“土力學”課程的教學特點和改革措施分析

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

1 引言

在長期的工程實踐觀察中，太沙基在1925 年出版《土力學》，標志著土力學發展成為一門獨立學科，雖然目前的土力學仍然有諸多不完善的地方，很多帶有半經驗性質的公式和理論，建立在各種經驗和假設的基礎上，但這是作為一門發展中的學科必須要經歷的過程。由于土體組成復雜，它的力學性質往往不能通過材料力學、結構力學、彈性力學等以連續介質為基礎的相關力學來研究[1]，因此在應用土力學一些理論的時候不得不做出一定的妥協，這就加大了教師的教學難度和學生的學習難度?！巴亮W”課程的主要任務是使學生掌握土體的基本物理性質、滲透特性以及土體的強度與變形特性，并掌握應用土體的抗剪強度理論與極限平衡條件分析計算擋土結構上土壓力、地基承載力、土坡穩定性的基本方法，其作為土木工程、水利工程、城市地下空間工程等專業的主要必修課程，具有十分重要的地位。筆者根據自己在“土力學”課程中的教學經歷，簡述了“土力學”的教學特點，并對這些問題進行了分析和探討，以期幫助學生提高學習效果，并為該課程教學方式的改進提供一定的參考。

2 “土力學”教學中存在的問題

2.1 教學難度大

“土力學”是一門不斷發展中的學科，隨著科研設備和試驗方法的改進，國內外學者在不斷推動土力學相關理論的發展。但是，因為土力學創立時間較晚、研究基礎薄弱，僅現有的理論難以對土的很多力學性質和現象給出合理的解釋，導致很多土力學問題存在爭議，不同的學者有著自己不同的解釋。因此，在向學生教授有爭議的知識點時，教師自己必須對此類知識點有較為深入的認識，這勢必加大了教學的難度。另外，由于部分土力學理論是建立在各種經驗和假設的基礎上，而且有些重要的概念和理論較為抽象，學生在學習的時候感覺很吃力，即使課堂上聽懂了，但做題的時候仍然不會。因為大多數土力學題目都有工程背景，包含的信息比較多，這就需要學生加強自學，正確理解相關理論的應用條件。教育部頒布的《高等學校課程思政建設指導綱要》指出，對于工學類專業課程，要注重強化學生工程倫理教育。然而“土力學”這樣的傳統工科專業課程思政內涵不夠豐富[2]，在課程教學中如何豐富土力學課程思政內涵，培養學生具有高尚的道德操守是一大難題。

2.2 教學形式單一

目前“土力學”的課堂教學占用了絕大部分教學時間，但該課程屬于與工程實踐聯系極為緊密的課程[3]，要學好土力學，必須試驗與實踐相結合，很多土力學中的理論公式都是帶有經驗或者半經驗性質的，只有通過相關試驗，才能讓學生更好地去理解這些公式的來龍去脈。但是由于科研條件的限制，很多土工設備普通本科生很少有機會使用并去做復雜的土力學試驗，比如土的三軸試驗，僅靠教師在課堂上闡述這些土力學概念和理論，學生會覺得很抽象，不太容易接受。

2.3 “土力學”教學內容不夠完善

目前市場上流通的教材至少有數十種，每本教材都有自己的特色和優勢，也都有各自的側重點但是由于土力學內容過于繁雜、涉及面太廣，很難找到一本教材可以對土力學的諸多理論進行詳細的闡述，而本科生上課時只用到一種教材，因此學生不能較全面地了解土力學，甚至對于一些概念的理解全部來自于課堂上所用的教材。

3 教學模式的改革措施

3.1 豐富教學方式

單純的課堂教學對于“土力學”這門課來說是不夠的，學生很難通過課堂教學去理解抽象的概念和理論，筆者認為要重視土力學中的土工試驗。土力學實驗屬于土力學教學體系的重要組成部分，具有較強的應用性和實踐性[4]。通過土工試驗可以讓學生對土的三相比例換算、顆粒級配、抗剪強度指標等內容會有直觀的認識，如果試驗設備欠缺，教師應該注意搜集相關的試驗視頻或者試驗照片，在課堂上展示給學生。

近年來，網絡技術迅速發展并廣泛應用到教育領域，網絡技術的應用不僅拓展了形象教學的演示時空，而且打破了以課堂為主的教學時空觀念[5-6]。學?？梢猿浞掷镁W絡規模效應來分攤教學人均成本，并通過大數據分析學生的學習行為，對教學活動進行優化，以彌補傳統課堂教學的局限[7]。另外應該加強現場實習，除了在現場進行一些標準貫入實驗、旁壓實驗，更重要的是帶領學生到基坑、邊坡等工程項目中參觀學習，了解實際工程進行支護和降水的相關施工工藝，以及支護方式的選擇和支護機理。這樣把課堂搬到工地上，既生動又能提高學生的學習效率，讓學生能真正懂得并學以致用。

