疊進式教學模式在應用型人才培養中的應用研究
——以土力學課程為例

侯新宇，江惠紅，劉娟

疊進式教學模式在應用型人才培養中的應用研究
——以土力學課程為例

侯新宇，江惠紅，劉娟

歸納傳統教學模式培養土力學與地基基礎應用型人才存在的主要問題，有助于深入分析疊進式教學模式三個遞進層次：知識認知層次、知識接受并內化為相應能力層次、知識與能力提升和創新層次在實踐性強的應用型學科教學中的優勢，進而提出應在土力學與地基基礎應用型人才培養教學實施過程中引入疊進式教學模式，對土力學與地基基礎教學模式改革進行有益的嘗試和探索。

土力學；教學模式；人才培養；疊進式

土力學是土木工程專業重要的專業基礎課程，以基本概念、基本假定為前提，涉及到的經驗公式、理論計算較多，知識的連貫性較差。這是一門理論和試驗結合性較強的課程，廣泛應用于基礎工程及相關的眾多領域。

在土力學學科向深度和廣度不斷延伸，以及工程實踐需求不斷提高的情況下，土力學人才的培養逐漸向“實踐應用型”和“科研創新型”方向發展。應用型人才在掌握基本專業理論知識前提下，更注重實踐及創新能力的培養以及職業工作崗位綜合素質的提升，需要能夠結合相關規范的具體規定，把土力學基本理論廣泛應用到具體的工程實踐中，靈活地解決基礎工程中遇到的各種實際問題。這也是創新型人才必備的素質之一。

由于土力學課程具備理論和試驗并重、實踐性強的特點，且大量基礎工程對土力學人才提出了更高的要求[1]，所以傳統的教學模式已經不能滿足應用型土力學人才培養的需要。根據學科發展方向和教學特點，研究其教學模式，可以更好地把握教學關系，促進教學活動優化。

一、傳統教學模式培養“土力學”應用型人才存在的問題

傳統教學主要是以結構性教學模式為主。該模式屬于常規性、系統性教學范疇，僅圍繞人才培養目標和教學要求以及教學大綱知識點和能力要求，講授相應的專業理論知識和指導實驗實訓等實踐環節，強調“基礎理論、基礎知識和基本技能”的掌握程度，并以終結性考核作為學習效果的評價方式。這種教學模式已很難適應實踐性強的土力學課程，尤其在培養應用型人才過程中，主要存在如下問題：

（一）理論和試驗結合不緊密

土力學知識體系相對獨立，很多理論知識都需要與試驗緊密結合，并以基本假定為前提才能夠在感性認識的基礎上上升到理性的認知。土力學試驗分室內試驗、現場試驗，與課程基本內容緊密相關的室內試驗將近十個，由于試驗儀器和場地等多方面的限制，絕大多數學生都難以實現對多個試驗從試驗準備，到動手調整儀器進行試驗，再到試驗數據整理分析這一完整過程的操作。試驗過程中，土在多種受力條件下的物理性質指標能在宏觀上得以表現，而僅憑學生最終出具的試驗報告作為試驗部分的考核依據，顯然忽視了過程控制，忽視了試驗中感性認識與課堂理論知識認知的結合，忽視了學生的實踐動手能力。這不符合應用型人才培養目標。

（二）教材與規范結合不緊密

土力學是應用性很強的學科，其教材的編制以多種相關規范和標準作為依據，如《建筑地基基礎設計規范》《巖土工程勘察規范》《土工試驗方法標準》《混凝土結構設計規范》《建筑邊坡工程技術規范》等，教材對規范中的部分規定和理論有更為深入、詳細的解釋和演繹，把規范中的少部內容納入其中形成體系。但只掌握教材知識遠不能滿足大量工程的需要，實踐要求工程技術人員能對多種規范系統掌握，學好教材只能起到拋磚引玉的效果。而傳統的土力學教學多注重教材、忽視規范，使教材中的理論知識未能向相應的規范內容適當擴展，學生對規范內容陌生，面對具體工程問題難以有效應用規范知識解決。忽視教材內容與規范內容的結合嚴重影響土力學知識的學以致用。

（三）忽視結合工程實踐的學習方法

土力學知識廣泛應用于水利工程、建筑工程、交通工程、港口工程等專業，只是在各個專業方向的側重點有所不同。要使學生掌握的土力學知識能更好適應廣泛的專業需要，在各自的專業方向上更為深入學習和研究，單純依賴教師在課堂上針對具體知識進行講授是遠遠不夠的。學生需要掌握一定對土力學理論知識及其理論知識與工程實踐結合解決實際問題的學習方法。而傳統模式的土力學教學對實際工程問題的分析還很欠缺。

（四）忽視土力學與其他課程的聯系

土力學以多門學科作為基礎，如工程地質學、流體力學、材料力學、建筑材料、鋼筋混凝土結構等，同時又結合其他知識解決諸多土力學問題，如地基處理方法、計算機輔助設計CAD、計算機高級語言等。單純對土力學知識進行課堂講授，忽視與其他相關課程的緊密聯系，勢必導致學生對土力學知識學習不夠深入和對土力學知識應用不夠廣泛，甚至在應用過程中出現阻礙。而新材料、新工藝、新方法的出現，計算機技術的靈活運用，都可以解決很多傳統土力學中的問題。

