少課時(shí)情況下土力學(xué)教學(xué)模式探討

顏榮濤 張芹 曾召田 蘭景巖

摘 要 土力學(xué)是土木工程、水利工程、港口工程等工程專業(yè)的基礎(chǔ)課程之一。隨著課程的改革，土力學(xué)課時(shí)一再被壓縮，本文分析了少課時(shí)情況下土力學(xué)教學(xué)方面存在的問(wèn)題，并且針對(duì)問(wèn)題提出了相應(yīng)的整改措施。

關(guān)鍵詞 土力學(xué) 少課時(shí)情況 教學(xué)方法

0 引言

土力學(xué)是土木工程、水利工程、港口工程等工程專業(yè)的基礎(chǔ)課程之一，具有基礎(chǔ)性、專業(yè)性和實(shí)踐性等特點(diǎn)。該課程主要涉及土體的基本物理性質(zhì)、滲流、變形和強(qiáng)度等方面的問(wèn)題，這些內(nèi)容是構(gòu)筑以上專業(yè)后續(xù)課程知識(shí)體系和認(rèn)知結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。土力學(xué)課程是力學(xué)應(yīng)用到土體的一門分支，以1925年Terzaghi出版的《土力學(xué)和地基基礎(chǔ)》為標(biāo)志成為了一門獨(dú)立的學(xué)科。該書(shū)主要研究土體在飽和土的力學(xué)行為，隨后在20世紀(jì)開(kāi)始研究土體的非飽和土力學(xué)。因此，土力學(xué)是一門很年輕的力學(xué)學(xué)科。[1]

土力學(xué)的研究對(duì)象是土，土是一種由空氣、水和土顆粒組成的多相孔隙堆積體?？諝?、水和土顆粒之間會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的相互作用，從而引起復(fù)雜的物理力學(xué)行為。目前的土力學(xué)體系其實(shí)本身并不完善，很多方面采用的仍然是經(jīng)驗(yàn)或是半經(jīng)驗(yàn)公式，并且涉及很多的假設(shè)，這些問(wèn)題都導(dǎo)致土力學(xué)的學(xué)習(xí)者受到很大的困惑。[2-3]因此，要想學(xué)習(xí)好土力學(xué)，必須保證學(xué)習(xí)者有足夠的學(xué)時(shí)。然而，目前由于教學(xué)體制改革，土力學(xué)課程很多學(xué)校都受到不斷的壓縮，由最初的64個(gè)課時(shí)減到48課時(shí)，目前進(jìn)一步縮減到36個(gè)課時(shí)，4個(gè)試驗(yàn)課時(shí)，32個(gè)理論課時(shí)。很明顯，按照原來(lái)的教學(xué)方法，很難在這短短的課時(shí)內(nèi)講完所有土力學(xué)內(nèi)容并達(dá)到滿意的教學(xué)效果，應(yīng)該對(duì)教學(xué)方法進(jìn)行相應(yīng)的改革。在本文中，筆者將針對(duì)如何在少課時(shí)情況下土力學(xué)的教學(xué)模式進(jìn)行討論。

1 少課時(shí)情況下土力學(xué)教學(xué)存在的問(wèn)題

1.1 理論教學(xué)

土力學(xué)這門課程主要討論土體的滲流、變形和強(qiáng)度的問(wèn)題，有三個(gè)核心定律（摩爾庫(kù)倫強(qiáng)度理論、有效應(yīng)力原理和達(dá)西定律）。在本科土力學(xué)中，滲流方面的內(nèi)容不多，主要會(huì)利用達(dá)西計(jì)算簡(jiǎn)單的滲流問(wèn)題就算達(dá)到了土力學(xué)的目的。重點(diǎn)在于變形和強(qiáng)度問(wèn)題，涉及到很多理論公式結(jié)果的推導(dǎo)。這些課程內(nèi)容需要掌握除了需要課堂上的嚴(yán)格推導(dǎo)，還需要大量作業(yè)講授。如果縮短課時(shí)，必然導(dǎo)致教學(xué)效果減弱，學(xué)生對(duì)基本原理掌握不透徹，處于似懂非懂的狀態(tài)。

1.2 試驗(yàn)教學(xué)

