土木工程專業(yè)土力學(xué)課程的教學(xué)探索

王 宇 輝

(上海師范大學(xué)建筑工程學(xué)院，上海 201418)

土木工程專業(yè)土力學(xué)課程的教學(xué)探索

王 宇 輝

(上海師范大學(xué)建筑工程學(xué)院，上海 201418)

在教學(xué)實(shí)踐基礎(chǔ)上，根據(jù)土力學(xué)課程特點(diǎn)和土木工程專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，總結(jié)了適合本課程的幾種教學(xué)思路和教學(xué)方法，包括注重工程實(shí)例應(yīng)用，注重土力學(xué)公式的示范推導(dǎo)，注重易混淆概念的對(duì)比，注重實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)等。

土力學(xué)，土木工程，教學(xué)思路，教學(xué)方法

土力學(xué)是土木工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。本課程是實(shí)踐性和理論性都較強(qiáng)的一門課程，在整個(gè)土木工程專業(yè)的學(xué)生培養(yǎng)計(jì)劃中，具有承接基礎(chǔ)課到專業(yè)課的作用，是專業(yè)教學(xué)前的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。土力學(xué)是一門研究與土的工程問題有關(guān)的學(xué)科，它既是工程力學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科，又具有著不同于固體力學(xué)的分析方法和計(jì)算方法。這都給土力學(xué)的教與學(xué)帶來了與其他課程不一樣的要求，而土力學(xué)這門課也向來被學(xué)生認(rèn)為是一門難學(xué)的課程。

那面對(duì)這樣的一門難學(xué)之科，作為專業(yè)課教師，怎樣能使學(xué)生較好地掌握土力學(xué)的基本原理和實(shí)際技能，怎樣能把它講得深入淺出，通俗易懂，這就需要不斷地摸索研究適合這門課的教學(xué)思路和教學(xué)方法。

對(duì)于如何提高土力學(xué)課程的教學(xué)效果，許多專家學(xué)者就這方面的內(nèi)容已做了大量的研究工作。有的是對(duì)課程中的某些基本概念的理解給出了闡述，例如：楊雪強(qiáng)等[1]論有效應(yīng)力原理在土力學(xué)教學(xué)中的核心地位；朱建群等[2]的土力學(xué)教學(xué)中幾個(gè)基本概念的分析。而有的是從教學(xué)內(nèi)容的組織上給出了建議，例如：夏紅春[3]的面向不同力學(xué)基礎(chǔ)學(xué)生的土力學(xué)教學(xué)改革與實(shí)踐。有的是從課程的教學(xué)方法上研究的，例如：李廣信教授[4]提到在教學(xué)中關(guān)于概念和原理恰當(dāng)?shù)淖h論、比喻和穿插小故事將會(huì)加深學(xué)生的理解和記憶、活躍課堂氣氛；馬時(shí)強(qiáng)[5]也建議將比喻法應(yīng)用在土力學(xué)的教學(xué)中；王偉等[6]則提出采用啟發(fā)式教學(xué)在土力學(xué)教學(xué)中可收到較好的教學(xué)效果；璩繼立[7]提到采用PBL教學(xué)法在土力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用；雷金波等[8]則提到幾何圖示法在土力學(xué)課程教學(xué)中的應(yīng)用；丁樹云等[9]則提到從數(shù)學(xué)的角度講授土力學(xué)。 而有的則是從課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)上做了研究并給出了建議，例如：李廣信教授等[10]的土力學(xué)課程的實(shí)踐教學(xué)；趙志峰等[11]的土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的思考；王俊杰等[12]的工程類專業(yè)土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革思考。

上面的專家學(xué)者給出的土力學(xué)教學(xué)方法和思路都非常好，作者對(duì)他們的建議進(jìn)行了學(xué)習(xí)，并在自己的課堂上做了選擇性應(yīng)用。作者也在多年的土力學(xué)課程教學(xué)實(shí)踐中摸索出了一些屬于自己的教學(xué)內(nèi)容組織思路和教學(xué)方法，下面總結(jié)如下。

