“土力學(xué)”課程的教學(xué)特點(diǎn)和改革措施分析

于鋒，陳海明，馬宏偉，姚韋靖 （安徽理工大學(xué)土木建筑學(xué)院，安徽 淮南 232001）

1 引言

在長(zhǎng)期的工程實(shí)踐觀察中，太沙基在1925 年出版《土力學(xué)》，標(biāo)志著土力學(xué)發(fā)展成為一門獨(dú)立學(xué)科，雖然目前的土力學(xué)仍然有諸多不完善的地方，很多帶有半經(jīng)驗(yàn)性質(zhì)的公式和理論，建立在各種經(jīng)驗(yàn)和假設(shè)的基礎(chǔ)上，但這是作為一門發(fā)展中的學(xué)科必須要經(jīng)歷的過(guò)程。由于土體組成復(fù)雜，它的力學(xué)性質(zhì)往往不能通過(guò)材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)等以連續(xù)介質(zhì)為基礎(chǔ)的相關(guān)力學(xué)來(lái)研究[1]，因此在應(yīng)用土力學(xué)一些理論的時(shí)候不得不做出一定的妥協(xié)，這就加大了教師的教學(xué)難度和學(xué)生的學(xué)習(xí)難度。“土力學(xué)”課程的主要任務(wù)是使學(xué)生掌握土體的基本物理性質(zhì)、滲透特性以及土體的強(qiáng)度與變形特性，并掌握應(yīng)用土體的抗剪強(qiáng)度理論與極限平衡條件分析計(jì)算擋土結(jié)構(gòu)上土壓力、地基承載力、土坡穩(wěn)定性的基本方法，其作為土木工程、水利工程、城市地下空間工程等專業(yè)的主要必修課程，具有十分重要的地位。筆者根據(jù)自己在“土力學(xué)”課程中的教學(xué)經(jīng)歷，簡(jiǎn)述了“土力學(xué)”的教學(xué)特點(diǎn)，并對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行了分析和探討，以期幫助學(xué)生提高學(xué)習(xí)效果，并為該課程教學(xué)方式的改進(jìn)提供一定的參考。

2 “土力學(xué)”教學(xué)中存在的問(wèn)題

2.1 教學(xué)難度大

“土力學(xué)”是一門不斷發(fā)展中的學(xué)科，隨著科研設(shè)備和試驗(yàn)方法的改進(jìn)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在不斷推動(dòng)土力學(xué)相關(guān)理論的發(fā)展。但是，因?yàn)橥亮W(xué)創(chuàng)立時(shí)間較晚、研究基礎(chǔ)薄弱，僅現(xiàn)有的理論難以對(duì)土的很多力學(xué)性質(zhì)和現(xiàn)象給出合理的解釋，導(dǎo)致很多土力學(xué)問(wèn)題存在爭(zhēng)議，不同的學(xué)者有著自己不同的解釋。因此，在向?qū)W生教授有爭(zhēng)議的知識(shí)點(diǎn)時(shí)，教師自己必須對(duì)此類知識(shí)點(diǎn)有較為深入的認(rèn)識(shí)，這勢(shì)必加大了教學(xué)的難度。另外，由于部分土力學(xué)理論是建立在各種經(jīng)驗(yàn)和假設(shè)的基礎(chǔ)上，而且有些重要的概念和理論較為抽象，學(xué)生在學(xué)習(xí)的時(shí)候感覺(jué)很吃力，即使課堂上聽(tīng)懂了，但做題的時(shí)候仍然不會(huì)。因?yàn)榇蠖鄶?shù)土力學(xué)題目都有工程背景，包含的信息比較多，這就需要學(xué)生加強(qiáng)自學(xué)，正確理解相關(guān)理論的應(yīng)用條件。教育部頒布的《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》指出，對(duì)于工學(xué)類專業(yè)課程，要注重強(qiáng)化學(xué)生工程倫理教育。然而“土力學(xué)”這樣的傳統(tǒng)工科專業(yè)課程思政內(nèi)涵不夠豐富[2]，在課程教學(xué)中如何豐富土力學(xué)課程思政內(nèi)涵，培養(yǎng)學(xué)生具有高尚的道德操守是一大難題。

2.2 教學(xué)形式單一

目前“土力學(xué)”的課堂教學(xué)占用了絕大部分教學(xué)時(shí)間，但該課程屬于與工程實(shí)踐聯(lián)系極為緊密的課程[3]，要學(xué)好土力學(xué)，必須試驗(yàn)與實(shí)踐相結(jié)合，很多土力學(xué)中的理論公式都是帶有經(jīng)驗(yàn)或者半經(jīng)驗(yàn)性質(zhì)的，只有通過(guò)相關(guān)試驗(yàn)，才能讓學(xué)生更好地去理解這些公式的來(lái)龍去脈。但是由于科研條件的限制，很多土工設(shè)備普通本科生很少有機(jī)會(huì)使用并去做復(fù)雜的土力學(xué)試驗(yàn)，比如土的三軸試驗(yàn)，僅靠教師在課堂上闡述這些土力學(xué)概念和理論，學(xué)生會(huì)覺(jué)得很抽象，不太容易接受。

