高職院校土力學與地基基礎課堂教學改革探析★

崔 穎 韓宜康

(南京鐵道職業技術學院，江蘇 南京 210031)

1 概述

《土力學與地基基礎》在高職院校中是土木及相關工程專業的必修課，課程包括基本理論、工程應用以及試驗操作三個部分，涵蓋了土力學以及地基處理兩大塊內容。從課程內容上來分析，土力學與地基基礎屬于工程實踐類的學科，其研究對象是房建、橋隧、港航等工程中接觸到的土體，學習土體的三大特性即強度特性、變形特性和滲透特性，并能用所學的知識解決工程實際問題。同時土力學與地基基礎的學習又建立在掌握材料力學、理論力學等專業基礎課程知識的基礎之上，要求學生能夠熟練運用上述課程所學的知識進行力學的分析與計算，此外課程學習過程中還要求學生掌握基礎的土工試驗，來測定分析土體的強度以及變形特征。從課程的教學要求以及內容上來分析，土力學與地基基礎屬于工程實踐類學科，很多定理、公式均來源于工程實踐，然后在進一步歸納總結的基礎上又服務于工程實踐。目前土力學與地基基礎傳統教學方法依然遵循老師教、學生學的模式，往往是先講述定理公式，再通過相關例題進行解題訓練，教學過程比較枯燥，教學方法比較單一，難以激發學生課堂學習的興趣，尤其是對于高職學生，本身基礎比較薄弱，單純講述理論知識，很難收到良好的教學效果。

因此，土力學與地基基礎課程課堂教學要結合課程特點與高職學生的培養目標，更新教學手段，從教師教，學生學轉變為教師引導，學生主導式學習，優化課堂教學過程，激發學生學習熱情，提升教學效果。高職學生相對于本科學生而言，在知識結構與學習能力方面尚存在較大的差距，而日后所從事的工作性質決定了他們對于知識層次的掌握存在重技能、輕理論的學情現狀，因此在教學環節要重視學生的關注點[1],重視課程的實用性、可操作性，著重于技能教育，對于理論教學，雖不能忽視，但應本著服務與服從于技能教育的原則進行整體教學安排與設計。高職學生的土力學課堂教學改革，亦有很多的研究與探討[2-5]，本文對土力學與地基基礎課程的教學內容與教學方法進行優化，結合高職學生的學情分析，探討行之有效的教學改革方法。

2 教學內容優化

土力學與地基基礎課程分為兩大部分：第一部分側重于理論教學，講述土的物理性質與參數、土的滲透性、土中應力計算、地基沉降計算、土的抗剪強度；第二部分側重于工程應用，講述地基承載力、邊坡穩定分析、土壓力與擋土墻設計、樁基礎、地基處理。按照傳統的教學方法，先講理論部分，再講工程應用，往往會在教學環節形成理論教學與實踐教學脫鉤，對于高職學生而言，很容易會形成前學后忘，不利于其知識的掌握，所以在進行課程設計與課堂教學前，有必要對課程內容進行梳理，優化教學章節。土力學與地基基礎研究的是土的物理特性與工程性質，涉及到土的強度問題、變形問題和滲透問題，所以在教學設計環節，可以根據課程特點，打破原有章節的順序，以研究的問題作為導向，引入教學內容，按照這樣的思路，課程章節可以按以下順序進行分類，并在教學過程中列出主次。

表1 教學內容分類表

按照表1教學內容分類，將教學內容劃分為一個基礎，一個誘因，三個問題再對應各自的工程應用，在課堂教學過程中，依據這樣的教學脈絡進行教學，課程內容就梳理得比較清晰，也易于高職學生的學習與掌握。

3 教學方法優化

土力學與地基基礎是一門實踐性較強的專業基礎課程，從課程章節設置上也可以看出，學習主要內容也是為了解決工程中遇到的問題，故在課堂教學過程中，如果按照傳統基礎課程的教學方法把大量時間和精力用于公式定理與概念的講解，而忽略工程應用，很容易造成課堂教學方式的單一，教學內容的枯燥，出現教師教而無趣，學生學而無味的情況。高職教育與普通高等教育的對象與目標又有所不同，培養的學生今后主要是在生產一線的從事技能型的工作，對學生動手能力、實操能力均有較高的要求，雖然也要求學生具備一定的理論知識，但更側重于用理論去指導實踐解決實際問題，所以在教學過程中如果一味強調理論講解，往往會造成本末倒置的問題，出現理論知識沒有掌握好，實踐動手能力也沒有得到提高的現象。土力學與地基基礎的內容又有別于傳統力學，傳統力學研究的對象是彈性體、均一、各向同性，往往不考慮內部應力的變化與結構變形，學生易于理解與掌握，而土力學與地基基礎研究的土體是天然巖石風化后的產物，形成了松散的聚合物，屬于非均一體，各向異性，在受力表現上體現出彈塑性的力學特征，使得力學分析、變形特性較之彈性體更為復雜，學生在初次接觸時，往往很難理解與掌握，此外除了理論教學環節外，試驗教學也是課程中很重要的一部分內容，教學大綱要求學生掌握基礎的土工試驗并能做簡單的數據處理與分析，所以在教學過程中就更需要和工程實際問題結合，提高學生的動手能力和操作能力，才能有助于學生掌握好相關的知識點，更好地為工程建設服務。

