研究型高校土力學(xué)教學(xué)實(shí)踐的探討＊

鄭國勇,趙春彥

(中南大學(xué)土木建筑學(xué)院,湖南長沙 410075)

研究型高校土力學(xué)教學(xué)實(shí)踐的探討＊

鄭國勇,趙春彥

(中南大學(xué)土木建筑學(xué)院,湖南長沙 410075)

土力學(xué)是一門專業(yè)基礎(chǔ)課程,具有強(qiáng)調(diào)試驗(yàn)、注重實(shí)踐、依賴經(jīng)驗(yàn)等方面的特點(diǎn)。本文結(jié)合土力學(xué)的上述特點(diǎn)以及教學(xué)過程中的一些實(shí)際情況,簡要總結(jié)了幾點(diǎn)青年教師提高教學(xué)質(zhì)量的方法。并以“土的抗剪強(qiáng)度理論”為例闡述了作者是如何組織、開展土力學(xué)教學(xué)的。

土力學(xué);教學(xué)質(zhì)量;教學(xué)方法

土力學(xué)是一門以力學(xué)為基礎(chǔ),研究土的滲流、變形和強(qiáng)度特性,并據(jù)此進(jìn)行土體的變形和穩(wěn)定性計(jì)算的專業(yè)基礎(chǔ)課程[1]。具有如下的一些特點(diǎn)[2]:1.強(qiáng)調(diào)試驗(yàn)。從土力學(xué)的發(fā)展歷史來看,試驗(yàn)是土力學(xué)發(fā)展的前提和基礎(chǔ),土力學(xué)是對(duì)試驗(yàn)結(jié)果規(guī)律的歸納和總結(jié),不知道如何做試驗(yàn),就不知道土體性質(zhì)規(guī)律從何而來,就難以深入理解理論公式的含義,就可能不顧使用范圍盲目的運(yùn)用公式。2.注重實(shí)踐。土體的變形和穩(wěn)定是工程建設(shè)中遇到的主要問題。土力學(xué)課程中所介紹的基本原理和方法在各個(gè)工程中都有體現(xiàn)和應(yīng)用。由于工程條件和要求千差萬別,土力學(xué)需要對(duì)各個(gè)工程共性的問題加以研究,必須要對(duì)問題進(jìn)行適當(dāng)簡化和引入假定,忽略次要矛盾,抓住主要問題,建立簡單的模型,進(jìn)而總結(jié)其基本規(guī)律。3.依賴經(jīng)驗(yàn)。土力學(xué)中有相當(dāng)一部分公式都是根據(jù)人們長期的工程實(shí)踐總結(jié)出來的經(jīng)驗(yàn)公式,在一些理論公式中也往往引入一些經(jīng)驗(yàn)系數(shù),或者是某些參數(shù)的確定依賴于經(jīng)驗(yàn)。

一、提高教學(xué)質(zhì)量的建議

目前學(xué)校對(duì)于青年教師上課都采取鼓勵(lì)和支持的態(tài)度,同時(shí)也建立了一系列的相應(yīng)機(jī)制來指引和督導(dǎo)青年教師完成教學(xué)工作,如青年教師上課之前先跟隨一位教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富的教授助教一年再正式走上講臺(tái),定期檢查教學(xué)日歷和教案,老教師隨堂聽課評(píng)點(diǎn),期末學(xué)生網(wǎng)上匿名打分,學(xué)校和各二級(jí)學(xué)院每年期末進(jìn)行教學(xué)考核,定期舉辦青年教師講課比賽等,也取得了一些功效。但這些管理機(jī)制和辦法未必能全面客觀評(píng)價(jià)青年教師的實(shí)際教學(xué)水平和敬業(yè)精神。教學(xué)質(zhì)量的提高,很大成分取決于青年教師自身的主觀意識(shí)。