1 注重工程實(shí)例的應(yīng)用

工程實(shí)例在教學(xué)過程中的應(yīng)用，可以使難懂的抽象的原理概念形象化，給學(xué)生一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)，讓教學(xué)內(nèi)容生動(dòng)起來，解釋的易于理解。工程實(shí)例應(yīng)用在下面教學(xué)節(jié)點(diǎn)時(shí)，可收到較好的教學(xué)效果。

1)土力學(xué)緒論的講解時(shí)，利用工程實(shí)例來加以解釋土力學(xué)是一門工程實(shí)用科學(xué)，如果土力學(xué)的強(qiáng)度問題、滲透問題、變形問題處理不好，將會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的工程事故。在這里，每個(gè)問題舉出一些典型的工程實(shí)例來講授，既能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又能讓學(xué)生對(duì)土力學(xué)這門課程的重要性和實(shí)用性有深刻的認(rèn)識(shí)。

2)在講授每一章節(jié)的主要內(nèi)容前，都用與本章理論知識(shí)相關(guān)的工程實(shí)例導(dǎo)入本章內(nèi)容，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)本章內(nèi)容之前，即了解到本章要講什么知識(shí)，學(xué)習(xí)它可以解決的工程問題，學(xué)習(xí)目標(biāo)清楚明了。

3)在講到某一些難懂的概念和原理時(shí)，可以用合適的工程實(shí)例來加以解釋，促進(jìn)學(xué)生對(duì)概念和原理的深刻理解。

當(dāng)然工程實(shí)例的應(yīng)用，如何能做到上課時(shí)信手拈來，恰到好處，并且具有新意，離不開教師平時(shí)的積累。所以，教師平時(shí)應(yīng)多閱讀國內(nèi)外各種新出版的土力學(xué)教材，以博采眾長，另外還要不斷關(guān)注國內(nèi)外專業(yè)期刊和各種工程網(wǎng)站，注重工程實(shí)例的收集。

2 注重土力學(xué)公式的示范推導(dǎo)

土力學(xué)原理的得來和公式的推導(dǎo)不同程度上是建立在力學(xué)的基礎(chǔ)上，又加進(jìn)了適合土這種特殊材料性質(zhì)的一些假設(shè)。所以多數(shù)土力學(xué)公式和原理是可以進(jìn)行推導(dǎo)的，在這些地方就要結(jié)合學(xué)生已有的數(shù)學(xué)知識(shí)和力學(xué)知識(shí)，區(qū)別對(duì)待是否要求學(xué)生掌握公式的推導(dǎo)。對(duì)于學(xué)生已具備了數(shù)學(xué)和力學(xué)知識(shí)的公式，強(qiáng)烈建議教師要對(duì)這些公式做示范推導(dǎo)，并要求學(xué)生掌握這些公式的推導(dǎo)。這樣，既復(fù)習(xí)了以前所學(xué)的力學(xué)知識(shí)，也讓學(xué)生對(duì)土力學(xué)這門學(xué)科的嚴(yán)密性有了認(rèn)識(shí)，更重要的是學(xué)生對(duì)教材中的公式有了深刻、透徹的理解，不需死記硬背，在使用公式時(shí)也不易出錯(cuò)。

例如：最典型的例子是在講解土抗剪強(qiáng)度的極限平衡條件時(shí)，用莫爾圓推導(dǎo)土處于極限平衡狀態(tài)時(shí)的基本表達(dá)式，教材中提供了三種不同表達(dá)式，但如果我們掌握了公式得來的過程，畫出莫爾圓和抗剪強(qiáng)度包線，自己即可很容易地導(dǎo)出這些公式。同時(shí)也給講解朗肯主動(dòng)土壓力強(qiáng)度和被動(dòng)土壓力強(qiáng)度的公式推導(dǎo)做了很好的鋪墊，朗肯主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力強(qiáng)度公式是基于極限平衡條件而建立的，教師只需讓學(xué)生分清哪個(gè)力是大主應(yīng)力，哪個(gè)力是小主應(yīng)力，就可導(dǎo)出土壓力強(qiáng)度公式，然后再根據(jù)強(qiáng)度分布圖，計(jì)算面積即可得出土壓力。