因此針對課程特點，學生的學習情況，有必要改進傳統的教學方法，一方面在教學內容上圍繞土力學的三大問題(強度、變形和滲透)這個主線開展；在教學設計上，需要結合工程應用，理論聯系實際，改變傳統教學中教師一言堂的局面，在教學過程中重視學生的參與度，發揮出學生的主觀能動性，提高教學效果。

基于土力學課程實踐性強的特點，在課堂教學過程中需要打破理論教學與實踐教學的界限，按模塊化教學的思路進行課堂教學安排，體現出課程實踐性與應用性的特點，同時需要注意的是在教學環節要解決傳統教學方法手段單一、枯燥等一系列問題。

如何在改進教學方法的前提下，提升教學效果，本文以土的抗剪強度理論為例，做一些嘗試與探索。抗剪強度理論是土力學與地基處理中一個非常重要的知識點，涉及到土體結構分析、土工建筑物的穩定性分析、地基處理方案的比選等，既有理論數值的計算，又有試驗參數的分析應用、工程實踐環節的評價，涵蓋理論與工程實踐各個環節，以這個知識點為例分析，具備代表性與可操作性。在進行課堂教學前，首先對土的強度理論的教學內容進行梳理，梳理結果如表2所示。

表2 抗剪強度理論教學內容表

依據教學內容表，抗剪強度的知識點一共劃分為四個學時，可以劃分為三個模塊，分別為理論模塊、試驗模塊和應用模塊，這樣在進行課程講解的時候內容主線比較清晰，也易于和學生講解。模塊劃分好后，進行教學組織與內容設計。教學內容編排上，打破原來的先理論后試驗再實踐的固有模式，形成教學內容的模塊化，但又不將模塊孤立開，而是將三個模塊的內容進行組合與穿插，類似“搭積木”的方式完成內容的設計與整合，這樣在講授每一個主題時，明確一條主線，然后按照主線要求進行內容的編排。在主線框架搭設完備后，首先先談因土體抗剪強度不足所造成的工程問題，讓學生思想上對土的抗剪強度引起重視；然后結合土體的結構特性講述土的抗剪強度理論，在講述理論知識點同時，穿插到試驗教學環節，使得學生加深對概念的理解，同時也提高他們的動手能力；最后是實踐環節，利用抗剪強度理論與試驗參數對給定土體做工程情況下的穩定性分析，在內容上形成了理論—實踐—應用的知識體系的閉環。在教學組織方面，為提高學生的參與度，在課堂教學前，對班級學生進行分組，每一個小組作為一個小的項目團隊，并設置項目團隊負責人，將教學知識點講授給學生后，把任務分發給團隊，以團隊的形式分組進行知識討論、試驗操作以及工程應用，從而讓學生變成課堂的主角，而教師轉變成為課堂顧問的角色，負責在學生對知識點出現困惑或在操作出現錯誤的情況，及時進行解惑或糾正。通過這樣的教學方式，能夠最大化地調動起學生學習的熱情與積極性，同時在教學過程中，實行教學環節團隊負責人輪換機制，保證團隊內學生人人參與，最大限度避免學生出現磨洋工或渾水摸魚的情況。

4 教學手段應用

隨著微課/慕課/翻轉課堂教學理論不斷深化與應用，信息化教學手段在教學中的應用越來越受到從教人員的重視[6]。所謂信息化教學是指在教學中應用信息技術手段，使教學的所有環節數字化，從而提高教學質量和效率。信息化技術的日新月異，個人電腦與手機的普及,學生對于知識接受的途徑也呈現多元化與多樣化的趨勢，雖然網絡手機的普及在一定程度范圍內對學生的學習造成不利的影響，例如沉迷于網絡或手機游戲，課堂教學常常出現老師在講臺講課，學生在座位上玩手機的現象，但信息化網絡化亦非洪水猛獸，合理地使用這些信息化教學手段，有效利用好網絡或者云空間，在傳統電氣化教學手段的基礎上進行升華，往往有助于成為課堂教學效果提升的倍增器。例如可以合理利用手機網絡功能，每次上課前發送本節課程的任務書，讓學生提早熟悉講授內容，提前做好預習；課堂的隨堂測試以及課后的答疑與討論均可以借助網絡完成，實現課堂教學的“無紙化”，信息化手段的介入一方面提高了師生之間的溝通效率，學生有問題，隨時隨地可以通過信息手段與老師取得聯系，另一方面也有利于學生利用碎片時間來進行學習，使得知識的學習不再僅僅局限在課堂。當然在采用這些信息化教學手段同時，也要注意與課程內容和教學方法的匹配，避免出現為了信息化教學而教學的怪圈。

