浅谈“土力学”课程教学的体会

赵志峰

(南京林业大学土木工程学院,南京 210037)

“土力学”是土木工程专业一门重要的专业基础课,它在一般基础课和专业课之间起着承上启下的关键作用。“土力学”的教学质量将直接影响学生后续专业课程的学习,因此提高“土力学”的教学水平对于从事岩土工程的教师尤其是青年教师十分重要。自从博士毕业任教至今,笔者有幸担任了土力学、基础工程等相关课程的教学工作,也接触了不同层次的学生。现将教学实践中的感受进行疏理,简要介绍在“土力学”教学中的个人体会,与同行青年教师进行交流。

一、教学中面临的困难

(一)内容多、概念多、公式多

“土力学”课程涉及工程地质、材料力学、水力学、工程设计与施工等相关知识内容,表现出理论繁多、知识体系较松散、内容连续性不强的特点,学生学习时感到头绪繁多,难以掌握。归纳起来,学生觉得“土力学”有“三多”:即内容多、概念多、公式多。一般的“土力学”教材分为8章内容,涉及大约150多个概念、200多个公式。与此形成矛盾的是“土力学”的课时一般只有48学时,其中大约40学时用于课堂教学。要学生在40学时左右的时间掌握如此多的内容,难度可想而知。因此,单纯的照本宣科、填鸭式地灌输很难达到好的教学效果。

(二)课程实践性强

“土力学”主要研究三大问题:强度、变形和渗流。之所以研究这些内容,是因为工程建设中经常遇到。由于土是由岩石经过风化作用后形成的矿物颗粒堆积在一起[1],所以它的性质同一般力学学科研究的连续均质材料完全不同。由于地质环境和工程条件千差万别,“土力学”中的理论知识必须同实际相联系,具体情况具体分析。“土力学”中的许多定律都是在对实际问题进行了适当的简化和假定后推导而来的,目的是为了抓住工程中反映出的带有共性的问题,解决主要矛盾。如果对工程实际不了解,忽略理论或公式的适用条件、内涵的简化和假定,盲目地使用公式无法得到正确的答案和结论。

(三)学生主动思考问题的能力不足

学生的学习总的来说带有一定的被动性。现在无论是课堂上还是课后,“不耻下问”的学生越来越少,这反映出学生的主动思考能力不足。从考试反映出的结果来看,学生对于计算题一般掌握得比较好,得分率高;而对于概念的选择题、需要自己总结的问答题或者案例题掌握得相对较差,很难回答出要点。这也从另一个方面反映出学生仍然停留在死记硬背的层面上,习惯于被动接受知识。

(四)“只见树木,不见森林”

“土力学”是一门内涵深、外延广的学科,小到单个土颗粒的微观结构,大到交通、土木、水利工程建设,都是“土力学”的研究范围。前面已经介绍过,“土力学”具有“三多”的特点,而且不同章节之间的联系看似不够紧密,学生学习时往往难以把握住其内在的知识脉络。所以,学生常会出现某章学得好、某章学得差的情况。学生只能看到单个的知识点,难以把知识点联系起来理解,这样就造成了“只见树木、不见森林”的状况。全部内容结束后,学生只得到了一堆孤立的公式、定义、定理,无法运用多个知识点的相关内容来解决实际问题。

总的来说,“土力学”属于难学习、难掌握、难运用的课程,要想取得满意的教学效果就必须在改进教学方法上不断努力。

二、教学方法的改进

(一)重视绪论,把握整体

很多教师和学生都不注重绪论的讲解和学习,实际上绪论对于把握教材整体的知识结构非常有用,因此第一节课应对绪论进行重点介绍。从“土力学”和其研究对象的特点入手,介绍土的形成和应用背景,介绍古今中外一些著名的工程案例,说明学习“土力学”的意义,培养学生学习的兴趣。在此基础上,引出“土力学”的知识结构体系,强调内容的核心是土的三大特性(渗透特性、压缩特性和强度特性),研究这些特性的基础是土的基本物理性质,而土中应力计算是为了计算土体的变形和沉降。掌握了这些基础知识后,便可将其应用于解决具体的土力学问题——土压力计算、边坡稳定分析、地基承载力确定。

(二)深入讲解,注重过程

由于学生缺乏实际工程经验和相关的知识储备,难以将理论知识进行解构和理解,更难以形成新的认知结构,因此在教学中应该着重对细节问题的讲解,尤其是对于“土力学”中区别于一般力学的概念更应该讲清楚它们之间的差异。例如,“土力学”中的经典理论——有效应力原理,教材一般只用一页进行介绍,公式看上去也非常简单,但这一理论却是“土力学”的基本支柱,是“土力学”的拱心石[2]。如果只按照教材进行介绍,学生难以理解这一原理的重要意义,更谈不上活学活用。所以,在授课时应从有效应力原理的提出、理论的推导与简化、理论的应用举例及意义等方面进行系统的讲解。

“土力学”中有相当一部分内容与计算有关,同一般力学不同,初等土力学中没有十分复杂的公式,计算的特点是“繁而不难”。从考试反映的情况来看,很多学生在计算上常因为某个细小的环节出错或对某个概念理解不准确而导致整道题失分。因此,日常教学中应重视计算过程的正确与规范,使学生养成良好的解题习惯。

(三)善于联想,趣味教学

现在的学生大多害怕理论性强的课程,尤其是对于力学课程,基本到了“谈力色变”的地步。其中很重要的一个原因是,学生觉得力学课程比较枯燥,缺乏学习兴趣。因此,这给授课教师提出了一个十分严峻的任务:想办法激发学生的学习兴趣。

