《土力學》互動式教學模式探討

李平，沈揚

(河海大學 土木與交通學院，江蘇 南京）

一 引言

《土力學》是土木水利類專業學生的必修課程，融合了材料力學、流體力學等學科的基本原理，在工科院校的課時和學分普遍占比較大，是本科生教學工作中的一門重要的基礎專業課。隨著我國工程建設的快速發展，《土力學》理論的應用范圍不斷延展擴大，相應的地基基礎處理技術日新月異，但有關地基基礎發生的事故也是層出不窮，而且地基基礎多是地下工程，一旦事故發生，損失大、難以修復。因此，對《土力學》理論的學習和掌握更加日益重要。

《土力學》是一門承上啟下的過渡學科，其所具有的基礎課的特征決定了在教學活動中經常會出現教師的“獨自講”和學生的“各自聽”無法產生互動共鳴，即使教師偶爾想提問討論，回應的多是一片沉寂，難以達到溝通的效果，讓人“很是受傷”。在現今因疫情特殊情況下的線上教學，這一現象尤為突出。教學是“教”和“學”的高度融合，而“互動教學”是實現這一目標必不可少的關鍵環節，也決定著“教”和“學”的實際效果。怎么才能更好地實現課堂教學的互動呢，結合筆者在《土力學》長期教學中的一些體會，本文分析了《土力學》教學中存在的不足，討論并給出了互動式教學的幾點建議，以供參考。

二 《土力學》教學問題分析

（一） 教學內容多樣性

《土力學》主要是研究土的物理、化學和力學性質，以及在外部因素如荷載、水、溫度等作用條件下的工程性狀，力圖解析土體的變形、強度和滲透三大特性問題[1]。自然界土體由于所處時空和歷史成因的不同，具有一定的區域性和成層變異性等特點。《土力學》教學內容既有力學理論，也包含室內外試驗和工程實例分析，相對較為繁雜。當前的教學中大都照本宣科，以教師的單一的“講”為主，尤其是在基本概念和力學原理的教學章節，學生普遍反映較為枯燥，更別說師生產生互動共鳴了。

從《土力學》內容的章節分布來看，前后聯系不夠緊密，不像材料力學、彈性力學及結構力學等其他力學教學內容所具有的層層遞進性。比如說我們在各種版本的《土力學》教材中常常會發現關于“土的滲透性”和“地基土體中的應力計算”這兩個章節內容經常會互換，其對《土力學》教學順序的影響微乎其微，似乎先學哪一個都是可以的。

（二） 與工程測試結合不緊密

《土力學》中的理論公式多屬于實驗規律或經驗半經驗公式，具有較強的操作實用性。與《土力學》所對應的巖土工程測試則是一門動手性較強的實驗課，但一般是作為獨立的課程存在，在授課的時間和空間上也存在一定的差異性，沒有將兩者較好地結合起來。筆者在教學中發現，許多在理論課上不敢說、不敢問的學生卻能夠在實驗課上得到完全的釋放，與教師的互動交流明顯更積極主動。那么，在課程的安排上怎樣才能與工程測試緊密結合起來從而達到互動式教學的效果呢，這需要教師進一步思考。顯然，學生在工程測試實驗中的知識獲得感和教學效果要比單純的理論課堂好得多，即是說“動手”比“動口”更重要，如能二者合一，實現讓學生“既動手又動口”，則需要教師、學生和學校的共同努力，怎樣才能真正實現互動式教學任重而道遠。

（三） 教學中存在的問題

《土力學》教學的基本目標是讓學生掌握土體研究的基本方法和理論，培養學生的工程應用分析能力。從學生層面來看，由于未接觸過《土力學》問題和工程實際，無法形成相關理論的清晰概念，就不能帶著問題和思考去學習和討論交流互動[2]。同時，部分學生的主觀能動性本身就不高，害怕課堂上被老師點名關注，害怕回答問題錯誤，害怕受到老師的批評等等，因此也就出現了“老師一提問，立刻一低頭”的現象。受到疫情的影響，目前網絡課堂逐漸增多，互動交流教學更是難上加難[3]。教師見不到學生，提個問題回應無期，如同在唱獨角戲。一方面是由于學生自身的學習主動性不高，缺乏自律意識；另一方面原因在于學生所選用的線上課程教學設備千差萬別，難免會產生影像不清晰、聲音不清楚等現象，當然也不排除個別學生有意為之，學生與老師之間、學生們相互之間互動交流較少，其教學效果也就可想而知了。

在教師層面上，一部分教師對互動式教學模式的重視程度不夠，課前缺乏對課程互動討論的精心設計。課中如何調動學生的主動參與互動討論能動性不夠，尤其是對新進教師來說，這方面的經驗還有待于逐步積累，不斷提高自身掌控課堂的能力[4]。課堂教學不僅僅是為了把教學大綱的內容“講完”，更應該注重引導學生的思考、分析和互動討論，不斷培養和提高學生解決實際問題的能力，努力達到“授之以魚不如授之以漁”。課后也是一個大課堂，通過實踐發現如能充分利用課后的互動交流，可以明顯增強對已學知識的鞏固，當然也可以嘗試性地解決一些實際土力學工程問題，讓同學們各抒己見。如何巧妙地開展課后互動討論學習，對大部分教師來說缺乏重視和行動。

《土力學》是一門應用性較強的學科，在學校層面上如何能夠提供相應的室內外試驗場地并及時更新相關陳舊設備，給學生開展動手試驗提供條件，在教學回歸本位的今天應越來越受到重視。此外，在教學效果的監督上也缺乏相應手段，尤其是如何實現網上教學有效監督少見相關措施。近年來，不少學校反映出現不及格的學生比例越來越多了，這一現象給學生、家長和老師都帶來了一定的困擾，如何尋求解決之道，還是要從“互動式教學”上去探尋效果。

