啟發(fā)式教學(xué)在土力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用研究

胡子付

摘要土力學(xué)教學(xué)過程中，其中具有較強(qiáng)的理論性及實(shí)踐性內(nèi)容，涉及較多的概念，學(xué)習(xí)難度較大。啟發(fā)式教學(xué)是高校研究的熱點(diǎn)教學(xué)模式，關(guān)注對(duì)學(xué)生的引導(dǎo)，使學(xué)生積極掌握知識(shí)。對(duì)此，本文針對(duì)土力學(xué)課程的特點(diǎn)及土力學(xué)課程教學(xué)目標(biāo)及土力學(xué)知識(shí)教學(xué)中存在的問題進(jìn)行分析，思考啟發(fā)式教學(xué)在土力學(xué)課程教學(xué)的實(shí)踐應(yīng)用策略，為土力學(xué)教學(xué)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 啟發(fā)式教學(xué) 土力學(xué) 實(shí)踐教學(xué)

中圖分類號(hào)：G424文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.22.042

The Application of Heuristic Teaching in the Teaching of Soil Mechanics

HU Zifu

（Mining College， Inner Mongolia University of Technology， Hohhot， Inner Mongolia 410051）

AbstractIn the teaching process of soil mechanics， it has strong theoretical and practical content， involves many concepts， and is difficult to learn. Heuristic teaching is a hot teaching mode in Colleges and universities， which focuses on the guidance of students and makes them master knowledge actively. In this regard， this paper analyzes the characteristics of soil mechanics course， the teaching objectives of soil mechanics course and the problems existing in the teaching of soil mechanics knowledge， and considers the practical application strategies of heuristic teaching in soil mechanics course teaching， so as to lay a solid foundation for soil mechanics teaching.

Keywordsheuristic teaching； soil mechanics； practice teaching

土力學(xué)作為研究土體形態(tài)及強(qiáng)度相關(guān)內(nèi)容的學(xué)科，土性質(zhì)具有特殊性特點(diǎn)，這也決定土力學(xué)課程與其他學(xué)科理論的差異。土力學(xué)包括理論及實(shí)踐教學(xué)兩個(gè)部分，理論教學(xué)部分主要是學(xué)習(xí)一些公式及零散的知識(shí)點(diǎn)，理論知識(shí)也是為解決實(shí)踐問題提供計(jì)算基礎(chǔ)的部分，但理論知識(shí)較為枯燥，學(xué)生學(xué)習(xí)起來較為吃力，也無法利用所學(xué)的知識(shí)解決實(shí)際問題。啟發(fā)式教學(xué)指的是教師根據(jù)課程內(nèi)容及教學(xué)目標(biāo)自學(xué)生實(shí)際情況出發(fā)，包括心理特點(diǎn)及知識(shí)結(jié)構(gòu)等，利用靈活的方式激發(fā)學(xué)生的思維，讓學(xué)生主動(dòng)獲得知識(shí)及發(fā)展智力，屬于一種雙向教學(xué)模式。土力學(xué)課程是土木工程及港航工程等專業(yè)開設(shè)的課程，為有效提升課程教學(xué)質(zhì)量，教師應(yīng)當(dāng)在授課過程中采取有效的方法進(jìn)行授課，保證土力學(xué)課程的實(shí)際教學(xué)效果。

1土力學(xué)課程的特點(diǎn)

1.1研究對(duì)象性質(zhì)復(fù)雜

土是大自然的產(chǎn)物，性質(zhì)與混凝土等人工制品不同，土具有三大特性，分別是自然變異性及碎散不連續(xù)型、三相性。其中，自然變異性是巖石風(fēng)化反應(yīng)，地球上的巖石種類存在差異，成分也不盡相同，對(duì)此，風(fēng)化后的物質(zhì)成分較為復(fù)雜。巖石風(fēng)化中包括物理風(fēng)化及化學(xué)風(fēng)化、生物風(fēng)化三種形式，在單獨(dú)的反應(yīng)或者聯(lián)合反應(yīng)下，土質(zhì)結(jié)構(gòu)存在特異性。碎散不連續(xù)型指的是土質(zhì)結(jié)構(gòu)的聯(lián)系薄弱，土顆粒間的聯(lián)系與水及礦物質(zhì)等具有相關(guān)性，土體中的固體、液體及氣體同時(shí)存在的情況會(huì)發(fā)生相互反應(yīng)，在外界環(huán)境發(fā)生改變的情況下，空氣的固體顆粒排出進(jìn)入土壤中，與土壤顆粒發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致土的性質(zhì)具有不確定性。

