項目教學法和任務驅動法在土力學教學中的探索與實踐

姜景山

摘 要：項目教學法和任務驅動法改變了傳統土力學教學中學生被動接受的學習模式，充分激勵了學生學習的動機和激情，提高了學習的主動性和積極性。結合目前土力學教學的現狀和存在的問題，建議采用項目教學法和任務驅動法結合的方式進行教學，其中相對簡單、單一的知識點可設計一個新穎的實際工程問題采用任務驅動法進行講授，而在學生具有一定的土力學或其它課程或學科的理論和實踐知識之后，可考慮設計一個相對綜合性的項目采用項目教學法進行教學，以達到綜合提高學生的自主學習能力、團隊協作能力、探索創新能力和綜合展示能力，為社會培養具有較高專業素質和綜合能力的復合型人才。

關鍵詞：項目教學法；任務驅動法；土力學；應用性；實踐性；教學改革

0 序言

項目教學法自1918年由美國哥倫比亞大學的克伯屈（Kilpatrick）首次提出已經在世界各國的教學中廣泛應用，如美國、英國、德國等發達國家，涉及的教育領域眾多，有高等教育、職業教育，甚至幼兒教育等領域[1]。在國內隨著教學改革的進行，項目教學法也逐漸受到人們的重視，不斷得到推廣和應用，特別是國內的職業教育領域項目教學法得到了廣泛應用，也取得了較好的教育效果[2-5]。

土力學課程是土木工程專業的一門基礎課，具有實踐性強、經驗性強等顯著特點。目前土力學教學大多數仍采用傳統的教學模式，即老師主要在課堂上講授而學生坐在下面聽課的被動接受的模式，學生學習的積極性和學習的效果不甚理想。近年來，土力學實踐性或應用性教學改革已經成為教學改革的重點，培養具有實踐能力、協作精神和創新意識并符合社會需求的高級專門人才是高等教育的目標，項目教學法和任務驅動法在這方面具有明顯優勢，本文就項目教學法和任務驅動法在土力學教學中的應用進行了初步探索。

1 項目教學法簡介

項目教學法是通過實施一個完整的項目而進行的教學活動，其目的是將理論教學和實踐教學有機的統一，充分調動學生學習的主動性，發掘學生的創造潛能，提高學生的綜合能力，增強學生的團隊合作意識。

項目教學法起源于歐洲的建筑教學的項目作業（Project Work），隨后這種以項目作為常規的教學方法被傳入美國。1918年美國哥倫比亞大學的克伯屈（Kilpatrick）對項目教學法進行重新定義并以名為項目教學法（The Project Method）發表在教育學院學報上，此后項目教學法逐漸得到人們的重視[6]。

克伯屈認為的項目教學法是“在社會環境中發生的、全身心的、有計劃的行動”[6]。從克伯屈的定義可以看出項目教學法的要素有：一定的社會環境、學生的自主行動、開展計劃的行動、完成項目的過程。項目教學法中的學習對象既可以是一個具體的、有形的、看得見、摸得著的產品；也可以是一個相對抽象的東西。

項目教學法雖然是通過完成一個完整的項目來進行的教學活動，但是不以完成項目的結果作為主要目標，而是以項目實施的過程作為核心，即通過學生的自主行動，以團隊合作的方式，開展探索創新工作，在此過程中充分激發學生的主動性、發掘學生的創造性、增強學生的協作性、提高學生的全面性。

項目教學法不同于傳統的以教師為主的一言堂、滿堂灌的教學模式，而是以學生為主體、項目為主線的教學模式，教師更多的是引導者、管理者的角色，這是項目教學法的顯著特點。

項目教學法實施大致可歸納為以下四個階段[6]：（1）項目構想。對項目進行構思，提出項目的大致框架。（2）項目計劃。根據項目預定目標和已有的條件，計劃項目的實施。（3）項目執行。根據項目計劃，實施項目的過程，實施過程中可以對原計劃進行檢查或修正。（4）項目總結。根據項目完成的過程和結果進行總結，包括完成的效果、存在的問題、獲得的經驗等。