如何促進(jìn)青年教師重視教學(xué)已成為高校教育界普遍討論的問題。土力學(xué)作為一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課,集理論,實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)于一身,在教學(xué)改革和創(chuàng)新方面尚有開闊的發(fā)展空間,作為一名從事教學(xué)工作的青年教師,結(jié)合土力學(xué)的基本特點(diǎn),我認(rèn)為通過以下的方法可以提高青年教師的教學(xué)水平。(1)系統(tǒng)全面?zhèn)湔n。近年來,學(xué)校隨著高層次人才的陸續(xù)引進(jìn),學(xué)歷起點(diǎn)增高,師資力量更加強(qiáng)大,但也并發(fā)存在著青年教師對(duì)教學(xué)的重視和投入程度呈現(xiàn)明顯的下滑趨勢,很多青年教師過于偏重科學(xué)研究,而對(duì)教學(xué)責(zé)任感不強(qiáng),經(jīng)常不全面系統(tǒng)備課,臨時(shí)抱佛腳,這勢必會(huì)影響到教師對(duì)整本教材知識(shí)理論系統(tǒng)的正確把握,從而導(dǎo)致抓不住授課重點(diǎn),講課思路不清晰等弊端。講課語言不流暢,忘記概念現(xiàn)場翻書,現(xiàn)場堆不出復(fù)雜公式等情況也基本上歸因于備課不夠系統(tǒng)認(rèn)真。另外很多時(shí)候,青年教師對(duì)一些基本概念,原理并沒有真正理解,常常在上課過程中突然發(fā)現(xiàn)了自身以往的理解誤區(qū),匆忙之中出現(xiàn)思維混亂,造成在講臺(tái)上前言不搭后語或長時(shí)間的停頓。對(duì)此最好的克服辦法就是系統(tǒng)認(rèn)真?zhèn)湔n,并多次試講,從中及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并解決。(2)相互學(xué)習(xí),提高教學(xué)技巧。很多青年教師在教課過程中,有著聲音控制不好,板書不清楚,口頭語過多等毛病,除了自身努力克服以外,多助課和聽課也會(huì)有很大幫助。聽課和助課本身不僅是知識(shí)的學(xué)習(xí),更重要的是講課技巧的學(xué)習(xí)。俗話說:“三人行,必有我?guī)熝伞！鼻嗄杲處熆偸强梢詮钠渌蠋熒砩蠈W(xué)習(xí)到一些有用的教學(xué)技巧。(3)改進(jìn)教學(xué)方法?？梢圆扇∪缫龑?dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考、加強(qiáng)教學(xué)互動(dòng)以及生動(dòng)形象開展教學(xué)等多種教學(xué)方法教學(xué)。土力學(xué)課程的特點(diǎn)決定了教學(xué)中不能只是單向的理論講授,而是要給學(xué)生充分的主動(dòng),讓他們動(dòng)手,讓他們分析案例,讓他們從接受式學(xué)習(xí)改變?yōu)榘l(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí),探究學(xué)習(xí),互動(dòng)學(xué)習(xí),使整個(gè)教學(xué)成為一個(gè)互動(dòng)的過程。(4)豐富教學(xué)手段。除采用傳統(tǒng)的講述教學(xué)外,可以采用多媒體教學(xué)手段。近年來,多媒體教學(xué)受到了國內(nèi)各大高校的推崇。它集文字,圖形,圖像,聲音及視頻剪輯等元素于一體,多渠道調(diào)動(dòng)學(xué)生的感觀系統(tǒng),提高教學(xué)效率。(5)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)以及理論聯(lián)系實(shí)際。

二、教學(xué)實(shí)例

針對(duì)土力學(xué)課程的特點(diǎn)以及上述提高教學(xué)質(zhì)量的方法,在土力學(xué)的教學(xué)中,我們應(yīng)將塑造學(xué)生的全面素質(zhì)結(jié)合起來,明確教授的課程在學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)中的地位,目的及學(xué)習(xí)方法,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,提高學(xué)生主動(dòng)獲取知識(shí)的能力,將課程內(nèi)容與相鄰知識(shí)聯(lián)系起來啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。作者在教學(xué)實(shí)踐中切實(shí)遵照上述原則進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì),力爭使課堂教學(xué)在氣氛上活躍起來、在內(nèi)容上豐富起來、在內(nèi)涵上深入進(jìn)去?，F(xiàn)結(jié)合土的抗剪強(qiáng)度理論[3]為例談?wù)勛髡呤侨绾芜M(jìn)行的。

(一)教學(xué)內(nèi)容

強(qiáng)度是指材料破壞時(shí)的應(yīng)力狀態(tài),強(qiáng)度理論則研究破壞時(shí)應(yīng)力狀態(tài)的表達(dá)式,即破壞準(zhǔn)則。摩爾一庫侖強(qiáng)度理論是經(jīng)典士力學(xué)中最為常用的一種破壞準(zhǔn)則,核心內(nèi)容包括庫侖公式,摩爾一庫侖強(qiáng)度理論及以該理論為依據(jù)的強(qiáng)度判別,按照上述順序組織教學(xué)內(nèi)容邏輯上是行得通的,但過于平淡,降低效率,但如果在教學(xué)中能喚起學(xué)生原有的相關(guān)概念以吸引學(xué)生的注意,據(jù)此來設(shè)計(jì)內(nèi)容組識(shí)順序,力求循循然而善誘人,我認(rèn)為則會(huì)取得不錯(cuò)的教學(xué)效果。