二、疊進式教學模式在土力學教學中的應用

單一的傳統教學模式已經很難適應應用型土力學人才培養的需要。疊進式教學模式設置三個層次，邏輯順序符合應用型學科預設的人才培養目標，在滿足學生差異化學習的同時，又可以使其能力不斷的提升。

疊進式教學模式由三種不同遞進層次構成：最初知識認知層次、知識接受并內化為相應能力層次、知識與能力提升和創新層次構成。不同層次的教學設計、教學內容是有機聯系和遞進式的[2]。此種知識、能力漸進式提升的遞進式教學模式也適用于教學過程不同階段的考核，是應用型人才培養的有效教學模式，可以很好地解決傳統土力學教學模式培養應用型人才存在的諸多問題。

疊進式教學模式在學生掌握知識的各階段進行形成性考核，分別采用不同的考核方式，給予階段性成績：基本成績、應用成績、創新成績。在整個知識體系學習完畢后，采用與結構性教學模式相配套的終結性考核作為總體評定方法。

（一）第一層次——知識的認知性教學

知識認知層次主要體現與專業基本知識、專業基本理論、專業知識相對應的基本實踐能力三個方面。這一層次的認知性教學能夠幫助、引導學生理論知識的確立和重構，并能提升、鞏固、深化三種基本知識能力。

就土力學課程而言，需要學生掌握教學內容中涉及到的土力學概念、理論、計算方法，如土的基本物理性質、土的滲透性、壓縮性以及相關的理論及計算、土體抗剪強度及土壓力、土坡穩定計算原理和方法、淺基礎和深基礎的計算等。[3]在教學過程中注重理論和試驗的緊密結合，在講授和引導的基礎上，形成師生互動，提高學生的動手能力，提高整理試驗數據和分析試驗結果的能力，使其加深對土體性質的感官認識，增強對理論知識的理解，共同完成知識的認知性教學過程。

在講授理論知識實現認知性教學過程的同時，需注意結合規范的相關內容對教學知識進行適當外延，使學生對規范內容有所了解。規范是針對實際工程狀況給出的規定和設計要點，對理論一般不做解釋；教材是對規范中的規定和設計要點涉及的部分理論進行系統推導、解釋和說明。規范只能對專業理論“知其然”，并直接實施于工程，教材則對規范中所述理論“部分知其所以然”。在教學過程中，教師需要針對教學重點所涉及的規范內容做出詳細解釋，進行詳盡推導和演算。教材對理論的涵蓋不夠全面、與工程結合不夠緊密。使學生在掌握教材的同時，熟悉教材相應的規范條文對具體工程的要求，能確保其所學知識更好地在實踐工程中得到運用。

（二）第二層次——知識接受并內化為相應能力

這一層次根據教學要求實現知識重構并內化為相應實踐能力，引導和訓練學生使其對在第一層次中已經掌握的內容有更深層次的理解，并付之應用。對知識從認知層次向應用層次轉化，培養學生自主歸納學習的能力，以及用所學理論解決具體實際問題的能力。[4]

學生能力的培養是土力學教學的難點，需要教師具備多方面的知識，采用多種教學方法和措施，在學生對知識掌握到認知層次的同時，適當結合具體工程案例進行分析，幫助引導學生從認識問題、分析問題、解決問題的思維過程入手，使其能夠根據所學土力學理論知識在教師指導下解決常規工程中遇到的實際問題，并培養逐步獨立解決實際工程問題的能力，這是至關重要的，這也是國家注冊巖土工程師必備的素質之一。在分析問題的過程中，深化相應土力學知識的理解；在解決問題的過程中，結合土力學知識靈活運用其他學科的知識和計算機技術，可以提高學生解決實際工程問題的能力。

如結合CAD技術，采用條分法計算土坡穩定安全系數。根據土力學中計算土坡穩定的條分法公式：[3]

圖1 土坡穩定安全條分法計算

首先需要使用AutoCAD軟件嚴格按比例繪制土坡斷面條分面（圖1）；根據費倫紐斯方法確定滑弧圓心位置，并據此在剖面圖上定下可能滑弧曲線；利用AutoCAD計算和查詢功能，精確測量滑弧總長L˙和每個土條面積Ai=hib（用Region命令創建面域，之后用Massprop命令查詢面域的質量特性，即為土條面積）；確定每個土條的θ，得出cosθi和sinθi；代入公式（1-1）即可求出穩定安全系數。

土力學與其他學科聯合應用解決實際問題的方法和技巧有很多。在掌握一定土力學理論知識解決專業實際問題的學習方法，具備了獨立分析問題、解決問題能力的基礎上，擴展知識范圍，尋求靈活解決問題的辦法是知識轉化成能力的重要途徑。

