高職院校土力學(xué)與地基基礎(chǔ)課堂教學(xué)改革探析★

崔 穎 韓宜康

(南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 210031)

1 概述

《土力學(xué)與地基基礎(chǔ)》在高職院校中是土木及相關(guān)工程專業(yè)的必修課，課程包括基本理論、工程應(yīng)用以及試驗(yàn)操作三個(gè)部分，涵蓋了土力學(xué)以及地基處理兩大塊內(nèi)容。從課程內(nèi)容上來分析，土力學(xué)與地基基礎(chǔ)屬于工程實(shí)踐類的學(xué)科，其研究對(duì)象是房建、橋隧、港航等工程中接觸到的土體，學(xué)習(xí)土體的三大特性即強(qiáng)度特性、變形特性和滲透特性，并能用所學(xué)的知識(shí)解決工程實(shí)際問題。同時(shí)土力學(xué)與地基基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)又建立在掌握材料力學(xué)、理論力學(xué)等專業(yè)基礎(chǔ)課程知識(shí)的基礎(chǔ)之上，要求學(xué)生能夠熟練運(yùn)用上述課程所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行力學(xué)的分析與計(jì)算，此外課程學(xué)習(xí)過程中還要求學(xué)生掌握基礎(chǔ)的土工試驗(yàn)，來測(cè)定分析土體的強(qiáng)度以及變形特征。從課程的教學(xué)要求以及內(nèi)容上來分析，土力學(xué)與地基基礎(chǔ)屬于工程實(shí)踐類學(xué)科，很多定理、公式均來源于工程實(shí)踐，然后在進(jìn)一步歸納總結(jié)的基礎(chǔ)上又服務(wù)于工程實(shí)踐。目前土力學(xué)與地基基礎(chǔ)傳統(tǒng)教學(xué)方法依然遵循老師教、學(xué)生學(xué)的模式，往往是先講述定理公式，再通過相關(guān)例題進(jìn)行解題訓(xùn)練，教學(xué)過程比較枯燥，教學(xué)方法比較單一，難以激發(fā)學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的興趣，尤其是對(duì)于高職學(xué)生，本身基礎(chǔ)比較薄弱，單純講述理論知識(shí)，很難收到良好的教學(xué)效果。

因此，土力學(xué)與地基基礎(chǔ)課程課堂教學(xué)要結(jié)合課程特點(diǎn)與高職學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)，更新教學(xué)手段，從教師教，學(xué)生學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)榻處熞龑?dǎo)，學(xué)生主導(dǎo)式學(xué)習(xí)，優(yōu)化課堂教學(xué)過程，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，提升教學(xué)效果。高職學(xué)生相對(duì)于本科學(xué)生而言，在知識(shí)結(jié)構(gòu)與學(xué)習(xí)能力方面尚存在較大的差距，而日后所從事的工作性質(zhì)決定了他們對(duì)于知識(shí)層次的掌握存在重技能、輕理論的學(xué)情現(xiàn)狀，因此在教學(xué)環(huán)節(jié)要重視學(xué)生的關(guān)注點(diǎn)[1],重視課程的實(shí)用性、可操作性，著重于技能教育，對(duì)于理論教學(xué)，雖不能忽視，但應(yīng)本著服務(wù)與服從于技能教育的原則進(jìn)行整體教學(xué)安排與設(shè)計(jì)。高職學(xué)生的土力學(xué)課堂教學(xué)改革，亦有很多的研究與探討[2-5]，本文對(duì)土力學(xué)與地基基礎(chǔ)課程的教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)合高職學(xué)生的學(xué)情分析，探討行之有效的教學(xué)改革方法。

2 教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化

土力學(xué)與地基基礎(chǔ)課程分為兩大部分：第一部分側(cè)重于理論教學(xué)，講述土的物理性質(zhì)與參數(shù)、土的滲透性、土中應(yīng)力計(jì)算、地基沉降計(jì)算、土的抗剪強(qiáng)度；第二部分側(cè)重于工程應(yīng)用，講述地基承載力、邊坡穩(wěn)定分析、土壓力與擋土墻設(shè)計(jì)、樁基礎(chǔ)、地基處理。按照傳統(tǒng)的教學(xué)方法，先講理論部分，再講工程應(yīng)用，往往會(huì)在教學(xué)環(huán)節(jié)形成理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)脫鉤，對(duì)于高職學(xué)生而言，很容易會(huì)形成前學(xué)后忘，不利于其知識(shí)的掌握，所以在進(jìn)行課程設(shè)計(jì)與課堂教學(xué)前，有必要對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行梳理，優(yōu)化教學(xué)章節(jié)。土力學(xué)與地基基礎(chǔ)研究的是土的物理特性與工程性質(zhì)，涉及到土的強(qiáng)度問題、變形問題和滲透問題，所以在教學(xué)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，可以根據(jù)課程特點(diǎn)，打破原有章節(jié)的順序，以研究的問題作為導(dǎo)向，引入教學(xué)內(nèi)容，按照這樣的思路，課程章節(jié)可以按以下順序進(jìn)行分類，并在教學(xué)過程中列出主次。

