土力學(xué)與地基基礎(chǔ)課程教學(xué)改革研究

陳玲 許繼恒 任睿 連小瑩

[摘要]當(dāng)前，土力學(xué)與地基基礎(chǔ)課程存在以下問題：理論教學(xué)主要采用傳統(tǒng)的講授式教學(xué)模式，教學(xué)模式單一;實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)少，教學(xué)方法采用“以教為主”，學(xué)生重視程度不夠，考核機(jī)制不合理;教育資源形式單一，并且不能滿足課程教學(xué)改革的需要。為了解決這些問題，提高教學(xué)效果，應(yīng)從以下幾個(gè)方面對(duì)該課程進(jìn)行教學(xué)改革：理論教學(xué)部分，綜合運(yùn)用學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的多種教學(xué)模式，教、學(xué)、做、說一體化教學(xué)模式，使知識(shí)的學(xué)習(xí)過程由“硬灌”變?yōu)椤扒晒唷?實(shí)踐教學(xué)部分，實(shí)施“以學(xué)為主”的教學(xué)方法，制作實(shí)驗(yàn)微課，開放實(shí)驗(yàn)室，完善實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)機(jī)制;采用信息化手段優(yōu)化教學(xué)資源。

[關(guān)鍵詞]土力學(xué)與地基基礎(chǔ);教學(xué)改革;教學(xué)模式;微課;實(shí)驗(yàn)

[中圖分類號(hào)]G642.0[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]2095-3437（2020）02-0105-03

一、引言

土力學(xué)與地基基礎(chǔ)是高等院校土木T程專業(yè)本科學(xué)生必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)核心課程，也是我校合訓(xùn)本科土木工程專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)核心課程。課程教學(xué)目標(biāo)是通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握土力學(xué)的基本概念和基本理論，具有應(yīng)用土力學(xué)基本理論和計(jì)算方法解決實(shí)際-程問題的能力，例如用土壓力理論對(duì)擋土墻以及基坑設(shè)計(jì)，用強(qiáng)度理論對(duì)地基承載力計(jì)算和對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

該課程概念多，理論跨度大，數(shù)學(xué)推導(dǎo)偏多，給教師教學(xué)帶來了很大的困難。如何針對(duì)這些特點(diǎn)組織教學(xué)，實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生遂行多樣化軍事任務(wù)的能力[1]，是本課程教學(xué)改革的重點(diǎn)內(nèi)容。

二、課程教學(xué)中存在的主要問題

土力學(xué)與地基基礎(chǔ)課程包括兩部分內(nèi)容：理論部分和實(shí)驗(yàn)部分，教學(xué)實(shí)施分別安排40學(xué)時(shí)與10學(xué)時(shí)。目前，該課程的教學(xué)存在以下幾個(gè)問題。

（一）理論教學(xué)主要采用傳統(tǒng)的講授式教學(xué)模式，教學(xué)模式單一，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

本課程的授課對(duì)象是我校土木工程專業(yè)合訓(xùn)本科學(xué)生，他們思維敏捷，有強(qiáng)烈的求知欲望。然而，傳統(tǒng)的講授式教學(xué)模式以課本為中心，以教師為主，教師講到哪，學(xué)生學(xué)到哪。雖然采用這種教學(xué)模式給學(xué)生灌輸?shù)闹R(shí)內(nèi)容很多，但是學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性被忽視，甚至被壓制，實(shí)際學(xué)習(xí)效果并不是很好。很顯然，只致力于灌輸知識(shí)的教學(xué)方法會(huì)扼殺或毀滅原始的創(chuàng)造性。創(chuàng)造性從哪里來？那就是好奇心、想象力和批判性思維。他們都不是“知識(shí)”本身，而是超越“知識(shí)”本身的[2]。

（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)少，教學(xué)方法采用“以教為主”，學(xué)生重視程度不夠，考核機(jī)制不合理

土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是本課程巾非常重要的實(shí)踐性環(huán)節(jié)，是學(xué)生理解土力學(xué)基本概念，檢驗(yàn)土力學(xué)基本原理，探討土力學(xué)工程應(yīng)用的主要途徑，其在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、實(shí)踐動(dòng)手能力和綜合分析問題的能力等方面有著理論課教學(xué)無法替代的作用。然而，由于學(xué)生平時(shí)要進(jìn)行軍事洲練并完成一定的軍事任務(wù)，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)僅安排了10學(xué)時(shí)，學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)課進(jìn)行操作，時(shí)間很緊張。

