概念教學(xué)法在“土力學(xué)”教學(xué)中的實(shí)踐與探討

楊仙

(湖南科技大學(xué) 資源環(huán)境與安全工程學(xué)院，湖南 湘潭 411201)

概念教學(xué)法在“土力學(xué)”教學(xué)中的實(shí)踐與探討

楊仙

(湖南科技大學(xué) 資源環(huán)境與安全工程學(xué)院，湖南 湘潭 411201)

土力學(xué)教學(xué)過程中，強(qiáng)調(diào)概念教學(xué)，就是要幫助學(xué)生建立宏觀認(rèn)識(shí)，建立土力學(xué)的知識(shí)框架體系，加強(qiáng)知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系和滲透，通過聯(lián)系工程實(shí)際加深基本概念和基本理論的理解深度，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用概念來分析和解決工程實(shí)際問題?；诟拍罱虒W(xué)的理念，結(jié)合土力學(xué)課程的特點(diǎn)，提出在課程教學(xué)中概念教學(xué)的具體實(shí)施方式：要求學(xué)生記憶土體常見參數(shù)的數(shù)值；標(biāo)語化教學(xué)；教學(xué)過程與工程案例密切結(jié)合。案例分析考核結(jié)果顯示，該教學(xué)方法是有效的，學(xué)生不僅掌握了概念的內(nèi)涵，而且能夠運(yùn)用自如。

土力學(xué)；概念教學(xué)；工程案例；教學(xué)效果

概念是反映對(duì)象的本質(zhì)屬性的思維形式，人類在認(rèn)識(shí)過程中，從感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)，把所感知事物的共同本質(zhì)特點(diǎn)抽象出來加以概括，就成為概念。概念教學(xué)在世界范圍已成為教育學(xué)和心理學(xué)研究的一個(gè)十分繁榮的領(lǐng)域。該理念旨在強(qiáng)調(diào)知識(shí)的基本結(jié)構(gòu)體系，突出基本概念的教學(xué)，加強(qiáng)知識(shí)間的內(nèi)在聯(lián)系[1]。

在以美國為代表的西方教育心理學(xué)界，概念教學(xué)很早就已成為比較穩(wěn)定、相對(duì)獨(dú)立的專門研究領(lǐng)域。其中尤以認(rèn)知心理學(xué)家布魯納、奧蘇貝爾和加涅等人對(duì)概念學(xué)習(xí)過程的開創(chuàng)性研究使人們對(duì)概念學(xué)習(xí)的認(rèn)識(shí)跨入了一個(gè)新的時(shí)代[2]。近年來，國內(nèi)教育心理學(xué)界對(duì)于上述研究做了大量的介紹和引進(jìn)，成就卓著。這些介紹和引進(jìn)為國內(nèi)一些學(xué)科教學(xué)中的概念教學(xué)研究提供了重要的理論基礎(chǔ)[3]。概念教學(xué)理念從教育心理學(xué)引入到學(xué)科教育中后，引發(fā)了廣泛的研究。在各學(xué)科領(lǐng)域有關(guān)課程與教學(xué)研究的學(xué)術(shù)論文中，關(guān)于概念教學(xué)的專門探討也比較活躍，涉及到教學(xué)的各個(gè)方面，例如概念教學(xué)的原則、概念教學(xué)的方法、概念教學(xué)的模式等等。但是綜上所述，我國對(duì)于概念教學(xué)系統(tǒng)的理論研究主要還是集中在師范類院校，而且主要是針對(duì)一些基礎(chǔ)學(xué)科，如數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等[4]。

在土木類高等教育專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)中，同濟(jì)大學(xué)朱慈勉教授提出了結(jié)構(gòu)力學(xué)可以分為概念結(jié)構(gòu)力學(xué)和計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)兩部分，且其編寫的《結(jié)構(gòu)力學(xué)》教程，著重于強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)力學(xué)中的概念教學(xué)[5]。這是一個(gè)非常有意義的教學(xué)創(chuàng)舉。與結(jié)構(gòu)力學(xué)相比較，土力學(xué)這門學(xué)科的特點(diǎn)決定其更加適應(yīng)概念教學(xué)的教學(xué)理念。本文簡述了土力學(xué)中概念教學(xué)的重要性，以及筆者在土力學(xué)教學(xué)中概念教學(xué)的一些具體實(shí)施方法，并且對(duì)概念教學(xué)的效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)，以期為土力學(xué)教學(xué)改革提供一定的思路。

