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土力学及岩土工程教育与教学

李广信

(清华大学水利水电工程系)


1.历史的回顾
        我国大学中的土力学课程教学大约始于20世纪30年代末期。最早在国内大学开设土力学课程的是黄文熙先生(中央大学)和茅以升先生(唐山工学院)。他们是我国土力学课程的开拓者。而在30年代时,土力学在国际上尚属新兴学科。
        黄文熙先生于1937年在美国密执安大学获得博士学位以后,应南京中央大学邀请回国任教。因学校内迁,1937年末才辗转到达重庆,任中央大学水利系教授和系主任,开设了土力学课程,建立了土力学实验室,是国内首次在大学建立的土工实验室。
        茅以升先生在1938-1941年间,任唐山工学院院长,开设土力学课程,并在全校作“挡土墙上的应力”学术报告。
        此后,陈樑生于1948年在清华大学,俞调梅于40-50年代间分别在上海交通大学和同济大学,钱家欢、曾国熙于1952-1953年在浙江大学,冯国栋于50年代在武汉大学分别开设了土力学课程。
         20世纪50年代我国翻译了一批土力学和基础工程教材(多是译自俄文版)。我国最早中文版土力学教材是在西南联大时期阎振兴编写的《土壤力学》;解放后早期的教材有:丘宝勤编撰,中国科学图书仪器公司1953年出版的《实用土壤力学》;钱家欢编写,由大东书局1953年出版的《土壤力学》;钱家欢与唐念慈合著《基础工程规划与设计》(大东书局1954年出版),陈仲颐编写的《土力学地基与基础工程》(1954年,高教部教材处);由陈樑生和陈仲颐编写,由水利出版社1957年出版的《土力学与地基基础》;吴炳焜等编写的《土力学地基与基础》(高教出版社1958年出版);俞调梅的《土质学与土力学》一书由工业出版社1961年出版。
2.曲折与发展
         1949年以后,由于建国初期大规模基本建设的需要,曾在北京和南京等地组织开办了培训班和讲习班。例如黄文熙在南京水利实验处开办了四期“土工试验学习班”,编写了《土工试验手册》;1953年始,由茅以升和陈梁生为正副组长,卢肇钧、陈仲颐、周镜、陈志德、张国霞、陈明绍和卞维德等为骨干,在北京举办系列讲座和学术研讨会,三年期间共举办了60多次报告。出版了 《土工彙刊》。为新中国培养和提高了一大批岩土工程技术人才,他们有的至今仍在工作,成为岩土工程方面的专家。
        与此同时土力学课程在我国高校逐渐普及,50年代初期,第一次编制了我国的土力学课程教学大纲,保证教学的深度和广度。绝大部分高校的土力学课程与地基基础课程是联系在一起的,教学方式有讲课、习题课、课程设计、土工试验等主要教学环节,学时一般比较多。院系调整以后,学习前苏联,工科院系的专业划分趋于狭窄,在有关高校中还设置了工程地质专业和地基基础专业。在工科院校中设置“工程地质、土力学与基础工程教研组”,教材也多使用从苏联翻译过来,如崔托维奇的《土力学》和巴布可夫的《土学与土力学》等。另外也选派技术人员到苏联留学或者进修,也有的跟随苏联专家工作。经过几十年的工程实践和理论提高,形成了一支技术骨干,他们中出现了不少院士和大师。
         “文革”后期,由于主张教育和生产劳动相结合、教育和工农群众相结合,实行开门办学,土力学课程的教学也调整为以土坝等典型工程为主线,当时出现了《土坝土力学》等突出实践性的课程。这种教学模式产生于当时的国家政治环境和生源条件之下,对增强工程概念起到了一定的积极作用,但是明显削弱了土力学作为一门科学的基本理论及其系统性,是典型的实用主义的方式。
        全面恢复高考招生和研究生制度,全国土力学教学重整队伍,恢复和调整课程体系,进入了一个蓬勃发展的时期。全面引进和吸收西方的土力学理论体系;由于计算机计算的快速发展、使非线形计算成为可能。相应的促进了土的本构关系模型和现代测试技术的发展。有关土力学的理论到试验、技术到研究范围、分析方法到加固处理措施都出现了很大变化。但是作为本科的土力学课程其内容体系变化不大;而由于大规模经济建设的全面开展,地基基础新技术不断被引进和创造,基础工程课程的内容得到了很大的扩展;像环境岩土工程这样的选修课在不少学校被开设;但是由于学科的发展,各单科课程的学时都有明显的减少。