土力學是一門實踐類的課程，所以對于土工建筑的認知也非常重要，學生需要了解不同的土工構造物的特點、結構形式，破壞準則與加固維修的措施或方法，但有些土工構造物如大壩、山體擋土墻等往往由于地處偏僻，很難有條件帶學生現場去認知，如果僅僅只是依靠圖片、視頻或者教師的課堂講解，學生很難有很強的感性認知，也不利于向理性認知轉化。隨著虛擬仿真技術的發展，借助VR技術手段、電子沙盤等技術手段，在室內模擬現場實地的情況，同時在土工試驗環節，對于一些大型的土工試驗也可以采用仿真試驗，模擬各種條件下的試驗工況，加深學生對土工程特性的認知。例如在講述大壩管涌破壞時，可以借助仿真技術進行3D效果的投影，教師可以結合大壩投影的位置重點講解管涌發生的部位、流土的方向，以及最終的破壞效果，通過這些虛擬仿真技術的應用，讓學生足不出戶、身臨其境的體驗教學成為可能。

當然，無論是信息化教學手段還是各種仿真技術軟件的應用，在教學過程中依然要注意把握學生作為教學主體，在使用這些教學手段的同時，要考慮到他們的興趣、學習的積極性、學習的持久性等方面，才能真正發揮這些教學手段的作用。

5 教學考核評價

教學考核評價是教學過程中重要的一個環節，一方面是對學生學習效果的考察，另一方面通過學習效果反饋，及時發現教學環節中的問題，在教學過程中持續改進、不斷提高。教學效果考核主要包括隨堂考核、階段考核、期中考核、試驗考核以及期末考核幾個方面，尤其是要重視過程考核和階段考核，所以為了提高學生對于過程學習的重視，在學生總成績中提高過程考核的比重。

考核的手段需要多樣化，傳統的教學考核一般采用“三七制”或“四六制”的評分方法，即期末考試成績占到60%～70%，平時成績占40%或30%，而平時成績的構成也比較單一，無外乎課堂點名考勤和課后的作業，而改進后的教學考核可以增加考核的方式和頻率，實現層次化與多樣化。例如課堂教學考核中可以采用隨堂問答的形式，或者自擬項目題名讓學生隨堂完成，階段考核可以采用習題課或項目練習的形式，亦可開發與土力學和地基處理相關的實訓項目對學生知識掌握的情況進行評價，試驗考核可以采用分組試驗考核辦法進行，綜合考察學生對試驗理論和試驗操作掌握的情況，成績評定部分可以由單人成績、分組成績、筆試成績等組成；期末筆試環節則重點考察學生對概念、定理及相關公式應用的掌握情況。考核的內容緊扣課程的知識點，順著課程的一個基礎，一個誘因，三個問題這條主線，依照內容分主次、重點，檢測學生學習的效果，結合考核結果，進一步改進教學方法，提高教學效果。具體的考核分值比重如表3所示。

表3 教學考核表

通過表3的考核比例與分值設定，從而改變傳統教學考核過程中以期末考試成績為主，平時成績為輔的記分模式，將原來以期末考核為主，平時考核為輔的評價體系轉變為過程化考核與期末考核并重的形式，通過加大平時考核分值與比重，并借助形式多樣的考核與考察方式，能激發學生學習的主動性，通過這樣的“指揮棒”效應，讓學生在平時多用功，多復習，有效避免在期末考試出現臨時抱佛腳的現象。

6 結語

作為工程專業的基礎課程，土力學與地基基礎與傳統力學基礎課程相比，更加重視理論與實踐的結合，源自于工程實踐又服務于工程實踐，基于此需要對傳統教學模式與教學方法進行變革，本文結合高職學生的學習特點，從教學內容、教學方法、教學手段以及教學考核方面多角度和多維度對土力學與地基基礎的課堂教學模式與方法進行探討，將教學課程內容劃分為一個基礎，一個誘因，三個問題，優化教學主線結構；教學方法上形成從理論到實踐再到應用的知識的閉環；采用信息化教學、虛擬仿真技術等多種教學手段；并對教學考核評價體系的比重進行了調整，形成多樣化的考核評價方法激發學生的學習興趣，提高課堂教學效果，與高職學生的特點和學情相結合，真正將土力學課堂教學改革與創新落到實處。