表1 教學(xué)內(nèi)容分類表

按照表1教學(xué)內(nèi)容分類，將教學(xué)內(nèi)容劃分為一個(gè)基礎(chǔ)，一個(gè)誘因，三個(gè)問題再對(duì)應(yīng)各自的工程應(yīng)用，在課堂教學(xué)過程中，依據(jù)這樣的教學(xué)脈絡(luò)進(jìn)行教學(xué)，課程內(nèi)容就梳理得比較清晰，也易于高職學(xué)生的學(xué)習(xí)與掌握。

3 教學(xué)方法優(yōu)化

土力學(xué)與地基基礎(chǔ)是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，從課程章節(jié)設(shè)置上也可以看出，學(xué)習(xí)主要內(nèi)容也是為了解決工程中遇到的問題，故在課堂教學(xué)過程中，如果按照傳統(tǒng)基礎(chǔ)課程的教學(xué)方法把大量時(shí)間和精力用于公式定理與概念的講解，而忽略工程應(yīng)用，很容易造成課堂教學(xué)方式的單一，教學(xué)內(nèi)容的枯燥，出現(xiàn)教師教而無趣，學(xué)生學(xué)而無味的情況。高職教育與普通高等教育的對(duì)象與目標(biāo)又有所不同，培養(yǎng)的學(xué)生今后主要是在生產(chǎn)一線的從事技能型的工作，對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力、實(shí)操能力均有較高的要求，雖然也要求學(xué)生具備一定的理論知識(shí)，但更側(cè)重于用理論去指導(dǎo)實(shí)踐解決實(shí)際問題，所以在教學(xué)過程中如果一味強(qiáng)調(diào)理論講解，往往會(huì)造成本末倒置的問題，出現(xiàn)理論知識(shí)沒有掌握好，實(shí)踐動(dòng)手能力也沒有得到提高的現(xiàn)象。土力學(xué)與地基基礎(chǔ)的內(nèi)容又有別于傳統(tǒng)力學(xué)，傳統(tǒng)力學(xué)研究的對(duì)象是彈性體、均一、各向同性，往往不考慮內(nèi)部應(yīng)力的變化與結(jié)構(gòu)變形，學(xué)生易于理解與掌握，而土力學(xué)與地基基礎(chǔ)研究的土體是天然巖石風(fēng)化后的產(chǎn)物，形成了松散的聚合物，屬于非均一體，各向異性，在受力表現(xiàn)上體現(xiàn)出彈塑性的力學(xué)特征，使得力學(xué)分析、變形特性較之彈性體更為復(fù)雜，學(xué)生在初次接觸時(shí)，往往很難理解與掌握，此外除了理論教學(xué)環(huán)節(jié)外，試驗(yàn)教學(xué)也是課程中很重要的一部分內(nèi)容，教學(xué)大綱要求學(xué)生掌握基礎(chǔ)的土工試驗(yàn)并能做簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)處理與分析，所以在教學(xué)過程中就更需要和工程實(shí)際問題結(jié)合，提高學(xué)生的動(dòng)手能力和操作能力，才能有助于學(xué)生掌握好相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，更好地為工程建設(shè)服務(wù)。

因此針對(duì)課程特點(diǎn)，學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，有必要改進(jìn)傳統(tǒng)的教學(xué)方法，一方面在教學(xué)內(nèi)容上圍繞土力學(xué)的三大問題(強(qiáng)度、變形和滲透)這個(gè)主線開展；在教學(xué)設(shè)計(jì)上，需要結(jié)合工程應(yīng)用，理論聯(lián)系實(shí)際，改變傳統(tǒng)教學(xué)中教師一言堂的局面，在教學(xué)過程中重視學(xué)生的參與度，發(fā)揮出學(xué)生的主觀能動(dòng)性，提高教學(xué)效果。