三 互動式教學探索

教學是一門愉快的藝術[5]，需要參與其中的每一位教師和學生都能夠格外“用心”，真正做到課堂內外都有互動討論交流。這就好像是在唱一場大戲，在臺上的演員不僅要演的好，還要讓觀眾能夠看得懂，并帶動觀眾跟著情節走才能夠最終贏得滿堂彩。

（一） 多種教學模式靈活運用

為了增強教學的互動性，目前的教學改革產生了翻轉課堂、提問式教學、慕課結合現場教學等多種教學模式，其根本目的都是為了提高教學效果[6]。對于教師來說，首先要對《土力學》課堂進行精心的設計，在哪些知識點上可以提出學生感興趣的“一系列問題”，帶著問題引導學生從設計的思考方向上去層層抽絲剝繭，從而達到“撥開云霧見青天”的效果。舉個例子來說，在講有效應力原理的時候如圖1所示（彈簧類似于土體中的顆粒骨架，活塞開孔可排水），我們說土體外加荷載總應力在作用的瞬間完全是由孔隙水所承擔的，且隨著時間的延長，活塞排水不斷下沉，彈簧壓縮變形，也就是超孔隙水應力不斷轉化為有效應力的過程。那么我們在課程設計中首先可以提出來如“輕功水上漂”是否能夠練成呢？如果能練成所要求的條件是什么呢？先激發學生的興趣。由此引出總應力、有效應力與孔隙水壓力之間的轉化關系，回過頭來我們再來回答到底怎樣才能練成“輕功水上漂”呢？從水上滑板運動原理（如圖2所示）我們來啟發學生思考，只要你速度足夠快（盡量保持在t=0 時刻），且腳底與水面接觸的面積夠大，那么也就“大功告成”了。

圖1 有效應力轉化關系

圖2 水上滑板運動（來自新華網）

（二） 與實驗課緊密結合

《土力學》的理論課和實驗課一般情況下是由同一位教師負責的，那么在課程內容和時間的安排上就可以靈活設計，鼓勵同學們多動手，在動手中互動討論交流。舉例來說，在達西定律的教學內容部分我們就可以先安排學生開展常水頭和變水頭相關實驗，在實驗結果的分析中引導學生探尋相關規律，由此引出達西定律。同時，讓分組的同學們自己去討論推導不同實驗條件下的滲透系數，還課堂主體以學生，教師從旁引導。

當然，對《土力學》理論和實驗課中存在的爭議展開討論分析也有助于學生對相關理論的掌握和理解，比如說在講解“粘性土的稠度”時，教師在可以及時地安排開展土的液塑限聯合測定實驗的同時，可以就土的液限的取值問題與學生們互動探討。實驗通過將重76g 的圓錐體輕放在均勻濃糊狀土樣表面，在其自重作用下沉入土樣，圓錐體5s 時間恰好沉入規定深度時杯內土樣的含水率即為液限ωL。一般來說其取值有兩種：下沉深度17mm 所對應的含水率記為液限ωL17，下沉10mm 所對應的含水率記為液限ωL10。那么為什么會存在兩種取值呢，針對這兩種取值我們又應該如何選擇呢？通過互動討論可以引導學生從工程實際出發，看實際工程具體是以變形控制為主還是以承載力控制為主，從而使學生對相關理論的學習掌握起到事半功倍的效果。

（三） 強化案例討論分析

《土力學》學習的目的是能夠解決工程實際問題，在教學中強化案例討論分析有利于幫助同學們加深對理論知識的理解[7-8]。在這一部分的互動討論設計中，教師在選擇好案例的同時還要設定好預定目標，最終要引導學生靈活運用某一基本原理。如圖3 所示，許多城市都出現了超采地下水地面下沉的現象，其原因是什么呢？我們可以引導學生來計算一下當地下水位變化時土體的有效應力變化如何，而有效應力又是作用在土顆粒骨架上的力，因此才能夠引起地面產生下沉壓縮變形，這樣也就回歸到了有效應力的理論上。

圖3 超采地下水引起地面下沉（來自新華網）

（四） 密切關注國內外發展前沿

《土力學》是一門不斷發展的科學。隨著工程建設的進步，超高樓層、深大基坑、高陡邊坡、深海橋隧等一批批具有高難度的項目陸續上馬開工，其對傳統《土力學》理論也提出了新的要求，促進《土力學》理論不斷創新發展。如在邊坡穩定分析中近幾年得到廣泛應用的強度折減法、對超深基坑土體強度參數取值的修正等[9]，相關理論都在根據實際工程需要，通過現場實驗驗證和理論改進不斷發展前行。

在《土力學》教學中，教師自身也要不斷開闊眼界，實時了解相關新理論、新工藝、新裝備以及地基處理新技術等，加強知識的累積。開展互動討論交流時，引導學生也要關注與《土力學》相關的國內外發展前沿，以期能夠達到既掌握基本理論又能夠與時代發展相結合。

四 結語

《土力學》教學是一種師生之間的互動交往活動，期望同學們學到的是能夠解決實際工程問題的能力。這一活動需要教師的精心設計和激情投入，也需要激起同學們互動討論學習的熱情，需要能夠在同學們的內心深處引起共鳴。正如德國教育家第斯多惠所說的那樣，教學的藝術不在于傳授本領，而在于激勵、喚醒和鼓舞。