基于建構(gòu)主義的土力學(xué)課程教學(xué)初探

丁軍霞　湯勁松　熊保林

[摘 要] 土力學(xué)是土木工程專業(yè)的重要課程，為適應(yīng)石家莊鐵道大學(xué)卓越工程師教育的培養(yǎng)計劃，針對土力學(xué)課程特點及土力學(xué)傳統(tǒng)教學(xué)的不足之處，提出了建構(gòu)主義在教學(xué)中的應(yīng)用。對土力學(xué)教學(xué)運用建構(gòu)主義的教學(xué)法如支架法、拋錨法和隨機進入教學(xué)法進行了初步探析，以期能更好的培養(yǎng)學(xué)生的積極思維和創(chuàng)新能力。

[關(guān)鍵詞] 土力學(xué)；建構(gòu)主義；支架法；拋錨法；隨機進入教學(xué)

[中圖分類號] G642.0 [文獻標(biāo)志碼] A [文章編號] 1005-4634（2014）03-0067-03

0 引言

《土力學(xué)》是土木工程專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，課程學(xué)習(xí)目的是使土木專業(yè)學(xué)生掌握有關(guān)土力學(xué)的基本理論、基本知識和基本技能，為后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，也為學(xué)生從事土木工程工作奠定必要的理論和實踐基礎(chǔ)。但是課程的基本理論和知識范圍較廣，知識點又較散，內(nèi)容連貫性差，公式的假定條件多而且實踐性強，給學(xué)生學(xué)習(xí)帶來困難，學(xué)生普遍反映學(xué)習(xí)土力學(xué)難度較大，學(xué)完后感覺理解不深?；凇锻亮W(xué)》課程的特點以及在土木工程課程體系中的重要性，有必要探索一種更有效的教學(xué)方法來提高課程的教學(xué)效果。

2012年，石家莊鐵道大學(xué)被列入“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”第二批試點高校，土木工程專業(yè)為石家莊鐵道大學(xué)卓越工程師培養(yǎng)計劃的專業(yè)之一。為實現(xiàn)“卓越計劃”的人才培養(yǎng)要求，土木工程專業(yè)的課程教學(xué)需要與時俱進，不斷探索關(guān)于教學(xué)內(nèi)容、實踐教學(xué)、創(chuàng)新能力培養(yǎng)等方面的教育教學(xué)改革，創(chuàng)新教學(xué)模式，從而培養(yǎng)出專業(yè)基礎(chǔ)扎實、實踐能力強、創(chuàng)新素質(zhì)高、適應(yīng)社會經(jīng)濟發(fā)展的高素質(zhì)工程技術(shù)人才。如何根據(jù)土力學(xué)課程的特點，使學(xué)生在獲得扎實的基礎(chǔ)知識的同時提高其解決問題的能力和創(chuàng)造性思維能力，符合卓越工程師的培養(yǎng)目標(biāo)，也是土力學(xué)教學(xué)的一個特定課題。

1 土力學(xué)傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的問題

在現(xiàn)代化教學(xué)中，除了教師、學(xué)生、教材三個傳統(tǒng)教學(xué)要素外，還增加了“媒體”這個要素。由這四個要素形成的教學(xué)過程中的穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)形式，就稱之為“教學(xué)模式”。傳統(tǒng)的教學(xué)模式是：以教師為中心，教師利用講解、板書和各種媒體作為教學(xué)的手段和方法向?qū)W生傳授知識；學(xué)生則被動地接受教師傳授的知識。在這種模式中，教學(xué)過程只強調(diào)教師的“教”而忽視學(xué)生的“學(xué)”，全部教學(xué)設(shè)計都是圍繞如何“教”而展開。教學(xué)過程中教師是主動的施教者（知識的傳授者、灌輸者）；學(xué)生是外界刺激的被動接受者、知識灌輸?shù)膶ο螅唤滩氖墙處熛驅(qū)W生灌輸?shù)膬?nèi)容；而媒體則是教師向?qū)W生灌輸?shù)氖侄?、方法。按這樣的理論設(shè)計的課堂教學(xué)，學(xué)生參與課堂教學(xué)的機會少，大部分時間處于被動接受狀態(tài)，學(xué)生的主動性、積極性很難發(fā)揮，不利于創(chuàng)造型人才的成長。

