土力學(xué)教學(xué)方法探討

序論：好文章的創(chuàng)作是一個(gè)不斷探索和完善的過(guò)程，我們?yōu)槟扑]一篇土力學(xué)教學(xué)方法探討范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質(zhì)，帶來(lái)更深刻的閱讀感受。

相比土木工程、巖土工程及地質(zhì)工程專業(yè)其他專業(yè)基礎(chǔ)課程，土力學(xué)課程概念性內(nèi)容比較多，知識(shí)點(diǎn)比較分散，公式比較多、內(nèi)容連貫性較差，學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)頭緒繁多，不具備材料力學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性，不像《基礎(chǔ)工程》類似課程具備較強(qiáng)的操作性，因此學(xué)習(xí)難度較大，學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣較低，給教師教學(xué)增加了難度，同時(shí)也給學(xué)生的學(xué)習(xí)增加了難度。土力學(xué)教學(xué)中普遍存在的問(wèn)題是，基本理論知識(shí)的學(xué)習(xí)與工程應(yīng)用結(jié)合不緊密，教學(xué)過(guò)度注重于教材，缺乏向工程實(shí)踐方面的延伸，這就容易給學(xué)生造成誤解，認(rèn)為課堂學(xué)習(xí)不重要，在將來(lái)工作中不會(huì)用到，從而缺乏學(xué)習(xí)的動(dòng)力。而工程建設(shè)的對(duì)象也就是被我們稱之為工程體的對(duì)象有三類，包括土體、巖體以及工程結(jié)構(gòu)物。而工程建設(shè)中所遇到的關(guān)于土的問(wèn)題基本可以歸結(jié)為土的強(qiáng)度問(wèn)題、土的變形問(wèn)題以及土中的滲流問(wèn)題。通過(guò)土力學(xué)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)土力學(xué)基本概念以及基本原理的掌握不應(yīng)僅僅作為課程學(xué)習(xí)的目標(biāo)，而應(yīng)使學(xué)生具備利用土力學(xué)基本原理及知識(shí)去分析、解決土力學(xué)問(wèn)題的能力。隨著工程技術(shù)、計(jì)算技術(shù)以及測(cè)試技術(shù)的飛速發(fā)展，土力學(xué)教學(xué)內(nèi)容及方法也應(yīng)隨之進(jìn)行創(chuàng)新和發(fā)展。下面結(jié)合作者的實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，談一點(diǎn)教學(xué)體會(huì)和思考。

1明確土力學(xué)研究對(duì)象的普遍性和特殊性

與其他經(jīng)典力學(xué)相比，土力學(xué)以人們非常熟悉的土作為主要研究對(duì)象，它以力學(xué)基本理論知識(shí)為基礎(chǔ)來(lái)研究不同應(yīng)力狀態(tài)下土的強(qiáng)度、變形以及滲流問(wèn)題，當(dāng)土體本身作為一種工程結(jié)構(gòu)物時(shí)還要研究它的長(zhǎng)期穩(wěn)定性［1］。

