鄭國勇,趙春彥

(中南大學土木建筑學院,湖南長沙 410075)

研究型高校土力學教學實踐的探討＊

鄭國勇,趙春彥

(中南大學土木建筑學院,湖南長沙 410075)

土力學是一門專業(yè)基礎課程,具有強調(diào)試驗、注重實踐、依賴經(jīng)驗等方面的特點。本文結合土力學的上述特點以及教學過程中的一些實際情況,簡要總結了幾點青年教師提高教學質(zhì)量的方法。并以“土的抗剪強度理論”為例闡述了作者是如何組織、開展土力學教學的。

土力學;教學質(zhì)量;教學方法

土力學是一門以力學為基礎,研究土的滲流、變形和強度特性,并據(jù)此進行土體的變形和穩(wěn)定性計算的專業(yè)基礎課程[1]。具有如下的一些特點[2]:1.強調(diào)試驗。從土力學的發(fā)展歷史來看,試驗是土力學發(fā)展的前提和基礎,土力學是對試驗結果規(guī)律的歸納和總結,不知道如何做試驗,就不知道土體性質(zhì)規(guī)律從何而來,就難以深入理解理論公式的含義,就可能不顧使用范圍盲目的運用公式。2.注重實踐。土體的變形和穩(wěn)定是工程建設中遇到的主要問題。土力學課程中所介紹的基本原理和方法在各個工程中都有體現(xiàn)和應用。由于工程條件和要求千差萬別,土力學需要對各個工程共性的問題加以研究,必須要對問題進行適當簡化和引入假定,忽略次要矛盾,抓住主要問題,建立簡單的模型,進而總結其基本規(guī)律。3.依賴經(jīng)驗。土力學中有相當一部分公式都是根據(jù)人們長期的工程實踐總結出來的經(jīng)驗公式,在一些理論公式中也往往引入一些經(jīng)驗系數(shù),或者是某些參數(shù)的確定依賴于經(jīng)驗。

一、提高教學質(zhì)量的建議

目前學校對于青年教師上課都采取鼓勵和支持的態(tài)度,同時也建立了一系列的相應機制來指引和督導青年教師完成教學工作,如青年教師上課之前先跟隨一位教學經(jīng)驗豐富的教授助教一年再正式走上講臺,定期檢查教學日歷和教案,老教師隨堂聽課評點,期末學生網(wǎng)上匿名打分,學校和各二級學院每年期末進行教學考核,定期舉辦青年教師講課比賽等,也取得了一些功效。但這些管理機制和辦法未必能全面客觀評價青年教師的實際教學水平和敬業(yè)精神。教學質(zhì)量的提高,很大成分取決于青年教師自身的主觀意識。

如何促進青年教師重視教學已成為高校教育界普遍討論的問題。土力學作為一門重要的專業(yè)基礎課,集理論,實踐和經(jīng)驗于一身,在教學改革和創(chuàng)新方面尚有開闊的發(fā)展空間,作為一名從事教學工作的青年教師,結合土力學的基本特點,我認為通過以下的方法可以提高青年教師的教學水平。(1)系統(tǒng)全面?zhèn)湔n。近年來,學校隨著高層次人才的陸續(xù)引進,學歷起點增高,師資力量更加強大,但也并發(fā)存在著青年教師對教學的重視和投入程度呈現(xiàn)明顯的下滑趨勢,很多青年教師過于偏重科學研究,而對教學責任感不強,經(jīng)常不全面系統(tǒng)備課,臨時抱佛腳,這勢必會影響到教師對整本教材知識理論系統(tǒng)的正確把握,從而導致抓不住授課重點,講課思路不清晰等弊端。講課語言不流暢,忘記概念現(xiàn)場翻書,現(xiàn)場堆不出復雜公式等情況也基本上歸因于備課不夠系統(tǒng)認真。另外很多時候,青年教師對一些基本概念,原理并沒有真正理解,常常在上課過程中突然發(fā)現(xiàn)了自身以往的理解誤區(qū),匆忙之中出現(xiàn)思維混亂,造成在講臺上前言不搭后語或長時間的停頓。對此最好的克服辦法就是系統(tǒng)認真?zhèn)湔n,并多次試講,從中及時發(fā)現(xiàn)問題并解決。(2)相互學習,提高教學技巧。很多青年教師在教課過程中,有著聲音控制不好,板書不清楚,口頭語過多等毛病,除了自身努力克服以外,多助課和聽課也會有很大幫助。聽課和助課本身不僅是知識的學習,更重要的是講課技巧的學習。俗話說:“三人行,必有我?guī)熝??！鼻嗄杲處熆偸强梢詮钠渌蠋熒砩蠈W習到一些有用的教學技巧。(3)改進教學方法?？梢圆扇∪缫龑W生獨立思考、加強教學互動以及生動形象開展教學等多種教學方法教學。土力學課程的特點決定了教學中不能只是單向的理論講授,而是要給學生充分的主動,讓他們動手,讓他們分析案例,讓他們從接受式學習改變?yōu)榘l(fā)現(xiàn)學習,探究學習,互動學習,使整個教學成為一個互動的過程。(4)豐富教學手段。除采用傳統(tǒng)的講述教學外,可以采用多媒體教學手段。近年來,多媒體教學受到了國內(nèi)各大高校的推崇。它集文字,圖形,圖像,聲音及視頻剪輯等元素于一體,多渠道調(diào)動學生的感觀系統(tǒng),提高教學效率。(5)加強實驗環(huán)節(jié)以及理論聯(lián)系實際。