1.2知識(shí)點(diǎn)相對(duì)復(fù)雜

土體性質(zhì)研究集中在物理及化學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科上，對(duì)土的性質(zhì)進(jìn)行描述，對(duì)此，土力學(xué)課程中涉及的知識(shí)點(diǎn)較為復(fù)雜，比如，土的物理性質(zhì)知識(shí)學(xué)習(xí)中，其中含有大量的物理量及物理量關(guān)系公式、物理指標(biāo)及表達(dá)式。

1.3理論公式半經(jīng)驗(yàn)及半假定

土力學(xué)除基本的公式外，也有一些公式為解決實(shí)際問題而產(chǎn)生，通過物理及力學(xué)等公式，對(duì)土體經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷，通過合理化的假定對(duì)公式進(jìn)行修訂，使公式具有半經(jīng)驗(yàn)及半假定的特點(diǎn)。在土力學(xué)中的重要原理學(xué)習(xí)過程中，對(duì)物理學(xué)中的各項(xiàng)參數(shù)關(guān)系式進(jìn)行計(jì)算，提出有效的概念后，認(rèn)為土顆粒接觸點(diǎn)的面積小，若假定為0，能獲得總應(yīng)力及孔隙應(yīng)力、有效應(yīng)力的計(jì)算原理。

2土力學(xué)課程教學(xué)目標(biāo)

教師的功能不僅在于教學(xué)，而是通過教書達(dá)到育人的目的，教師還需立足遠(yuǎn)期角度進(jìn)行思考，傳承課程知識(shí)的同時(shí)，也要對(duì)知識(shí)體系進(jìn)行更新，保證教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新性。在土力學(xué)課程教學(xué)過程中，堅(jiān)持理論聯(lián)合實(shí)際，教學(xué)聯(lián)合生產(chǎn)的原則，制定切實(shí)可行的教學(xué)目標(biāo)。在教學(xué)過程中注重提升教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的人才。在教學(xué)過程中，加強(qiáng)各個(gè)環(huán)節(jié)的聯(lián)系，積極接受新知識(shí)，完善實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，及時(shí)改革創(chuàng)新教學(xué)方法，豐富土力學(xué)教學(xué)資源。在課程教學(xué)過程中，應(yīng)當(dāng)關(guān)注理論引導(dǎo)，適當(dāng)引入相關(guān)的工程案例，介紹工程背景，通過信息技術(shù)整合動(dòng)畫及視頻資源，為學(xué)生提供豐富的學(xué)習(xí)案例。深化學(xué)生對(duì)土力學(xué)基本知識(shí)的理解，在初步解題及應(yīng)用過程中，關(guān)注理論知識(shí)的實(shí)際聯(lián)系，教學(xué)中各個(gè)要素保持有機(jī)的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)紙質(zhì)教材及多媒體教材等優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。在教學(xué)過程中應(yīng)當(dāng)關(guān)注實(shí)踐教學(xué)，拓展學(xué)生的發(fā)揮空間，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力及工程應(yīng)用能力。結(jié)合不同專業(yè)的知識(shí)點(diǎn)，安排相關(guān)的實(shí)驗(yàn)室課程。教師也要讓學(xué)生學(xué)習(xí)對(duì)應(yīng)專業(yè)的課外書籍，學(xué)習(xí)課外書籍的目的在于結(jié)合課內(nèi)內(nèi)容，為課程閱讀提供參考書籍。開放實(shí)驗(yàn)室后，學(xué)生自主完成實(shí)驗(yàn)，鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行創(chuàng)新。在教學(xué)活動(dòng)中，加強(qiáng)學(xué)生及教師之間的互動(dòng)，使理論教學(xué)向?qū)嵺`教學(xué)轉(zhuǎn)變，教師將每堂課或者每個(gè)周期課程中的成果提煉，根據(jù)知識(shí)點(diǎn)情況，增設(shè)課外講座，讓學(xué)生將工程實(shí)際案例與理論知識(shí)聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生利用知識(shí)解決實(shí)踐問題的能力。