1．1土的成因決定了土的特性，在系統(tǒng)教學(xué)中應(yīng)該貫穿始終

土的普遍性體現(xiàn)在它在我們的生活中隨處可見(jiàn)，《說(shuō)文解字》里說(shuō)過(guò):“土”者，是地之吐生萬(wàn)物者也，彼時(shí)，土的重要性來(lái)源于它是萬(wàn)物生長(zhǎng)的土壤，是為人們提供衣食住行的溫床。然而隨著人類社會(huì)和文明的發(fā)展，土已經(jīng)不僅僅作為供萬(wàn)物生長(zhǎng)的土壤，可以說(shuō)現(xiàn)代社會(huì)的生產(chǎn)、生活以及工程建設(shè)都離不開(kāi)土。自1773年Coulomb首開(kāi)先河提出極大極小準(zhǔn)則在若干靜力學(xué)問(wèn)題中的應(yīng)用以來(lái)，土作為一種工程體或工程研究的對(duì)象，它的工程特性開(kāi)始被關(guān)注，這也為土力學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)［1］。土力學(xué)理論的發(fā)展經(jīng)歷了最開(kāi)始的土體破壞理論，土體變形理論以及現(xiàn)代土力學(xué)的一個(gè)模型、三個(gè)理論和四個(gè)分支，隨著理論的發(fā)展土工測(cè)試技術(shù)特別是原位測(cè)試技術(shù)和模型試驗(yàn)技術(shù)也有了很大的進(jìn)展。近年來(lái)，隨著大型工程建設(shè)的發(fā)展土力學(xué)理論分析和工程應(yīng)用在我國(guó)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，隨著工程應(yīng)用越來(lái)越廣，測(cè)試技術(shù)越來(lái)越高我們對(duì)土的力學(xué)特性的認(rèn)識(shí)愈加深入。土的普遍性和特殊性是由土的成因決定的，土是巖石風(fēng)化的產(chǎn)物這一成因即決定了土具有碎散性、三相性以及自然歷史性的特點(diǎn)。而這些特性造成了土體在物理力學(xué)特性上的復(fù)雜性，因此與經(jīng)典力學(xué)課程相比土力學(xué)這門課程內(nèi)容比較多，連貫性和系統(tǒng)性比較差。另外，土的這些特性導(dǎo)致了當(dāng)我們采用土力學(xué)理論解決實(shí)際工程問(wèn)題時(shí)容易出現(xiàn)多解的情況，即對(duì)同一問(wèn)題的分析可能會(huì)出現(xiàn)多個(gè)答案，因此土力學(xué)的目的是解決實(shí)際工程問(wèn)題，工程實(shí)用性是土力學(xué)有別于其他力學(xué)的一個(gè)特點(diǎn)，因此，土力學(xué)的創(chuàng)始人太沙基晚年強(qiáng)調(diào)“土力學(xué)與其說(shuō)是科學(xué)不如說(shuō)是藝術(shù)”是對(duì)這門學(xué)科特點(diǎn)的闡述［2］。這就要求我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程中除了要注重概念的理解及基本原理的掌握，還應(yīng)更注重工程經(jīng)驗(yàn)、試驗(yàn)測(cè)試及分析技術(shù)以及各種適用條件。

1．2土的特殊性與土的工程特性密切相關(guān)

當(dāng)土作為一種工程體或工程對(duì)象時(shí)，我們更關(guān)注的是土的工程特性，雖然土都是巖石風(fēng)化的產(chǎn)物，但不同地質(zhì)環(huán)境及地質(zhì)歷史年代形成的土其物理力學(xué)特性具有顯著的差異。一個(gè)很典型的問(wèn)題就是當(dāng)我們課堂上講土的物理力學(xué)特性時(shí)，首先讓大家說(shuō)出直覺(jué)上想到的土，很顯然西北地區(qū)的同學(xué)說(shuō)的是黃土、江贛地區(qū)的同學(xué)首先想到的是紅黏土，東北地區(qū)的同學(xué)提到的是黑土，此外還有淤泥土，膨脹土等等。而在工程應(yīng)用中這些土由于工程特殊性比較大因此歸類于工程上的特殊土，因此，我們?cè)谕亮W(xué)教學(xué)過(guò)程中對(duì)于土體基本概念和性質(zhì)的講解應(yīng)該從土的成因出發(fā)，基于其物理力學(xué)特性并最終落腳于特殊土的工程特性。這也是土的工程應(yīng)用最為關(guān)注的問(wèn)題。因此，作者在土力學(xué)授課過(guò)程中，第一章土的物理力學(xué)性質(zhì)講解完畢增加了一部分課外拓展知識(shí)，即特殊土的工程性質(zhì)，著重講解了黃土、紅黏土、膨脹土、凍土以及淤泥土等的工程特性，以及作為不同工程體時(shí)的處理方法。這也是土力學(xué)側(cè)重工程應(yīng)用的一個(gè)重要體現(xiàn)。

2教學(xué)方法的改革是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的必經(jīng)之路

科技技術(shù)的發(fā)展以及工程建設(shè)的規(guī)模和難度的提高，帶來(lái)了很多新的土力學(xué)問(wèn)題，出現(xiàn)了許多應(yīng)用傳統(tǒng)土力學(xué)基本知識(shí)和原理無(wú)法解釋的現(xiàn)象，這就要求對(duì)土的力學(xué)特性以及工程特性的講解應(yīng)結(jié)合土力學(xué)的一些新發(fā)現(xiàn)和新認(rèn)識(shí)，需要我們?cè)谝延械耐亮W(xué)知識(shí)教學(xué)的基礎(chǔ)上，探索新的方法思路激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2．1教學(xué)過(guò)程中增加學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)