基于土力學(xué)課程實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，在課堂教學(xué)過程中需要打破理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的界限，按模塊化教學(xué)的思路進(jìn)行課堂教學(xué)安排，體現(xiàn)出課程實(shí)踐性與應(yīng)用性的特點(diǎn)，同時(shí)需要注意的是在教學(xué)環(huán)節(jié)要解決傳統(tǒng)教學(xué)方法手段單一、枯燥等一系列問題。

如何在改進(jìn)教學(xué)方法的前提下，提升教學(xué)效果，本文以土的抗剪強(qiáng)度理論為例，做一些嘗試與探索。抗剪強(qiáng)度理論是土力學(xué)與地基處理中一個(gè)非常重要的知識(shí)點(diǎn)，涉及到土體結(jié)構(gòu)分析、土工建筑物的穩(wěn)定性分析、地基處理方案的比選等，既有理論數(shù)值的計(jì)算，又有試驗(yàn)參數(shù)的分析應(yīng)用、工程實(shí)踐環(huán)節(jié)的評(píng)價(jià)，涵蓋理論與工程實(shí)踐各個(gè)環(huán)節(jié)，以這個(gè)知識(shí)點(diǎn)為例分析，具備代表性與可操作性。在進(jìn)行課堂教學(xué)前，首先對(duì)土的強(qiáng)度理論的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行梳理，梳理結(jié)果如表2所示。

表2 抗剪強(qiáng)度理論教學(xué)內(nèi)容表

依據(jù)教學(xué)內(nèi)容表，抗剪強(qiáng)度的知識(shí)點(diǎn)一共劃分為四個(gè)學(xué)時(shí)，可以劃分為三個(gè)模塊，分別為理論模塊、試驗(yàn)?zāi)K和應(yīng)用模塊，這樣在進(jìn)行課程講解的時(shí)候內(nèi)容主線比較清晰，也易于和學(xué)生講解。模塊劃分好后，進(jìn)行教學(xué)組織與內(nèi)容設(shè)計(jì)。教學(xué)內(nèi)容編排上，打破原來的先理論后試驗(yàn)再實(shí)踐的固有模式，形成教學(xué)內(nèi)容的模塊化，但又不將模塊孤立開，而是將三個(gè)模塊的內(nèi)容進(jìn)行組合與穿插，類似“搭積木”的方式完成內(nèi)容的設(shè)計(jì)與整合，這樣在講授每一個(gè)主題時(shí)，明確一條主線，然后按照主線要求進(jìn)行內(nèi)容的編排。在主線框架搭設(shè)完備后，首先先談因土體抗剪強(qiáng)度不足所造成的工程問題，讓學(xué)生思想上對(duì)土的抗剪強(qiáng)度引起重視；然后結(jié)合土體的結(jié)構(gòu)特性講述土的抗剪強(qiáng)度理論，在講述理論知識(shí)點(diǎn)同時(shí)，穿插到試驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，使得學(xué)生加深對(duì)概念的理解，同時(shí)也提高他們的動(dòng)手能力；最后是實(shí)踐環(huán)節(jié)，利用抗剪強(qiáng)度理論與試驗(yàn)參數(shù)對(duì)給定土體做工程情況下的穩(wěn)定性分析，在內(nèi)容上形成了理論—實(shí)踐—應(yīng)用的知識(shí)體系的閉環(huán)。在教學(xué)組織方面，為提高學(xué)生的參與度，在課堂教學(xué)前，對(duì)班級(jí)學(xué)生進(jìn)行分組，每一個(gè)小組作為一個(gè)小的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，并設(shè)置項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人，將教學(xué)知識(shí)點(diǎn)講授給學(xué)生后，把任務(wù)分發(fā)給團(tuán)隊(duì)，以團(tuán)隊(duì)的形式分組進(jìn)行知識(shí)討論、試驗(yàn)操作以及工程應(yīng)用，從而讓學(xué)生變成課堂的主角，而教師轉(zhuǎn)變成為課堂顧問的角色，負(fù)責(zé)在學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)出現(xiàn)困惑或在操作出現(xiàn)錯(cuò)誤的情況，及時(shí)進(jìn)行解惑或糾正。通過這樣的教學(xué)方式，能夠最大化地調(diào)動(dòng)起學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情與積極性，同時(shí)在教學(xué)過程中，實(shí)行教學(xué)環(huán)節(jié)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人輪換機(jī)制，保證團(tuán)隊(duì)內(nèi)學(xué)生人人參與，最大限度避免學(xué)生出現(xiàn)磨洋工或渾水摸魚的情況。