土力學(xué)是以試驗(yàn)為基礎(chǔ)的力學(xué)學(xué)科，因此為了對(duì)土力學(xué)有深刻的理解必須進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)訓(xùn)練，即是掌握了一門技能，也能加深對(duì)土力學(xué)基本原理的認(rèn)識(shí)。一般來(lái)講，土力學(xué)課程的試驗(yàn)包括：土顆粒級(jí)配分布試驗(yàn)、液塑限測(cè)試、擊實(shí)試驗(yàn)、滲透試驗(yàn)、固結(jié)壓縮試驗(yàn)、直剪試驗(yàn)、三軸試驗(yàn)等。顯然，試驗(yàn)課程不會(huì)全部來(lái)做這些試驗(yàn)，而是選擇幾個(gè)試驗(yàn)來(lái)做。那么，隨著試驗(yàn)課時(shí)的壓縮，能做的試驗(yàn)必然越來(lái)越少，必定影響學(xué)生對(duì)土力學(xué)的理解。

2 相對(duì)應(yīng)的措施

2.1 優(yōu)化教學(xué)大綱，重視基礎(chǔ)理論

在本科土力學(xué)中，目前主要的章節(jié)有：土的組成、性質(zhì)和工程分類；土的滲透和滲流問(wèn)題；土中應(yīng)力計(jì)算；土的壓縮和固結(jié)；土的抗剪強(qiáng)度；土壓力理論；地基承載力；土坡穩(wěn)定性。在這些章節(jié)中，“土的組成、性質(zhì)和工程分類”是用來(lái)學(xué)習(xí)如何描述土的基本物理性質(zhì)的?！巴恋臐B透和滲流問(wèn)題”則是用來(lái)考慮土中的水的滲流問(wèn)題?！巴林袘?yīng)力計(jì)算；土的壓縮和固結(jié)”是用來(lái)描述土體的變形問(wèn)題?！巴恋目辜魪?qiáng)度”則是用來(lái)解決土體的強(qiáng)度問(wèn)題。這是土力學(xué)的基本三大問(wèn)題。而后面的“土壓力理論”、“地基承載力”、“土坡穩(wěn)定性”則是利用土力學(xué)來(lái)解決巖土工程中的基本問(wèn)題。在少課時(shí)情況下，若是課時(shí)不足，應(yīng)首先保證基本三大問(wèn)題的學(xué)習(xí)，保證土力學(xué)的基本理論能被學(xué)生完全消化。在時(shí)間上弱化的應(yīng)用章節(jié)可以在平時(shí)讓學(xué)生進(jìn)行補(bǔ)充。在此種教學(xué)思想的指導(dǎo)下，應(yīng)該重新優(yōu)化教學(xué)大綱，突出基礎(chǔ)理論的教育。

2.2 啟發(fā)學(xué)習(xí)興趣，加強(qiáng)自主學(xué)習(xí)

俗話說(shuō)“興趣是最好的老師”，若是能夠啟發(fā)學(xué)生的興趣，讓學(xué)生能夠自主的學(xué)習(xí)，則可以大大地解決少學(xué)時(shí)問(wèn)題帶來(lái)的影響。土力學(xué)課堂由于存在較多的公式，并且很多內(nèi)容比較零散，需要記憶，導(dǎo)致土力學(xué)課堂比較乏味無(wú)趣。因此，以前的多課時(shí)課堂多采用的模式是注入式教學(xué)，講課、作業(yè)和題目講解貫穿于整個(gè)課堂。在課時(shí)較多的情況下，這種教學(xué)模式還能有比較好的效果。然而，當(dāng)課時(shí)減少后，課堂課時(shí)用來(lái)講解理論基礎(chǔ)都無(wú)法滿足，何談講授作業(yè)問(wèn)題。因此，必須轉(zhuǎn)變注入式課堂和自發(fā)式課堂，加強(qiáng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)。[4]

為了啟發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，老師必須系統(tǒng)梳理的土力學(xué)課程關(guān)系，找出土力學(xué)課程的核心知識(shí)點(diǎn)，并且把核心知識(shí)點(diǎn)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際問(wèn)題相結(jié)合，讓學(xué)生知曉土力學(xué)的核心知識(shí)點(diǎn)如何去解決實(shí)際的問(wèn)題。此外，老師最好能懂得心理學(xué)，采取換位思考，從學(xué)生的角度對(duì)理解土力學(xué)的基本知識(shí)。教學(xué)是一門藝術(shù)，需要用心的雕琢。很多年輕老師知識(shí)水平很豐富，但是講解本科土力學(xué)卻讓學(xué)生云里霧里，根本搞不清楚。這就是因?yàn)槔蠋熡X(jué)得土力學(xué)很簡(jiǎn)單，因?yàn)楹?jiǎn)單所以無(wú)從講起，這就讓學(xué)生很難明白其中的精髓。因此，老師應(yīng)該從學(xué)生的角度去考慮問(wèn)題。