合理利用教學(xué)方法是提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的重要途徑，土力學(xué)教學(xué)授課知識(shí)密度大，強(qiáng)度高，長(zhǎng)時(shí)間的理論分析和講解容易引起學(xué)生的疲勞和厭學(xué)心理［3］。土工試驗(yàn)及測(cè)試技術(shù)是土力學(xué)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，也是鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力的重要途徑，在土力學(xué)課堂教學(xué)過(guò)程中有效整合巖土工程原位測(cè)試技術(shù)以及土工試驗(yàn)技術(shù)教學(xué)資源，引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手，掌握這些測(cè)試技術(shù)尤其是原位測(cè)試技術(shù)的目的、原理、操作流程以及數(shù)據(jù)處理和分析方法。土的碎散性和三相組成決定了土在變形、強(qiáng)度等特性上與連續(xù)介質(zhì)都大為不同，僅靠基本的力學(xué)知識(shí)不能完全解決問(wèn)題，這就需要采用必要的試驗(yàn)技術(shù)和手段去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題［4］。隨著科技的不斷進(jìn)步，新的測(cè)試技術(shù)層出不窮，教學(xué)過(guò)程應(yīng)適時(shí)增加一些新的測(cè)試技術(shù)的講解，例如光纖測(cè)試技術(shù)、三維激光掃描技術(shù)等，以此不斷更新和拓寬學(xué)生的知識(shí)面，同時(shí)也能顯著激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2．2課堂知識(shí)的講解應(yīng)與重大工程建設(shè)相聯(lián)系

許多教師在土力學(xué)緒論講解過(guò)程中通過(guò)介紹一些著名的重大工程事故來(lái)引出土力學(xué)三大問(wèn)題，如加拿大的特朗斯康谷倉(cāng)、蘇州的虎丘塔等等。而自課本第二章開(kāi)始的理論知識(shí)和原理的講解和學(xué)習(xí)往往比較枯燥，多種形式相結(jié)合的教學(xué)方式以及重大工程建設(shè)實(shí)例的引用能夠有效提高教學(xué)效率。本人在教學(xué)過(guò)程中有效利用重大工程建設(shè)實(shí)例，搜索并利用相關(guān)資源，例如在講解地基土的強(qiáng)度、地基沉降及變形問(wèn)題時(shí)，穿插為同學(xué)們播放了央視紀(jì)錄片《超級(jí)工程》中的路橋篇，結(jié)合這些路橋工程為同學(xué)們講解了工程建設(shè)中經(jīng)常遇到的地基強(qiáng)度和沉降變形問(wèn)題。另外，相關(guān)學(xué)科知識(shí)點(diǎn)的交叉融合有利于學(xué)生舉一反三，將專業(yè)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行串聯(lián)并掌握，例如，課堂講解第四章土的變形特性和地基沉降計(jì)算，第五章土的抗剪強(qiáng)度以及第六章?lián)跬两Y(jié)構(gòu)物上土壓力的計(jì)算等時(shí)，滲透了后續(xù)基礎(chǔ)工程課程中的地基處理問(wèn)題的知識(shí)點(diǎn)，對(duì)于缺乏現(xiàn)場(chǎng)工作經(jīng)歷的本科生來(lái)說(shuō)，這不僅能夠增加學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，同時(shí)也使他們對(duì)今后工作中要面對(duì)和解決的工程問(wèn)題有新的認(rèn)識(shí)。