3土力學(xué)知識(shí)教學(xué)中存在的問題

3.1教學(xué)理論強(qiáng)，內(nèi)容過于抽象

在土力學(xué)課程學(xué)習(xí)過程中，其中涉及豐富的理論知識(shí)，作為一門將力學(xué)作為基礎(chǔ)的課程，應(yīng)當(dāng)注重講解其中的力學(xué)原理及力學(xué)公式。教師在授課過程中不可避免的學(xué)習(xí)一些抽象的概念，講解一些力學(xué)基本原理或者復(fù)雜的公式、經(jīng)驗(yàn)性結(jié)果，或者對(duì)一些家庭條件進(jìn)行引入。要求學(xué)生具有扎實(shí)的數(shù)學(xué)及物理基礎(chǔ)知識(shí)外，也要完成課前預(yù)習(xí)，對(duì)專業(yè)中的知識(shí)有全面的認(rèn)識(shí)。一旦出現(xiàn)知識(shí)盲點(diǎn)，對(duì)后續(xù)的教學(xué)成果會(huì)產(chǎn)生影響，甚至影響學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況。

3.2教學(xué)模式枯燥及單一，教學(xué)內(nèi)容局限在書本

現(xiàn)階段土力學(xué)多采取多媒體及板書聯(lián)合教學(xué)模式，多媒體演示及板書教學(xué)中，教師講解的內(nèi)容均是課本內(nèi)容，包括一些復(fù)雜的公式，教師關(guān)注對(duì)公式原理的講解，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中感到非?？菰铮瑹o法跟隨教師的思路，單純的理論知識(shí)學(xué)習(xí)容易讓學(xué)生產(chǎn)生深?yuàn)W及抽象的錯(cuò)覺。

3.3關(guān)注內(nèi)容傳授，忽視學(xué)生主動(dòng)性

教學(xué)涵蓋兩個(gè)方面內(nèi)容，分別是教、學(xué)，多數(shù)教師在實(shí)際教學(xué)中，單純的關(guān)注教，想盡辦法讓學(xué)生掌握課本知識(shí)，但忽視學(xué)生的學(xué)，尤其是學(xué)生不主動(dòng)學(xué)習(xí)內(nèi)容，往往無法深入掌握知識(shí)，單純學(xué)習(xí)淺層知識(shí)，這種情況下無法培養(yǎng)學(xué)生的能力。針對(duì)土力學(xué)課程情況，目前的教學(xué)模式依舊存在一定的問題，對(duì)此，還需自化難為易的思想上出發(fā)，跳出課堂學(xué)習(xí)的局限性，引入啟發(fā)式教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生課堂知識(shí)探索的主動(dòng)性，讓學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)知識(shí)，使學(xué)生對(duì)知識(shí)有全面的掌握，并靈活應(yīng)用知識(shí)。

4啟發(fā)式教學(xué)在土力學(xué)課程教學(xué)的實(shí)踐應(yīng)用

4.1在土的形成教學(xué)中的應(yīng)用

土力學(xué)課程面對(duì)的對(duì)象是土，對(duì)土的應(yīng)力及應(yīng)變、滲透規(guī)律等進(jìn)行研究。該課程中學(xué)生第一項(xiàng)接觸的內(nèi)容便是土的形成，為后續(xù)學(xué)習(xí)土力學(xué)相關(guān)問題奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，對(duì)此，如何有效學(xué)習(xí)此部分內(nèi)容非常重要。在課程教學(xué)過程中，教師通過啟發(fā)式教學(xué)啟發(fā)學(xué)生的思想，比如，教師先拋出一個(gè)問題：“同學(xué)們，你們知道土是怎么形成的嗎？”在問題的導(dǎo)向下，引發(fā)學(xué)生對(duì)問題的思考，通過思維引導(dǎo)的方式讓學(xué)生將精力集中在課堂上。隨后，學(xué)生會(huì)回答各式各樣的問題，有人認(rèn)為土是一種本來存在的資源，是石頭變成粉末狀形成的。此時(shí)教師讓大家安靜的觀看大屏幕，其中介紹60億年前，地球剛剛誕生，受到宇宙射線及太陽輻射等影響，在內(nèi)部作用力下，地球開始有規(guī)律的自轉(zhuǎn)及公轉(zhuǎn)，在內(nèi)外力量的影響下，地球內(nèi)部開始噴射大量的巖漿，受到各種作用力的影響而發(fā)生分裂，形成碎屑物質(zhì)。此過程中學(xué)生腦海中具有了一種畫面感，開始對(duì)土力學(xué)知識(shí)有初步的了解。教師在教學(xué)過程中對(duì)各種內(nèi)外作用力進(jìn)行分析，內(nèi)外作用力能統(tǒng)稱為風(fēng)化作用，包括物理風(fēng)化及化學(xué)風(fēng)化兩種類型。物理風(fēng)化指的是巖石的大小及形狀發(fā)生的變化，自大到小，最終變成粉末，但化學(xué)性質(zhì)沒有發(fā)生變化。化學(xué)風(fēng)化指的是暴露在空氣中的物質(zhì)，在空氣中與水及二氧化碳等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，巖石變小的同時(shí)，化學(xué)成分也發(fā)生了變化。在風(fēng)化后會(huì)形成碎屑，沒有經(jīng)過搬運(yùn)沉落在原地，最終形成殘積物。通過水的運(yùn)輸將殘積物運(yùn)輸?shù)搅硗庖粋€(gè)區(qū)域，形成重新沉積，也叫作沖積物。我國(guó)的長(zhǎng)江中下游平原便是典型的沖積平原，在風(fēng)力作用下對(duì)殘積物進(jìn)行搬運(yùn)，則是風(fēng)積物，比較典型的地區(qū)是關(guān)中平原。在冰川的作用下形成冰積物，在沼澤的作用下形成沉積物，通過此類內(nèi)容學(xué)習(xí)，學(xué)生認(rèn)識(shí)到土的形成原因。

