土木工程專業土力學課程的教學探索

王 宇 輝

(上海師范大學建筑工程學院，上海 201418)

土木工程專業土力學課程的教學探索

王 宇 輝

(上海師范大學建筑工程學院，上海 201418)

在教學實踐基礎上，根據土力學課程特點和土木工程專業學生的學習基礎，總結了適合本課程的幾種教學思路和教學方法，包括注重工程實例應用，注重土力學公式的示范推導，注重易混淆概念的對比，注重實踐教學環節等。

土力學，土木工程，教學思路，教學方法

土力學是土木工程專業的一門專業基礎課。本課程是實踐性和理論性都較強的一門課程，在整個土木工程專業的學生培養計劃中，具有承接基礎課到專業課的作用，是專業教學前的一個重要環節。土力學是一門研究與土的工程問題有關的學科，它既是工程力學的一個分支學科，又具有著不同于固體力學的分析方法和計算方法。這都給土力學的教與學帶來了與其他課程不一樣的要求，而土力學這門課也向來被學生認為是一門難學的課程。

那面對這樣的一門難學之科，作為專業課教師，怎樣能使學生較好地掌握土力學的基本原理和實際技能，怎樣能把它講得深入淺出，通俗易懂，這就需要不斷地摸索研究適合這門課的教學思路和教學方法。

對于如何提高土力學課程的教學效果，許多專家學者就這方面的內容已做了大量的研究工作。有的是對課程中的某些基本概念的理解給出了闡述，例如：楊雪強等[1]論有效應力原理在土力學教學中的核心地位；朱建群等[2]的土力學教學中幾個基本概念的分析。而有的是從教學內容的組織上給出了建議，例如：夏紅春[3]的面向不同力學基礎學生的土力學教學改革與實踐。有的是從課程的教學方法上研究的，例如：李廣信教授[4]提到在教學中關于概念和原理恰當的議論、比喻和穿插小故事將會加深學生的理解和記憶、活躍課堂氣氛；馬時強[5]也建議將比喻法應用在土力學的教學中；王偉等[6]則提出采用啟發式教學在土力學教學中可收到較好的教學效果；璩繼立[7]提到采用PBL教學法在土力學教學中的應用；雷金波等[8]則提到幾何圖示法在土力學課程教學中的應用；丁樹云等[9]則提到從數學的角度講授土力學。 而有的則是從課程的實踐環節上做了研究并給出了建議，例如：李廣信教授等[10]的土力學課程的實踐教學；趙志峰等[11]的土力學實驗教學改革的思考；王俊杰等[12]的工程類專業土力學實驗教學改革思考。

上面的專家學者給出的土力學教學方法和思路都非常好，作者對他們的建議進行了學習，并在自己的課堂上做了選擇性應用。作者也在多年的土力學課程教學實踐中摸索出了一些屬于自己的教學內容組織思路和教學方法，下面總結如下。

1 注重工程實例的應用

工程實例在教學過程中的應用，可以使難懂的抽象的原理概念形象化，給學生一個直觀的認識，讓教學內容生動起來，解釋的易于理解。工程實例應用在下面教學節點時，可收到較好的教學效果。

1)土力學緒論的講解時，利用工程實例來加以解釋土力學是一門工程實用科學，如果土力學的強度問題、滲透問題、變形問題處理不好，將會導致嚴重的工程事故。在這里，每個問題舉出一些典型的工程實例來講授，既能激發學生的學習興趣，又能讓學生對土力學這門課程的重要性和實用性有深刻的認識。

2)在講授每一章節的主要內容前，都用與本章理論知識相關的工程實例導入本章內容，讓學生在學習本章內容之前，即了解到本章要講什么知識，學習它可以解決的工程問題，學習目標清楚明了。

3)在講到某一些難懂的概念和原理時，可以用合適的工程實例來加以解釋，促進學生對概念和原理的深刻理解。

當然工程實例的應用，如何能做到上課時信手拈來，恰到好處，并且具有新意，離不開教師平時的積累。所以，教師平時應多閱讀國內外各種新出版的土力學教材，以博采眾長，另外還要不斷關注國內外專業期刊和各種工程網站，注重工程實例的收集。

2 注重土力學公式的示范推導

土力學原理的得來和公式的推導不同程度上是建立在力學的基礎上，又加進了適合土這種特殊材料性質的一些假設。所以多數土力學公式和原理是可以進行推導的，在這些地方就要結合學生已有的數學知識和力學知識，區別對待是否要求學生掌握公式的推導。對于學生已具備了數學和力學知識的公式，強烈建議教師要對這些公式做示范推導，并要求學生掌握這些公式的推導。這樣，既復習了以前所學的力學知識，也讓學生對土力學這門學科的嚴密性有了認識，更重要的是學生對教材中的公式有了深刻、透徹的理解，不需死記硬背，在使用公式時也不易出錯。

例如：最典型的例子是在講解土抗剪強度的極限平衡條件時，用莫爾圓推導土處于極限平衡狀態時的基本表達式，教材中提供了三種不同表達式，但如果我們掌握了公式得來的過程，畫出莫爾圓和抗剪強度包線，自己即可很容易地導出這些公式。同時也給講解朗肯主動土壓力強度和被動土壓力強度的公式推導做了很好的鋪墊，朗肯主動土壓力和被動土壓力強度公式是基于極限平衡條件而建立的，教師只需讓學生分清哪個力是大主應力，哪個力是小主應力，就可導出土壓力強度公式，然后再根據強度分布圖，計算面積即可得出土壓力。