2.3 “土力學(xué)”教學(xué)內(nèi)容不夠完善

目前市場(chǎng)上流通的教材至少有數(shù)十種，每本教材都有自己的特色和優(yōu)勢(shì)，也都有各自的側(cè)重點(diǎn)但是由于土力學(xué)內(nèi)容過(guò)于繁雜、涉及面太廣，很難找到一本教材可以對(duì)土力學(xué)的諸多理論進(jìn)行詳細(xì)的闡述，而本科生上課時(shí)只用到一種教材，因此學(xué)生不能較全面地了解土力學(xué)，甚至對(duì)于一些概念的理解全部來(lái)自于課堂上所用的教材。

3 教學(xué)模式的改革措施

3.1 豐富教學(xué)方式

單純的課堂教學(xué)對(duì)于“土力學(xué)”這門課來(lái)說(shuō)是不夠的，學(xué)生很難通過(guò)課堂教學(xué)去理解抽象的概念和理論，筆者認(rèn)為要重視土力學(xué)中的土工試驗(yàn)。土力學(xué)實(shí)驗(yàn)屬于土力學(xué)教學(xué)體系的重要組成部分，具有較強(qiáng)的應(yīng)用性和實(shí)踐性[4]。通過(guò)土工試驗(yàn)可以讓學(xué)生對(duì)土的三相比例換算、顆粒級(jí)配、抗剪強(qiáng)度指標(biāo)等內(nèi)容會(huì)有直觀的認(rèn)識(shí)，如果試驗(yàn)設(shè)備欠缺，教師應(yīng)該注意搜集相關(guān)的試驗(yàn)視頻或者試驗(yàn)照片，在課堂上展示給學(xué)生。

近年來(lái)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅速發(fā)展并廣泛應(yīng)用到教育領(lǐng)域，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用不僅拓展了形象教學(xué)的演示時(shí)空，而且打破了以課堂為主的教學(xué)時(shí)空觀念[5-6]。學(xué)校可以充分利用網(wǎng)絡(luò)規(guī)模效應(yīng)來(lái)分?jǐn)偨虒W(xué)人均成本，并通過(guò)大數(shù)據(jù)分析學(xué)生的學(xué)習(xí)行為，對(duì)教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行優(yōu)化，以彌補(bǔ)傳統(tǒng)課堂教學(xué)的局限[7]。另外應(yīng)該加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)，除了在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行一些標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗(yàn)、旁壓實(shí)驗(yàn)，更重要的是帶領(lǐng)學(xué)生到基坑、邊坡等工程項(xiàng)目中參觀學(xué)習(xí)，了解實(shí)際工程進(jìn)行支護(hù)和降水的相關(guān)施工工藝，以及支護(hù)方式的選擇和支護(hù)機(jī)理。這樣把課堂搬到工地上，既生動(dòng)又能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，讓學(xué)生能真正懂得并學(xué)以致用。

3.2 改進(jìn)教學(xué)方法

教學(xué)方法是實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)、理解教學(xué)內(nèi)容的重要環(huán)節(jié)，在課程的授課中，對(duì)于土力學(xué)理論部分，由于學(xué)生幾乎沒(méi)有土力學(xué)概念，因此可以采用教育學(xué)中的“講授法”和“類比法”。這種教學(xué)方法有利于學(xué)生直觀、快速地建立土力學(xué)的基本概念和力學(xué)行為特征，特別是與“材料力學(xué)”相關(guān)原理的異同比較，能夠加深學(xué)生對(duì)土力學(xué)基本原理的理解。對(duì)于應(yīng)用土力學(xué)部分，可以采用教育學(xué)中的“案例法”和“討論法”教學(xué)，在學(xué)生已經(jīng)具有土力學(xué)基本知識(shí)的基礎(chǔ)上，增加學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用土力學(xué)原理解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

具體實(shí)施可通過(guò)引入“典型案例”增加學(xué)生對(duì)問(wèn)題的關(guān)注度，提高學(xué)生的興趣；引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用學(xué)過(guò)的土力學(xué)原理思考案例中的問(wèn)題是如何解決的，從而引入教學(xué)內(nèi)容，進(jìn)行講授；最后強(qiáng)調(diào)本次課程的重點(diǎn)及學(xué)習(xí)本次課程的目的，同時(shí)提出課后思考問(wèn)題或布置作業(yè)。此外，不能僅僅依靠教材作為唯一的知識(shí)來(lái)源，教師應(yīng)該鼓勵(lì)并指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行和土力學(xué)相關(guān)的課外閱讀，鼓勵(lì)學(xué)生利用多種手段獲取信息，如互聯(lián)網(wǎng)資源、校園網(wǎng)資源（校園網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)）、圖書館資源（期刊、專業(yè)文獻(xiàn)）等進(jìn)行課外閱讀。通過(guò)課外閱讀，既能輔助某些教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，又能增加學(xué)生的知識(shí)面，拓展專業(yè)視野。