4.2在土的變形教學(xué)中的應(yīng)用

土的變形作為土力學(xué)中的重要內(nèi)容，針對(duì)一些建筑物進(jìn)行分析，比如，建筑物應(yīng)當(dāng)滿足強(qiáng)度需求及變形需求。通過公式進(jìn)行表述主要是△≤[△]，此公式中，△能模擬建筑物發(fā)生的變形狀態(tài)，而[△]處于規(guī)范性指標(biāo)范圍。土力學(xué)課程學(xué)習(xí)過程中，針對(duì)變形問題學(xué)習(xí)主要掌握變形的基本原理，在此基礎(chǔ)上掌握土體變形的基本方法。在此類內(nèi)容講解過程中，教師無須直接講解土的變形原理，而是先對(duì)學(xué)生進(jìn)行提問，通過一個(gè)簡(jiǎn)單的問題進(jìn)行深化，比如，學(xué)生在學(xué)習(xí)土體形成知識(shí)后，認(rèn)識(shí)到土在內(nèi)外荷載力的變化下會(huì)發(fā)生變形反應(yīng)。教師讓學(xué)生在戶外取一塊土，雙手施加壓力的情況下，會(huì)看到土體的發(fā)生變形。對(duì)此，教師提出問題：“土變形與土體三相中的哪一部分知識(shí)有關(guān)？變形問題是來自土體中的孔隙水嗎？如果不是來自孔隙水，變形與哪些內(nèi)容相關(guān)？”一般情況下飽和土變形并非來自孔隙水，經(jīng)過教師的持續(xù)性啟發(fā)教學(xué)，學(xué)生對(duì)課堂知識(shí)的學(xué)習(xí)興趣提升，比如，教師利用多媒體工具進(jìn)行展示，工程上常見壓力問題，土顆粒本身及孔隙水壓縮變形較為微小，甚至能忽略不計(jì)。飽和土變形往往是土體間隙縮減。若土體中的孔隙水無法排出，土體也無法變形，對(duì)此，孔隙水排出速率決定土體的滲透性，孔隙水排除速度快，土體滲透性弱，孔隙水排出慢。在工程科學(xué)中，一旦要研究某個(gè)問題，多是自實(shí)驗(yàn)入手，對(duì)土的變形問題進(jìn)行分析，獲得基本的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。比如，固結(jié)試驗(yàn)學(xué)習(xí)過程中，對(duì)土體施加荷載，獲得土體應(yīng)力變形關(guān)系曲線。在實(shí)驗(yàn)過程中，通過變形指標(biāo)獲得孔隙比。在后續(xù)的學(xué)習(xí)過程中，針對(duì)后續(xù)思路壓縮指數(shù)Cc及壓縮指數(shù)Cs等級(jí)進(jìn)行分析，完成對(duì)土體壓縮性試驗(yàn)的講解。

