基于建構主義的土力學課程教學初探

丁軍霞　湯勁松　熊保林

[摘 要] 土力學是土木工程專業(yè)的重要課程，為適應石家莊鐵道大學卓越工程師教育的培養(yǎng)計劃，針對土力學課程特點及土力學傳統(tǒng)教學的不足之處，提出了建構主義在教學中的應用。對土力學教學運用建構主義的教學法如支架法、拋錨法和隨機進入教學法進行了初步探析，以期能更好的培養(yǎng)學生的積極思維和創(chuàng)新能力。

[關鍵詞] 土力學；建構主義；支架法；拋錨法；隨機進入教學

[中圖分類號] G642.0 [文獻標志碼] A [文章編號] 1005-4634（2014）03-0067-03

0 引言

《土力學》是土木工程專業(yè)重要的專業(yè)基礎課，課程學習目的是使土木專業(yè)學生掌握有關土力學的基本理論、基本知識和基本技能，為后續(xù)專業(yè)課的學習打下基礎，也為學生從事土木工程工作奠定必要的理論和實踐基礎。但是課程的基本理論和知識范圍較廣，知識點又較散，內(nèi)容連貫性差，公式的假定條件多而且實踐性強，給學生學習帶來困難，學生普遍反映學習土力學難度較大，學完后感覺理解不深。基于《土力學》課程的特點以及在土木工程課程體系中的重要性，有必要探索一種更有效的教學方法來提高課程的教學效果。

2012年，石家莊鐵道大學被列入“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”第二批試點高校，土木工程專業(yè)為石家莊鐵道大學卓越工程師培養(yǎng)計劃的專業(yè)之一。為實現(xiàn)“卓越計劃”的人才培養(yǎng)要求，土木工程專業(yè)的課程教學需要與時俱進，不斷探索關于教學內(nèi)容、實踐教學、創(chuàng)新能力培養(yǎng)等方面的教育教學改革，創(chuàng)新教學模式，從而培養(yǎng)出專業(yè)基礎扎實、實踐能力強、創(chuàng)新素質(zhì)高、適應社會經(jīng)濟發(fā)展的高素質(zhì)工程技術人才。如何根據(jù)土力學課程的特點，使學生在獲得扎實的基礎知識的同時提高其解決問題的能力和創(chuàng)造性思維能力，符合卓越工程師的培養(yǎng)目標，也是土力學教學的一個特定課題。

1 土力學傳統(tǒng)教學模式存在的問題

在現(xiàn)代化教學中，除了教師、學生、教材三個傳統(tǒng)教學要素外，還增加了“媒體”這個要素。由這四個要素形成的教學過程中的穩(wěn)定的結構形式，就稱之為“教學模式”。傳統(tǒng)的教學模式是：以教師為中心，教師利用講解、板書和各種媒體作為教學的手段和方法向?qū)W生傳授知識；學生則被動地接受教師傳授的知識。在這種模式中，教學過程只強調(diào)教師的“教”而忽視學生的“學”，全部教學設計都是圍繞如何“教”而展開。教學過程中教師是主動的施教者（知識的傳授者、灌輸者）；學生是外界刺激的被動接受者、知識灌輸?shù)膶ο螅唤滩氖墙處熛驅(qū)W生灌輸?shù)膬?nèi)容；而媒體則是教師向?qū)W生灌輸?shù)氖侄巍⒎椒ā０催@樣的理論設計的課堂教學，學生參與課堂教學的機會少，大部分時間處于被動接受狀態(tài)，學生的主動性、積極性很難發(fā)揮，不利于創(chuàng)造型人才的成長。

在這種教學模式下，學生學習土力學時，會感覺這門課從理論上不如傳統(tǒng)材料力學嚴謹、有條理，實踐上不如其它課程（如鋼筋混凝土）那樣具體，很難提起學習興趣，更缺乏主動性，甚至有時會產(chǎn)生厭學情緒。為了提高教學質(zhì)量和教學效率，教師應采取科學有效的教學方法引導學生學習。

2 建構主義理論

建構主義最早是由瑞士的皮亞杰提出的，他是認知發(fā)展領域最有影響的一位心理學家。與建構主義學習理論以及建構主義學習環(huán)境相適應的教學模式概括為：以學生為中心，在整個教學過程中由教師起組織者、指導者、幫助者和促進者的作用，利用情境、協(xié)作、會話等學習環(huán)境要素充分發(fā)揮學生的主動性、積極性和首創(chuàng)精神，最終達到使學生有效地實現(xiàn)對當前所學知識的意義建構的目的。 即建構主義學習理論提倡的學習方法是教師指導下的、以學生為中心的學習[1]。