在這種教學(xué)模式下，學(xué)生學(xué)習(xí)土力學(xué)時，會感覺這門課從理論上不如傳統(tǒng)材料力學(xué)嚴謹、有條理，實踐上不如其它課程（如鋼筋混凝土）那樣具體，很難提起學(xué)習(xí)興趣，更缺乏主動性，甚至有時會產(chǎn)生厭學(xué)情緒。為了提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率，教師應(yīng)采取科學(xué)有效的教學(xué)方法引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)。

2 建構(gòu)主義理論

建構(gòu)主義最早是由瑞士的皮亞杰提出的，他是認知發(fā)展領(lǐng)域最有影響的一位心理學(xué)家。與建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論以及建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境相適應(yīng)的教學(xué)模式概括為：以學(xué)生為中心，在整個教學(xué)過程中由教師起組織者、指導(dǎo)者、幫助者和促進者的作用，利用情境、協(xié)作、會話等學(xué)習(xí)環(huán)境要素充分發(fā)揮學(xué)生的主動性、積極性和首創(chuàng)精神，最終達到使學(xué)生有效地實現(xiàn)對當(dāng)前所學(xué)知識的意義建構(gòu)的目的。 即建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論提倡的學(xué)習(xí)方法是教師指導(dǎo)下的、以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)[1]。

3 以學(xué)生為中心的土木工程課堂教學(xué)設(shè)計

3.1 教學(xué)理念設(shè)計

教學(xué)理念設(shè)計要明確“以學(xué)生為中心”。要明確學(xué)生是知識意義的主動建構(gòu)者，教學(xué)設(shè)計要由傳統(tǒng)的以“ 教”為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐浴?學(xué)”為中心，應(yīng)摒棄以往單純的只是教師傳授的思想，要從“被動傳輸式”思想向“ 主動建構(gòu)式”思想轉(zhuǎn)變。教師是教學(xué)過程的組織者、指導(dǎo)者、意義建構(gòu)的幫助者、促進者，教材知識不再只是教師要傳授的內(nèi)容，而是成為學(xué)生主動建構(gòu)意義的對象；媒體也不再是幫助教師傳授知識的手段和方法，而是用來創(chuàng)設(shè)情境，作為學(xué)生主動學(xué)習(xí)、協(xié)作式探索的認知工具。在整個課堂教學(xué)中要強調(diào)學(xué)生的主體地位，教學(xué)過程中應(yīng)更加重視學(xué)生在教師指導(dǎo)下的學(xué)習(xí)過程。教與學(xué)包含了師生間的相互作用和共同實踐以及學(xué)生主動地建構(gòu)信息的過程[2，3]。

3.2 教學(xué)模式設(shè)計

1）支架式教學(xué)。支架式教學(xué)即在學(xué)習(xí)過程中，為學(xué)習(xí)者建構(gòu)對知識的理解提供一種概念框架，在這個概念框架的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)者可實現(xiàn)對問題的進一步理解。其實質(zhì)是利用上述概念框架作為學(xué)習(xí)過程中的腳手架，因此先要把復(fù)雜的學(xué)習(xí)任務(wù)加以分解，以便于把學(xué)習(xí)者的理解逐步引向深入。因此該框架應(yīng)按照學(xué)生智力的“最鄰近發(fā)展區(qū)”來建立，然后通過這種腳手架的支撐作用（或 “支架作用”）不停頓地把學(xué)生的認識從一個水平提升到另一個新的更高水平，真正做到使教學(xué)走在發(fā)展的前面。 下面以學(xué)習(xí)沉降計算的分層總和法一節(jié)為例。

搭設(shè)框架：根據(jù)上一節(jié)的土層側(cè)限壓縮試驗以及壓縮指標(biāo)的基礎(chǔ)知識搭設(shè)框架，首先根據(jù)單一土層地面受大面積均布荷載的壓縮變形特點， ，引導(dǎo)學(xué)生得出了一系列的由土的其他壓縮指標(biāo)計算的壓縮量計算公式。

進入情境：結(jié)合實際工程中地基壓縮的特點，如實際地基可由若干土層（非單一土層）組成，地基中附加應(yīng)力也不一定是均勻分布，引出來分層總和法的概念。簡單介紹了分層總和法的大致思路。

獨立探索：分層總和法首先要做什么，怎么做？計算每層土的沉降量時怎么做？地基計算深度怎么確定？如有地基回彈該怎么處理等等。

協(xié)作學(xué)習(xí)：在探索上述問題時，學(xué)生可自愿組成學(xué)習(xí)小組，互相交流、探討。學(xué)生學(xué)習(xí)過程結(jié)束后，老師針對學(xué)習(xí)前提出的問題，每個小組出一個代表來講解，對于學(xué)生講解的不足之處老師再進行補充說明。

