新工科建设背景下计算机技术在岩土工程中应用(2)

三、教学内容和时间

近些年来，随着合肥工业大学勘查技术与工程专业课程设置的内容不断发展和深入，软件教学转换到Flac3d、Ansys、abaqus等软件的学习和实践。这是因为这些软件的应用得到了学生的广泛认可，很多学生在学习课程中产生了浓厚的兴趣，也在学习之后结合实际试验中很好地加以运用。岩土计算软件纷繁多样，难以取舍，但从已反馈的评价来说，很多学生对于软件的学习动机主要集中于软件实用性和功能性，是否学以致用和学有所用是获得学习兴趣和成就感的主要标准。

结合新工科建设，合肥工业大学勘查技术与工程专业在课程设置上对Flac3d的功能和使用侧重其与实际问题的结合，让学生从实验出发，提炼分析模型，建立计算条件，提炼计算机语言。例如对于单轴压缩试验的模拟分析，从实验入手，对建立几何网格、材料本构的选取，边界条件的设置，载荷的分级施加等问题的分析是建立在具体的试验基础上，并结合试验结果加以对比分析，其对应流程图和相应代码见图1。

图1 压缩试验教学流程图

如何让试验状态进入计算机模拟过程是学生感兴趣的内容；如何利用好计算机模拟帮助分析试验的多种性和丰富性也是学生要注重的思维训练。计算机模拟一定要强调做模拟的目的、背景。因此在课程的设置上往往是以实际问题启发学生如何建模，完成分析后又回到实际问题中，分析其结果的正确性。常见的问题涉及岩土工程诸多领域，如静力学涉及各种静态试验,包括不同条件下的压缩试验、拉伸试验、剪切试验等，实际工程中的载荷试验，各种堆填开挖条件下的地基变形沉降等问题；地下水的静水压力的处理以及渗流条件下的流固耦合问题；动力学包括各种动力条件下岩土结构体系的响应，如地震波载荷或者爆炸冲击载荷造成的力学物理量的求解。另外，边坡稳定性也是岩土工程的重要内容，边坡的安全系数的求解是很多工程需要解决的实际问题。最后，很多问题的耦合叠加会形成更复杂的问题，因此，不断深入分析复杂问题是学习的有效途径。例如，动力条件下含有地下水渗流的多层边坡稳定性分析就是动力学、地下水渗流和边坡稳定性的综合应用，建模时需要对相关知识的综合分析后加以应用。

在教学形式上，利用多媒体教学形式主要是展示建模的思想，要以问题的形式激发诱导学生去寻找问题、分析问题和解决问题的主动性，并要求学生大胆延伸问题，让学生自我思考如何将知识点与实际工程相结合。如对于隧道开挖的稳定性，要求学生思考从静态问题是否可以转换到动态问题，或者进一步要求学生进行一定支护条件下的稳定性模拟分析。另外，上机实验的安排是实践教学的有效形式，也是检验教学效果的途径。因此，在上机教学过程中可以及时解决学生提出的各种疑问，对于普遍性的错误给予重点解惑。学习计算机技术离不开自我学习，对于学生的自学能力的培养需要进行合理的引导，可以提出一些与实际联系紧密的问题让同学们以学习小组的形式共同解决，这既可以促使其相互帮助学习，又可以促进他们彼此之间互相激励。

课程的教学时间应该结合不同的教学内容和教学形式来确定，对于复杂的问题，可以适当地给予更多时间，较简单的问题则可以把主要思路展示后让学生利用课后时间学习。课堂教学应以讲授理论基础、工程状况以及建模思路为主要内容，课堂教学时间应保证教学内容的完整性和全面性。上机讲授教学则应以解答学生困惑为主，对于具体问题一一解惑，上机教学的时间应保证学生对建模时间的需求，特别是要保证大多数学生有独立的对于普遍性问题的建模能力。

四、考核方式

教学过程性测试的加强，有利于全面了解学生的学习和应用知识的能力。普通一份试卷决定成绩的片面化做法，对于岩土工程数值技术课程来说过于死板单一。作为利用计算机解决问题的课程，其考核方式势必会有别于普通考试模式。

首先，考核主要目的是查明学生利用软件生成模型，解决实际问题的能力，而很多实际的问题建模比较复杂，模型的建立和求解需要很长的时间，因此，以课后作业的形式开放式的考核形式，给学生足够的实践时间来进行思考和拓展，有利于学生创新思维的培养，也有利于学生之间相互学习，形成良好的学习氛围。对于那些能够通过自我学习解决具体的复杂问题的学生，应该考察引导其建成复杂模型的能力，对应的考核应以开放式的教学、过程性测试内容为主，鼓励其探索更困难的问题。在考核过程中，既要考察学生对基本理论的掌握情况，这部分可以通过笔试的形式进行，同时，对于知识应用程度的考核，应以实际上机考试为主。另外，考试也可以以论文报告的形式进行，让学生以学习小组的形式进行学习讨论，以所学的内容、学习方法、学习成果和具体问题分析实例的形式提交，并按一定比例列入最终考核成绩。

文章来源：《岩土工程学报》 网址: http://www.ytgcxb.cn/qikandaodu/2020/1225/456.html