《土力學(xué)》互動(dòng)式教學(xué)模式探討

李平，沈揚(yáng)

(河海大學(xué) 土木與交通學(xué)院，江蘇 南京）

一 引言

《土力學(xué)》是土木水利類專業(yè)學(xué)生的必修課程，融合了材料力學(xué)、流體力學(xué)等學(xué)科的基本原理，在工科院校的課時(shí)和學(xué)分普遍占比較大，是本科生教學(xué)工作中的一門重要的基礎(chǔ)專業(yè)課。隨著我國(guó)工程建設(shè)的快速發(fā)展，《土力學(xué)》理論的應(yīng)用范圍不斷延展擴(kuò)大，相應(yīng)的地基基礎(chǔ)處理技術(shù)日新月異，但有關(guān)地基基礎(chǔ)發(fā)生的事故也是層出不窮，而且地基基礎(chǔ)多是地下工程，一旦事故發(fā)生，損失大、難以修復(fù)。因此，對(duì)《土力學(xué)》理論的學(xué)習(xí)和掌握更加日益重要。

《土力學(xué)》是一門承上啟下的過渡學(xué)科，其所具有的基礎(chǔ)課的特征決定了在教學(xué)活動(dòng)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)教師的“獨(dú)自講”和學(xué)生的“各自聽”無法產(chǎn)生互動(dòng)共鳴，即使教師偶爾想提問討論，回應(yīng)的多是一片沉寂，難以達(dá)到溝通的效果，讓人“很是受傷”。在現(xiàn)今因疫情特殊情況下的線上教學(xué)，這一現(xiàn)象尤為突出。教學(xué)是“教”和“學(xué)”的高度融合，而“互動(dòng)教學(xué)”是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)必不可少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也決定著“教”和“學(xué)”的實(shí)際效果。怎么才能更好地實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)的互動(dòng)呢，結(jié)合筆者在《土力學(xué)》長(zhǎng)期教學(xué)中的一些體會(huì)，本文分析了《土力學(xué)》教學(xué)中存在的不足，討論并給出了互動(dòng)式教學(xué)的幾點(diǎn)建議，以供參考。

二 《土力學(xué)》教學(xué)問題分析

（一） 教學(xué)內(nèi)容多樣性

《土力學(xué)》主要是研究土的物理、化學(xué)和力學(xué)性質(zhì)，以及在外部因素如荷載、水、溫度等作用條件下的工程性狀，力圖解析土體的變形、強(qiáng)度和滲透三大特性問題[1]。自然界土體由于所處時(shí)空和歷史成因的不同，具有一定的區(qū)域性和成層變異性等特點(diǎn)?！锻亮W(xué)》教學(xué)內(nèi)容既有力學(xué)理論，也包含室內(nèi)外試驗(yàn)和工程實(shí)例分析，相對(duì)較為繁雜。當(dāng)前的教學(xué)中大都照本宣科，以教師的單一的“講”為主，尤其是在基本概念和力學(xué)原理的教學(xué)章節(jié)，學(xué)生普遍反映較為枯燥，更別說師生產(chǎn)生互動(dòng)共鳴了。

從《土力學(xué)》內(nèi)容的章節(jié)分布來看，前后聯(lián)系不夠緊密，不像材料力學(xué)、彈性力學(xué)及結(jié)構(gòu)力學(xué)等其他力學(xué)教學(xué)內(nèi)容所具有的層層遞進(jìn)性。比如說我們?cè)诟鞣N版本的《土力學(xué)》教材中常常會(huì)發(fā)現(xiàn)關(guān)于“土的滲透性”和“地基土體中的應(yīng)力計(jì)算”這兩個(gè)章節(jié)內(nèi)容經(jīng)常會(huì)互換，其對(duì)《土力學(xué)》教學(xué)順序的影響微乎其微，似乎先學(xué)哪一個(gè)都是可以的。