以往的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，主要采用以教為主的教學(xué)方法。實(shí)驗(yàn)課堂上，教師把實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，操作方法與步驟，報(bào)告形式甚至每一步得到什么結(jié)果都講得一清二楚。這種教學(xué)方法過程太枯燥，難以調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，學(xué)生一旦離開了教師，就不知所措，這不利于學(xué)生創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。同時(shí)，這種教學(xué)方法太占用時(shí)間，留給學(xué)生的操作時(shí)間有限。

學(xué)生對(duì)土力學(xué)實(shí)踐的重視程度不夠，大部分學(xué)生習(xí)慣了課堂上的被動(dòng)接受，不提前預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，進(jìn)了實(shí)驗(yàn)室像無頭蒼蠅，有的學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器一無所知，更談不上讓他們直接操作。部分學(xué)生依賴他人的勞動(dòng)成果，因此，評(píng)定實(shí)驗(yàn)成績(jī)只考查實(shí)驗(yàn)報(bào)告的做法是片面的。

（三）教育資源形式單一，并且不能滿足課程教學(xué)改革的需要

采用講授式為主的多媒體課件，越來越不適應(yīng)新的教學(xué)方法，需要對(duì)原來的多媒體課件加以完善。由于學(xué)生缺乏工程經(jīng)驗(yàn)，他們希望能夠在校園里就可以了解土

力學(xué)在工程中的應(yīng)用情況，拓寬自己的工程視野。有的學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)內(nèi)容有濃厚的興趣，希望能夠進(jìn)行更深層次的學(xué)習(xí)，以滿足白己的個(gè)性化需求。因此，我們還需要補(bǔ)充大量的其他方面的資源，如動(dòng)畫錄像、微課視頻、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)等，用以拓展課堂教學(xué)內(nèi)容。

三、土力學(xué)與地基基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革

為了解決上述問題，提高教學(xué)效果，筆者認(rèn)為應(yīng)從以下幾個(gè)方面對(duì)該課程進(jìn)行教學(xué)改革。

1.理論教學(xué)部分，綜合運(yùn)用以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的多種教學(xué)模式相結(jié)合的方式，集教、學(xué)、做、說于一體，使知識(shí)的學(xué)習(xí)過程由“硬灌”變?yōu)椤扒晒唷薄?/p>

下面對(duì)部分教學(xué)內(nèi)容教學(xué)模式的運(yùn)用情況進(jìn)行舉例。

（1）緒論部分，綜合運(yùn)用案例分析法與分析討論法的教學(xué)模式。

土力學(xué)的奠基人太沙基說過：“一個(gè)記錄完善的工程實(shí)錄等價(jià)于十個(gè)有創(chuàng)造性的理論。”失敗的案例往往比成功的案例更加寶貴，因?yàn)槲覀兛梢詮闹锌偨Y(jié)經(jīng)驗(yàn)，吸取教訓(xùn)。

在教學(xué)準(zhǔn)備會(huì)上，教師給學(xué)生布置案例搜集任務(wù)，并提供一個(gè)大概的范圍，如地基破壞引起的建筑物倒塌、擋土墻滑移與傾覆、基坑失穩(wěn)、土坡滑坡、建筑物的傾斜開裂、路基沉降，橋頭跳車、滲透引起的堤壩潰決。

課堂上，教師篩選出典型的工程案例，以“案例趣談”為主題，組織學(xué)生分享案例，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)已經(jīng)獲得的網(wǎng)絡(luò)資源，對(duì)工程案例進(jìn)行初步地分析討論，歸納出土力學(xué)要處理的三大類工程問題：強(qiáng)度問題、變形問題、滲透問題。學(xué)生之間，教師與學(xué)生之間的互動(dòng)極大地提高了學(xué)生對(duì)該課程學(xué)習(xí)的興趣，這有利于學(xué)生后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。

學(xué)生搜集的案例可以作為教師講授后續(xù)內(nèi)容的教學(xué)輔助資料。教師在講授相關(guān)內(nèi)容時(shí)，適時(shí)引入，前后呼應(yīng)，這樣可以加深學(xué)生對(duì)后續(xù)內(nèi)容的理解。

（2）土中白重應(yīng)力計(jì)算及土中附加應(yīng)力計(jì)算部分，綜合運(yùn)用講解示范法與模仿練習(xí)法。

土中白重應(yīng)力計(jì)算部分，教師根據(jù)定義在黑板上演示單一土層的白重應(yīng)力計(jì)算，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)同樣的方法推導(dǎo)出有地下水情況和多層土情況下土中任意一點(diǎn)白重應(yīng)力的計(jì)算公式。