效果評價：對于上述問題，學(xué)生對于一般地基情況下的分層總和法計算地基沉降的學(xué)習(xí)任務(wù)基本都能完成，對于一些特殊情況下（如地基回彈等）的計算方法有些同學(xué)掌握的不是太好，對此建議他們再找一些參考資料加深理解。經(jīng)過一段時間的訓(xùn)練后，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力都有所提高，并且對所學(xué)知識認識也比較深刻，有些問題雖然不能當(dāng)時解決，但是能提出一些問題并且在教師指導(dǎo)下去找資料解決，完成了對所學(xué)知識的意義建構(gòu)。

2）拋錨式教學(xué)。拋錨式教學(xué)要求建立在有感染力的真實事件或真實問題的基礎(chǔ)上，有時也被稱為“實例式教學(xué)”或“基于問題的教學(xué)”。確定這類真實事件或問題被形象地比喻為“拋錨”，因為一旦這類事件或問題被確定了，整個教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)進程也就被確定了。下面以“土的強度和土中一點極限平衡條件”一節(jié)來說明。

創(chuàng)設(shè)情境：首先讓學(xué)生從幻燈片中看一些土體發(fā)生強度破壞（地基破壞、擋土墻土壓力破壞和土的斜坡失穩(wěn)）的工程實例，提出一些問題，如土為什么會破壞？由這些實例可看出土的破壞形式是什么？土的強度有哪些特點？由土的強度特點引導(dǎo)學(xué)生去學(xué)習(xí)庫倫強度定律。

確定問題：即拋錨，在了解了土的強度及強度特點的基礎(chǔ)上，如何避免土體發(fā)生強度破壞？這里有一個關(guān)鍵問題，即學(xué)生已了解了當(dāng)土單元某個面上的剪應(yīng)力小于對應(yīng)的抗剪強度時，土單元就不會在這個面發(fā)生失穩(wěn)破壞，但這并不代表這個土單元就是穩(wěn)定的，因為只要土單元在某一個方向發(fā)生剪切破壞，那么這個單元就會發(fā)生剪切破壞，核心問題是如何判斷土單元在所有方向都不會破壞。

自主學(xué)習(xí)和協(xié)作學(xué)習(xí)：學(xué)生帶著以上問題先自己學(xué)習(xí)一些基本認識，分組學(xué)習(xí)結(jié)束之后，每組推出一個代表來講解，第一個小組代表講完之后，其他小組代表不需再重復(fù)講解，只需進行更正或補充，在這個過程中再進行不斷的討論。一個問題解決后，教師緊接著提出下一個要解決的問題，整個討論過程要始終針對“錨”的解決。在討論的過程中，一些基本概念和知識點逐漸被大家更清楚的認識，如土的強度特點、材料力學(xué)中應(yīng)力圓知識的應(yīng)用以及與中莫爾-庫侖定律的結(jié)合、應(yīng)力圓位置與抗剪度線位置關(guān)系所表示的含義，最后土單元的極限平衡條件也了解了。針對學(xué)生的討論，老師再對學(xué)生集中反映的問題及一些重點、難點進行著重指導(dǎo)和講解，最終學(xué)生不但知識點搞清了，而且知識框架也會很清晰。

效果評價：學(xué)生在這個教學(xué)模式下，對于老師拋出的“錨”中所涉及的問題，基本上都能夠經(jīng)過思考后在討論過程中解決。拋錨式教學(xué)不僅是為了讓學(xué)生能夠解決“錨”中的問題，而且要通過教學(xué)使學(xué)生能夠自主地完成學(xué)習(xí)目標(biāo)，自主地解決復(fù)雜背景中的真實問題，從而提高學(xué)生解決復(fù)雜問題的能力以及與他人合作、交流、相互評價和自我反思的能力，這也是作為一個卓越工程師所必備的基本素質(zhì)。

3.3 隨機進入教學(xué)

由于土體本身的特殊性質(zhì)，土力學(xué)知識點多、內(nèi)容連貫性差，教學(xué)中對同一教學(xué)內(nèi)容，要在不同時間、不同情境下、為不同的教學(xué)目的、通過不同的方式加以呈現(xiàn)。即學(xué)習(xí)者在教師的指導(dǎo)下，通過不同途徑、不同方式進入同樣教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，從而獲得對同一事物或同一問題的多方面的認識與理解，這就是“隨機進入教學(xué)”。這里的每次進入絕不僅僅是對同一知識內(nèi)容的簡單重復(fù)和鞏固，而是都有不同的學(xué)習(xí)目的和問題側(cè)重點。通過這樣的多次進入，達到對該知識內(nèi)容比較全面而深入的掌握，使學(xué)習(xí)者獲得對事物認識上的飛躍。