（二） 與工程測(cè)試結(jié)合不緊密

《土力學(xué)》中的理論公式多屬于實(shí)驗(yàn)規(guī)律或經(jīng)驗(yàn)半經(jīng)驗(yàn)公式，具有較強(qiáng)的操作實(shí)用性。與《土力學(xué)》所對(duì)應(yīng)的巖土工程測(cè)試則是一門動(dòng)手性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)課，但一般是作為獨(dú)立的課程存在，在授課的時(shí)間和空間上也存在一定的差異性，沒有將兩者較好地結(jié)合起來。筆者在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，許多在理論課上不敢說、不敢問的學(xué)生卻能夠在實(shí)驗(yàn)課上得到完全的釋放，與教師的互動(dòng)交流明顯更積極主動(dòng)。那么，在課程的安排上怎樣才能與工程測(cè)試緊密結(jié)合起來從而達(dá)到互動(dòng)式教學(xué)的效果呢，這需要教師進(jìn)一步思考。顯然，學(xué)生在工程測(cè)試實(shí)驗(yàn)中的知識(shí)獲得感和教學(xué)效果要比單純的理論課堂好得多，即是說“動(dòng)手”比“動(dòng)口”更重要，如能二者合一，實(shí)現(xiàn)讓學(xué)生“既動(dòng)手又動(dòng)口”，則需要教師、學(xué)生和學(xué)校的共同努力，怎樣才能真正實(shí)現(xiàn)互動(dòng)式教學(xué)任重而道遠(yuǎn)。

（三） 教學(xué)中存在的問題

《土力學(xué)》教學(xué)的基本目標(biāo)是讓學(xué)生掌握土體研究的基本方法和理論，培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用分析能力。從學(xué)生層面來看，由于未接觸過《土力學(xué)》問題和工程實(shí)際，無法形成相關(guān)理論的清晰概念，就不能帶著問題和思考去學(xué)習(xí)和討論交流互動(dòng)[2]。同時(shí)，部分學(xué)生的主觀能動(dòng)性本身就不高，害怕課堂上被老師點(diǎn)名關(guān)注，害怕回答問題錯(cuò)誤，害怕受到老師的批評(píng)等等，因此也就出現(xiàn)了“老師一提問，立刻一低頭”的現(xiàn)象。受到疫情的影響，目前網(wǎng)絡(luò)課堂逐漸增多，互動(dòng)交流教學(xué)更是難上加難[3]。教師見不到學(xué)生，提個(gè)問題回應(yīng)無期，如同在唱獨(dú)角戲。一方面是由于學(xué)生自身的學(xué)習(xí)主動(dòng)性不高，缺乏自律意識(shí)；另一方面原因在于學(xué)生所選用的線上課程教學(xué)設(shè)備千差萬(wàn)別，難免會(huì)產(chǎn)生影像不清晰、聲音不清楚等現(xiàn)象，當(dāng)然也不排除個(gè)別學(xué)生有意為之，學(xué)生與老師之間、學(xué)生們相互之間互動(dòng)交流較少，其教學(xué)效果也就可想而知了。

在教師層面上，一部分教師對(duì)互動(dòng)式教學(xué)模式的重視程度不夠，課前缺乏對(duì)課程互動(dòng)討論的精心設(shè)計(jì)。課中如何調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)參與互動(dòng)討論能動(dòng)性不夠，尤其是對(duì)新進(jìn)教師來說，這方面的經(jīng)驗(yàn)還有待于逐步積累，不斷提高自身掌控課堂的能力[4]。課堂教學(xué)不僅僅是為了把教學(xué)大綱的內(nèi)容“講完”，更應(yīng)該注重引導(dǎo)學(xué)生的思考、分析和互動(dòng)討論，不斷培養(yǎng)和提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，努力達(dá)到“授之以魚不如授之以漁”。課后也是一個(gè)大課堂，通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)如能充分利用課后的互動(dòng)交流，可以明顯增強(qiáng)對(duì)已學(xué)知識(shí)的鞏固，當(dāng)然也可以嘗試性地解決一些實(shí)際土力學(xué)工程問題，讓同學(xué)們各抒己見。如何巧妙地開展課后互動(dòng)討論學(xué)習(xí)，對(duì)大部分教師來說缺乏重視和行動(dòng)。