有学者认为,教学过程中应该提倡发现学习而不是被动接受学习,其主要特征是:学习的主要内容不直接向学习者提供,提供的是与学习内容有关的线索或例证;学习者必须经历自己发现的过程才能得到结论[3]。在现有的条件下想实现完全的发现学习比较困难,但可以通过互动式教学增强学生的思考能力。相对于灌输式教学,互动式教学的主要特征在于教学过程中的“沟通”与“对话” 。虽然由于课程自身特点的限制,“土力学”教学中教师不大容易与学生进行沟通,但教师通过发挥想象力,引入生活中的一些小例子,增加教学中的趣味性还是可以做到的。例如,在讲解无黏性土的抗剪强度定理时,可以引导学生思考为什么风可以将地面上的细砂吹起,但同样的砂土却可作为建筑物的地基;在讲解土的颗粒级配时,可以用篮球队需要不同高度的队员组合来说明不均匀系数对于评价级配好坏的意义;在讲解有效应力原理的应用时,可以通过轮胎底为什么要制成纹路及雨雪后路面为什么要撒砂等问题,与学生进行交流。其实,只要平时注意积累,就会发现“土力学”中的许多知识在生活中都有应用。将这些小的例子运用在教学中,既能唤起学生的共鸣、增加教学的趣味性,又能引导学生运用知识解决实际问题。

(四)案例讨论,浅入深出

“土力学”的诞生与发展离不开人类的工程实践活动,学习“土力学”的目的也是为了以后能够解决实际工程问题。因此在“土力学”的教学上,应重视工程案例的引入,这样既有利于学生培养工程概念,也有助于对理论知识的吸收和掌握。我国正处于快速发展的时期,各大城市均在大兴土木,这本身就提供了非常丰富的“土力学”案例素材。尤其是一些发生事故的工程案例,学生听起来非常认真,效果也很好。在讲解工程案例时应注意做到浅入深出,即以大家都熟悉的工程为着眼点,首先简要介绍工程概念、失事情况,引导学生思考问题,然后将学生的思路加以引导,引出其中涉及到的“土力学”相关知识,同相关的理论知识讲解相结合,这样学生就会对相关理论留下深刻的印象。

(五)一丝不苟,完善细节

细节决定成败,对于教学也是如此。在教学中如果对许多细节问题视而不见或听之任之,那么必然影响到最终的教学效果。因此,应注重讲述时的细节、备课时的细节、板书时的细节、制作课件时的细节、与学生交流的细节、批改作业的细节。笔者曾经采用问卷的形式对教学情况进行调查,当问到在教学中哪些环节做得比较好时,大部分学生提到了两个细节:一个是作业批改;一个是课件的制作。其中,学生对作业批改的回答我有些出乎意料。我对作业批改认真,每个错误的旁边都进行了注释,而且最后还用Good、Excellent等词汇对他们进行鼓励,给他们留下了深刻印象。其实,我觉得我只是在批改作业上做好了本职工作而已,但学生就可以通过这些细节感受到教师认真的态度,并也用认真的学习进行回馈。这充分说明只要教师从细节出发,切实为学生着想,做好自己的工作,学生一定会看在眼里并记在心上。

三、今后努力的方向

从事教学以来深刻地感受到了作为一个教师的压力,尤其是作为一个青年教师,自身的不足非常多,需要不断地学习与思考。虽然在教学上付出了一定的努力,但相对于“土力学”的博大精深,今后要努力的地方很多,概括起来主要有以下几方面:

(一)广泛收集工程案例并升华为理论层面

“土力学”这门学科来源于工程实践,也是面向工程实践的,在基础设施建设的大好环境下,要充分利用这一机遇,深入工地一线,参与科学研究。将科研中或者收集的工程案例中反映出的问题进行疏理和总结,找到关键问题并升华为理论层面。

(二)作业中增加面向实际的分析题,增强学生的思考能力

好的作业可以督促学生自己思考问题、解决问题。现在教学中还是沿用老作法,就是课程结束后布置教材上相应知识点的问答题或计算题。而国外的很多教学都倾向于布置源于工程实际的分析题目,学生必须通过查阅大量的文献书籍资料才能自己找到解答,这样无疑大大增强了学生的思考能力。由于学生数量较多,要做到这一点还比较难,但这一点是今后要努力的一个方面。

(三)教师之间定期讨论,共同提高教学质量

老一辈教师有一个很好的习惯,就是教研室定期开会,讨论教材的问题、教学上的问题等,发挥集体智慧,扫清每位教师教学上的盲点。现在这一优良传统已经被束之高阁了。对于青年教师来说,尤其需要这种集体讨论的机会来向优秀的同事学习。以后要定期组织课程教师的讨论活动,共同促进教学质量的提高。

(四)不断学习,增强自身业务素质

笔者曾有幸参加过第二届全国土力学教学会议,从与老前辈、优秀同行的交流中受益匪浅。通过学习交流不但让自己看到了先进教师是用什么要求、什么态度来从事“土力学”教学的,而且让自己教学上很多不清楚的概念得到了澄清和巩固。最重要的是通过这种会议,让自己找到了努力的方向。

正如土力学奠基人太沙基所言,土力学既是一门科学又是一门艺术。其实教学又何尝不是如此?教师要用艺术家对待作品的态度来对待自己的教学。教师只有立足于本职工作,完善知识结构、改进教学方法、提高教学水平,进行不断的积累,才能使教学质量得到切实的提高。

[1]杨平.土力学[M].北京:机械工业出版社,2005.

[2]李广信.岩土工程20讲——岩坛漫话[M].北京:人民交通出版社,2007.

[3]王美岚,王琳.布鲁纳的发现学习及其启示[J].当代教育科学,2005(21):42-45.

[4]张增田.对话教学的内涵和特点[J].涪陵师范学院学报,2005,21(6):149-153.