4 教學(xué)手段應(yīng)用

隨著微課/慕課/翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)理論不斷深化與應(yīng)用，信息化教學(xué)手段在教學(xué)中的應(yīng)用越來越受到從教人員的重視[6]。所謂信息化教學(xué)是指在教學(xué)中應(yīng)用信息技術(shù)手段，使教學(xué)的所有環(huán)節(jié)數(shù)字化，從而提高教學(xué)質(zhì)量和效率。信息化技術(shù)的日新月異，個(gè)人電腦與手機(jī)的普及,學(xué)生對(duì)于知識(shí)接受的途徑也呈現(xiàn)多元化與多樣化的趨勢(shì)，雖然網(wǎng)絡(luò)手機(jī)的普及在一定程度范圍內(nèi)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)造成不利的影響，例如沉迷于網(wǎng)絡(luò)或手機(jī)游戲，課堂教學(xué)常常出現(xiàn)老師在講臺(tái)講課，學(xué)生在座位上玩手機(jī)的現(xiàn)象，但信息化網(wǎng)絡(luò)化亦非洪水猛獸，合理地使用這些信息化教學(xué)手段，有效利用好網(wǎng)絡(luò)或者云空間，在傳統(tǒng)電氣化教學(xué)手段的基礎(chǔ)上進(jìn)行升華，往往有助于成為課堂教學(xué)效果提升的倍增器。例如可以合理利用手機(jī)網(wǎng)絡(luò)功能，每次上課前發(fā)送本節(jié)課程的任務(wù)書，讓學(xué)生提早熟悉講授內(nèi)容，提前做好預(yù)習(xí)；課堂的隨堂測(cè)試以及課后的答疑與討論均可以借助網(wǎng)絡(luò)完成，實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)的“無紙化”，信息化手段的介入一方面提高了師生之間的溝通效率，學(xué)生有問題，隨時(shí)隨地可以通過信息手段與老師取得聯(lián)系，另一方面也有利于學(xué)生利用碎片時(shí)間來進(jìn)行學(xué)習(xí)，使得知識(shí)的學(xué)習(xí)不再僅僅局限在課堂。當(dāng)然在采用這些信息化教學(xué)手段同時(shí)，也要注意與課程內(nèi)容和教學(xué)方法的匹配，避免出現(xiàn)為了信息化教學(xué)而教學(xué)的怪圈。

土力學(xué)是一門實(shí)踐類的課程，所以對(duì)于土工建筑的認(rèn)知也非常重要，學(xué)生需要了解不同的土工構(gòu)造物的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)形式，破壞準(zhǔn)則與加固維修的措施或方法，但有些土工構(gòu)造物如大壩、山體擋土墻等往往由于地處偏僻，很難有條件帶學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)去認(rèn)知，如果僅僅只是依靠圖片、視頻或者教師的課堂講解，學(xué)生很難有很強(qiáng)的感性認(rèn)知，也不利于向理性認(rèn)知轉(zhuǎn)化。隨著虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展，借助VR技術(shù)手段、電子沙盤等技術(shù)手段，在室內(nèi)模擬現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地的情況，同時(shí)在土工試驗(yàn)環(huán)節(jié)，對(duì)于一些大型的土工試驗(yàn)也可以采用仿真試驗(yàn)，模擬各種條件下的試驗(yàn)工況，加深學(xué)生對(duì)土工程特性的認(rèn)知。例如在講述大壩管涌破壞時(shí)，可以借助仿真技術(shù)進(jìn)行3D效果的投影，教師可以結(jié)合大壩投影的位置重點(diǎn)講解管涌發(fā)生的部位、流土的方向，以及最終的破壞效果，通過這些虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用，讓學(xué)生足不出戶、身臨其境的體驗(yàn)教學(xué)成為可能。

當(dāng)然，無論是信息化教學(xué)手段還是各種仿真技術(shù)軟件的應(yīng)用，在教學(xué)過程中依然要注意把握學(xué)生作為教學(xué)主體，在使用這些教學(xué)手段的同時(shí)，要考慮到他們的興趣、學(xué)習(xí)的積極性、學(xué)習(xí)的持久性等方面，才能真正發(fā)揮這些教學(xué)手段的作用。

5 教學(xué)考核評(píng)價(jià)