如在第四章學(xué)習(xí)了地基土的壓縮后，認識到土的壓縮是由于孔隙水的排出和孔隙氣體壓縮、排出等引起的孔隙體積的減小，而在第一章講了粘土的壓實特性，存在最大干密度與最優(yōu)含水量的問題，給學(xué)生提出一些問題，如粘土的壓實與粘土地基的壓縮有哪些聯(lián)系？二者都是使土體壓密，又有哪些不同點？學(xué)生通過這兩塊內(nèi)容的學(xué)習(xí)很快得出共同點，即兩者都使土體壓密實（孔隙體積減小）。不同點為：壓實只是考慮總體積的變化，而壓縮不但要考慮體積變化，還要考慮一維壓縮特性；另外一個根本不同點，在老師的提問引導(dǎo)和學(xué)生討論下也逐漸清晰了，即兩者都是孔隙體積在外力作用下減少，但壓實只是在某個含水量下的壓實特性，即認為粘土在壓實過程中，只有孔隙氣體體積減小，孔隙水體積不變。而壓縮中不但包括孔隙氣體體積的減小，還包括孔隙水的排出（減?。?。在這個過程中，學(xué)生不但分清了二者的區(qū)別，同時對第一章中粘土的壓實特性（最優(yōu)含水量和最大干密度）有了更深入的認識。

4 土木工程專業(yè)課的建構(gòu)主義教學(xué)思考

建構(gòu)主義教學(xué)強調(diào)學(xué)生“學(xué)”的主體地位，把學(xué)生對知識的意義的主動建構(gòu)作為整個學(xué)習(xí)過程的最終目的，有利于培養(yǎng)學(xué)生的主動學(xué)習(xí)能力、解決問題能力和創(chuàng)造性思維能力，這與土木工程卓越工程師培養(yǎng)創(chuàng)新人才、開展創(chuàng)新實踐的目標(biāo)相一致。在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境中，不論是學(xué)生的獨立探索、協(xié)作學(xué)習(xí)還是教師輔導(dǎo)，整個教學(xué)設(shè)計過程緊緊圍繞“意義建構(gòu)”這個中心而展開。學(xué)生通過原有知識經(jīng)驗與新經(jīng)驗的相互作用而不斷充實、豐富和改造已有知識經(jīng)驗，使求知的過程成為不斷改造的過程，讓學(xué)生在認識世界中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，獲得“ 創(chuàng)造力”。因此，在教學(xué)過程中，要特別注意學(xué)生知識的主動構(gòu)建能力的培養(yǎng)。

另一方面，強調(diào)“學(xué)”的同時不能忽視“教”。由于土力學(xué)的課程特點，要求學(xué)生對該課程的內(nèi)容不加區(qū)分一律完成“意義建構(gòu)”（即達到較深刻的理解與掌握）也是不適當(dāng)?shù)模饬x建構(gòu)也并不是教師放任學(xué)生完全自學(xué)。正確的作法是在教學(xué)過程中對土力學(xué)教學(xué)目標(biāo)進行分析后，教師可選出某些內(nèi)容、某些主題適時進行建構(gòu)主義的教學(xué)，選出當(dāng)前所學(xué)知識中的基本概念、基本原理、基本方法和基本過程作為當(dāng)前所學(xué)知識的“主題”，然后再選用適當(dāng)?shù)慕?gòu)主義教學(xué)方法，圍繞這個主題進行意義建構(gòu)。同時，教師則要站在更高的高度去引導(dǎo)學(xué)生，這樣建構(gòu)才是真正有意義的，學(xué)生對內(nèi)容的認識才能更深刻、更全面，才是符合教學(xué)要求的，才能更有利于培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力和創(chuàng)造力。

參考文獻

[1]胡樂.建構(gòu)主義——革新高等教育教學(xué)改革[J].當(dāng)代教育論壇，2006，（12）：99-101.

[2]葉萍.建構(gòu)主義理論下的高職課堂教學(xué)改革芻議[J].教育與職業(yè)，2006，（9）：8-10.

[3]黃梅，曾玉華.建構(gòu)主義視野下高等數(shù)學(xué)的教與學(xué)[J].湖南師范大學(xué)教育科學(xué)學(xué)報，2006，（6）：116-118.