高职院校土力学与地基基础课堂教学改革探析★

崔 颖 韩宜康

(南京铁道职业技术学院，江苏 南京 210031)

1 概述

《土力学与地基基础》在高职院校中是土木及相关工程专业的必修课，课程包括基本理论、工程应用以及试验操作三个部分，涵盖了土力学以及地基处理两大块内容。从课程内容上来分析，土力学与地基基础属于工程实践类的学科，其研究对象是房建、桥隧、港航等工程中接触到的土体，学习土体的三大特性即强度特性、变形特性和渗透特性，并能用所学的知识解决工程实际问题。同时土力学与地基基础的学习又建立在掌握材料力学、理论力学等专业基础课程知识的基础之上，要求学生能够熟练运用上述课程所学的知识进行力学的分析与计算，此外课程学习过程中还要求学生掌握基础的土工试验，来测定分析土体的强度以及变形特征。从课程的教学要求以及内容上来分析，土力学与地基基础属于工程实践类学科，很多定理、公式均来源于工程实践，然后在进一步归纳总结的基础上又服务于工程实践。目前土力学与地基基础传统教学方法依然遵循老师教、学生学的模式，往往是先讲述定理公式，再通过相关例题进行解题训练，教学过程比较枯燥，教学方法比较单一，难以激发学生课堂学习的兴趣，尤其是对于高职学生，本身基础比较薄弱，单纯讲述理论知识，很难收到良好的教学效果。

因此，土力学与地基基础课程课堂教学要结合课程特点与高职学生的培养目标，更新教学手段，从教师教，学生学转变为教师引导，学生主导式学习，优化课堂教学过程，激发学生学习热情，提升教学效果。高职学生相对于本科学生而言，在知识结构与学习能力方面尚存在较大的差距，而日后所从事的工作性质决定了他们对于知识层次的掌握存在重技能、轻理论的学情现状，因此在教学环节要重视学生的关注点[1],重视课程的实用性、可操作性，着重于技能教育，对于理论教学，虽不能忽视，但应本着服务与服从于技能教育的原则进行整体教学安排与设计。高职学生的土力学课堂教学改革，亦有很多的研究与探讨[2-5]，本文对土力学与地基基础课程的教学内容与教学方法进行优化，结合高职学生的学情分析，探讨行之有效的教学改革方法。

2 教学内容优化

土力学与地基基础课程分为两大部分：第一部分侧重于理论教学，讲述土的物理性质与参数、土的渗透性、土中应力计算、地基沉降计算、土的抗剪强度；第二部分侧重于工程应用，讲述地基承载力、边坡稳定分析、土压力与挡土墙设计、桩基础、地基处理。按照传统的教学方法，先讲理论部分，再讲工程应用，往往会在教学环节形成理论教学与实践教学脱钩，对于高职学生而言，很容易会形成前学后忘，不利于其知识的掌握，所以在进行课程设计与课堂教学前，有必要对课程内容进行梳理，优化教学章节。土力学与地基基础研究的是土的物理特性与工程性质，涉及到土的强度问题、变形问题和渗透问题，所以在教学设计环节，可以根据课程特点，打破原有章节的顺序，以研究的问题作为导向，引入教学内容，按照这样的思路，课程章节可以按以下顺序进行分类，并在教学过程中列出主次。

表1 教学内容分类表

按照表1教学内容分类，将教学内容划分为一个基础，一个诱因，三个问题再对应各自的工程应用，在课堂教学过程中，依据这样的教学脉络进行教学，课程内容就梳理得比较清晰，也易于高职学生的学习与掌握。

3 教学方法优化

土力学与地基基础是一门实践性较强的专业基础课程，从课程章节设置上也可以看出，学习主要内容也是为了解决工程中遇到的问题，故在课堂教学过程中，如果按照传统基础课程的教学方法把大量时间和精力用于公式定理与概念的讲解，而忽略工程应用，很容易造成课堂教学方式的单一，教学内容的枯燥，出现教师教而无趣，学生学而无味的情况。高职教育与普通高等教育的对象与目标又有所不同，培养的学生今后主要是在生产一线的从事技能型的工作，对学生动手能力、实操能力均有较高的要求，虽然也要求学生具备一定的理论知识，但更侧重于用理论去指导实践解决实际问题，所以在教学过程中如果一味强调理论讲解，往往会造成本末倒置的问题，出现理论知识没有掌握好，实践动手能力也没有得到提高的现象。土力学与地基基础的内容又有别于传统力学，传统力学研究的对象是弹性体、均一、各向同性，往往不考虑内部应力的变化与结构变形，学生易于理解与掌握，而土力学与地基基础研究的土体是天然岩石风化后的产物，形成了松散的聚合物，属于非均一体，各向异性，在受力表现上体现出弹塑性的力学特征，使得力学分析、变形特性较之弹性体更为复杂，学生在初次接触时，往往很难理解与掌握，此外除了理论教学环节外，试验教学也是课程中很重要的一部分内容，教学大纲要求学生掌握基础的土工试验并能做简单的数据处理与分析，所以在教学过程中就更需要和工程实际问题结合，提高学生的动手能力和操作能力，才能有助于学生掌握好相关的知识点，更好地为工程建设服务。