1.教學(xué)的切入點(diǎn)

摩爾一庫侖強(qiáng)度理論是土的抗剪強(qiáng)度一章首節(jié)的主體內(nèi)容,首先明確強(qiáng)度問題的實(shí)質(zhì)并簡要回顧材料力學(xué)中的四個(gè)強(qiáng)度理論及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),鋼結(jié)構(gòu)中的強(qiáng)度問題;其次,列舉工程問題為例,引出土的破壞為剪切破壞;再次,給出土的抗剪強(qiáng)度的定義——土體抵抗剪切破壞的極限能力;最后,強(qiáng)調(diào)抗剪強(qiáng)度的重要性——土壓力,地基承載力,土坡穩(wěn)定性等后續(xù)課程的理論基礎(chǔ)。

2.教學(xué)的展開

直接剪切試驗(yàn)是抗剪強(qiáng)度的測定方法,但其十分直觀,加之庫侖公式也是以剪切試驗(yàn)為基礎(chǔ)的定律而非理論推導(dǎo)的結(jié)果。所以將其先于庫侖公式講述。對(duì)學(xué)生來講,有了直剪試驗(yàn)的結(jié)果再去理解庫侖公式便不會(huì)出現(xiàn)思維上的障礙。有了庫侖公式,再講述摩爾的后續(xù)研究成果也就順理成章。由于摩爾一庫侖強(qiáng)度理論是以庫侖公式表示摩爾包線的強(qiáng)度理論,所以在教學(xué)中,庫侖公式應(yīng)是重點(diǎn)。

土體中任意一點(diǎn)只要任意一個(gè)截面發(fā)生了剪切破壞,該點(diǎn)就進(jìn)入破壞狀態(tài)。摩爾圓可以表示土中一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài),摩爾圓圓周上各點(diǎn)的橫,縱坐標(biāo)就分別表示相應(yīng)的斜截面上的法向應(yīng)力和剪應(yīng)力,抗剪強(qiáng)度包線上的各點(diǎn)表示不同法向應(yīng)力(橫坐標(biāo))條件下的抗剪強(qiáng)度(縱坐標(biāo))和剪應(yīng)力,抗剪強(qiáng)度包線繪于同一坐標(biāo)系中,即可判斷土中一點(diǎn)所有截面上的應(yīng)力狀態(tài),進(jìn)一步總結(jié)應(yīng)力狀態(tài)與強(qiáng)度包線——摩爾圓相對(duì)位置的關(guān)系,并得到極限平衡條件。

3.教學(xué)中的總結(jié)與習(xí)題

總結(jié)起來就兩點(diǎn):一是摩爾一庫侖強(qiáng)度理論及其表達(dá)形式:二是依此強(qiáng)度理論的極限平衡條件。為加深學(xué)生的理解。可以先安排例題,后安徘習(xí)題。這樣,學(xué)生通過計(jì)算實(shí)踐及歸納就能明確如何應(yīng)用極限平衡條件來判斷土的應(yīng)力狀態(tài)。

(二)授課形式

在合理內(nèi)容組識(shí)的基礎(chǔ)上,尚應(yīng)注重授課的形式。講授法是一種歷史悠久的傳統(tǒng)教學(xué)方法,其優(yōu)點(diǎn)在于教師能夠十分經(jīng)濟(jì)地同時(shí)向多人傳授知識(shí),能用學(xué)生易懂的形式有效地概括學(xué)科的內(nèi)容,比其他教學(xué)方法更容易掌握。最大的缺陷在于教學(xué)過程中學(xué)生的注意力會(huì)逐漸降低。因此,在課堂教學(xué)中安排與內(nèi)容密切相關(guān)的知識(shí)回憶實(shí)現(xiàn)張中有弛,安排課上討論及簡單習(xí)題實(shí)現(xiàn)學(xué)生在指導(dǎo)下的發(fā)現(xiàn),有條件的還可制作簡單明確的動(dòng)畫保證學(xué)習(xí)的趣味性。