3 以學生為中心的土木工程課堂教學設計

3.1 教學理念設計

教學理念設計要明確“以學生為中心”。要明確學生是知識意義的主動建構者，教學設計要由傳統(tǒng)的以“ 教”為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐浴?學”為中心，應摒棄以往單純的只是教師傳授的思想，要從“被動傳輸式”思想向“ 主動建構式”思想轉(zhuǎn)變。教師是教學過程的組織者、指導者、意義建構的幫助者、促進者，教材知識不再只是教師要傳授的內(nèi)容，而是成為學生主動建構意義的對象；媒體也不再是幫助教師傳授知識的手段和方法，而是用來創(chuàng)設情境，作為學生主動學習、協(xié)作式探索的認知工具。在整個課堂教學中要強調(diào)學生的主體地位，教學過程中應更加重視學生在教師指導下的學習過程。教與學包含了師生間的相互作用和共同實踐以及學生主動地建構信息的過程[2，3]。

3.2 教學模式設計

1）支架式教學。支架式教學即在學習過程中，為學習者建構對知識的理解提供一種概念框架，在這個概念框架的基礎上，學習者可實現(xiàn)對問題的進一步理解。其實質(zhì)是利用上述概念框架作為學習過程中的腳手架，因此先要把復雜的學習任務加以分解，以便于把學習者的理解逐步引向深入。因此該框架應按照學生智力的“最鄰近發(fā)展區(qū)”來建立，然后通過這種腳手架的支撐作用（或 “支架作用”）不停頓地把學生的認識從一個水平提升到另一個新的更高水平，真正做到使教學走在發(fā)展的前面。 下面以學習沉降計算的分層總和法一節(jié)為例。

搭設框架：根據(jù)上一節(jié)的土層側(cè)限壓縮試驗以及壓縮指標的基礎知識搭設框架，首先根據(jù)單一土層地面受大面積均布荷載的壓縮變形特點， ，引導學生得出了一系列的由土的其他壓縮指標計算的壓縮量計算公式。

進入情境：結合實際工程中地基壓縮的特點，如實際地基可由若干土層（非單一土層）組成，地基中附加應力也不一定是均勻分布，引出來分層總和法的概念。簡單介紹了分層總和法的大致思路。

獨立探索：分層總和法首先要做什么，怎么做？計算每層土的沉降量時怎么做？地基計算深度怎么確定？如有地基回彈該怎么處理等等。

協(xié)作學習：在探索上述問題時，學生可自愿組成學習小組，互相交流、探討。學生學習過程結束后，老師針對學習前提出的問題，每個小組出一個代表來講解，對于學生講解的不足之處老師再進行補充說明。

效果評價：對于上述問題，學生對于一般地基情況下的分層總和法計算地基沉降的學習任務基本都能完成，對于一些特殊情況下（如地基回彈等）的計算方法有些同學掌握的不是太好，對此建議他們再找一些參考資料加深理解。經(jīng)過一段時間的訓練后，學生的自主學習能力都有所提高，并且對所學知識認識也比較深刻，有些問題雖然不能當時解決，但是能提出一些問題并且在教師指導下去找資料解決，完成了對所學知識的意義建構。

2）拋錨式教學。拋錨式教學要求建立在有感染力的真實事件或真實問題的基礎上，有時也被稱為“實例式教學”或“基于問題的教學”。確定這類真實事件或問題被形象地比喻為“拋錨”，因為一旦這類事件或問題被確定了，整個教學內(nèi)容和教學進程也就被確定了。下面以“土的強度和土中一點極限平衡條件”一節(jié)來說明。

創(chuàng)設情境：首先讓學生從幻燈片中看一些土體發(fā)生強度破壞（地基破壞、擋土墻土壓力破壞和土的斜坡失穩(wěn)）的工程實例，提出一些問題，如土為什么會破壞？由這些實例可看出土的破壞形式是什么？土的強度有哪些特點？由土的強度特點引導學生去學習庫倫強度定律。

確定問題：即拋錨，在了解了土的強度及強度特點的基礎上，如何避免土體發(fā)生強度破壞？這里有一個關鍵問題，即學生已了解了當土單元某個面上的剪應力小于對應的抗剪強度時，土單元就不會在這個面發(fā)生失穩(wěn)破壞，但這并不代表這個土單元就是穩(wěn)定的，因為只要土單元在某一個方向發(fā)生剪切破壞，那么這個單元就會發(fā)生剪切破壞，核心問題是如何判斷土單元在所有方向都不會破壞。

自主學習和協(xié)作學習：學生帶著以上問題先自己學習一些基本認識，分組學習結束之后，每組推出一個代表來講解，第一個小組代表講完之后，其他小組代表不需再重復講解，只需進行更正或補充，在這個過程中再進行不斷的討論。一個問題解決后，教師緊接著提出下一個要解決的問題，整個討論過程要始終針對“錨”的解決。在討論的過程中，一些基本概念和知識點逐漸被大家更清楚的認識，如土的強度特點、材料力學中應力圓知識的應用以及與中莫爾-庫侖定律的結合、應力圓位置與抗剪度線位置關系所表示的含義，最后土單元的極限平衡條件也了解了。針對學生的討論，老師再對學生集中反映的問題及一些重點、難點進行著重指導和講解，最終學生不但知識點搞清了，而且知識框架也會很清晰。