《土力學(xué)》是一門應(yīng)用性較強(qiáng)的學(xué)科，在學(xué)校層面上如何能夠提供相應(yīng)的室內(nèi)外試驗(yàn)場(chǎng)地并及時(shí)更新相關(guān)陳舊設(shè)備，給學(xué)生開展動(dòng)手試驗(yàn)提供條件，在教學(xué)回歸本位的今天應(yīng)越來越受到重視。此外，在教學(xué)效果的監(jiān)督上也缺乏相應(yīng)手段，尤其是如何實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上教學(xué)有效監(jiān)督少見相關(guān)措施。近年來，不少學(xué)校反映出現(xiàn)不及格的學(xué)生比例越來越多了，這一現(xiàn)象給學(xué)生、家長(zhǎng)和老師都帶來了一定的困擾，如何尋求解決之道，還是要從“互動(dòng)式教學(xué)”上去探尋效果。

三 互動(dòng)式教學(xué)探索

教學(xué)是一門愉快的藝術(shù)[5]，需要參與其中的每一位教師和學(xué)生都能夠格外“用心”，真正做到課堂內(nèi)外都有互動(dòng)討論交流。這就好像是在唱一場(chǎng)大戲，在臺(tái)上的演員不僅要演的好，還要讓觀眾能夠看得懂，并帶動(dòng)觀眾跟著情節(jié)走才能夠最終贏得滿堂彩。

（一） 多種教學(xué)模式靈活運(yùn)用

為了增強(qiáng)教學(xué)的互動(dòng)性，目前的教學(xué)改革產(chǎn)生了翻轉(zhuǎn)課堂、提問式教學(xué)、慕課結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)等多種教學(xué)模式，其根本目的都是為了提高教學(xué)效果[6]。對(duì)于教師來說，首先要對(duì)《土力學(xué)》課堂進(jìn)行精心的設(shè)計(jì)，在哪些知識(shí)點(diǎn)上可以提出學(xué)生感興趣的“一系列問題”，帶著問題引導(dǎo)學(xué)生從設(shè)計(jì)的思考方向上去層層抽絲剝繭，從而達(dá)到“撥開云霧見青天”的效果。舉個(gè)例子來說，在講有效應(yīng)力原理的時(shí)候如圖1所示（彈簧類似于土體中的顆粒骨架，活塞開孔可排水），我們說土體外加荷載總應(yīng)力在作用的瞬間完全是由孔隙水所承擔(dān)的，且隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，活塞排水不斷下沉，彈簧壓縮變形，也就是超孔隙水應(yīng)力不斷轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力的過程。那么我們?cè)谡n程設(shè)計(jì)中首先可以提出來如“輕功水上漂”是否能夠練成呢？如果能練成所要求的條件是什么呢？先激發(fā)學(xué)生的興趣。由此引出總應(yīng)力、有效應(yīng)力與孔隙水壓力之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，回過頭來我們?cè)賮砘卮鸬降自鯓硬拍芫毘伞拜p功水上漂”呢？從水上滑板運(yùn)動(dòng)原理（如圖2所示）我們來啟發(fā)學(xué)生思考，只要你速度足夠快（盡量保持在t=0 時(shí)刻），且腳底與水面接觸的面積夠大，那么也就“大功告成”了。

圖1 有效應(yīng)力轉(zhuǎn)化關(guān)系

圖2 水上滑板運(yùn)動(dòng)（來自新華網(wǎng)）

（二） 與實(shí)驗(yàn)課緊密結(jié)合

《土力學(xué)》的理論課和實(shí)驗(yàn)課一般情況下是由同一位教師負(fù)責(zé)的，那么在課程內(nèi)容和時(shí)間的安排上就可以靈活設(shè)計(jì)，鼓勵(lì)同學(xué)們多動(dòng)手，在動(dòng)手中互動(dòng)討論交流。舉例來說，在達(dá)西定律的教學(xué)內(nèi)容部分我們就可以先安排學(xué)生開展常水頭和變水頭相關(guān)實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析中引導(dǎo)學(xué)生探尋相關(guān)規(guī)律，由此引出達(dá)西定律。同時(shí)，讓分組的同學(xué)們自己去討論推導(dǎo)不同實(shí)驗(yàn)條件下的滲透系數(shù)，還課堂主體以學(xué)生，教師從旁引導(dǎo)。

