概念教學法在“土力學”教學中的實踐與探討

楊仙

(湖南科技大學 資源環境與安全工程學院，湖南 湘潭 411201)

概念教學法在“土力學”教學中的實踐與探討

楊仙

(湖南科技大學 資源環境與安全工程學院，湖南 湘潭 411201)

土力學教學過程中，強調概念教學，就是要幫助學生建立宏觀認識，建立土力學的知識框架體系，加強知識點之間的聯系和滲透，通過聯系工程實際加深基本概念和基本理論的理解深度，培養學生運用概念來分析和解決工程實際問題。基于概念教學的理念，結合土力學課程的特點，提出在課程教學中概念教學的具體實施方式：要求學生記憶土體常見參數的數值；標語化教學；教學過程與工程案例密切結合。案例分析考核結果顯示，該教學方法是有效的，學生不僅掌握了概念的內涵，而且能夠運用自如。

土力學；概念教學；工程案例；教學效果

概念是反映對象的本質屬性的思維形式，人類在認識過程中，從感性認識上升到理性認識，把所感知事物的共同本質特點抽象出來加以概括，就成為概念。概念教學在世界范圍已成為教育學和心理學研究的一個十分繁榮的領域。該理念旨在強調知識的基本結構體系，突出基本概念的教學，加強知識間的內在聯系[1]。

在以美國為代表的西方教育心理學界，概念教學很早就已成為比較穩定、相對獨立的專門研究領域。其中尤以認知心理學家布魯納、奧蘇貝爾和加涅等人對概念學習過程的開創性研究使人們對概念學習的認識跨入了一個新的時代[2]。近年來，國內教育心理學界對于上述研究做了大量的介紹和引進，成就卓著。這些介紹和引進為國內一些學科教學中的概念教學研究提供了重要的理論基礎[3]。概念教學理念從教育心理學引入到學科教育中后，引發了廣泛的研究。在各學科領域有關課程與教學研究的學術論文中，關于概念教學的專門探討也比較活躍，涉及到教學的各個方面，例如概念教學的原則、概念教學的方法、概念教學的模式等等。但是綜上所述，我國對于概念教學系統的理論研究主要還是集中在師范類院校，而且主要是針對一些基礎學科，如數學、物理、化學等[4]。

在土木類高等教育專業基礎課程教學中，同濟大學朱慈勉教授提出了結構力學可以分為概念結構力學和計算結構力學兩部分，且其編寫的《結構力學》教程，著重于強調結構力學中的概念教學[5]。這是一個非常有意義的教學創舉。與結構力學相比較，土力學這門學科的特點決定其更加適應概念教學的教學理念。本文簡述了土力學中概念教學的重要性，以及筆者在土力學教學中概念教學的一些具體實施方法，并且對概念教學的效果進行了評價，以期為土力學教學改革提供一定的思路。

1 土力學中概念教學的重要性

在土力學課程學習中，對概念性知識的認識和理解非常重要。

其一，土力學研究對象主要是土體，土體是一種特殊的材料，這種非連續的材料與我們固體力學里面所涉及的材料有著本質的差別。然而，土力學的很多知識點都是源于固體力學，甚至有些概念性知識有著相同(相近)的表達。因此，弄清這些概念與固體力學中同一(相似)概念的本質區別，才能更好地學習土力學。

其二，土力學中許多計算理論都是在各種假設條件下得出的，其都有各自的適用范圍。因此，只有理解了這些理論的本質才能選擇合適的理論進行分析。而且因為該學科研究對象的不確定性，理論計算的結果并不總是符合實際情況的。這時就更需要運用概念知識進行宏觀分析和把握。

其三，土力學的試驗方法多種多樣，而且受到土樣質量和試驗條件的限制，得出的各種參數往往不盡如人意，甚至有些與實際情況相距甚遠。因此，理解土體參數的基本概念，對各類土體各參數的大致取值范圍有正確的認識，才能更好地辨識試驗參數的對錯，有利于選擇更合適的參數。

其四，與土力學相關的計算往往是非常繁瑣的。隨著計算機技術的發展，各種商業計算軟件應運而生，省時省事，完全可以解放人力。但是由此也催生出新的問題：往往有一些非專業或專業性不強的人員，也能通過軟件進行計算，得出一些結論來。一旦以此結論作為設計施工的指導意見，則很有可能出現工程事故。因此可以說，商業軟件的誕生并未削弱土力學的地位，反而是更加凸顯了該門課程的地位，特別是凸顯了基本概念的重要性。因為在使用商業軟件計算時，只有正確地選擇計算模型和計算參數才可能得出正確的結果，而且只有掌握了概念性的知識，才能從宏觀上進行把控，對軟件計算的結果進行評估。

其五，從教學效果和學生學習積極性方面來看，該課程一般是安排在大三上學期進行教學。大三的學生已經學完了三大力學，這三大力學是土木類工科學生公認的最難，最容易掛科的課程。所以有相當一部分學生進入大三，看到土力學課本里面密密麻麻的計算公式，就產生了畏難情緒，學習積極性差。土力學教學過程中，強調概念教學，就是要幫助學生建立宏觀認識，建立土力學的知識框架體系，加強知識點之間的聯系和滲透，通過聯系工程實際加深基本概念和基本理論的理解深度，培養學生運用概念來分析和解決工程實際問題。只要做到了這些，即使是三大力學基礎較差的學生，在該課程學習中也會有所收獲，在其日后的工作中，碰到土力學相關問題，也能找準解決問題的方向。

其六，近年來，不少重大的工程事故，歸根結底都是源于對土力學概念認識不清造成的。如2009年上海的“樓倒倒”事件。正是因為沒有認清土體側壓力這一基本概念，在開挖基坑附近隨意堆土造成的。