3土力學(xué)教學(xué)目的和內(nèi)容也應(yīng)該注重發(fā)展和創(chuàng)新

與《理論力學(xué)》《彈性力學(xué)》以及《材料力學(xué)》等課程相比，土力學(xué)研究對(duì)象更加復(fù)雜多變，而隨著土木工程功能化、城市立體化和交通高速化的發(fā)展，新現(xiàn)象和新問(wèn)題屢見(jiàn)不鮮，這就要求我們?cè)谡n堂教學(xué)過(guò)程中，要結(jié)合工程建設(shè)的新發(fā)現(xiàn)和新問(wèn)題對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行發(fā)展和創(chuàng)新。而人類生活不斷向城市地下空間以及海洋空間的拓展帶來(lái)了很多新的問(wèn)題和挑戰(zhàn)，需要我們?cè)谕亮W(xué)教學(xué)過(guò)程中時(shí)刻做到概念、原理等的學(xué)習(xí)要與工程實(shí)際相聯(lián)系，應(yīng)該思考如何將土力學(xué)教學(xué)內(nèi)容與分析新的工程問(wèn)題，解決工程問(wèn)題掛鉤［5］。這就要求授課教師除了依據(jù)教材備課以外，還要有大量的關(guān)于工程實(shí)例的分析和積累，同時(shí)也應(yīng)該注意實(shí)時(shí)把握相關(guān)的工程熱點(diǎn)，抓住時(shí)機(jī)啟發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造力。2018年12月世界最長(zhǎng)的跨海大橋港珠澳大橋經(jīng)歷七年的建設(shè)終于順利通車，它不僅為兩岸三地的貿(mào)易往來(lái)與感情交流建立起來(lái)紐帶，同時(shí)也為土木工程、巖土工程等相關(guān)專業(yè)的學(xué)生帶來(lái)了新的思考，為土力學(xué)、基礎(chǔ)工程以及材料工程課程的學(xué)習(xí)創(chuàng)造了良好的素材。作者在授課前做了大量的課堂準(zhǔn)備，查閱了相關(guān)文獻(xiàn)，會(huì)議記錄并全程觀看了央視關(guān)于港珠澳大橋施工過(guò)程的紀(jì)錄片，結(jié)合筆者的心得體會(huì)在課堂上為同學(xué)們講解了如何應(yīng)用土力學(xué)知識(shí)和原理解決實(shí)際工程問(wèn)題，顯著提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了教學(xué)效率。實(shí)際上，不僅僅是土力學(xué)，我們土木工程、巖土工程等學(xué)科課程的教學(xué)內(nèi)容與工程建設(shè)的發(fā)展程度密切相關(guān)，同時(shí)各門課程之間是相互聯(lián)系和發(fā)展的，一個(gè)港珠澳大橋的建設(shè)所產(chǎn)生的新的問(wèn)題以及解決辦法可能會(huì)為土力學(xué)、基礎(chǔ)工程以及材料力學(xué)等相關(guān)課程帶來(lái)挑戰(zhàn)，沒(méi)有一個(gè)大型工程的建設(shè)問(wèn)題是可以用單獨(dú)的一門課程的知識(shí)理論來(lái)分析和解決的，因此教學(xué)過(guò)程中我們應(yīng)該更加注重與多門相關(guān)課程內(nèi)容的交叉融合和滲透。例如土力學(xué)授課可以視為是基礎(chǔ)工程這門課的前導(dǎo)性課程，而基礎(chǔ)工程這門課又是土力學(xué)這門課的延伸，二者是自成體系的。教授在授課過(guò)程中應(yīng)該進(jìn)行發(fā)展和聯(lián)系，以提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和運(yùn)用能力。

4結(jié)語(yǔ)

土力學(xué)是以土為主要研究對(duì)象，以力學(xué)理論為基礎(chǔ)的一門課程，土力學(xué)這門課程的特殊性是由土的工程特性決定的，因此，土力學(xué)教學(xué)過(guò)程中，土作為工程體具有的普遍性和特殊性是貫穿始終的。土力學(xué)內(nèi)容與土木工程建設(shè)息息相關(guān)，土力學(xué)的發(fā)展受工程建設(shè)水平以及科技水平發(fā)展的影響，這就要求土力學(xué)授課教師需要實(shí)時(shí)把握工程建設(shè)的前沿和熱點(diǎn)，儲(chǔ)備大量的實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，不斷的在課堂中充實(shí)課本的教學(xué)內(nèi)容，不斷的拓寬學(xué)生的知識(shí)面。依據(jù)工程建設(shè)的需要土力學(xué)教學(xué)方法應(yīng)該有創(chuàng)新和改革，傳統(tǒng)的土力學(xué)授課以課堂教學(xué)為主，而土工試驗(yàn)及原位測(cè)試技術(shù)，尤其是新型測(cè)試技術(shù)如遙感技術(shù)、光纖以及三維激光掃描技術(shù)應(yīng)該越來(lái)越多的受到重視和應(yīng)用，同時(shí)教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該更多的結(jié)合多種資源，如網(wǎng)絡(luò)、電視等多媒體資源，讓學(xué)生除了課本之外能夠從多渠道多手段獲得相關(guān)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，從而提高教學(xué)質(zhì)量使學(xué)生奠定扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn):

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［5］丁軍霞，熊保林，湯勁松．土力學(xué)教學(xué)的體會(huì)與思考［J］．科技信息，2011(35):375-376．

作者:楊國(guó)香 徐能雄 張彬 單位:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)( 北京)