學(xué)生掌握了這些公式的關(guān)系，既不需記很多公式，也不會(huì)用錯(cuò)公式。例如部分學(xué)生在算土壓力時(shí)，經(jīng)常會(huì)直接用某些教材中的土壓力的式子，這往往會(huì)因?yàn)楦悴磺骞降倪m用條件導(dǎo)致出錯(cuò)。如果學(xué)生知道公式的由來，先計(jì)算土壓力強(qiáng)度，再繪制分布圖，最后求土壓力則不容易出錯(cuò)。

當(dāng)然在土力學(xué)中，三相比例指標(biāo)的變換關(guān)系推導(dǎo)，基底附加應(yīng)力計(jì)算時(shí)，運(yùn)用材料力學(xué)壓彎組合公式時(shí)的公式推導(dǎo)等等地方也都應(yīng)該要求學(xué)生掌握。

3 注重易混淆概念的對(duì)比

在土力學(xué)中，經(jīng)常有些名稱相似但內(nèi)涵不同的概念，學(xué)生很容易混淆，所以在講解時(shí)，應(yīng)該把它們放在一起做對(duì)比解釋，給學(xué)生解釋清楚它們的不同，避免混淆。

例如在講解附加應(yīng)力、自重應(yīng)力、有效應(yīng)力和孔隙水壓力時(shí)，要講清楚前兩個(gè)概念是從力的產(chǎn)生原因上對(duì)力的分類定義，由外荷載產(chǎn)生的即為附加應(yīng)力，由土體自重產(chǎn)生的即為自重應(yīng)力；而后兩個(gè)概念是從對(duì)力的分擔(dān)上進(jìn)行分類定義的，由土骨架承擔(dān)的荷載即為有效應(yīng)力，由孔隙水承擔(dān)的荷載即為孔隙水壓力。

類似的容易混淆的概念還有：土的天然重度、土粒重度、浮重度、飽和重度、干重度之間；塑性指數(shù)和液性指數(shù)之間；變形模量、壓縮模量和彈性模量之間；主動(dòng)土壓力、靜止土壓力和被動(dòng)土壓力之間等等，在這些地方，采用對(duì)比講解學(xué)生理解的會(huì)更透徹。

4 注重實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)

土力學(xué)是一門實(shí)踐性、應(yīng)用性很強(qiáng)的課程。實(shí)踐環(huán)節(jié)可以包括試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)參觀。

土力學(xué)試驗(yàn)是土力學(xué)課程教學(xué)的必不可少的實(shí)踐環(huán)節(jié)，它既可以使學(xué)生加深對(duì)土力學(xué)理論的理解，也可以提高學(xué)生的動(dòng)手能力。土力學(xué)課程中的試驗(yàn)很多，可根據(jù)試驗(yàn)的特點(diǎn)通過學(xué)生不同的參與方式來完成。一種學(xué)生親自動(dòng)手操作完成的試驗(yàn)，例如土的含水量、密度、液塑限試驗(yàn)，壓縮試驗(yàn)、擊實(shí)試驗(yàn)和直剪試驗(yàn)；另一種試驗(yàn)是教師演示試驗(yàn)，例如三軸試驗(yàn)等；還有一種試驗(yàn)可通過視頻來讓學(xué)生觀看學(xué)習(xí)。

現(xiàn)場(chǎng)參觀是教師帶學(xué)生深入到施工現(xiàn)場(chǎng)，讓學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)認(rèn)識(shí)各種地基處理方法和基礎(chǔ)施工方法，在施工現(xiàn)場(chǎng)學(xué)習(xí)有關(guān)土力學(xué)的理論知識(shí)，感受應(yīng)用理論知識(shí)解決現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)際問題的過程，和從工程實(shí)際中發(fā)現(xiàn)問題，充實(shí)理論知識(shí)，積累工程經(jīng)驗(yàn)的過程。這樣既激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又開闊了學(xué)生的視野，為早日適應(yīng)工作環(huán)境打好了基礎(chǔ)。