2 任務驅動法

項目教學法很容易與現階段很多高校教學改革中所采用的任務驅動法（有的也稱為問題式教學法）造成混淆[7-8]，這兩者之間其實是不同的。首先在教學目標上，項目教學法要求學生能夠熟練地運用已經學到的知識（可能是不同課程或不同學科的）去融會貫通地解決一個綜合性的項目，側重培養學生的關鍵能力；而任務驅動法則更多的是相對單一的理論知識的理解或技能的掌握。其次，難易程度方面，任務驅動法中設計的“任務”相對簡單，而項目教學法中設計的“項目”實施難度相對較高。第三，完成時間方面，任務驅動法一般在課內就可以完成，而項目教學法實施時間較長。第四，學習模式方面，任務驅動法主要以學生個體學習為主，而項目教學法則是項目組成員共同合作完成。第五，教師作用方面，任務驅動法教師指導較多，而項目教學法則主要是學生自主完成。第六，實施特點方面，任務驅動法中任務的設計、細化等主要是由教師來完成的，而項目教學法中項目計劃的制定，項目的實施等均由學生討論決定[7]。

任務驅動法一般是按提出問題、分析問題和解決問題的思路來進行的[7]：

（1）設計問題。首先，教師需要在教學內容總體把握的基礎上，根據需要講授的知識點和要求，結合工程實際，提出一個現實的工程問題，激發學生學習的動機，設計問題非常關鍵，關系到任務驅動法的成敗。設計的問題應符合教學大綱的要求和重點，做到有的放矢；宜采用新穎的實際工程問題，充分激發學生的學習動機。

（2）自學分析。學生帶著老師提出的問題，有目的地帶著疑問自學教材，并組織學生討論交流，發表對問題的認識和理解，互相啟發，共同提高。

（3）講授總結。最后，教師宜采用多媒體和板書結合的方式講授，充分解答所提出的問題，通過圖文音像并茂的方式，激發學生學習的積極性，對于重點和難點內容重點提醒和強調，確保學生牢固地掌握。

以土力學中有效應力原理為例，結合實際工程，設計了如下問題：現在很多城市都過度開采地下水，地下水位下降較多，造成城市發生大面積地面沉降（假定第一層不透水層之上土質較為均勻），試解釋為什么？

在學生自學分析、相互討論，教師教授了有效應力原理之后，就可以應用有效應力原理解答上述所提的問題。

首先，采用幻燈片演示有效應力原理的公式：

σ=σ+ u （1）

式中，σ為土中某點的總應力，σ為該點的有效應力，u為該點的孔隙水壓力。

并向學生強調雖然土中某點的總應力等于有效應力與孔隙水壓力之和，但土體的強度和變形取決于有效應力。圖1為地面沉降有效應力原理計算圖，地下水位以上均質土體的容重為γ，地下水位以下飽和土體的容重為γsat。

首先，計算A的有效應力，地下水位下降前，總應力為：

σ=γ·h1+γsat·h2+γsat·hA，u=γw·h2+γw·hA （2）

所以，水位下降前A點的有效應力為

σ=σ–u=γ·h1+（γsat—γw）·h2+（γsat—γw）·hA（3）

地下水位下降后，A點的總應力為：

σ=γ·h1+γ·h2+γsat·hA，u=γw·hA （4）

所以，水位下降后A點的有效應力為

σ=σ–u=γ·h1+γ·h2+（γsat—γw）·hA （5）

由于γ>（γsat—γw），所以，水位下降后，A的有效應力增大了。

同理，可得B點在水位下降前的總應力為

σ=γ·h1+γsat·hB，u=γw·hB （6）

所以，水位下降前B點的有效應力為

σ=σ–u=γ·h1+（γsat—γw）·hB （7）

地下水位下降后，B點的總應力為：

σ=γ·h1+γ·hB，u =0 （8）

所以，水位下降后B點的有效應力為

σ=σ–u=γ·h1+γ·hB （9）

由于γ>（γsat—γw），所以，水位下降后B點的有效應力也增大了，而C點則沒有變化，因此在原來地下水位線以下的土體的有效應力都增大了，因此，土體的豎向變形增大，即產生地面沉降，這就是過度開采地下水后，城市發生大面積地面沉降的原因。

3 土力學的特點及教學中存在的問題

土力學是一門實踐性和經驗性很強的學科，這與土力學研究的對象——土在自然界的形成有很大關系，造成實際的土工工程問題不確定性強、隱蔽性高，許多慘痛的土工事故都說明的這一點，因此必須把土力學教學中理論教學和實踐教學緊密結合起來才能使學生掌握好土力學知識。

目前，我校土力學教學中存在的主要問題有：

（1）理論教學與工程實踐聯系不夠密切。目前，土力學課堂教學中往往只注重理論方面，與工程實際聯系的還不緊密，特別是很多土力學教師沒有進行實際工程的經驗或現場經驗，對很多土工工程的特點、要求，以及實際工程中可能會出現的問題把握的還不夠準確，導致在講解土力學理論課程時不能結合實際有重點的進行教學。