1 土力學(xué)中概念教學(xué)的重要性

在土力學(xué)課程學(xué)習(xí)中，對(duì)概念性知識(shí)的認(rèn)識(shí)和理解非常重要。

其一，土力學(xué)研究對(duì)象主要是土體，土體是一種特殊的材料，這種非連續(xù)的材料與我們固體力學(xué)里面所涉及的材料有著本質(zhì)的差別。然而，土力學(xué)的很多知識(shí)點(diǎn)都是源于固體力學(xué)，甚至有些概念性知識(shí)有著相同(相近)的表達(dá)。因此，弄清這些概念與固體力學(xué)中同一(相似)概念的本質(zhì)區(qū)別，才能更好地學(xué)習(xí)土力學(xué)。

其二，土力學(xué)中許多計(jì)算理論都是在各種假設(shè)條件下得出的，其都有各自的適用范圍。因此，只有理解了這些理論的本質(zhì)才能選擇合適的理論進(jìn)行分析。而且因?yàn)樵搶W(xué)科研究對(duì)象的不確定性，理論計(jì)算的結(jié)果并不總是符合實(shí)際情況的。這時(shí)就更需要運(yùn)用概念知識(shí)進(jìn)行宏觀分析和把握。

其三，土力學(xué)的試驗(yàn)方法多種多樣，而且受到土樣質(zhì)量和試驗(yàn)條件的限制，得出的各種參數(shù)往往不盡如人意，甚至有些與實(shí)際情況相距甚遠(yuǎn)。因此，理解土體參數(shù)的基本概念，對(duì)各類土體各參數(shù)的大致取值范圍有正確的認(rèn)識(shí)，才能更好地辨識(shí)試驗(yàn)參數(shù)的對(duì)錯(cuò)，有利于選擇更合適的參數(shù)。

其四，與土力學(xué)相關(guān)的計(jì)算往往是非常繁瑣的。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，各種商業(yè)計(jì)算軟件應(yīng)運(yùn)而生，省時(shí)省事，完全可以解放人力。但是由此也催生出新的問題：往往有一些非專業(yè)或?qū)I(yè)性不強(qiáng)的人員，也能通過軟件進(jìn)行計(jì)算，得出一些結(jié)論來。一旦以此結(jié)論作為設(shè)計(jì)施工的指導(dǎo)意見，則很有可能出現(xiàn)工程事故。因此可以說，商業(yè)軟件的誕生并未削弱土力學(xué)的地位，反而是更加凸顯了該門課程的地位，特別是凸顯了基本概念的重要性。因?yàn)樵谑褂蒙虡I(yè)軟件計(jì)算時(shí)，只有正確地選擇計(jì)算模型和計(jì)算參數(shù)才可能得出正確的結(jié)果，而且只有掌握了概念性的知識(shí)，才能從宏觀上進(jìn)行把控，對(duì)軟件計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行評(píng)估。

其五，從教學(xué)效果和學(xué)生學(xué)習(xí)積極性方面來看，該課程一般是安排在大三上學(xué)期進(jìn)行教學(xué)。大三的學(xué)生已經(jīng)學(xué)完了三大力學(xué)，這三大力學(xué)是土木類工科學(xué)生公認(rèn)的最難，最容易掛科的課程。所以有相當(dāng)一部分學(xué)生進(jìn)入大三，看到土力學(xué)課本里面密密麻麻的計(jì)算公式，就產(chǎn)生了畏難情緒，學(xué)習(xí)積極性差。土力學(xué)教學(xué)過程中，強(qiáng)調(diào)概念教學(xué)，就是要幫助學(xué)生建立宏觀認(rèn)識(shí)，建立土力學(xué)的知識(shí)框架體系，加強(qiáng)知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系和滲透，通過聯(lián)系工程實(shí)際加深基本概念和基本理論的理解深度，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用概念來分析和解決工程實(shí)際問題。只要做到了這些，即使是三大力學(xué)基礎(chǔ)較差的學(xué)生，在該課程學(xué)習(xí)中也會(huì)有所收獲，在其日后的工作中，碰到土力學(xué)相關(guān)問題，也能找準(zhǔn)解決問題的方向。