綜上所述，土力學這門學科的特點決定其非常適應概念教學的教學理念。在該課程的學習中強調概念教學能夠提高學生學習積極性，加強學生分析和解決實際工程問題的能力。

2 土力學中概念教學的具體實施方式

其一，要求學生記憶土體常見參數的數值。一個從不買菜的人去買菜，對菜價是沒有概念的，不知道自己買的菜是便宜還是貴。同樣，土力學是地質工程學生的專業基礎課，他們在學習土力學之前未進行過其他相關的學習和實踐。盡管土體是每天都能見到的，但是對于土體的物理力學性質，他們卻是陌生的。孔隙比1.2是高還是低？滲透率1*10-1cm/min是大還是小？他們對這些數值全無概念。因此，在教學過程中，強調學生去有意識地記憶這些常見參數的大致區間，不僅能夠加強他們對這些參數基本概念的理解，更能使他們對土體的性質有明確的認識，看到土體的參數，就能大致判別土體的物理力學性質差異。這種具體實施方式體現了概念記憶、概念分析的內涵。

其二，標語化教學。標語，顧名思義，文字簡練、意義鮮明。筆者認為，標語簡單易記，而且內涵豐富，其表達的不僅僅是字面意思。教師在教學過程中，提出一些創意性的標語，并對標語進行詳細解釋，是一種很好的概念教學與灌輸。例如，筆者在砂土液化教學過程中，并未讓學生死記硬背砂土液化的概念。而是提出一個標語——“飽和松散粉細砂易液化！”基于這個標語，詳細解釋了飽和松散粉細砂的液化過程，著重強調“飽和”“松散”“粉細砂”三個詞，并提出為什么“非飽和”“密實”的“粘土”或“粗砂”不易液化。這個教學過程中，學生記住這句簡單的話，不僅能理解砂土液化的概念，并且知道了砂土液化的對象，同時再一次理解了“剪縮”“滲透性”以及“有效應力原理”等基本概念。這種具體實施方式體現了概念組合、概念對比的內涵。

其三，教學過程與工程案例密切結合。在教學中，筆者收集了大量相關的工程案例，在基本概念、基本原理的講解過程中，插入工程案例進行分析。學生在學習的過程中不僅能加深對基本概念和原理的認識，更能領會該概念和原理應該如何在實踐中進行應用。土力學期末考試中，筆者曾出題讓學生計算墻后的主動土壓力，結果有學生使用墻前的埋深與地層條件計算了主動土壓力。計算公式和計算程序完全沒有問題，說明該生已經掌握了主動土壓力的計算方法。表面上看，是學生未看清墻前墻后，實質上是學生對于主動土壓力和被動土壓力的概念沒有深入理解。因此，在以后的土壓力教學過程中，筆者從不單純講怎么計算各類土壓力，而是代入到工程實際案例中，先詳細講解主動土壓力和被動土壓力的形成過程，然后再對工程案例中的土壓力進行計算。學生在一個實際的案例環境中，更容易把主動土壓力概念和主動土壓力的計算方法結合起來學習，而不是把兩者割離，實際上更容易加深理解。這種具體實施方式體現了概念分析、概念組合、概念應用的內涵。

3 土力學概念教學考核與效果分析

筆者受朱慈勉教授結構力學教學方法的啟發，在土力學教學過程中有意識地嘗試進行概念教學至今兩年時間了。兩年以來，在學生的課程考核中，筆者不僅要進行常規的期末考試，并且會專門進行工程案例分析考核。一般是選取一些失敗的案例，提供紛繁蕪雜的背景條件，考核學生能不能抓住案例失敗的本質原因。大多數學生能從土力學的角度出發，找到核心問題。說明該教學方法是有效的，也為學生后續地基基礎、基坑工程以及邊坡工程的學習打下了較好的基礎，對學生更好地適應以后的工作也是有利的。

4 結語

1)土力學是一門源于實踐、又應用于實踐的課程。地基基礎、基坑工程、邊坡工程等的設計與施工，無一不跟土力學關系密切。工程設計和施工中很多事故就源于土力學概念不明確。因此，概念教學法在土力學中的應用是非常重要的。土力學教學過程中，強調概念教學，就是要幫助學生建立宏觀認識，建立土力學的知識框架體系，加強知識點之間的聯系和滲透，通過聯系工程實際加深基本概念和基本理論的理解深度，培養學生運用概念來分析和解決工程實際問題。

2)基于概念教學的理念，結合土力學課程的特點，提出在課程教學中概念教學的一些具體實施方式：要求學生記憶土體常見參數的數值；教學過程與工程案例密切結合；標語化教學等。

3)選取一些失敗的案例，提供紛繁蕪雜的背景條件，考核學生能不能抓住案例失敗的本質原因。大多數學生能從土力學的角度出發，找到核心問題。說明該教學方法是有效的，學生不僅掌握了概念的內涵，而且能夠自如地運用。

[1] 趙緒昌.數學概念教學的意義、問題、方法及建構策略[J].中學數學雜志(初中版),2016(2):12-15.

[2] 鄭春和.高中生物學概念教學的理論與實踐[J].中小學教材教學,2002(15):11-15.

[3] 郭建鵬.概念學習研究:觀點、應用及發展[J].上海教育科研,2013(2):54-57.

[4] 閻金鐸.中學物理教材教法[M].北京:北京師范大學出版社,1981.

[5] 朱慈勉,張偉平.結構力學(下冊)[M].北京:高等教育出版社,2010.

(責任校對 王小飛)

10.13582/j.cnki.1674-5884.2016.12.023

20160830

湖南科技大學教學研究與改革項目(902-G31542)

楊仙(1982-)，女，湖北天門人，講師，主要從事地質工程研究。

G64

A

1674-5884(2016)12-0077-03