除了以上四點(diǎn)外，還有幾點(diǎn)也是教師在課堂上應(yīng)給予重視的。例如：土力學(xué)中重要的專業(yè)術(shù)語和詞匯要給出英文翻譯，讓學(xué)生早接觸，早熟悉，為將來能更快地適應(yīng)國際工程合作做好準(zhǔn)備；一些重要的巖土工程軟件可簡(jiǎn)單地介紹給學(xué)生，為感興趣、有潛力的學(xué)生深入學(xué)習(xí)提供方向；教師應(yīng)該設(shè)計(jì)一些綜合習(xí)題或設(shè)計(jì)題讓學(xué)生去做，從而鍛煉學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)的能力，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問題和綜合分析問題的能力，讓學(xué)生用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際工程問題，體會(huì)學(xué)以致用，學(xué)有所用的成就感。

總之，土力學(xué)課程要想讓學(xué)生學(xué)好，教師必需要花費(fèi)精力和時(shí)間去積累專業(yè)知識(shí)，摸索合適的教學(xué)內(nèi)容組織方法，掌握與學(xué)生課堂的互動(dòng)技巧，應(yīng)用靈活多樣的教學(xué)方法，來引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)土力學(xué)課程。以上是作者從事土力學(xué)教學(xué)以來得到的一些教學(xué)心得體會(huì)，現(xiàn)總結(jié)出來供教育界同仁共同探討。

[1] 楊雪強(qiáng),李彰明,張建龍,等.論有效應(yīng)力原理在土力學(xué)教學(xué)中的核心地位[J].高等建筑教育,2009,18(2):60-64.

[2] 朱建群,高文華.土力學(xué)教學(xué)中幾個(gè)基本概念的分析[J].高等建筑教育,2008,17(3):78-82.

[3] 夏紅春.面向不同力學(xué)基礎(chǔ)學(xué)生的土力學(xué)教學(xué)改革與實(shí)踐[J].高等建筑教育,2015,24(1):54-58.

[4] 李廣信.奇談怪論土力學(xué)[J].巖土工程界,2003,6(8):24-26.

[5] 馬時(shí)強(qiáng).比喻法在土力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J].聊城大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2012,23(1):108-110.

[6] 王 偉,陶菲菲,盧廷浩,等.啟發(fā)式教學(xué)在土力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J].高等建筑教育,2008,17(5):83-86.

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[9] 丁樹云,畢慶濤.從數(shù)學(xué)的角度教授《土力學(xué)》[J].華北水利水電學(xué)院學(xué)報(bào)(社科版),2011,27(1):183-185.

[10] 李廣信,呂 禾,張建紅.土力學(xué)課程中的實(shí)踐教學(xué)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2006,23(12):13-14,23.

[11] 趙志峰,王海波,何文龍.土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的思考[J].高等建筑教育,2008,17(6):120-122.

[12] 王俊杰.工程類專業(yè)土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革思考[J].高等建筑教育,2009,18(6):110-114.

Teaching exploration ofSoilMechanicscourse in civil engineering specialty

Wang Yuhui

(CollegeofCivilEngi．，ShanghaiNormalUniversity，Shanghai201418，China)

Based on teaching practice, and according to the characteristics ofSoilMechanicscourse and the students’ learning foundation， the teaching ideas and teaching methods for this course are summarized.Such as the application of engineering examples, the demonstration of soil mechanics formula, the comparison of the concept of easy to be confused, and paying attention to practical teaching links, etc..

soil mechanics， civil engineering， teaching ideas， teaching methods

1009-6825(2015)28-0246-03

2015-07-30

王宇輝(1974- )，女，碩士，講師

G642.0

A