其六，近年來，不少重大的工程事故，歸根結(jié)底都是源于對(duì)土力學(xué)概念認(rèn)識(shí)不清造成的。如2009年上海的“樓倒倒”事件。正是因?yàn)闆]有認(rèn)清土體側(cè)壓力這一基本概念，在開挖基坑附近隨意堆土造成的。

綜上所述，土力學(xué)這門學(xué)科的特點(diǎn)決定其非常適應(yīng)概念教學(xué)的教學(xué)理念。在該課程的學(xué)習(xí)中強(qiáng)調(diào)概念教學(xué)能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，加強(qiáng)學(xué)生分析和解決實(shí)際工程問題的能力。

2 土力學(xué)中概念教學(xué)的具體實(shí)施方式

其一，要求學(xué)生記憶土體常見參數(shù)的數(shù)值。一個(gè)從不買菜的人去買菜，對(duì)菜價(jià)是沒有概念的，不知道自己買的菜是便宜還是貴。同樣，土力學(xué)是地質(zhì)工程學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課，他們?cè)趯W(xué)習(xí)土力學(xué)之前未進(jìn)行過其他相關(guān)的學(xué)習(xí)和實(shí)踐。盡管土體是每天都能見到的，但是對(duì)于土體的物理力學(xué)性質(zhì)，他們卻是陌生的?？紫侗?.2是高還是低？滲透率1*10-1cm/min是大還是?。克麄儗?duì)這些數(shù)值全無概念。因此，在教學(xué)過程中，強(qiáng)調(diào)學(xué)生去有意識(shí)地記憶這些常見參數(shù)的大致區(qū)間，不僅能夠加強(qiáng)他們對(duì)這些參數(shù)基本概念的理解，更能使他們對(duì)土體的性質(zhì)有明確的認(rèn)識(shí)，看到土體的參數(shù)，就能大致判別土體的物理力學(xué)性質(zhì)差異。這種具體實(shí)施方式體現(xiàn)了概念記憶、概念分析的內(nèi)涵。

其二，標(biāo)語化教學(xué)。標(biāo)語，顧名思義，文字簡練、意義鮮明。筆者認(rèn)為，標(biāo)語簡單易記，而且內(nèi)涵豐富，其表達(dá)的不僅僅是字面意思。教師在教學(xué)過程中，提出一些創(chuàng)意性的標(biāo)語，并對(duì)標(biāo)語進(jìn)行詳細(xì)解釋，是一種很好的概念教學(xué)與灌輸。例如，筆者在砂土液化教學(xué)過程中，并未讓學(xué)生死記硬背砂土液化的概念。而是提出一個(gè)標(biāo)語——“飽和松散粉細(xì)砂易液化！”基于這個(gè)標(biāo)語，詳細(xì)解釋了飽和松散粉細(xì)砂的液化過程，著重強(qiáng)調(diào)“飽和”“松散”“粉細(xì)砂”三個(gè)詞，并提出為什么“非飽和”“密實(shí)”的“粘土”或“粗砂”不易液化。這個(gè)教學(xué)過程中，學(xué)生記住這句簡單的話，不僅能理解砂土液化的概念，并且知道了砂土液化的對(duì)象，同時(shí)再一次理解了“剪縮”“滲透性”以及“有效應(yīng)力原理”等基本概念。這種具體實(shí)施方式體現(xiàn)了概念組合、概念對(duì)比的內(nèi)涵。

其三，教學(xué)過程與工程案例密切結(jié)合。在教學(xué)中，筆者收集了大量相關(guān)的工程案例，在基本概念、基本原理的講解過程中，插入工程案例進(jìn)行分析。學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中不僅能加深對(duì)基本概念和原理的認(rèn)識(shí)，更能領(lǐng)會(huì)該概念和原理應(yīng)該如何在實(shí)踐中進(jìn)行應(yīng)用。土力學(xué)期末考試中，筆者曾出題讓學(xué)生計(jì)算墻后的主動(dòng)土壓力，結(jié)果有學(xué)生使用墻前的埋深與地層條件計(jì)算了主動(dòng)土壓力。計(jì)算公式和計(jì)算程序完全沒有問題，說明該生已經(jīng)掌握了主動(dòng)土壓力的計(jì)算方法。表面上看，是學(xué)生未看清墻前墻后，實(shí)質(zhì)上是學(xué)生對(duì)于主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力的概念沒有深入理解。因此，在以后的土壓力教學(xué)過程中，筆者從不單純講怎么計(jì)算各類土壓力，而是代入到工程實(shí)際案例中，先詳細(xì)講解主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力的形成過程，然后再對(duì)工程案例中的土壓力進(jìn)行計(jì)算。學(xué)生在一個(gè)實(shí)際的案例環(huán)境中，更容易把主動(dòng)土壓力概念和主動(dòng)土壓力的計(jì)算方法結(jié)合起來學(xué)習(xí)，而不是把兩者割離，實(shí)際上更容易加深理解。這種具體實(shí)施方式體現(xiàn)了概念分析、概念組合、概念應(yīng)用的內(nèi)涵。