3.研究生培养
        在“文革”前,一些学校也培养了数目不多的土力学研究生,但是没有实行学位制度。
         1978年我国开始招收研究生,1981年实行学位制度,随后岩土工程的研究生培养得到很大的发展。在1984-1985年,我国培养的第一批岩土工程专业博士龚晓南、李广信、张道宽等获得博士学位。在1983年后,随着“文革”以后入学的本科生开始毕业,较多年轻的研究生入学,同时一些“新大学生”开始留学国外。20世纪80年代后期,成批硕士和博士研究生通过答辩和获得学位。
        在学位制度开始实行时,本学科的博士生导师多数是三四十年代从西方获得学位的老一代岩土工程专家;到80年代后期博士生导师队伍开始扩大,招收博士研究生的规模也加大了。到2000年岩土工程博士点共有19个,博士生导师74人。其中“文革”前本科毕业的教授占多数。到2005年,岩土工程博士点达27个,博士生导师160人左右,其中已经是中青年教授为主了。
        由于岩土工程学科的进一步整合,许多原来地质、矿山等专业也归入岩土工程;同时以岩石力学为主的地下洞室、岩石边坡和岩石地基等也成为岩土工程的基本课题;随着社会和科技的发展,环境岩土工程越来越成为岩土工程中的重要研究和工程实践领域。
         70年代末,由黄文熙组织举办了几期“岩土工程研讨班”,由若干专家分专题讲座,很多研究生参加听讲,逐渐形成了研究生学位课《高等土力学》的雏形,以后北京还是以专家分章节讲课的形式,一直坚持到90年代后期。80年代初由黄文熙主编的《土的工程性质》和由钱家欢主编的《土工原理与计算》都曾作为最早的研究生教材被使用。后来1990年朱百里和沈珠江编著的《计算土力学》,1987年屈智炯编写的《土的塑性力学》,1990年龚晓南编写的《土塑性力学》,1997年胡中雄编写的《土力学与环境工学》等都在不同院校作为研究生教材或者参考书使用。由李广信主编2004年出版的《高等土力学》研究生教材包括了相当数量的习题与思考题,教学计算程序等内容,并出版了配套的电子教案,成为国内出版的第一本被教育部推荐的岩土工程研究生用教材。
4.成就与挑战
        由于我国各行各业的建设与发展,岩土工程渗透到很多工程领域,目前开设土力学课程的院校约有二三百个,岩土工程教学以前所没有的规模发展。
        随着研究生招生数量的增加,本科教育和研究生教育的整合成为岩土工程教育一个重要课题。因而一些学校提出“本硕贯通”的教学理念。另一方面,大规模土木工程建设中出现了许多新问题和新成果,需要在岩土工程教学中得以体现。一些大学结合各自的情况和研究方向开设了不同的本科和研究生选修课,例如“环境岩土工程”、“地基处理”,“土工合成材料”、“地下工程”、“土的弹塑性理论”和“城市岩土工程”等类课程。这些课程及时反映了学科的新近展,反映了国际上岩土工程重点的变化,密切了与工程实际的联系。
        在近几年,高校陆续开展了“211”和“985”项目,相应的土力学教学实验室水平有了较大的提高。试验项目、周转时间、开放程度都有很大改善。设置了演示试验,学生研究性试验(SRT),网上的多媒体试验软件(CAI)等。
        由于课时减少,内容增加,以土力学为核心的岩土工程课程的教学课时不足,课堂的交流的信息量很大。采用多媒体教学可以在相同时间输出更多的信息,图、文、声、像同步演示,便于学生理解和掌握,所以目前各个学校基本上以多媒体形式授课。但大多在一定程度配合黑板粉笔的板书,以便解释和交流。
        近年来中青年教师与国外的交流很多,在教学中考察与吸取国外先进经验,对我国岩土工程教学大有裨益。例如使用英文原版教材开设英语教学或双语教学,翻译国外优秀教材作为课程教材或参考书,聘请国外专家讲课或讲座等。使学生眼界开阔,提高专业外语水平。