當(dāng)然，對(duì)《土力學(xué)》理論和實(shí)驗(yàn)課中存在的爭(zhēng)議展開討論分析也有助于學(xué)生對(duì)相關(guān)理論的掌握和理解，比如說在講解“粘性土的稠度”時(shí)，教師在可以及時(shí)地安排開展土的液塑限聯(lián)合測(cè)定實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，可以就土的液限的取值問題與學(xué)生們互動(dòng)探討。實(shí)驗(yàn)通過將重76g 的圓錐體輕放在均勻濃糊狀土樣表面，在其自重作用下沉入土樣，圓錐體5s 時(shí)間恰好沉入規(guī)定深度時(shí)杯內(nèi)土樣的含水率即為液限ωL。一般來說其取值有兩種：下沉深度17mm 所對(duì)應(yīng)的含水率記為液限ωL17，下沉10mm 所對(duì)應(yīng)的含水率記為液限ωL10。那么為什么會(huì)存在兩種取值呢，針對(duì)這兩種取值我們又應(yīng)該如何選擇呢？通過互動(dòng)討論可以引導(dǎo)學(xué)生從工程實(shí)際出發(fā)，看實(shí)際工程具體是以變形控制為主還是以承載力控制為主，從而使學(xué)生對(duì)相關(guān)理論的學(xué)習(xí)掌握起到事半功倍的效果。

（三） 強(qiáng)化案例討論分析

《土力學(xué)》學(xué)習(xí)的目的是能夠解決工程實(shí)際問題，在教學(xué)中強(qiáng)化案例討論分析有利于幫助同學(xué)們加深對(duì)理論知識(shí)的理解[7-8]。在這一部分的互動(dòng)討論設(shè)計(jì)中，教師在選擇好案例的同時(shí)還要設(shè)定好預(yù)定目標(biāo)，最終要引導(dǎo)學(xué)生靈活運(yùn)用某一基本原理。如圖3 所示，許多城市都出現(xiàn)了超采地下水地面下沉的現(xiàn)象，其原因是什么呢？我們可以引導(dǎo)學(xué)生來計(jì)算一下當(dāng)?shù)叵滤蛔兓瘯r(shí)土體的有效應(yīng)力變化如何，而有效應(yīng)力又是作用在土顆粒骨架上的力，因此才能夠引起地面產(chǎn)生下沉壓縮變形，這樣也就回歸到了有效應(yīng)力的理論上。

圖3 超采地下水引起地面下沉（來自新華網(wǎng)）

（四） 密切關(guān)注國(guó)內(nèi)外發(fā)展前沿

《土力學(xué)》是一門不斷發(fā)展的科學(xué)。隨著工程建設(shè)的進(jìn)步，超高樓層、深大基坑、高陡邊坡、深海橋隧等一批批具有高難度的項(xiàng)目陸續(xù)上馬開工，其對(duì)傳統(tǒng)《土力學(xué)》理論也提出了新的要求，促進(jìn)《土力學(xué)》理論不斷創(chuàng)新發(fā)展。如在邊坡穩(wěn)定分析中近幾年得到廣泛應(yīng)用的強(qiáng)度折減法、對(duì)超深基坑土體強(qiáng)度參數(shù)取值的修正等[9]，相關(guān)理論都在根據(jù)實(shí)際工程需要，通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和理論改進(jìn)不斷發(fā)展前行。

在《土力學(xué)》教學(xué)中，教師自身也要不斷開闊眼界，實(shí)時(shí)了解相關(guān)新理論、新工藝、新裝備以及地基處理新技術(shù)等，加強(qiáng)知識(shí)的累積。開展互動(dòng)討論交流時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生也要關(guān)注與《土力學(xué)》相關(guān)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展前沿，以期能夠達(dá)到既掌握基本理論又能夠與時(shí)代發(fā)展相結(jié)合。

四 結(jié)語(yǔ)

《土力學(xué)》教學(xué)是一種師生之間的互動(dòng)交往活動(dòng)，期望同學(xué)們學(xué)到的是能夠解決實(shí)際工程問題的能力。這一活動(dòng)需要教師的精心設(shè)計(jì)和激情投入，也需要激起同學(xué)們互動(dòng)討論學(xué)習(xí)的熱情，需要能夠在同學(xué)們的內(nèi)心深處引起共鳴。正如德國(guó)教育家第斯多惠所說的那樣，教學(xué)的藝術(shù)不在于傳授本領(lǐng)，而在于激勵(lì)、喚醒和鼓舞。