發(fā)布時(shí)間：2019-11-22所屬分類：教育論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要: 土力學(xué)是土木工程、巖土工程以及地質(zhì)工程等專業(yè)很重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，為這些領(lǐng)域其他后續(xù)專業(yè)基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)提供了必要的理論知識(shí)。土力學(xué)教學(xué)不僅要側(cè)重于基本概念及基本理論，同時(shí)更應(yīng)注重與實(shí)際工程問題相結(jié)合。結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，以及工程建設(shè)
摘 要: 土力學(xué)是土木工程、巖土工程以及地質(zhì)工程等專業(yè)很重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，為這些領(lǐng)域其他后續(xù)專業(yè)基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)提供了必要的理論知識(shí)。土力學(xué)教學(xué)不僅要側(cè)重于基本概念及基本理論，同時(shí)更應(yīng)注重與實(shí)際工程問題相結(jié)合。結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，以及工程建設(shè)的不斷發(fā)展帶來的新問題、新技術(shù)對(duì)土力學(xué)教學(xué)方法進(jìn)行了一些探索和思考。
關(guān)鍵詞: 土力學(xué)，教學(xué)方法，測(cè)試技術(shù)，工程建設(shè)
0 引言
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)于土的問題基本可以歸結(jié)為土的強(qiáng)度問題、土的變形問題以及土中的滲流問題。通過土力學(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)來研究不同應(yīng)力狀態(tài)下土的強(qiáng)度、變形以及滲流問題，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，《說文解字》里說過: “土”者，是地之吐生萬物者也，彼時(shí)，土的重要性來源于它是萬物生長(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)不僅僅作為供萬物生長(zhǎng)的土壤，可以說現(xiàn)代社會(huì)的生產(chǎn)、生活以及工程建設(shè)都離不開土。自 1773 年 Coulomb 首開先河提出極大極小準(zhǔn)則在若干靜力學(xué)問題中的應(yīng)用以來，土作為一種工程體或工程研究的對(duì)象，它的工程特性開始被關(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，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)用越來越廣，測(cè)試技術(shù)越來越高我們對(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)際工程問題時(shí)容易出現(xiàn)多解的情況，即對(duì)同一問題的分析可能會(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)與其說是科學(xué)不如說是藝術(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)，首先讓大家說出直覺上想到的土，很顯然西北地區(qū)的同學(xué)說的是黃土、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)注的問題。因此，作者在土力學(xué)授課過程中，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，帶來了很多新的土力學(xué)問題，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)問題、解決問題[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)緒論講解過程中通過介紹一些著名的重大工程事故來引出土力學(xué)三大問題，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)歷的本科生來說，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)象和新問題屢見不鮮，這就要求我們?cè)谡n堂教學(xué)過程中，要結(jié)合工程建設(shè)的新發(fā)現(xiàn)和新問題對(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了很多新的問題和挑戰(zhàn)，需要我們?cè)谕亮W(xué)教學(xué)過程中時(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題，解決工程問題掛鉤[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)易往來與感情交流建立起來紐帶，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)課程帶來挑戰(zhàn)，沒有一個(gè)大型工程的建設(shè)問題是可以用單獨(dú)的一門課程的知識(shí)理論來分析和解決的，因此教學(xué)過程中我們應(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。
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4 結(jié)語
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)。