二、教學實例

針對土力學課程的特點以及上述提高教學質(zhì)量的方法,在土力學的教學中,我們應將塑造學生的全面素質(zhì)結合起來,明確教授的課程在學生知識結構中的地位,目的及學習方法,激發(fā)學生學習的興趣,提高學生主動獲取知識的能力,將課程內(nèi)容與相鄰知識聯(lián)系起來啟發(fā)學生的創(chuàng)造性思維。作者在教學實踐中切實遵照上述原則進行教學設計,力爭使課堂教學在氣氛上活躍起來、在內(nèi)容上豐富起來、在內(nèi)涵上深入進去?，F(xiàn)結合土的抗剪強度理論[3]為例談談作者是如何進行的。

(一)教學內(nèi)容

強度是指材料破壞時的應力狀態(tài),強度理論則研究破壞時應力狀態(tài)的表達式,即破壞準則。摩爾一庫侖強度理論是經(jīng)典士力學中最為常用的一種破壞準則,核心內(nèi)容包括庫侖公式,摩爾一庫侖強度理論及以該理論為依據(jù)的強度判別,按照上述順序組織教學內(nèi)容邏輯上是行得通的,但過于平淡,降低效率,但如果在教學中能喚起學生原有的相關概念以吸引學生的注意,據(jù)此來設計內(nèi)容組識順序,力求循循然而善誘人,我認為則會取得不錯的教學效果。

1.教學的切入點

摩爾一庫侖強度理論是土的抗剪強度一章首節(jié)的主體內(nèi)容,首先明確強度問題的實質(zhì)并簡要回顧材料力學中的四個強度理論及鋼筋混凝土結構,鋼結構中的強度問題;其次,列舉工程問題為例,引出土的破壞為剪切破壞;再次,給出土的抗剪強度的定義——土體抵抗剪切破壞的極限能力;最后,強調(diào)抗剪強度的重要性——土壓力,地基承載力,土坡穩(wěn)定性等后續(xù)課程的理論基礎。

2.教學的展開

直接剪切試驗是抗剪強度的測定方法,但其十分直觀,加之庫侖公式也是以剪切試驗為基礎的定律而非理論推導的結果。所以將其先于庫侖公式講述。對學生來講,有了直剪試驗的結果再去理解庫侖公式便不會出現(xiàn)思維上的障礙。有了庫侖公式,再講述摩爾的后續(xù)研究成果也就順理成章。由于摩爾一庫侖強度理論是以庫侖公式表示摩爾包線的強度理論,所以在教學中,庫侖公式應是重點。

土體中任意一點只要任意一個截面發(fā)生了剪切破壞,該點就進入破壞狀態(tài)。摩爾圓可以表示土中一點的應力狀態(tài),摩爾圓圓周上各點的橫,縱坐標就分別表示相應的斜截面上的法向應力和剪應力,抗剪強度包線上的各點表示不同法向應力(橫坐標)條件下的抗剪強度(縱坐標)和剪應力,抗剪強度包線繪于同一坐標系中,即可判斷土中一點所有截面上的應力狀態(tài),進一步總結應力狀態(tài)與強度包線——摩爾圓相對位置的關系,并得到極限平衡條件。

