北交大思政案例-《土力學》一盤散沙的啟示

朽木易折，金石可鏤。千里之行，始于足下。第頁/共頁課程思政優(yōu)秀案例（五）|《土力學》：一盤散沙的啟示2022-01-25

北京交通大學閱讀量:1280編者按為深入貫徹落實教誨部《高等小學課程思政建設指導綱要》，進一步改進教學主意，推進案例教學在小學課程思政教學中的應用，提升課程思政教學質(zhì)量，北京交通大學本科生院將推出課程思政建設優(yōu)秀案例，營造課程思政建設的良好氛圍。本期推出的是：推薦北京市課程思政示范課程《土力學》（教學團隊：白冰、劉艷、陳曦、蔡國慶、李艦、李偉華、李旭、李濤）（北京市已公示）課程思政建設案例。一盤散沙的啟示完成人：白冰、劉艷、陳曦、蔡國慶、李艦、李偉華、李旭、李濤審核人：楊娜01課程和案例的基本情況課程名稱：土力學授課對象：土木工程、鐵道工程課程性質(zhì)：必修課課程簡介：土力學是土木工程專業(yè)的核心課，課程包括土力學理論和土力學實驗兩大部分內(nèi)容，以強化學生工程倫理，為國家培養(yǎng)使命承擔、品行優(yōu)秀的土木工程人才為目標，其任務是使學生控制土力學的基本原理，培養(yǎng)學生的科學素質(zhì)和創(chuàng)新思維能力。課程主要講授土的基本物理力學性質(zhì)以及土體變形、強度、穩(wěn)定和滲流等方面的工程性質(zhì)，提供土木工程問題的分析理論和計算主意。土力學課程有一支高水平的教學隊伍，其中優(yōu)秀主講教師比例達到70%，教授比例達到60%，國家青年人才2人，團隊開展了土力學系列課程建設工作，完成了線上慕課建設和虛擬仿真切驗平臺建設。編寫了《土力學原理》經(jīng)典教材，目前共出版29000冊，被全國十余所大學選用，評為2021北京優(yōu)質(zhì)本科教材。開展了潤物無聲的課程思政建設，被評為北京交通大學首屆課程思政示范交流課和北京交通大學教書育人最美課堂。案例簡介：本案例為土力學教學大綱中的第26節(jié)課（共48節(jié)），時長50分鐘，教學內(nèi)容是推薦土力學三大核心問題之一的強度問題。它是土力學課程中承上啟下的重要一節(jié)，教學目標是控制土的強度理論，及強度指標測量與選取主意。案例以如何提高土的強度為主線，需要學習強度理論，對強度影響因素舉行分析，并通過實驗測量強度指標，以此培養(yǎng)學生分析問題能力、動手實踐能力和解決問題能力。案例以如何提高一盤散沙強度為切入點，將偉大建黨精神融入課程，請大家思量中國共產(chǎn)黨是如何把曾被人視為“一盤散沙”的舊中國凝結(jié)成萬眾一心不可打敗的能力的。以武漢火神山醫(yī)院和雷神山醫(yī)院的迅速修建為例，推薦如何選取強度指標舉行設計，將偉大抗疫精神融入課堂，進一步展示中國凝結(jié)力在提高強度上的威力。通過將知識點與育人因素的結(jié)合，將知識傳授、能力培養(yǎng)和價值塑造融為一體，實現(xiàn)了潤物無聲的課程思政。02案例蘊含的思政元素分析土力學課程與工程實際緊密結(jié)合，本案例充足挖掘了蘊含在土力學強度理論中的育人因素，將社會主義核心價值觀貫通土力學教學，將建黨精神和抗疫精神與課程知識點相融合，提升教學格局，激發(fā)學生科技報國的家國情懷。本案例以中國凝結(jié)力為核心，主要包含以下思政元素：（1）九層之臺，起于累土為什么要學習土的強度理論？通過工程案例引出教學出題，推薦工程案例日本新瀉地震中房屋崩塌，房屋結(jié)構(gòu)本身幾乎沒有破壞，但地基強度不足使得房屋崩塌。說明土的強度對上部結(jié)構(gòu)異常重要，教誨大家學習和做人同樣需要打好基礎提高強度。（2）建黨精神通過推薦強度公式和強度影響因素，結(jié)合知識點分析如何提高一盤散沙的強度。以一盤散沙為結(jié)合點，并將偉大建黨精神融入課程，請大家思量為什么中國共產(chǎn)黨可以救中國，體味凝結(jié)力的能力。