1.知識(shí)回憶

使學(xué)生把新知識(shí)與頭腦中的己有知識(shí)建立聯(lián)系具有重要意義。通過既有相關(guān)知識(shí)的回顧,一方面可以提高新知識(shí)的學(xué)習(xí)效率,另一方面可以喚醒對(duì)既有知識(shí)的清晰認(rèn)識(shí),使學(xué)生的知識(shí)更加系統(tǒng)。同時(shí),既有知識(shí)的回顧對(duì)學(xué)生來講強(qiáng)度較低,可以從高強(qiáng)度的新知識(shí)學(xué)習(xí)中暫時(shí)解脫,以保證學(xué)生合理分配有限的精力。例如,可將高中物理曾學(xué)習(xí)過的摩擦理論,與無粘性土的抗剪強(qiáng)度理論進(jìn)行對(duì)比,同時(shí),可將應(yīng)力偏角的概念與摩擦角的概念進(jìn)行對(duì)比。類似地,講述極限平衡條件需用到材料力學(xué)中摩爾應(yīng)力圓的知識(shí),通過事先復(fù)習(xí)明確摩爾應(yīng)力圓的作圖方法,圓周上各點(diǎn)及方位角的力學(xué)意義,避免了學(xué)生突然接受極限平衡條件感到困難;材料力學(xué)第三強(qiáng)度理論的比較指標(biāo)是45度方位角對(duì)應(yīng)斜面的最大剪應(yīng)力,通過此理論的回憶及其摩爾一庫侖強(qiáng)度理論的比較,可深化學(xué)生對(duì)新學(xué)強(qiáng)度理論的理解。

2.課堂討論與習(xí)題

在課堂討論與習(xí)題中,教師扮演的是學(xué)習(xí)促進(jìn)者的角色,引導(dǎo)學(xué)生對(duì)特定情境發(fā)問,讓學(xué)生從中有所發(fā)現(xiàn),而不是將學(xué)習(xí)的內(nèi)容直接提供給學(xué)生,可以在簡短總結(jié)地基應(yīng)力及沉降后,提出兩個(gè)問題:(1)構(gòu)件設(shè)計(jì)一般需要滿足幾個(gè)方面的要求;(2)低碳鋼應(yīng)力一應(yīng)變曲線有幾個(gè)特征點(diǎn)。學(xué)生回答這兩個(gè)簡單問題后,教師可將土的抗剪強(qiáng)度問題自然引出。

3.課件制作

近來,多媒體教學(xué)受到了國內(nèi)各大高校的推崇。它集文字,圖形,圖像,聲音及視頻剪輯等元素于一體,多渠道調(diào)動(dòng)學(xué)生的感觀系統(tǒng),提高教學(xué)效率。以極限平衡條件應(yīng)用為例,為表達(dá)第三主應(yīng)力不變逐漸增大第一主應(yīng)力,在課件中動(dòng)態(tài)顯示摩爾圓逐步向右擴(kuò)大直至與包線相切,相割,可較為強(qiáng)烈地刺激學(xué)生地視覺感受,形成深刻記憶。

(三)課堂氛圍

課堂氛圍是課堂里的一種綜合心理狀態(tài),積極的課堂氣氛使得課堂紀(jì)律良好,師生關(guān)系和諧,學(xué)生精神飽滿,集中注意力,專心聽課,教師善于點(diǎn)撥和積極引導(dǎo),課堂上呈現(xiàn)出有張有弛,熱烈活躍與恬靜嚴(yán)謹(jǐn)有機(jī)結(jié)合的景象。良好課堂氛圍的形成是一個(gè)長期過程,既取決于學(xué)生的學(xué)風(fēng),也取決于任課教師的教風(fēng)。課堂教學(xué)中,主要應(yīng)以嚴(yán)謹(jǐn),深入教學(xué)吸引學(xué)生,通過知識(shí)交流引起共鳴,但插入適當(dāng)?shù)幕ㄐ觞c(diǎn)綴課堂可起到潤滑劑的作用,拉近師生的距離。

三、結(jié)語

結(jié)合土力學(xué)的特點(diǎn)以及教學(xué)過程中的親身體會(huì),簡要總結(jié)了幾點(diǎn)青年教師提高教學(xué)質(zhì)量的方法。并通過“土的抗剪強(qiáng)度理論”這一教學(xué)實(shí)例闡述了作者是如何組織、開展土力學(xué)教學(xué)的。

[1]陳希哲.土力學(xué)地基基礎(chǔ)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2004.

[2]袁俊平,盧廷浩.互動(dòng)式教學(xué)在土力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[A].土力學(xué)教育與教學(xué)——第一屆全國土力學(xué)教學(xué)研討會(huì)論文集[C].北京:人民交通出版社,2006.

[3]劉成宇.土力學(xué)[M].北京:中國鐵道出版社,2007.

2009-12-30

鄭國勇(1978-),男,湖北云夢人,博士,講師。