這一階段是教授學生自主學習的方法和習慣，以適應多變的實際工程需要，使土力學知識能更為靈活地解決相關專業的諸多問題，使學生的知識面和解決問題的能力不僅僅局限和停留在狹窄的學科，而是向相關的行業延伸，可塑性更強。這一層次的訓練，教師可以針對典型實際工程案例提出問題，供學生認識和分析。在過程中給予適當的提示和指點，在鞏固理論知識的同時，發現學生能力的個性化差異，為其知識的創新做準備。

（三）第三層次——知識與能力的提升和創新

這一層次教學在知識轉化為能力的基礎上，利用提問發現式的教學方式，在研討過程中激發學生的知識重構和創新的潛力，主要包括三方面：對已有知識的重新構建、對已有知識的轉換和提升、再次獲取并接受新知識。在經歷前兩個層次的學習之后，學生具備了相當的專業知識和實踐能力，可以分析并解決一定的工程問題，再與工程實踐相結合，這樣給知識創新提供一定的平臺。結合課程的教學需求、專業工程實踐的現實需求，使創新能力得以體現。

組建學習科研小組，針對具體有待解決的工程問題，展開嘗試性的科研探索工作。在有效解決實際問題的同時，逐漸上升到理論化、系統化，充分體現對知識創新的現實性、綜合性、技巧性。

知識創新階段，需要教師從知識的更高層面給予方向性的引導和具體知識的點撥。適當給予啟發性提示，確保學生任務得以順利實現。這非常有助學生個性化培養，有助于激發他們創新的熱情和積極性。

如有限元數值模擬分析時，需要對單元進行劃分，常常涉及到復雜的形狀、材料交界面、不同接觸面單元、不同單元體、不同的邊界約束條件、不同工況施工荷載等，嚴重影響有限元方法的計算效率[5]。在學生具備一定的有限元分析方法、計算機高級程序語言、AutoCAD軟件等知識前提下，教師可以配合學生對“復雜有限元前處理問題”提出系統解決方案，并指導完成。

圖2：AutoCAD與高級程序語言接口

學生可以充分發揮AutoCAD內嵌語言的強大計算功能，或者其與各種高級計算機語言形成接口。[6]把AutoCAD生成的以DXF格式文件存在的ASCII碼標準化圖形數據文件，通過正向接口傳輸利用高級程序語言編制好的數據處理程序，經過高級程序語言的計算后，獲得劃分后的所有單元信息，并自動形成有限元輸入需要的數據文件以及以SCR形式存在的反向接口文件。[7]可以再把反向接口文件輸入給AutoCAD程序，重新生成圖形便于校核和調整，可以多次形成以DXP文件形式出現的正向接口，并可以多次循環計算（圖2），直到最終獲得需要的前處理文件。

疊進式教學模式與傳統的結構性教學模式并不矛盾，這是土力學教學方式的兩個方面，是實現同一教學目標并行的兩種途徑，是辯證和統一關系，是相互促進的。疊進式教學模式在學科傳統知識體系的框架下，配以階段性的形成性考核，以認知由淺入深的縱向階段性考核方式，可以充分彌補傳統結構性教學模式僅以終結性考核作為評價體系的不足，使學生對知識掌握和能力提升更為系統和實用，達到應用型人才培養的要求，同時教師對學生考核檢查更為詳盡，更便于開展下一階段的教學工作和對學生的個性化培養。

土力學課程的疊進式教學過程使學生對知識的掌握按照認知的邏輯規律進行，呈階梯式循序漸進發展，與傳統教學模式相比，能使學生對知識的掌握更為深入和實用。同時又具備開放性，學生學會了自主學習的、理論與實踐結合的學習方法，就可以充分發揮潛能，使自身能力適應其廣泛工程實際的需要。這也是應用型土力學人才培養的更高目標。因此，疊進式教學模式可以作為應用型人才培養的一種方式在土力學課程教學改革中嘗試。

[1]陳福全.土力學課程創新性教學的幾點思考[J].理工高教研究，2005（1）.

[2]周劍.《數據結構》課程教學模式改革探索[A].教學模式探索與實踐[C].江蘇:江蘇廣播電視大學，2005.

[3]錢家歡.土力學[M].南京:河海大學出版社, 1995.

[4]徐年方,仲兆秀.在數學教學中體現素質教育[J].天津電大學報，2006（1）.

[5]盧廷浩.土石壩空間單元網格自動剖分[J].巖土工程學報，1991（2）.

[6]Liu S S,Uicker J,Gadh R.A Dual Geometry-topology Constraint Approach for Determination of Pseudo-swept Shapes as Applied to Hexaheral Mesh Generation.Computer-aided esign,1999（31）.

[7]梁雪春，宋德明.AutoCAD2002二次開發技術指南[M].北京:清華大學出版社，2001.

責任編輯：蘇航

G642

A

1671-6531（2017）03-0017-04

侯新宇/江蘇開放大學建筑工程學院副教授，博士，注冊巖土工程師(江蘇南京210036)；江惠紅，劉娟/江蘇開放大學建筑工程學院副教授，碩士（江蘇南京210036）。