4.3在土的強(qiáng)度教學(xué)中的應(yīng)用

土的強(qiáng)度問題學(xué)習(xí)是土力學(xué)課程中的關(guān)鍵性問題，其問題包括建筑物產(chǎn)生的豎向應(yīng)力小于地基土承載力，利用公式進(jìn)行表示為p≤f。其中的p表示建筑物豎向應(yīng)力，f表示土體承載力。課程學(xué)習(xí)的主要任務(wù)是掌握荷載力基本強(qiáng)度理論。在該問題學(xué)習(xí)過程中，分析“土的強(qiáng)度問題是否能滿足抗剪力要求？”學(xué)生在初步接觸問題后，興趣被激發(fā)，但由于知識(shí)水平不夠，無法回答問題。教師在提出問題后，也不會(huì)直接回答問題，應(yīng)當(dāng)根據(jù)材料力學(xué)相關(guān)知識(shí)，針對(duì)微小單元內(nèi)部作用力進(jìn)行分析，從而獲得法向應(yīng)力及剪應(yīng)力?；诖怪弊饔孟拢ㄏ驊?yīng)力反應(yīng)是否會(huì)引發(fā)土體破壞是學(xué)生應(yīng)當(dāng)思考的問題。學(xué)生多會(huì)回答不會(huì)引起土體破壞，如果并非是法向應(yīng)力導(dǎo)致的土體破壞，是哪部分應(yīng)力引發(fā)的土體破壞。隨后學(xué)生會(huì)思考剪切力相關(guān)因素，在剪切力的作用下對(duì)土體進(jìn)行破壞，土體自作用面逐漸破壞，對(duì)此，土體強(qiáng)度破壞往往指的是剪切破壞。針對(duì)該結(jié)論已經(jīng)獲得證實(shí)，對(duì)此，判斷土體應(yīng)力破壞過程中，需要對(duì)比兩個(gè)量，從而獲得剪切力及抗剪力。在土力學(xué)學(xué)習(xí)過程中涉及較多的剪切力知識(shí)，直接在材料力學(xué)中應(yīng)用，獲得大小主應(yīng)力反應(yīng)。為便于應(yīng)用公式，法向應(yīng)力及剪應(yīng)力可通過應(yīng)力摩爾圓表示。土抗剪強(qiáng)度可利用庫(kù)倫抗剪強(qiáng)度公式進(jìn)行計(jì)算，抗剪強(qiáng)度公式也能表現(xiàn)曲線關(guān)系。經(jīng)過仔細(xì)觀察認(rèn)識(shí)到，土剪應(yīng)力不會(huì)比土抗剪強(qiáng)度大，土體破壞后，破壞的土體表面開裂，為便于對(duì)比，將應(yīng)力摩爾圓及抗剪強(qiáng)度繪制成橫軸及縱軸坐標(biāo)系，其中的摩爾圓及抗剪力強(qiáng)度包線相切，此狀態(tài)也被稱之為極限平衡狀態(tài)，也是判斷土體是否破壞的基本原則。根據(jù)極限平衡狀態(tài)獲得土體強(qiáng)度相關(guān)公式，即土的極限平衡條件。自此，可拋出核心問題及問題的解決思路，解決土體強(qiáng)度相關(guān)問題，在啟發(fā)式教學(xué)過程中，學(xué)生的精力集中在課堂，為高質(zhì)量教學(xué)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

5結(jié)束語

伴隨新課程改革步伐的推進(jìn)，土力學(xué)課程教學(xué)過程中，教師應(yīng)當(dāng)將學(xué)生擺在中心位置，思考學(xué)生的學(xué)習(xí)條件，整合學(xué)習(xí)資源，在引導(dǎo)式及啟發(fā)性教學(xué)中，理清學(xué)習(xí)思路，掌握學(xué)習(xí)方法，提升學(xué)習(xí)能力，關(guān)注師生交流，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。在解決工程問題過程中，教師應(yīng)當(dāng)積極拓展學(xué)生的認(rèn)知面，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)力學(xué)概念的理解，比如，教師在教學(xué)過程中先拋出一個(gè)關(guān)鍵性問題，逐步進(jìn)行引導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生求知欲望，通過縝密的邏輯解決問題，使被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，達(dá)到理想的課程教學(xué)目標(biāo)。

基金項(xiàng)目：內(nèi)蒙古自治區(qū)自然科學(xué)基金《鄂爾多斯盆地東北部準(zhǔn)格爾旗二疊系沉積與碎屑鋯石年代學(xué)記錄及其對(duì)構(gòu)造演化的約束》（項(xiàng)目編號(hào)：2019030267）

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