效果評價：學生在這個教學模式下，對于老師拋出的“錨”中所涉及的問題，基本上都能夠經(jīng)過思考后在討論過程中解決。拋錨式教學不僅是為了讓學生能夠解決“錨”中的問題，而且要通過教學使學生能夠自主地完成學習目標，自主地解決復雜背景中的真實問題，從而提高學生解決復雜問題的能力以及與他人合作、交流、相互評價和自我反思的能力，這也是作為一個卓越工程師所必備的基本素質(zhì)。

3.3 隨機進入教學

由于土體本身的特殊性質(zhì)，土力學知識點多、內(nèi)容連貫性差，教學中對同一教學內(nèi)容，要在不同時間、不同情境下、為不同的教學目的、通過不同的方式加以呈現(xiàn)。即學習者在教師的指導下，通過不同途徑、不同方式進入同樣教學內(nèi)容的學習，從而獲得對同一事物或同一問題的多方面的認識與理解，這就是“隨機進入教學”。這里的每次進入絕不僅僅是對同一知識內(nèi)容的簡單重復和鞏固，而是都有不同的學習目的和問題側(cè)重點。通過這樣的多次進入，達到對該知識內(nèi)容比較全面而深入的掌握，使學習者獲得對事物認識上的飛躍。

如在第四章學習了地基土的壓縮后，認識到土的壓縮是由于孔隙水的排出和孔隙氣體壓縮、排出等引起的孔隙體積的減小，而在第一章講了粘土的壓實特性，存在最大干密度與最優(yōu)含水量的問題，給學生提出一些問題，如粘土的壓實與粘土地基的壓縮有哪些聯(lián)系？二者都是使土體壓密，又有哪些不同點？學生通過這兩塊內(nèi)容的學習很快得出共同點，即兩者都使土體壓密實（孔隙體積減小）。不同點為：壓實只是考慮總體積的變化，而壓縮不但要考慮體積變化，還要考慮一維壓縮特性；另外一個根本不同點，在老師的提問引導和學生討論下也逐漸清晰了，即兩者都是孔隙體積在外力作用下減少，但壓實只是在某個含水量下的壓實特性，即認為粘土在壓實過程中，只有孔隙氣體體積減小，孔隙水體積不變。而壓縮中不但包括孔隙氣體體積的減小，還包括孔隙水的排出（減小）。在這個過程中，學生不但分清了二者的區(qū)別，同時對第一章中粘土的壓實特性（最優(yōu)含水量和最大干密度）有了更深入的認識。

4 土木工程專業(yè)課的建構主義教學思考

建構主義教學強調(diào)學生“學”的主體地位，把學生對知識的意義的主動建構作為整個學習過程的最終目的，有利于培養(yǎng)學生的主動學習能力、解決問題能力和創(chuàng)造性思維能力，這與土木工程卓越工程師培養(yǎng)創(chuàng)新人才、開展創(chuàng)新實踐的目標相一致。在建構主義學習環(huán)境中，不論是學生的獨立探索、協(xié)作學習還是教師輔導，整個教學設計過程緊緊圍繞“意義建構”這個中心而展開。學生通過原有知識經(jīng)驗與新經(jīng)驗的相互作用而不斷充實、豐富和改造已有知識經(jīng)驗，使求知的過程成為不斷改造的過程，讓學生在認識世界中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，獲得“ 創(chuàng)造力”。因此，在教學過程中，要特別注意學生知識的主動構建能力的培養(yǎng)。

另一方面，強調(diào)“學”的同時不能忽視“教”。由于土力學的課程特點，要求學生對該課程的內(nèi)容不加區(qū)分一律完成“意義建構”（即達到較深刻的理解與掌握）也是不適當?shù)模饬x建構也并不是教師放任學生完全自學。正確的作法是在教學過程中對土力學教學目標進行分析后，教師可選出某些內(nèi)容、某些主題適時進行建構主義的教學，選出當前所學知識中的基本概念、基本原理、基本方法和基本過程作為當前所學知識的“主題”，然后再選用適當?shù)慕嬛髁x教學方法，圍繞這個主題進行意義建構。同時，教師則要站在更高的高度去引導學生，這樣建構才是真正有意義的，學生對內(nèi)容的認識才能更深刻、更全面，才是符合教學要求的，才能更有利于培養(yǎng)學生解決問題的能力和創(chuàng)造力。

參考文獻

[1]胡樂.建構主義——革新高等教育教學改革[J].當代教育論壇，2006，（12）：99-101.

[2]葉萍.建構主義理論下的高職課堂教學改革芻議[J].教育與職業(yè)，2006，（9）：8-10.

[3]黃梅，曾玉華.建構主義視野下高等數(shù)學的教與學[J].湖南師范大學教育科學學報，2006，（6）：116-118.