土中附加引力計(jì)算部分，教師以受中心荷載作用的矩形基礎(chǔ)中心點(diǎn)下土的附加應(yīng)力計(jì)算為例，闡明角點(diǎn)法的實(shí)質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)生舉一反三，推導(dǎo)出其他情況下（如計(jì)算點(diǎn)不在基礎(chǔ)中心點(diǎn)下，矩形基礎(chǔ)受偏心荷載作用）土中附加應(yīng)力計(jì)算方法。

（3）土的抗剪強(qiáng)度部分，綜合運(yùn)用案例分析、問題驅(qū)動(dòng)以及分析討論法的教學(xué)模式。

古希臘教育家亞里士多德說過一段名言：“思維白驚奇和疑問開始。”問題是開啟思維和發(fā)展思維的源泉。英國(guó)著名科學(xué)方法論學(xué)者（K.R.Popper）認(rèn)為：“正是問題激發(fā)我們?nèi)W(xué)習(xí)，去發(fā)展知識(shí)，去實(shí)踐，去觀察。”[31

引入緒論課上學(xué)生分享的工程案例——加拿大特朗斯康谷倉地基破壞，通過提問“土是如何破壞的”，詳細(xì)分析土的破壞機(jī)理;通過提問“土的強(qiáng)度有多大”，引出庫侖定律;通過提問“土是否破壞”引導(dǎo)學(xué)生掌握用作圖法判別土中任意一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)的方法;最后提問“破壞面在哪兒”，組織學(xué)生分析討論出破壞面的位置。四個(gè)問題密切相關(guān)，層層推進(jìn)，在這一答一問的過程中，學(xué)生不僅學(xué)到了知識(shí)，而且分析和思考問題、解決問題的能力也得到了培養(yǎng)。

土的抗剪強(qiáng)度是學(xué)習(xí)后續(xù)課程土壓力計(jì)算的基礎(chǔ)，但是該部分內(nèi)容有很多分枝，涉及很多新概念，想讓學(xué)生建立起知識(shí)的構(gòu)架，不是一件容易的事。為此，筆者制作了微課——土中任意一點(diǎn)的狀態(tài)判別，幫助學(xué)生理解相關(guān)概念，構(gòu)建起合理的知識(shí)架構(gòu)。微課，是按照新課程標(biāo)準(zhǔn)及教學(xué)時(shí)間要求，以教學(xué)視頻為主要載體，反映教師在課堂教學(xué)過程中針對(duì)某個(gè)知識(shí)點(diǎn)或教學(xué)環(huán)節(jié)而開展教與學(xué)活動(dòng)的各種教學(xué)資源的有機(jī)組合[4]。微課是很好的教學(xué)輔助資源，是傳統(tǒng)教學(xué)活動(dòng)的一種補(bǔ)充與拓展。

（4）朗肯土壓力計(jì)算部分，綜合運(yùn)用問題驅(qū)動(dòng)法、分析討論法以及模仿演練法的教學(xué)模式。

采用問題驅(qū)動(dòng)法講授朗肯主動(dòng)土壓力的計(jì)算方法，通過依次提出以下三個(gè)問題，層層推進(jìn)，循序展開。①作用在重力式擋土墻上的土壓力是哪一種土壓力？②如何計(jì)算主動(dòng)土壓力？③如果考慮施工荷載，那么主動(dòng)土壓力如何計(jì)算？

提出問題②后，教師板書演示主動(dòng)壓力計(jì)算公式的推導(dǎo)過程，組織學(xué)生分組討論，讓學(xué)生分別討論無黏性土與黏性土的主動(dòng)土壓力分布。教師對(duì)討論結(jié)果進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，引導(dǎo)學(xué)生得到正確的結(jié)果。提出問題③后，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)教師的板書推導(dǎo)過程，自己演練推導(dǎo)出結(jié)果。

2.實(shí)踐教學(xué)部分，實(shí)施“以學(xué)為主”的教學(xué)方法，制作實(shí)驗(yàn)微課，開放實(shí)驗(yàn)室，完善實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)機(jī)制。

（1）改變教學(xué)方法

將以往的以教師為主體的教學(xué)方法變?yōu)橐詫W(xué)生為主體的教學(xué)方法。課堂上，教師僅僅指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。當(dāng)然，這并不是說教的環(huán)節(jié)就不重要了。那么，教的過程怎么實(shí)現(xiàn)呢？——制作實(shí)驗(yàn)微課，以視頻為載體，記錄教師講授相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的全過程。

通過學(xué)生課前觀摩微課，實(shí)現(xiàn)教的環(huán)節(jié)。這樣，課堂上就為學(xué)生留下了更多的操作時(shí)間，發(fā)揮了學(xué)生的主體作用。同時(shí)，這也不影響學(xué)生學(xué)的效果，只不過學(xué)的過程由課上前置到課前了。