目前，我國(guó)的課堂教學(xué)形成還是比較單一，就是老師講學(xué)生聽(tīng)做筆記，特別是在大課堂這種模式尤為突出。這種師生不互動(dòng)的情況會(huì)嚴(yán)重影響教學(xué)效果，浪費(fèi)時(shí)間。因此，建議在少課時(shí)情況下改用小班教學(xué)，采用互動(dòng)式教學(xué)模式。課堂上，通過(guò)提問(wèn)、討論等手段讓學(xué)生主動(dòng)參與。

2.3 更新教學(xué)思想，拓展教學(xué)手段

隨著現(xiàn)代化技術(shù)手段的發(fā)展，現(xiàn)在教學(xué)應(yīng)該引入現(xiàn)代技術(shù)手段進(jìn)入土力學(xué)教學(xué)，如采用圖像、錄像、投影、3D仿真、VR技術(shù)等。[5]例如，在考慮土體中水的滲流、變形和強(qiáng)度時(shí)，可以利用仿真技術(shù)創(chuàng)建某一個(gè)例子的動(dòng)態(tài)視頻，活靈活現(xiàn)的呈現(xiàn)在學(xué)生面前。這樣，不僅激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，并且活躍了課堂氣氛，擴(kuò)大了知識(shí)信息量，提高了授課效果。當(dāng)然，對(duì)于傳統(tǒng)的理論公式的推導(dǎo)，筆者建議還是應(yīng)該以黑板加粉筆的板書(shū)授課形式來(lái)授課，一步一步的推導(dǎo)更容易讓學(xué)生了解理論的適用性。

目前，各學(xué)者都提出了不同的教學(xué)思想，如啟發(fā)式教學(xué)方法、研究型學(xué)習(xí)方法、翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式等。這些教學(xué)模式可以在少課時(shí)情況下引入到土力學(xué)的教學(xué)中，但是目前并沒(méi)有看見(jiàn)有明顯效果的報(bào)道。但是，通過(guò)試點(diǎn)并且進(jìn)行完善是一條可行的途徑，必定為完善少課時(shí)情況下土力學(xué)的教學(xué)提供一條件可選的途徑。

2.4 改革管理模式，實(shí)行預(yù)約開(kāi)放制度

試驗(yàn)室課程是土力學(xué)教學(xué)中不可缺少一部分。在少課時(shí)情況下，如何保證試驗(yàn)課的教學(xué)效果是很困難的。因此，我們建議通過(guò)平時(shí)開(kāi)放試驗(yàn)室供學(xué)生進(jìn)行試驗(yàn)的模式來(lái)解決這一問(wèn)題，當(dāng)然這一前提必須提升試驗(yàn)室的試驗(yàn)條件。趙志峰對(duì)土力學(xué)教學(xué)改革進(jìn)行思考，建議試驗(yàn)室應(yīng)該定時(shí)開(kāi)放，使每個(gè)學(xué)生都有機(jī)會(huì)親自動(dòng)手充分參加到試驗(yàn)中來(lái)。當(dāng)然，為了保證試驗(yàn)順利正確的進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)室老師應(yīng)該實(shí)行預(yù)檢制度，考核學(xué)生對(duì)試驗(yàn)的了解情況，審核學(xué)生能否完成試驗(yàn)。此外，試驗(yàn)室老師應(yīng)該改變?cè)械目己擞^念，重視試驗(yàn)報(bào)告而忽視了實(shí)驗(yàn)過(guò)程。在試驗(yàn)中，老師應(yīng)該指導(dǎo)并且跟蹤學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，把重點(diǎn)放到試驗(yàn)過(guò)程上來(lái)。這樣子，對(duì)于學(xué)生以后的自主試驗(yàn)會(huì)打下比較扎實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 繆林昌，經(jīng)緋，邵俐.大土木工程類土力學(xué)教學(xué)改革思考與實(shí)踐.東南大學(xué)學(xué)報(bào)（哲學(xué)社會(huì)科學(xué)版），2009（s1）：255-257.

[2] 姚笑青.土力學(xué)課程特點(diǎn)與課堂教學(xué)方法探討.高等建筑教育，2007.16（4）：81-85.

[3] 李麗民，張賢才，唐偉.基于創(chuàng)新應(yīng)用型人才培養(yǎng)的土力學(xué)教學(xué)改革.教學(xué)研究，2014.37（5）：102-105.

[4] 王偉，陶菲菲，盧廷浩，白文輝.啟發(fā)式教學(xué)在土力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用.高等建筑教育，2008.17（5）：83-86.

[5] 沈揚(yáng)，葛冬冬，陶明安，杜文漢.土力學(xué)原理可視化演示模型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的研究.力學(xué)與實(shí)踐，2014.36（5）：663-666.