3 土力學(xué)概念教學(xué)考核與效果分析

筆者受朱慈勉教授結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)方法的啟發(fā)，在土力學(xué)教學(xué)過程中有意識(shí)地嘗試進(jìn)行概念教學(xué)至今兩年時(shí)間了。兩年以來，在學(xué)生的課程考核中，筆者不僅要進(jìn)行常規(guī)的期末考試，并且會(huì)專門進(jìn)行工程案例分析考核。一般是選取一些失敗的案例，提供紛繁蕪雜的背景條件，考核學(xué)生能不能抓住案例失敗的本質(zhì)原因。大多數(shù)學(xué)生能從土力學(xué)的角度出發(fā)，找到核心問題。說明該教學(xué)方法是有效的，也為學(xué)生后續(xù)地基基礎(chǔ)、基坑工程以及邊坡工程的學(xué)習(xí)打下了較好的基礎(chǔ)，對(duì)學(xué)生更好地適應(yīng)以后的工作也是有利的。

4 結(jié)語

1)土力學(xué)是一門源于實(shí)踐、又應(yīng)用于實(shí)踐的課程。地基基礎(chǔ)、基坑工程、邊坡工程等的設(shè)計(jì)與施工，無一不跟土力學(xué)關(guān)系密切。工程設(shè)計(jì)和施工中很多事故就源于土力學(xué)概念不明確。因此，概念教學(xué)法在土力學(xué)中的應(yīng)用是非常重要的。土力學(xué)教學(xué)過程中，強(qiáng)調(diào)概念教學(xué)，就是要幫助學(xué)生建立宏觀認(rèn)識(shí)，建立土力學(xué)的知識(shí)框架體系，加強(qiáng)知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系和滲透，通過聯(lián)系工程實(shí)際加深基本概念和基本理論的理解深度，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用概念來分析和解決工程實(shí)際問題。

2)基于概念教學(xué)的理念，結(jié)合土力學(xué)課程的特點(diǎn)，提出在課程教學(xué)中概念教學(xué)的一些具體實(shí)施方式：要求學(xué)生記憶土體常見參數(shù)的數(shù)值；教學(xué)過程與工程案例密切結(jié)合；標(biāo)語化教學(xué)等。

3)選取一些失敗的案例，提供紛繁蕪雜的背景條件，考核學(xué)生能不能抓住案例失敗的本質(zhì)原因。大多數(shù)學(xué)生能從土力學(xué)的角度出發(fā)，找到核心問題。說明該教學(xué)方法是有效的，學(xué)生不僅掌握了概念的內(nèi)涵，而且能夠自如地運(yùn)用。

[1] 趙緒昌.數(shù)學(xué)概念教學(xué)的意義、問題、方法及建構(gòu)策略[J].中學(xué)數(shù)學(xué)雜志(初中版),2016(2):12-15.

[2] 鄭春和.高中生物學(xué)概念教學(xué)的理論與實(shí)踐[J].中小學(xué)教材教學(xué),2002(15):11-15.

[3] 郭建鵬.概念學(xué)習(xí)研究:觀點(diǎn)、應(yīng)用及發(fā)展[J].上海教育科研,2013(2):54-57.

[4] 閻金鐸.中學(xué)物理教材教法[M].北京:北京師范大學(xué)出版社,1981.

[5] 朱慈勉,張偉平.結(jié)構(gòu)力學(xué)(下冊(cè))[M].北京:高等教育出版社,2010.

(責(zé)任校對(duì) 王小飛)

10.13582/j.cnki.1674-5884.2016.12.023

20160830

湖南科技大學(xué)教學(xué)研究與改革項(xiàng)目(902-G31542)

楊仙(1982-)，女，湖北天門人，講師，主要從事地質(zhì)工程研究。

G64

A

1674-5884(2016)12-0077-03