因此针对课程特点，学生的学习情况，有必要改进传统的教学方法，一方面在教学内容上围绕土力学的三大问题(强度、变形和渗透)这个主线开展；在教学设计上，需要结合工程应用，理论联系实际，改变传统教学中教师一言堂的局面，在教学过程中重视学生的参与度，发挥出学生的主观能动性，提高教学效果。

基于土力学课程实践性强的特点，在课堂教学过程中需要打破理论教学与实践教学的界限，按模块化教学的思路进行课堂教学安排，体现出课程实践性与应用性的特点，同时需要注意的是在教学环节要解决传统教学方法手段单一、枯燥等一系列问题。

如何在改进教学方法的前提下，提升教学效果，本文以土的抗剪强度理论为例，做一些尝试与探索。抗剪强度理论是土力学与地基处理中一个非常重要的知识点，涉及到土体结构分析、土工建筑物的稳定性分析、地基处理方案的比选等，既有理论数值的计算，又有试验参数的分析应用、工程实践环节的评价，涵盖理论与工程实践各个环节，以这个知识点为例分析，具备代表性与可操作性。在进行课堂教学前，首先对土的强度理论的教学内容进行梳理，梳理结果如表2所示。

表2 抗剪强度理论教学内容表

依据教学内容表，抗剪强度的知识点一共划分为四个学时，可以划分为三个模块，分别为理论模块、试验模块和应用模块，这样在进行课程讲解的时候内容主线比较清晰，也易于和学生讲解。模块划分好后，进行教学组织与内容设计。教学内容编排上，打破原来的先理论后试验再实践的固有模式，形成教学内容的模块化，但又不将模块孤立开，而是将三个模块的内容进行组合与穿插，类似“搭积木”的方式完成内容的设计与整合，这样在讲授每一个主题时，明确一条主线，然后按照主线要求进行内容的编排。在主线框架搭设完备后，首先先谈因土体抗剪强度不足所造成的工程问题，让学生思想上对土的抗剪强度引起重视；然后结合土体的结构特性讲述土的抗剪强度理论，在讲述理论知识点同时，穿插到试验教学环节，使得学生加深对概念的理解，同时也提高他们的动手能力；最后是实践环节，利用抗剪强度理论与试验参数对给定土体做工程情况下的稳定性分析，在内容上形成了理论—实践—应用的知识体系的闭环。在教学组织方面，为提高学生的参与度，在课堂教学前，对班级学生进行分组，每一个小组作为一个小的项目团队，并设置项目团队负责人，将教学知识点讲授给学生后，把任务分发给团队，以团队的形式分组进行知识讨论、试验操作以及工程应用，从而让学生变成课堂的主角，而教师转变成为课堂顾问的角色，负责在学生对知识点出现困惑或在操作出现错误的情况，及时进行解惑或纠正。通过这样的教学方式，能够最大化地调动起学生学习的热情与积极性，同时在教学过程中，实行教学环节团队负责人轮换机制，保证团队内学生人人参与，最大限度避免学生出现磨洋工或浑水摸鱼的情况。

4 教学手段应用

随着微课/慕课/翻转课堂教学理论不断深化与应用，信息化教学手段在教学中的应用越来越受到从教人员的重视[6]。所谓信息化教学是指在教学中应用信息技术手段，使教学的所有环节数字化，从而提高教学质量和效率。信息化技术的日新月异，个人电脑与手机的普及,学生对于知识接受的途径也呈现多元化与多样化的趋势，虽然网络手机的普及在一定程度范围内对学生的学习造成不利的影响，例如沉迷于网络或手机游戏，课堂教学常常出现老师在讲台讲课，学生在座位上玩手机的现象，但信息化网络化亦非洪水猛兽，合理地使用这些信息化教学手段，有效利用好网络或者云空间，在传统电气化教学手段的基础上进行升华，往往有助于成为课堂教学效果提升的倍增器。例如可以合理利用手机网络功能，每次上课前发送本节课程的任务书，让学生提早熟悉讲授内容，提前做好预习；课堂的随堂测试以及课后的答疑与讨论均可以借助网络完成，实现课堂教学的“无纸化”，信息化手段的介入一方面提高了师生之间的沟通效率，学生有问题，随时随地可以通过信息手段与老师取得联系，另一方面也有利于学生利用碎片时间来进行学习，使得知识的学习不再仅仅局限在课堂。当然在采用这些信息化教学手段同时，也要注意与课程内容和教学方法的匹配，避免出现为了信息化教学而教学的怪圈。