（2）實踐性教學環節相對薄弱。土力學是門實踐性很強的科學，很多土力學理論是基于實驗基礎上得到的。目前，我校土力學的實驗課一是基本都是驗證性實驗，均是實驗教師定好實驗項目、實驗要求等，學生按照教師的要求完成試驗內容，屬于比較典型的任務驅動型；二是實驗課時安排偏少，能夠開展的實驗項目也偏少，實驗教學沒有加深學生對土力學的更深的感性認識和理性理解，自然難以把握土工問題的要點。因而，這種輕實踐的教學方式已經遠遠不能滿足國家對土木工程專業大學生培養的要求。

（3）學生學習的主動性較差。目前，土力學教學還主要停留于傳統的以教師為主的一言堂、滿堂灌、填鴨式的教學模式，學生處于被動接受知識的位置，學生學習的主動性差，教師安排的任務也不能很好的完成，更不用說開展研究型、探究型或協作型的學習了。

（4）課時偏少與內容偏多之間的矛盾。土力學主要研究土體在力的作用下應力-應變關系的一門學科，主要內容包含土的組成和物理特性，土的滲透性、壓縮性和抗剪強度，地基的變形、承載力和穩定性，土中應力和土壓力等相關內容。土力學涉及內容較多，而課堂學時較少，加上近年來土工工程中新理論、新技術、新方法和新工藝不斷涌現，導致沒有足夠課時來介紹工程中熱門或應用較多的部分知識。

4 土力學教學內容的改革

土力學課堂教學理論性較強，很多理論和方法都有一定的使用條件和一些假設，如果按傳統的教材上內容進行教學，一方面很難提高學生學習的熱情和興趣，另外一方面，對問題的認識和考慮偏理想化，不符合實際情況，難以解決實際的工程問題。因此，有必要吸收項目教學法的成功理念，在教學內容上結合一些典型的實際工程案例進行，特別是一些眾所周知一些大型失事工程案例，一方面實際工程能激發學生學習的熱情和興趣，增強責任心和使命感，提高職業道德；另外，實際案例能提高學生的實踐知識，對工程的復雜性有一定的感性認識和理解，用實事求是的態度來解決實際問題。如在講緒論時我們可以結合美國提頓土壩滲透破壞垮壩、意大利比薩斜塔傾斜和加拿大特朗斯康谷倉地基事故等調動和激發學生學習的積極性和主動性，在講解其他知識點時，可盡量找一些相關的工程案例來引入。

另外，在講具體某一個知識點時，應改變以往什么都要講而什么都沒有講透的情況，應將時間放在容易理解并且能夠沉積和記憶下來的內容上，即重點講一些可遷移的知識和內容上來，如基本概念、基本原理、基本方法等，對一些繁雜的中間過程或推導點到為止。

因而，對課堂中一般知識點的內容傳授，在條件允許的情況下可盡量采用任務驅動法進行講授，即采用提出問題→分析問題→解決問題的思路來進行，即首先由教師提出一個實際工程問題，激勵學生帶著思考去獨立地自學教材，然后去理解問題、分析問題并相互討論問題，最后教師根據學生討論的情況，有針對性地去講解、誘導學生去解決問題。事實證明采用這樣的方式，學生更易理解和記憶，知識消化吸收的效果也較好。

而當學生學習了一定的專業理論和實驗知識之后，可考慮采用項目教學法進行講授，即通過綜合運用土力學已有的知識，甚至其他課程或學科的知識綜合地解決一個項目，讓學生全程從項目構思、計劃、實施，總結等自主地以團隊合作的方式完成整個項目。

5 土力學教學模式的改革

項目教學法是將傳統的學科體系中的知識內容采用若干個教學項目的方式展開，讓學生直接參與項目構思、計劃、實施、完成的全過程中。由于項目教學法針對項目需要的知識點較多并且可能涉及不同學科和課程，因此要求較高，包括人員、時間、知識儲備等，因此，貿然設計一個學生不能完成的項目不僅可能達不到預計的效果，還可能造成不利的影響。在傳統的教學中當教師教授完某一個知識點后會安排一些特定的作業來幫助學生來鞏固學習效果，由于這些問題都有一些特定的條件和要求，其結果也往往是比較確定的甚至是唯一的，這種教學模式比較類似于任務驅動的方式[7]，學生往往是個體單獨并缺少創新的被動解決分配的問題。

而項目教學法是以項目為載體，以學生在完成項目的過程中通過發現問題、解決問題為途徑，以提高自主能力、團隊協作和創新意識為根本目的，項目完成的好壞不以項目結果為主要標準，而以項目實現的過程為核心，即以項目實現過程中學生各種知識、能力、意識和精神的提高為根本目的。