學生掌握了這些公式的關系，既不需記很多公式，也不會用錯公式。例如部分學生在算土壓力時，經常會直接用某些教材中的土壓力的式子，這往往會因為搞不清公式的適用條件導致出錯。如果學生知道公式的由來，先計算土壓力強度，再繪制分布圖，最后求土壓力則不容易出錯。

當然在土力學中，三相比例指標的變換關系推導，基底附加應力計算時，運用材料力學壓彎組合公式時的公式推導等等地方也都應該要求學生掌握。

3 注重易混淆概念的對比

在土力學中，經常有些名稱相似但內涵不同的概念，學生很容易混淆，所以在講解時，應該把它們放在一起做對比解釋，給學生解釋清楚它們的不同，避免混淆。

例如在講解附加應力、自重應力、有效應力和孔隙水壓力時，要講清楚前兩個概念是從力的產生原因上對力的分類定義，由外荷載產生的即為附加應力，由土體自重產生的即為自重應力；而后兩個概念是從對力的分擔上進行分類定義的，由土骨架承擔的荷載即為有效應力，由孔隙水承擔的荷載即為孔隙水壓力。

類似的容易混淆的概念還有：土的天然重度、土粒重度、浮重度、飽和重度、干重度之間；塑性指數和液性指數之間；變形模量、壓縮模量和彈性模量之間；主動土壓力、靜止土壓力和被動土壓力之間等等，在這些地方，采用對比講解學生理解的會更透徹。

4 注重實踐教學環節

土力學是一門實踐性、應用性很強的課程。實踐環節可以包括試驗和現場參觀。

土力學試驗是土力學課程教學的必不可少的實踐環節，它既可以使學生加深對土力學理論的理解，也可以提高學生的動手能力。土力學課程中的試驗很多，可根據試驗的特點通過學生不同的參與方式來完成。一種學生親自動手操作完成的試驗，例如土的含水量、密度、液塑限試驗，壓縮試驗、擊實試驗和直剪試驗；另一種試驗是教師演示試驗，例如三軸試驗等；還有一種試驗可通過視頻來讓學生觀看學習。

現場參觀是教師帶學生深入到施工現場，讓學生現場認識各種地基處理方法和基礎施工方法，在施工現場學習有關土力學的理論知識，感受應用理論知識解決現場工程實際問題的過程，和從工程實際中發現問題，充實理論知識，積累工程經驗的過程。這樣既激發了學生的學習興趣，又開闊了學生的視野，為早日適應工作環境打好了基礎。

除了以上四點外，還有幾點也是教師在課堂上應給予重視的。例如：土力學中重要的專業術語和詞匯要給出英文翻譯，讓學生早接觸，早熟悉，為將來能更快地適應國際工程合作做好準備；一些重要的巖土工程軟件可簡單地介紹給學生，為感興趣、有潛力的學生深入學習提供方向；教師應該設計一些綜合習題或設計題讓學生去做，從而鍛煉學生綜合應用知識的能力，培養學生獨立分析問題和綜合分析問題的能力，讓學生用所學知識解決實際工程問題，體會學以致用，學有所用的成就感。

總之，土力學課程要想讓學生學好，教師必需要花費精力和時間去積累專業知識，摸索合適的教學內容組織方法，掌握與學生課堂的互動技巧，應用靈活多樣的教學方法，來引導、啟發學生主動學習土力學課程。以上是作者從事土力學教學以來得到的一些教學心得體會，現總結出來供教育界同仁共同探討。

[1] 楊雪強,李彰明,張建龍,等.論有效應力原理在土力學教學中的核心地位[J].高等建筑教育,2009,18(2):60-64.

[2] 朱建群,高文華.土力學教學中幾個基本概念的分析[J].高等建筑教育,2008,17(3):78-82.

[3] 夏紅春.面向不同力學基礎學生的土力學教學改革與實踐[J].高等建筑教育,2015,24(1):54-58.

[4] 李廣信.奇談怪論土力學[J].巖土工程界,2003,6(8):24-26.

[5] 馬時強.比喻法在土力學教學中的應用[J].聊城大學學報(自然科學版),2012,23(1):108-110.

[6] 王 偉,陶菲菲,盧廷浩,等.啟發式教學在土力學教學中的應用[J].高等建筑教育,2008,17(5):83-86.

[7] 璩繼立,李陳財,劉寶石.PBL教學法在本科土力學教學中的應用[J].教師,2012(26):40-41.

[8] 雷金波,段華雍.幾何圖示法在土力學課程教學中的應用[J].江西教育學院學報(綜合),2010,31(6):8-11.

[9] 丁樹云,畢慶濤.從數學的角度教授《土力學》[J].華北水利水電學院學報(社科版),2011,27(1):183-185.

[10] 李廣信,呂 禾,張建紅.土力學課程中的實踐教學[J].實驗技術與管理,2006,23(12):13-14,23.

[11] 趙志峰,王海波,何文龍.土力學實驗教學改革的思考[J].高等建筑教育,2008,17(6):120-122.

[12] 王俊杰.工程類專業土力學實驗教學改革思考[J].高等建筑教育,2009,18(6):110-114.

Teaching exploration ofSoilMechanicscourse in civil engineering specialty

Wang Yuhui

(CollegeofCivilEngi．，ShanghaiNormalUniversity，Shanghai201418，China)

Based on teaching practice, and according to the characteristics ofSoilMechanicscourse and the students’ learning foundation， the teaching ideas and teaching methods for this course are summarized.Such as the application of engineering examples, the demonstration of soil mechanics formula, the comparison of the concept of easy to be confused, and paying attention to practical teaching links, etc..

soil mechanics， civil engineering， teaching ideas， teaching methods

1009-6825(2015)28-0246-03

2015-07-30

王宇輝(1974- )，女，碩士，講師

G642.0

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