（3）抗疫精神以武漢火神山醫(yī)院和雷神山醫(yī)院的迅速修建為例，推薦如何選取強度指標舉行地基設計，將偉大抗疫精神融入課堂，進一步展示中國凝結(jié)力在提高強度上的威力。03案例教學整體設計（一）教學設計本案例將強度理論與育人因素相結(jié)合，用一盤散沙來引出教學出題，以砂土的凝結(jié)力為切入點，融入建黨精神和抗疫精神，展示中國凝結(jié)力的帶來的能力。案例中采用了多種的教學手段，包含課堂講授、雨課堂、翻轉(zhuǎn)課堂和虛擬仿真平臺等，采用了BOPPPS教學法，開展啟發(fā)式教學。教學過程中注重培養(yǎng)學生分析問題的能力、動手實踐的能力和解決問題的能力。通過將知識傳授、能力培養(yǎng)和價值塑造融為一體，實現(xiàn)了潤物無聲的課程思政，總體設計如圖1所示。圖1“一盤散沙的啟示”教學總體設計（二）教學實踐本案例以一節(jié)課50分鐘時長為例，推薦土的強度理論，內(nèi)容涵蓋理論和實驗兩部分，基于BOPPPS教學理念開展教學，將課程分為導言、學習目標與前測、參加式學習、后測和總結(jié)等教學環(huán)節(jié)，詳細內(nèi)容如下：1.導言：為什么要學習土的強度理論（4分鐘）1964年日本新潟縣南方近海40km發(fā)生7.5級大地震，并引發(fā)嚴重的土壤液化現(xiàn)象。這是日本與世界地震史上第一個以嚴重土壤液化災害聞名的地震。當初的樓房考慮了抗震，沒有因地震而坍塌，但無數(shù)建造卻浮上了整體傾斜，有些固然沒有徹低傾倒，傾斜度卻超過了60°，導致房屋破壞（圖2）。圖2日本新瀉地震中房屋崩塌引出教學主題，這是因為地基土體強度不足而導致的破壞！事故緣故：砂土液化，即地震作用下使得地基土體變成了一盤散沙。跟土力學學做人：九層之臺，起于累土，基礎不牢上部結(jié)構(gòu)再結(jié)實也沒實用，做人與蓋房子一樣，打牢基礎很重要！2.教學目標與知識點回顧（2分鐘）教學目標：本節(jié)課要求控制土的庫侖公式、抗剪強度來源和抗剪強度指標。知識點回顧：在學習土的強度理論之前請回顧一下在材料力學中的強度理論是什么？它們是否適能用用來描述土的強度？3.參加式學習：知識點推薦（1）什么是土的強度？（4分鐘）土體抵御剪切破壞的能力，主要擔心土體的抗剪強度，土體抗拉強度太弱，而抗壓強度太強，普通土的破壞都是因為剪切引起。不同的工程問題中破壞的定義不一樣，圖3給出了各種不同破壞狀態(tài)的定義。按照工程問題挑選破壞狀態(tài)對應的偏應力可作為土體的強度。圖3不同破壞狀態(tài)（2）如何描述土體的強度？（10分鐘）強度理論是用來描述破壞的理論，材料力學中學過四大古典強度理論，但是均不相宜土。1773年庫侖提出了適用于砂土的強度公式，三年后又給出了相宜粘性土的更普遍的形式，即庫侖公式：公式中有兩個指標，即摩擦角φ和黏聚力c，可以通過實驗來測量。庫侖公式固然很容易，但是它卻完美詮釋了土體強度的來源（圖4）：摩擦力來源于顆粒之間的滑動摩擦，以及相鄰顆粒的約束咬合力黏聚力來源于土體內(nèi)部的物理化學作用，相當于在圖4的滑塊上涂了一層膠水。圖4抗剪強度的來源

課堂研究：按照強度的來源，請大家結(jié)合第二章土的基本性質(zhì)來思量抗剪強度有哪些影響因素？（3）如何提高土體的強度？（9分鐘）通過學習土的強度我們明確了土的強度理論以及強度來源，現(xiàn)在給你一盤散沙，用什么主意提高強度，使它筑成一座城堡？最容易的主意把砂土倒入模具壓實，從庫侖公式可知，施加的壓力越大（即越大），強度就越大，那么砂土就不容易散開。但事實上僅僅對通過對沙土舉行壓實，模具里的散沙能夠完美成型嗎？不能！那怎么辦，可以加一點水。水的作用是什么？增強了砂土的粘聚力（庫侖公式中的第二項c）。圖5一盤散沙如何筑成沙雕城堡