3.教學中的總結與習題

總結起來就兩點:一是摩爾一庫侖強度理論及其表達形式:二是依此強度理論的極限平衡條件。為加深學生的理解?？梢韵劝才爬},后安徘習題。這樣,學生通過計算實踐及歸納就能明確如何應用極限平衡條件來判斷土的應力狀態(tài)。

(二)授課形式

在合理內(nèi)容組識的基礎上,尚應注重授課的形式。講授法是一種歷史悠久的傳統(tǒng)教學方法,其優(yōu)點在于教師能夠十分經(jīng)濟地同時向多人傳授知識,能用學生易懂的形式有效地概括學科的內(nèi)容,比其他教學方法更容易掌握。最大的缺陷在于教學過程中學生的注意力會逐漸降低。因此,在課堂教學中安排與內(nèi)容密切相關的知識回憶實現(xiàn)張中有弛,安排課上討論及簡單習題實現(xiàn)學生在指導下的發(fā)現(xiàn),有條件的還可制作簡單明確的動畫保證學習的趣味性。

1.知識回憶

使學生把新知識與頭腦中的己有知識建立聯(lián)系具有重要意義。通過既有相關知識的回顧,一方面可以提高新知識的學習效率,另一方面可以喚醒對既有知識的清晰認識,使學生的知識更加系統(tǒng)。同時,既有知識的回顧對學生來講強度較低,可以從高強度的新知識學習中暫時解脫,以保證學生合理分配有限的精力。例如,可將高中物理曾學習過的摩擦理論,與無粘性土的抗剪強度理論進行對比,同時,可將應力偏角的概念與摩擦角的概念進行對比。類似地,講述極限平衡條件需用到材料力學中摩爾應力圓的知識,通過事先復習明確摩爾應力圓的作圖方法,圓周上各點及方位角的力學意義,避免了學生突然接受極限平衡條件感到困難;材料力學第三強度理論的比較指標是45度方位角對應斜面的最大剪應力,通過此理論的回憶及其摩爾一庫侖強度理論的比較,可深化學生對新學強度理論的理解。

2.課堂討論與習題

在課堂討論與習題中,教師扮演的是學習促進者的角色,引導學生對特定情境發(fā)問,讓學生從中有所發(fā)現(xiàn),而不是將學習的內(nèi)容直接提供給學生,可以在簡短總結地基應力及沉降后,提出兩個問題:(1)構件設計一般需要滿足幾個方面的要求;(2)低碳鋼應力一應變曲線有幾個特征點。學生回答這兩個簡單問題后,教師可將土的抗剪強度問題自然引出。

3.課件制作

近來,多媒體教學受到了國內(nèi)各大高校的推崇。它集文字,圖形,圖像,聲音及視頻剪輯等元素于一體,多渠道調(diào)動學生的感觀系統(tǒng),提高教學效率。以極限平衡條件應用為例,為表達第三主應力不變逐漸增大第一主應力,在課件中動態(tài)顯示摩爾圓逐步向右擴大直至與包線相切,相割,可較為強烈地刺激學生地視覺感受,形成深刻記憶。

(三)課堂氛圍

課堂氛圍是課堂里的一種綜合心理狀態(tài),積極的課堂氣氛使得課堂紀律良好,師生關系和諧,學生精神飽滿,集中注意力,專心聽課,教師善于點撥和積極引導,課堂上呈現(xiàn)出有張有弛,熱烈活躍與恬靜嚴謹有機結合的景象。良好課堂氛圍的形成是一個長期過程,既取決于學生的學風,也取決于任課教師的教風。課堂教學中,主要應以嚴謹,深入教學吸引學生,通過知識交流引起共鳴,但插入適當?shù)幕ㄐ觞c綴課堂可起到潤滑劑的作用,拉近師生的距離。

三、結語

結合土力學的特點以及教學過程中的親身體會,簡要總結了幾點青年教師提高教學質(zhì)量的方法。并通過“土的抗剪強度理論”這一教學實例闡述了作者是如何組織、開展土力學教學的。

[1]陳希哲.土力學地基基礎[M].北京:清華大學出版社,2004.

[2]袁俊平,盧廷浩.互動式教學在土力學教學中的應用[A].土力學教育與教學——第一屆全國土力學教學研討會論文集[C].北京:人民交通出版社,2006.

[3]劉成宇.土力學[M].北京:中國鐵道出版社,2007.

2009-12-30

鄭國勇(1978-),男,湖北云夢人,博士,講師。