由于項目教學法的理念的實現過程，在目前土力學教學形勢下還存在以下不足，如項目教學法對知識儲備要求較高，涉及很多知識甚至不同的學科和課程，因此不是任何知識點或教學內容都適合項目教學法，而是在一定的條件下。另外，項目教學法要求的完成項目全過程的所需的時間較多，目前土力學課堂教學課時非常有限，因此，需找到一個合適實現項目教學法的途徑。

基于目前土力學教學的現狀和項目教學法的特點、要求和條件，認為傳統的任務驅動教學方法和項目教學法相結合的教學方法教學效果更好，具體的教學改革措施有：

（1）對于基本的知識點的學習和鞏固可采用任務驅動的教學方式，即將教學內容設計成一個或多個具體的任務，以某個具體實例作為先導，進而提出問題，引導學生分析、思考和解決問題，這樣可以在相對較短的時間內達到學習和掌握知識的效果，而且能較為有效地將理論教學和實踐教學統一起來，有助于提高學生分析和解決問題的能力，通過任務驅動法的鍛煉有助于為項目教學法的實施打下基礎，也符合教學先易后難的原則。

（2）通過任務驅動法在學生掌握一定的基礎之后，對于相對復雜或較為系統的知識可以在一定的階段和條件之后采用項目教學法實施，這樣開展教學的好處是能充分將學生之前學習到的知識點有機串聯起來，充分調動學生的主動性和積極性，同時項目教學法一般是一個小組共同分工合作完成，通過項目的實施能充分提高學生的團隊合作意識，此外，項目教學法中設計的項目一般具有較強的開放性，開放性的項目有助于充分發掘學生的探索創新能力。

（3）項目教學法設計項目的難度要合適，其難度應在任務驅動法的難度之上但又不可過高，保證能夠充分調動和發揮學生的積極性和創造性，達到項目教學法鍛煉的目的，不致于因為項目設計難度過大難以執行導致項目的夭折，根據目前土力學教學大綱和實踐經驗，建議可設計1至2個難度適中的項目為宜。

（4）項目教學法時間和內容的安排可結合土力學實驗課程進行。由于土力學理論課程學時有限已經很難占用，而土力學實驗課程學時較為緊張，加上我們項目教學法完成一個完整的項目需要較多的時間。綜合考慮，可采用項目教學法和土力學實驗課程相結合的方法，如在學生學習完土力學部分內容之后，設計一個項目，如分析校園內某一個邊坡的安全性，這個項目設計到很多土力學知識，如邊坡外形的測定，邊坡圖形的繪制，邊坡地質調查，邊坡土質的分類及一些基本物理力學性質，邊坡土的抗剪強度，邊坡穩定性分析等，邊坡安全分析報告的撰寫，邊坡安全分析匯報等，不但涉及到土力學一些非常重要的知識，還涉及計算機制圖、Office應用軟件、團隊協作，以及個人綜合匯報展示能力等。而在實施項目過程中學生需要進行不同的分工，開展不同的土力學實驗，如土的顆粒分析試驗、液塑限實驗、抗剪強度實驗等。通過項目的實施學生即完成的相關的實驗，而且通過項目學生也了解了為什么開展這些實驗，開展實驗的目的是什么，這樣有效地提高了學生學習的效果。

（5）項目教學法在學校規定教學課程之外，對部分積極上進的學生還可結合部分巖土工程相關的設計競賽，如全國大學生加筋土擋墻設計大賽，一方面要求學生按照要求根據土力學的知識進行擋土墻的設計計算，另外還要求學生根據設計結果，根據要求的材料（模型箱、砂子、牛皮紙等）在規定的時間內在現場建造出一個加筋土擋墻，并要求建造好的擋墻能在規定時間內承受規定的荷載而不破壞。這樣的項目不僅充分發揮了學生的積極性、主動性和創造性，鍛煉了學生的動手能力，特別是增強了團隊合作能力，因為學生可以單獨完成設計計算，但是不可能在沒有同伴的幫助下完成加筋土擋墻的建造。因而，這些相關的競賽項目也是非常好的一種項目教學的途徑。

6 結語

為提高學生學習的主動性和積極性、提高學生的探索創新意識、增強學生的實踐和動手能力，將國外普遍采用的項目教學法引入到土力學教學中來，結合土力學課程的特點、存在問題和教學現狀，提出采用任務驅動法和項目教學法相結合的方式來進行土力學的教學改革和實踐，已經取得了一定的成效。接下來將進一步完善教學方法、精細化設計教學項目、有針對性結合新技術，努力培養符合社會需求的、具有較高動手能力和實踐能力的全面發展的高級專門人才。

參考文獻

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