目前，筆者已經(jīng)完成了一個(gè)實(shí)驗(yàn)方面的微課的制作——土的密度與含水率試驗(yàn)，放在學(xué)院的教學(xué)松露網(wǎng)上，供學(xué)生課前觀摩學(xué)習(xí)。該微課也被用于畢業(yè)聯(lián)考——《測(cè)定土的密度》科目的指導(dǎo)中，學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)的效果非常好。其他的實(shí)驗(yàn)微課還在制作巾，相信也會(huì)達(dá)到同樣的預(yù)期效果。

（2）合理安排時(shí)間

根據(jù)學(xué)生所有課程的安排情況，與學(xué)生共同確定開放實(shí)驗(yàn)室的時(shí)間，學(xué)生可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況，白主安排實(shí)驗(yàn)時(shí)間。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前要提交實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告，經(jīng)過教師審閱后方可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并計(jì)人最后的實(shí)驗(yàn)考核成績(jī)。鼓勵(lì)數(shù)據(jù)不合理的學(xué)生重新做實(shí)驗(yàn)，以培養(yǎng)他們嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的學(xué)習(xí)態(tài)度。

（4）完善成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)機(jī)制

教師要明確實(shí)驗(yàn)過程的重要性，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)的目的不是簡(jiǎn)單地測(cè)量數(shù)據(jù)、看看現(xiàn)象、最后驗(yàn)證某個(gè)結(jié)論，教師要使學(xué)生明白，通過實(shí)驗(yàn)不僅可以得到正確結(jié)論，而且還應(yīng)達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力的目的[5]。教師要強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)互不相同，嚴(yán)禁互相抄襲實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)成績(jī)采用綜合評(píng)定法，由三部分組成：預(yù)習(xí)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)操作過程、實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

3.采用信息化手段優(yōu)化教學(xué)資源。

優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源是對(duì)課堂教學(xué)的補(bǔ)充與拓展。優(yōu)化教學(xué)資源主要從以下幾個(gè)方面著手。

完善以PowerPoint為平臺(tái)的<<土力學(xué)與地基基礎(chǔ)>>課件，根據(jù)多媒體輔助課堂教學(xué)信息量大、表現(xiàn)力豐富等特點(diǎn)，重新組織、整合課程的教學(xué)內(nèi)容，把過去由于教學(xué)方式落后難以講好的內(nèi)容，根據(jù)教學(xué)目的更多地組織進(jìn)來。這樣，課堂教學(xué)巾不需要板書的時(shí)間可以被節(jié)省下來，用于增加教師與學(xué)生的交流，從而調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

為了開拓學(xué)生的工程視野，拉近書本和實(shí)踐的距離，可以搜集和積累相關(guān)的錄像和動(dòng)畫，并且整理歸類，使之與教學(xué)內(nèi)容一一對(duì)應(yīng)。例如在擋土墻設(shè)計(jì)講授完畢之后，引導(dǎo)學(xué)生觀摩錄像《基坑支護(hù)》;在土坡穩(wěn)定分析講授完畢后，引導(dǎo)學(xué)生觀摩錄像《錨噴護(hù)坡》。

教育的成功在于使每個(gè)人的能力和創(chuàng)造性得到最充分地開發(fā)。巖土論壇是工程師相互學(xué)習(xí)和交流的平臺(tái)，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生借助這個(gè)平臺(tái)，對(duì)相關(guān)問題做更深層次地探究，以滿足自己的個(gè)性化需求。

四、結(jié)語

筆者結(jié)合教學(xué)實(shí)踐巾的突出問題，從理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、資源建設(shè)三個(gè)方面進(jìn)行了教學(xué)改革研究，取得了良好的效果。但是，教學(xué)改革的任務(wù)仍然艱巨。肖川先生在《教育的理想與信念》巾提到，“完美的教學(xué)一定會(huì)使學(xué)生學(xué)有所獲，甚至是喜出望外的收獲”。為了實(shí)現(xiàn)完美的教學(xué)，作為教育工作者應(yīng)該具有追求不止、奮斗不息的精神，積極投身到現(xiàn)代教肓發(fā)展的洪流中，展示自己的才華，做出自己的貢獻(xiàn)。

[參考文獻(xiàn)]

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[責(zé)任編輯：陳明]

[收稿時(shí)間] 2019-03-20

[作者簡(jiǎn)介]陳玲（1982-），女，江蘇徐州人，陸軍工程大學(xué)國(guó)防工程學(xué)院講師，東南大學(xué)巖土工程專業(yè)碩士，研究方向：巖土工程。