        进入21世纪以来,授课教师的新老交替基本完成,“文革”前毕业的老一辈教授大多退出了岩土工程教学第一线,中青年教师成为教学的骨干。他们有较高的学历,有与国外交流的经历和熟练使用新的教学手段;有的学校还建立了助教博士生的制度,使他们在研究生期间就有教学的体验。所以目前的岩土工程教学总体上是健康和前进的。新世纪以来,教育部在高校推行精品课建设,目前已经有几个高校的《土力学》被评为省市级精品课,清华大学土力学课程被评为国家精品课。
        但是近年来高校连续扩招,本科与研究生数目增长很快,而以土力学为核心的岩土工程课程的概念性很强,试验教学占重要的地位,因而目前土力学教学中存在教师水平参差不齐,试验教学能力跟不上的现象,同时研究生论文水平有所下降。另一方面,高校的科研、管理与教学评价体系,使教学工作处于弱势,教师在教学上的投入很难保证。
         2006年8月在北京由土力学与岩土工程分会主办了第一届全国土力学教学研讨会,论文集中收录了其中99篇。论文集和大会报告分为:特邀报告、专题报告、教学改革与教学研究、课程建设、教学法、实践教学、研究生教学、教学中的土力学问题8个方面,并在会议期间安排即席讨论。与会者普遍认为,这次会议参与面广,内容丰富,讨论充分,涉及到一些普遍关心的和深层次的问题。形式多样活泼,有特邀报告、专题报告、分组发言、专题讨论、讲课示范、课件演示、工程和实验室参观等多种形式。所有会议报告文件供代表公开拷贝,清华大学公开了他们全部土力学教学课件,供大家自由拷贝,取得了很大收获。大家建议建立土力学教学委员会,定期组织全国会议。
5. 注册岩土工程师考试与岩土工程师的继续教育
        我国岩土工程师的注册考试于1998年底开始准备,成立了试题设计与评分专家组,召开了第一次会议,讨论了岩土工程专业的定位,命题原则,决定了草拟考试大纲的分工以及起草各种文件,同时开始了命题的各项准备工作。
         2002年,人事部和建设部发布了《注册土木工程师(岩土)执业资格制度暂行规定》和《注册土木工程师(岩土)执业资格考试实施办法》,成立了考试专家组。
        于2002年公布了注册土木工程师(岩土)执业资格考试大纲,正式开始实行第一次考试,至2005年底,已考过四年和两次考核,已经有7000多人取得注册岩土工程师资格。执业注册工作也将开始。
        在筹备岩土工程师注册考试的过程中,针对我国的岩土工程被分隔在各个行业领域的现状,提出了“大岩土”的概念。强调岩土工程师不仅需要具有为某个特定行业服务的能力,而且在工作需要时,能够适应其他行业的要求,具备解决各类岩土工程技术问题的能力,因此注册岩土工程师考试不分行业。我国注册土木工程师(岩土)的专业考试之所以考虑设置比较宽的专业面,也是吸取了国际上的经验,与我国扩大专业范围的教育改革要求相适应,同时也为了有利于国际间注册工程师资格的互认。注册岩土工程师的专业覆盖面包括建筑工程、公路和铁路工程、水利工程、桥梁工程、港口和海洋工程、隧道和地下工程、矿冶工程等不同的行业。包括勘察、设计、施工、监测和监理等不同阶段的工作。
        根据专业考试大纲,岩土工程师需要通过8个课目的专业考试,包括“岩土工程勘察”、“浅基础”、“深基础”、“地基处理”、“土工结构、边坡与支挡结构、基坑与地下工程”、“特殊地质条件下的岩土工程”、“地震工程”和“工程经济与管理”。2005年起,对全国注册土木工程师(岩土)专业考试大纲进行了一次修订,新的考试大纲将于2007年开始执行。其中增加了“岩土工程设计基本原则”、岩土工程检测与监测,同时原“土工结构、边坡与支挡结构、基坑与地下工程”一章分为“土工结构与边坡防护”和“基坑工程与地下工程”两章。
        我国注册土木工程师(岩土)的专业考试在岩土工程界激发了学习的高潮,极大地推动了工程师们的岩土工程知识的总结与学习,各行业之间加强了交流。由于注册岩土工程师每年有继续教育的要求,所以岩土工程师的继续教育有了较大推动,提高了他们的整体理论水平和工作能力。