法提高强度，使它筑成一座城堡？

最简单的方法把砂土倒入模具压实，从库仑公式可知，施加的压力越大（即越大），强度就越大，那么砂土就不容易散开。

但事实上仅仅通过对沙土进行压实，模具里的散沙能够完美成型吗？不能！那怎么办，可以加一点水。水的作用是什么？增加了砂土的粘聚力（库仑公式中的第二项c）。

图5 一盘散沙如何筑成沙雕城堡

旧中国，孙中山曾无奈地说：“中国虽四万万之众，实等于一盘散沙”。当时的旧中国军阀割据、战争频仍，山河破碎、民不聊生，在这些压力下，为什么孙中山带领的国民党没能成功解救中国？因为如同我们盖沙堡第一步一样，光施加压力，却缺少黏聚力，散沙是难以形成强度的。但是中国共产党却做到了，为什么只有中国共产党可以救中国？中国共产党在马克思主义理论的引领和共产主义理想的感召下，形成了伟大的建党精神，把曾被人视为“一盘散沙”的中国各族人民团结和凝聚成万众一心的不可战胜的力量（图6）。

图6 中国凝聚力

一盘散沙想要筑成沙雕城堡需要两个因素：一是外部要有压力，即库仑公式第一项，正应力越大，摩擦强度越大；二是要有黏聚力，即库仑公式第二项。新中国成立同样也具备两个因素：一是外部有压力，如军阀割据、战争频仍、山河破碎、民不聊生；二是内部有凝聚力，中国共产党在马克思主义理论的引领和共产主义理想的感召下，形成了伟大的建党精神，凝聚起了磅礴力量，解救了旧中国，并带领中国人民在实现伟大复兴的路上不断前行。

（4）如何测量土的强度指标？（7分钟）

翻转课堂：通过虚拟仿真平台自学土的抗剪强度试验。

要确定土的强度，才能用于判别土体的安全和稳定性，这就需要通过试验来确定库仑公式中的两个强度指标。一般室内试验有两种方法直剪试验和三轴试验

直剪试验：构造简单，操作简便，并符合某些特定条件，至今仍是实验室常用的一种试验仪器。但它不能严格控制排水条件，且剪切面不是真实破坏面。

三轴试验：三轴仪试样中的应力相对比较均匀和明确，可严格控制土的排水条件，实现多种应力路径。但试样制备和试验操作比较复杂。

根据排水条件不同，三轴试验主要有三种类型：即CD\CU\UU，而直剪试验则通过控制剪切速率来近似模拟，速度快模拟不排水，速度慢模拟排水。

不同的排水条件下，试验测得的抗剪强度指标是不同的，请同学们自己绘制莫尔圆分析一下不同实验强度指标的大小关系（图7）。

图7 通过雨课堂答题对比不同排水条件下的强度指标

（5）如何选取强度指标？（9分钟）

不同排水条件下测得到的强度指标不同，那么实际工程问题中要如何选择强度指标呢？根据实际情况，当排水条件良好时采用CD指标，当排水条件很差时，采用UU指标。

2020年初，武汉市爆发了新冠病毒疫情，湖北人民以坚不可摧的大无畏气概，诠释了生命至上、举国同心、舍生忘死、尊重科学、命运与共的伟大抗疫精神。全国人民驰援武汉，其中火神山、雷神山医院花十天就建成，向世界展示了中国速度！请问这种情况下设计医院要采用什么强度指标？如图8所示，由于此时施工速度较快，应当采用不排水指标，即UU试验结果。

图8 强度指标的选取与抗疫精神

抗疫精神再次体现了中国凝聚力，正是靠这种强大的凝聚力，我们向世人展示惊人的中国速度和中国力量。通过土的强度指标的学习，大家应该可以更深刻的体会到凝聚力的作用。

4.后测及总结（5分钟）

课程最后，请根据所学内容回答以下问题：

（1）什么是土的库仑公式

（2）土的抗剪强度来源和影响因素有哪些？

（3）如何测量土的强度指标？并选取合适的强度指标？

（4）思考一盘散沙带给我们的启示，学习建党精神、抗疫精神。

5.课后作业

1. 利用虚拟仿真平台完成直剪试验和三轴试验，测量土的强度指标,完成试验报告。

2. 完成教材第六章习题6-1，6-2；

（三）教学反思

课程思政教学的实施取得了一定的效果，受到了同学们的积极反馈。来自土木1801班的王一同学说到“从看似枯燥的理论知识当中去体会做人的道理，这无疑帮助我们打开了一扇新的大门，不可否认，专业知识对我们的学业、工作等是至关重要的，但同时这些做人的哲理却是能影响我们一生的宝藏。十分感谢老师能在讲授专业知识的同时为我们增加了跟《土力学》学做人这一环节，让我们受益匪浅！”

通过教学实践也可以看到其中存在一些问题，如何让教学更加生动，让知识点的育人作用更加深入，而不是停留在表面。课程思政内容需要不断更新和发展，适应时代的需求。同时还需扩大课程思政的影响力，将思政改革成果扩展到工程实习、课程设计、学科竞赛等其它实践性教学环节，实现多元化育人。深化思政改革，以土力学为核心构建岩土工程专业课程思政体系。