舊中國，孫中山曾無奈地說：“中國雖四萬萬之眾，實等于一盤散沙”。當初的舊中國軍閥割據(jù)、戰(zhàn)爭頻仍，山河破碎、民不聊生，在這些壓力下，為什么孫中山帶領(lǐng)的國民黨沒能勝利解救中國？因為宛若我們蓋沙堡第一步一樣，光施加壓力，卻缺少黏聚力，散沙是難以形成強度的。但是中國共產(chǎn)黨卻做到了，為什么惟獨中國共產(chǎn)黨可以救中國？中國共產(chǎn)黨在馬克思主義理論的引領(lǐng)和共產(chǎn)主義理想的感召下，形成了偉大的建黨精神，把曾被人視為“一盤散沙”的中國各族人民團結(jié)和凝結(jié)成萬眾一心的不可打敗的能力（圖6）。圖6中國凝結(jié)力一盤散沙想要筑成沙雕城堡需要兩個因素：一是外部要有壓力，即庫侖公式第一項，正應力越大，摩擦強度越大；二是要有黏聚力，即庫侖公式第二項。新中國成立同樣也具備兩個因素：一是外部有壓力，如軍閥割據(jù)、戰(zhàn)爭頻仍、山河破碎、民不聊生；二是內(nèi)部有凝結(jié)力，中國共產(chǎn)黨在馬克思主義理論的引領(lǐng)和共產(chǎn)主義理想的感召下，形成了偉大的建黨精神，凝結(jié)起了磅礴能力，解救了舊中國，并帶領(lǐng)中國人民在實現(xiàn)偉大復興的路上不斷前行。（4）如何測量土的強度指標？（7分鐘）翻轉(zhuǎn)課堂：通過虛擬仿真平臺自學土的抗剪強度實驗。要決定土的強度，才干用于判別土體的安全和穩(wěn)定性，這就需要通過實驗來決定庫侖公式中的兩個強度指標。普通室內(nèi)實驗有兩種主意直剪實驗和三軸實驗直剪實驗：構(gòu)造容易，操作簡便，并符合某些特定條件，至今仍是實驗室常用的一種實驗儀器。但它不能鄭重控制排水條件，且剪切面不是真切破壞面。三軸實驗：三軸儀試樣中的應力相對照較勻稱和明確，可鄭重控制土的排水條件，實現(xiàn)多種應力路徑。但試樣制備和實驗操作比較復雜。按照排水條件不同，三軸實驗主要有三種類型：即CD\CU\UU，而直剪實驗則通過控制剪切速率來近似模擬，速度快模擬不排水，速度慢模擬排水。不同的排水條件下，實驗測得的抗剪強度指標是不同的，請學生們自己繪制莫爾圓分析一下不同實驗強度指標的大小關(guān)系（圖7）。圖7通過雨課堂答題對照不同排水條件下的強度指標（5）如何選取強度指標？（9分鐘）不同排水條件下測得到的強度指標不同，那么實際工程問題中要如何挑選強度指標呢？按如實際情況，當排水條件良好時采用CD指標，當排水條件很差時，采用UU指標。2020年初，武漢市爆發(fā)了新冠病毒疫情，湖北人民以堅不可摧的大無畏氣勢，詮釋了生命至上、舉國同心、舍生忘死、尊重科學、命運與共的偉大抗疫精神。全國人民馳援武漢，其中火神山、雷神山醫(yī)院花十天就建成，向世界展示了中國速度！請問這種情況下設計醫(yī)院要采用什么強度指標？如圖8所示，因為此時施工速度較快，應該采用不排水指標，即UU實驗結(jié)果。圖8強度指標的選取與抗疫精神抗疫精神再次體現(xiàn)了中國凝結(jié)力，正是靠這種強大的凝結(jié)力，我們向世人展示人驚人的中國速度和中國勢量。通過土的強度指標的學習，大家應該可以更深刻的體味到凝結(jié)力的作用。4.后測及總結(jié)（5分鐘）課程最后，請按照所學內(nèi)容回答以下問題：（1）什么是土的庫侖公式（2）土的抗剪強度來源和影響因素有哪些？（3）如何測量土的強度指標？并選取合適的強度指標？（4）思量一盤散沙帶給我們的啟示，學習建黨精神、抗疫精神。5.課后作業(yè)1.利用虛擬仿真平臺完成直剪實驗和三軸實驗，測量土的強度指標,完成實驗報告。2.完成教材第六章習題6-1，6-2；（三）教學反思課程思政教學的實施取得了一定的效果，受到了學生們的積極反饋。來自土木1801班的王一學生說到“從看似枯燥的理論知識當中去體味做人的道理，這無疑協(xié)助我們打開了一扇新的大門，不可否認，專業(yè)知識對我們的學業(yè)、工作等是至關(guān)重要的，但同時