土力学是一门实践类的课程，所以对于土工建筑的认知也非常重要，学生需要了解不同的土工构造物的特点、结构形式，破坏准则与加固维修的措施或方法，但有些土工构造物如大坝、山体挡土墙等往往由于地处偏僻，很难有条件带学生现场去认知，如果仅仅只是依靠图片、视频或者教师的课堂讲解，学生很难有很强的感性认知，也不利于向理性认知转化。随着虚拟仿真技术的发展，借助VR技术手段、电子沙盘等技术手段，在室内模拟现场实地的情况，同时在土工试验环节，对于一些大型的土工试验也可以采用仿真试验，模拟各种条件下的试验工况，加深学生对土工程特性的认知。例如在讲述大坝管涌破坏时，可以借助仿真技术进行3D效果的投影，教师可以结合大坝投影的位置重点讲解管涌发生的部位、流土的方向，以及最终的破坏效果，通过这些虚拟仿真技术的应用，让学生足不出户、身临其境的体验教学成为可能。

当然，无论是信息化教学手段还是各种仿真技术软件的应用，在教学过程中依然要注意把握学生作为教学主体，在使用这些教学手段的同时，要考虑到他们的兴趣、学习的积极性、学习的持久性等方面，才能真正发挥这些教学手段的作用。

5 教学考核评价

教学考核评价是教学过程中重要的一个环节，一方面是对学生学习效果的考察，另一方面通过学习效果反馈，及时发现教学环节中的问题，在教学过程中持续改进、不断提高。教学效果考核主要包括随堂考核、阶段考核、期中考核、试验考核以及期末考核几个方面，尤其是要重视过程考核和阶段考核，所以为了提高学生对于过程学习的重视，在学生总成绩中提高过程考核的比重。

考核的手段需要多样化，传统的教学考核一般采用“三七制”或“四六制”的评分方法，即期末考试成绩占到60%～70%，平时成绩占40%或30%，而平时成绩的构成也比较单一，无外乎课堂点名考勤和课后的作业，而改进后的教学考核可以增加考核的方式和频率，实现层次化与多样化。例如课堂教学考核中可以采用随堂问答的形式，或者自拟项目题名让学生随堂完成，阶段考核可以采用习题课或项目练习的形式，亦可开发与土力学和地基处理相关的实训项目对学生知识掌握的情况进行评价，试验考核可以采用分组试验考核办法进行，综合考察学生对试验理论和试验操作掌握的情况，成绩评定部分可以由单人成绩、分组成绩、笔试成绩等组成；期末笔试环节则重点考察学生对概念、定理及相关公式应用的掌握情况。考核的内容紧扣课程的知识点，顺着课程的一个基础，一个诱因，三个问题这条主线，依照内容分主次、重点，检测学生学习的效果，结合考核结果，进一步改进教学方法，提高教学效果。具体的考核分值比重如表3所示。

表3 教学考核表

通过表3的考核比例与分值设定，从而改变传统教学考核过程中以期末考试成绩为主，平时成绩为辅的记分模式，将原来以期末考核为主，平时考核为辅的评价体系转变为过程化考核与期末考核并重的形式，通过加大平时考核分值与比重，并借助形式多样的考核与考察方式，能激发学生学习的主动性，通过这样的“指挥棒”效应，让学生在平时多用功，多复习，有效避免在期末考试出现临时抱佛脚的现象。

6 结语

作为工程专业的基础课程，土力学与地基基础与传统力学基础课程相比，更加重视理论与实践的结合，源自于工程实践又服务于工程实践，基于此需要对传统教学模式与教学方法进行变革，本文结合高职学生的学习特点，从教学内容、教学方法、教学手段以及教学考核方面多角度和多维度对土力学与地基基础的课堂教学模式与方法进行探讨，将教学课程内容划分为一个基础，一个诱因，三个问题，优化教学主线结构；教学方法上形成从理论到实践再到应用的知识的闭环；采用信息化教学、虚拟仿真技术等多种教学手段；并对教学考核评价体系的比重进行了调整，形成多样化的考核评价方法激发学生的学习兴趣，提高课堂教学效果，与高职学生的特点和学情相结合，真正将土力学课堂教学改革与创新落到实处。