啟發式教學在土力學課程教學中的具體應用

劉榮

摘要：土力學課程有較強的理論性和實踐性，涉及概念眾多，比較難學。啟發式教學是高校研究性教學中的一種方法，注重引導學生主動、積極地掌握知識。本文選取土的形成、土的變形和土的強度三個知識點，具體闡述了啟發式教學模式在土力學課程教學過程中的應用。

關鍵詞：啟發式教學；土力學課程；研究性教學；教學模式

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）17-0207-03

一、概述

啟發式教學是指授課教師根據課程的教學內容和教學目標，從學生的具體情況出發，諸如心理特征、知識結構等，采用各種生動活潑的方式，引導學生的積極思維，是能夠使他們主動地獲取知識、發展智能的一種積極的雙向教學方式。

啟發式教學方法和教學思想很早以前就已經被采用。孔子是啟發式教學的創始人，“不憤不啟，不悱不發，舉一隅，不以三隅反，則不復也”。宋代理學家朱熹的解釋是“憤者，心求通而未得之意；悱者，口欲言而未能之貌；啟，謂之開其意；發，謂之達其詞”。孟子對孔子的啟發式教學思想作了進一步的闡述和發展，“君子引而不發，躍如也。中道而立，能者也”是孟子對孔子的啟發式教學思想的形象說明。可見，啟發式教學不是把結論和盤托出，而是只引導而不強迫，學生才可以自由發展。

筆者所講授的土力學課程是土木工程、水利工程、交通工程、港航工程等專業開設的一門專業基礎課，課程內容很重要，同時又比較難學。土力學課程的重要特點之一是理論和實踐的高度結合。土力學的先修課程有理論力學、材料力學和彈性力學等。初等土力學的理論基礎是彈性力學，因此課程中有比較多的理論推導、基本假定和理論分析。同時，又因為土力學課程為工程服務的基本特點以及土體的復雜性，所以土力學課程的實踐性也需要很好的關注。但從課程內容上看，土力學課程既不像材料力學等課程具有的嚴謹性，也不像建筑施工等課程具有的可操作性。因此，學生有時候覺得比較難把握，容易有畏難情緒。為了提高教學質量和教學效果，教師在授課時有必要采用科學有效的教學方法來教授這門課程。以下結合筆者的教學經驗，通過土力學課程的幾個知識點闡述啟發式教學在土力學課程教學中的具體應用。

二、土的形成

土力學的研究對象是土，是研究土的應力、應變以及滲透規律的一門力學分支。本課程所接觸到的第一個主要內容就是土的形成的概念，也是后續學習土力學三大問題的一個重要基礎，因此如何學好這部分內容就顯得很重要了。

在講授該章節時，筆者基于啟發式教學中“引而不發”的基本思想，首先拋出“土是怎么來的”這樣一個問題。學生們在生活中，對“土”這個概念可能不是很陌生，但是很少有學生去主動想這個問題。因此，筆者拋出這個問題之后，并沒有直接回答，而是利用幾分鐘的時間讓學生們自己去思考，這樣一下子就把學生們的思路從抽象的土力學課程拉到這個比較具體的問題上來了。學生們的回答各種各樣，有的說是巖石變來的，有的說是地球上原來就存在的，等等。這時候筆者用了一個類似電影鏡頭的比喻，將時間一下子拉到60億年前，提問學生：“60億年前是什么樣子的？”學生們答不出來。接著教師解釋到：“60億年前大概地球剛剛誕生”。剛剛誕生的地球暴露在太空當中，會經受各種內外作用。外部作用主要包括宇宙射線、太陽的輻射、隕石的撞擊以及地球表面的各種風、霜、雨、雪、溫度、地震等。內部作用主要包括由于地球的公轉、自轉以及地球內部巖漿的運動而產生的各種復雜的作用力。在這些內外作用之下，從地球內部噴涌而出的巖漿，會逐漸冷凝，形成地球上最初連續的巖漿巖，而連續的巖漿巖會繼續經受各種作用逐漸分裂、破碎，形成一堆碎屑物質，這就是土力學課程廣義概念下所定義的“土”。講到這里，學生們的腦海里有了比較清晰的畫面感，抽象的土力學概念開始有了比較具體的印象。接著解釋在前面的課程中提到的“各種內外作用”。這種內外作用統稱為“風化作用”，分為物理風化和化學風化兩種類型。所謂物理風化，是指巖石僅僅發生大小和形狀的變化，由大變小，由小變得更小，但其化學性質不發生任何改變。所謂化學風化，是指暴露在空氣中的碎屑物質，與水、二氧化碳等發生化學反應，不僅僅使巖石變得更小，更重要的是其化學成分發生了變化。

經過風化形成的一堆碎屑物質，如果沒有被搬運走，仍然停留在原地，那就稱之為殘積物。如果被某種作用力搬運走，重新堆積，那就稱之為運積物。如果是由水力的方式搬運而到另外的地方重新沉積，則稱之為沖積物。比如，我們腳底下的長江中下游沖積平原，如果是由風力的方式搬運到別的地方重新沉積，則稱之為風積物，比如關中平原等。此外，加上冰川運動形成的冰積物以及湖泊靜水環境形成的沼澤土沉積物。自此，本節的主要概念經拋出一個主線問題后得到了全部的解釋，也回答了“土是怎么來的”的問題。

三、土的變形

土的變形是土力學課程中的三大主要問題之一。對于一部分建筑物，除了要滿足強度要求之外，還要滿足變形要求。用公式可以表述為Δ≤[Δ]，式中，Δ為擬建建筑物將要發生的變形值，[Δ]為規范許可值。土力學課程中關于變形問題的主要任務就是要學習土體變形的基本原理，掌握計算土體變形值的基本方法。

四、土的強度

土的強度問題是土力學課程中要解決的核心問題之一。其問題可以概括為，所有建筑物所產生的豎向應力都不應大于地基土的承載力，用公式可以表示為p≤f。式中p為建筑物的豎向應力，f為土體的承載力。本課程這部分的主要任務是弄清楚土體在荷載作用下的基本強度機理及在工程中的主要應用。

五、結語

以上三個知識點的講解思路基本都是貫徹執行了啟發式教學中“不憤不啟，不悱不發”的教學思想。通過提出一個關鍵問題，引而不發，逐步引導，激起學生的求知欲。通過邏輯嚴密的知識講解，似庖丁解牛般，將知識點逐步解剖，直至大白于學生面前，增強學生的學習興趣，變被動學習為主動學習。很多學生反映，開始對土力學有畏難情緒，覺得很難學，但真正跟上教師的思路，層層推進，逐步理解，最后也都取得了很好的成績。

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