3.3 對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況進(jìn)行調(diào)查研究

教師在教學(xué)的時(shí)候，應(yīng)該采用科學(xué)的教育方法，有時(shí)候即使教師本人對(duì)土力學(xué)有著深入的研究和理解，但是如果教學(xué)方法不得當(dāng)，教學(xué)效果也未必很好。因此教師應(yīng)該注重學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，隨時(shí)把握好學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)，比如通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查來(lái)調(diào)研學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況。筆者曾對(duì)所教的大三學(xué)生進(jìn)行過(guò)一次簡(jiǎn)單的問(wèn)卷調(diào)查，對(duì)于問(wèn)題“將本科期間所學(xué)力學(xué)按照課程難度從難到易排列（這些力學(xué)課程包括“材料力學(xué)”“理論力學(xué)”“土力學(xué)”“流體力學(xué)”“結(jié)構(gòu)力學(xué)”）”，調(diào)查結(jié)果顯示，以上課程的難易順序依次為“結(jié)構(gòu)力學(xué)”“土力學(xué)”“材料力學(xué)”“理論力學(xué)”和“流體力學(xué)”。可見(jiàn)對(duì)于本科生來(lái)說(shuō)，土力學(xué)的學(xué)習(xí)難度僅次于結(jié)構(gòu)力學(xué)。對(duì)于問(wèn)題“土力學(xué)中最難的三個(gè)章節(jié)”，53%的學(xué)生認(rèn)為地基沉降計(jì)算、土的抗剪強(qiáng)度和土壓力計(jì)算是最難的三個(gè)章節(jié)。了解學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)以后，就可以有針對(duì)性地對(duì)這三部分內(nèi)容進(jìn)行更詳細(xì)的講解，并可以多布置相關(guān)習(xí)題供學(xué)生們練習(xí)，同時(shí)在課堂上可以預(yù)留一些時(shí)間給學(xué)生們答疑解惑。

3.4 鼓勵(lì)學(xué)生參加與土力學(xué)相關(guān)的科技競(jìng)賽

大部分學(xué)生參加課外活動(dòng)熱情度較高，但對(duì)于學(xué)科競(jìng)賽、科技競(jìng)賽，如果缺乏有效指導(dǎo)，培養(yǎng)機(jī)制缺乏系統(tǒng)整合，沒(méi)有形成良好的傳幫帶傳統(tǒng)，都會(huì)導(dǎo)致學(xué)生對(duì)此類競(jìng)賽參與度不夠且成績(jī)不理想[8]。目前與土力學(xué)相關(guān)的競(jìng)賽有全國(guó)大學(xué)生巖土工程競(jìng)賽、全國(guó)高校城市地下空間工程專業(yè)大學(xué)生模型設(shè)計(jì)競(jìng)賽等賽事，學(xué)校可以建立一個(gè)專門的競(jìng)賽基地來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的競(jìng)賽能力。學(xué)生在參加這些科技競(jìng)賽的時(shí)候，一方面能將自己的土力學(xué)知識(shí)應(yīng)用到競(jìng)賽中去，另一方面通過(guò)與其他高校參賽師生的交流，也能擴(kuò)展學(xué)生的知識(shí)面，且加深自己對(duì)土力學(xué)相關(guān)知識(shí)的認(rèn)知。

3.5 多種土力學(xué)教材配合使用

任何一種土力學(xué)教材都有其局限性，教材的編者根據(jù)個(gè)人擅長(zhǎng)的知識(shí)點(diǎn)，可能會(huì)對(duì)某些理論闡述的比較詳細(xì)，而對(duì)自己不擅長(zhǎng)的地方只進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。因此筆者建議教授“土力學(xué)”時(shí)，可以以某一版本的教材為主，其他版本的教材為輔，互相配合使用。高校也應(yīng)該充分考慮在教材內(nèi)容基礎(chǔ)上建立一套完善且多方監(jiān)督的教材選擇流程[9]，這樣在教材的選用上就有了一定的標(biāo)準(zhǔn)，可以更加科學(xué)合理地選取教材。筆者在教授該課程時(shí)，用到了市場(chǎng)上主流的四本土力學(xué)教材。

4 結(jié)語(yǔ)

“土力學(xué)”作為一門理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的基礎(chǔ)課程，在很多高校已經(jīng)開展了多年，培養(yǎng)了大批土木工程人才。本文針對(duì)目前教學(xué)中存在的一些主要問(wèn)題和學(xué)習(xí)內(nèi)容的重難點(diǎn)，基于筆者個(gè)人的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，提出了教學(xué)改革的幾條措施。當(dāng)然，想取得良好的教學(xué)效果，前提是教師個(gè)人要不斷加強(qiáng)學(xué)習(xí)、豐富專業(yè)知識(shí)、提高理論水平。只有這樣，才能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生更好地掌握土力學(xué)知識(shí)。