教學(xué)考核評(píng)價(jià)是教學(xué)過程中重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，一方面是對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的考察，另一方面通過學(xué)習(xí)效果反饋，及時(shí)發(fā)現(xiàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中的問題，在教學(xué)過程中持續(xù)改進(jìn)、不斷提高。教學(xué)效果考核主要包括隨堂考核、階段考核、期中考核、試驗(yàn)考核以及期末考核幾個(gè)方面，尤其是要重視過程考核和階段考核，所以為了提高學(xué)生對(duì)于過程學(xué)習(xí)的重視，在學(xué)生總成績(jī)中提高過程考核的比重。

考核的手段需要多樣化，傳統(tǒng)的教學(xué)考核一般采用“三七制”或“四六制”的評(píng)分方法，即期末考試成績(jī)占到60%～70%，平時(shí)成績(jī)占40%或30%，而平時(shí)成績(jī)的構(gòu)成也比較單一，無外乎課堂點(diǎn)名考勤和課后的作業(yè)，而改進(jìn)后的教學(xué)考核可以增加考核的方式和頻率，實(shí)現(xiàn)層次化與多樣化。例如課堂教學(xué)考核中可以采用隨堂問答的形式，或者自擬項(xiàng)目題名讓學(xué)生隨堂完成，階段考核可以采用習(xí)題課或項(xiàng)目練習(xí)的形式，亦可開發(fā)與土力學(xué)和地基處理相關(guān)的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目對(duì)學(xué)生知識(shí)掌握的情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，試驗(yàn)考核可以采用分組試驗(yàn)考核辦法進(jìn)行，綜合考察學(xué)生對(duì)試驗(yàn)理論和試驗(yàn)操作掌握的情況，成績(jī)?cè)u(píng)定部分可以由單人成績(jī)、分組成績(jī)、筆試成績(jī)等組成；期末筆試環(huán)節(jié)則重點(diǎn)考察學(xué)生對(duì)概念、定理及相關(guān)公式應(yīng)用的掌握情況。考核的內(nèi)容緊扣課程的知識(shí)點(diǎn)，順著課程的一個(gè)基礎(chǔ)，一個(gè)誘因，三個(gè)問題這條主線，依照內(nèi)容分主次、重點(diǎn)，檢測(cè)學(xué)生學(xué)習(xí)的效果，結(jié)合考核結(jié)果，進(jìn)一步改進(jìn)教學(xué)方法，提高教學(xué)效果。具體的考核分值比重如表3所示。

表3 教學(xué)考核表

通過表3的考核比例與分值設(shè)定，從而改變傳統(tǒng)教學(xué)考核過程中以期末考試成績(jī)?yōu)橹?，平時(shí)成績(jī)?yōu)檩o的記分模式，將原來以期末考核為主，平時(shí)考核為輔的評(píng)價(jià)體系轉(zhuǎn)變?yōu)檫^程化考核與期末考核并重的形式，通過加大平時(shí)考核分值與比重，并借助形式多樣的考核與考察方式，能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，通過這樣的“指揮棒”效應(yīng)，讓學(xué)生在平時(shí)多用功，多復(fù)習(xí)，有效避免在期末考試出現(xiàn)臨時(shí)抱佛腳的現(xiàn)象。

6 結(jié)語

作為工程專業(yè)的基礎(chǔ)課程，土力學(xué)與地基基礎(chǔ)與傳統(tǒng)力學(xué)基礎(chǔ)課程相比，更加重視理論與實(shí)踐的結(jié)合，源自于工程實(shí)踐又服務(wù)于工程實(shí)踐，基于此需要對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式與教學(xué)方法進(jìn)行變革，本文結(jié)合高職學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段以及教學(xué)考核方面多角度和多維度對(duì)土力學(xué)與地基基礎(chǔ)的課堂教學(xué)模式與方法進(jìn)行探討，將教學(xué)課程內(nèi)容劃分為一個(gè)基礎(chǔ)，一個(gè)誘因，三個(gè)問題，優(yōu)化教學(xué)主線結(jié)構(gòu)；教學(xué)方法上形成從理論到實(shí)踐再到應(yīng)用的知識(shí)的閉環(huán)；采用信息化教學(xué)、虛擬仿真技術(shù)等多種教學(xué)手段；并對(duì)教學(xué)考核評(píng)價(jià)體系的比重進(jìn)行了調(diào)整，形成多樣化的考核評(píng)價(jià)方法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高課堂教學(xué)效果，與高職學(xué)生的特點(diǎn)和學(xué)情相結(jié)合，真正將土力學(xué)課堂教學(xué)改革與創(chuàng)新落到實(shí)處。