3.2 改進教學方法

教學方法是實現教學目標、理解教學內容的重要環節，在課程的授課中，對于土力學理論部分，由于學生幾乎沒有土力學概念，因此可以采用教育學中的“講授法”和“類比法”。這種教學方法有利于學生直觀、快速地建立土力學的基本概念和力學行為特征，特別是與“材料力學”相關原理的異同比較，能夠加深學生對土力學基本原理的理解。對于應用土力學部分，可以采用教育學中的“案例法”和“討論法”教學，在學生已經具有土力學基本知識的基礎上，增加學生主動學習的興趣，培養學生應用土力學原理解決實際問題的能力。

具體實施可通過引入“典型案例”增加學生對問題的關注度，提高學生的興趣；引導學生運用學過的土力學原理思考案例中的問題是如何解決的，從而引入教學內容，進行講授；最后強調本次課程的重點及學習本次課程的目的，同時提出課后思考問題或布置作業。此外，不能僅僅依靠教材作為唯一的知識來源，教師應該鼓勵并指導學生進行和土力學相關的課外閱讀，鼓勵學生利用多種手段獲取信息，如互聯網資源、校園網資源（校園網數據庫）、圖書館資源（期刊、專業文獻）等進行課外閱讀。通過課外閱讀，既能輔助某些教學內容的學習，又能增加學生的知識面，拓展專業視野。

3.3 對學生的學習狀況進行調查研究

教師在教學的時候，應該采用科學的教育方法，有時候即使教師本人對土力學有著深入的研究和理解，但是如果教學方法不得當，教學效果也未必很好。因此教師應該注重學生的學習效果，隨時把握好學生的學習動態，比如通過問卷調查來調研學生的學習狀況。筆者曾對所教的大三學生進行過一次簡單的問卷調查，對于問題“將本科期間所學力學按照課程難度從難到易排列（這些力學課程包括“材料力學”“理論力學”“土力學”“流體力學”“結構力學”）”，調查結果顯示，以上課程的難易順序依次為“結構力學”“土力學”“材料力學”“理論力學”和“流體力學”?？梢妼τ诒究粕鷣碚f，土力學的學習難度僅次于結構力學。對于問題“土力學中最難的三個章節”，53%的學生認為地基沉降計算、土的抗剪強度和土壓力計算是最難的三個章節。了解學生的學習動態以后，就可以有針對性地對這三部分內容進行更詳細的講解，并可以多布置相關習題供學生們練習，同時在課堂上可以預留一些時間給學生們答疑解惑。

3.4 鼓勵學生參加與土力學相關的科技競賽

大部分學生參加課外活動熱情度較高，但對于學科競賽、科技競賽，如果缺乏有效指導，培養機制缺乏系統整合，沒有形成良好的傳幫帶傳統，都會導致學生對此類競賽參與度不夠且成績不理想[8]。目前與土力學相關的競賽有全國大學生巖土工程競賽、全國高校城市地下空間工程專業大學生模型設計競賽等賽事，學?？梢越⒁粋€專門的競賽基地來培養學生的競賽能力。學生在參加這些科技競賽的時候，一方面能將自己的土力學知識應用到競賽中去，另一方面通過與其他高校參賽師生的交流，也能擴展學生的知識面，且加深自己對土力學相關知識的認知。

3.5 多種土力學教材配合使用

任何一種土力學教材都有其局限性，教材的編者根據個人擅長的知識點，可能會對某些理論闡述的比較詳細，而對自己不擅長的地方只進行簡單介紹。因此筆者建議教授“土力學”時，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。高校也應該充分考慮在教材內容基礎上建立一套完善且多方監督的教材選擇流程[9]，這樣在教材的選用上就有了一定的標準，可以更加科學合理地選取教材。筆者在教授該課程時，用到了市場上主流的四本土力學教材。

4 結語

“土力學”作為一門理論性和實踐性都很強的基礎課程，在很多高校已經開展了多年，培養了大批土木工程人才。本文針對目前教學中存在的一些主要問題和學習內容的重難點，基于筆者個人的教學經驗，提出了教學改革的幾條措施。當然，想取得良好的教學效果，前提是教師個人要不斷加強學習、豐富專業知識、提高理論水平。只有這樣，才能充分調動學生的學習興趣，讓學生更好地掌握土力學知識。