项目教学法和任务驱动法在土力学教学中的探索与实践

姜景山

摘 要：项目教学法和任务驱动法改变了传统土力学教学中学生被动接受的学习模式，充分激励了学生学习的动机和激情，提高了学习的主动性和积极性。结合目前土力学教学的现状和存在的问题，建议采用项目教学法和任务驱动法结合的方式进行教学，其中相对简单、单一的知识点可设计一个新颖的实际工程问题采用任务驱动法进行讲授，而在学生具有一定的土力学或其它课程或学科的理论和实践知识之后，可考虑设计一个相对综合性的项目采用项目教学法进行教学，以达到综合提高学生的自主学习能力、团队协作能力、探索创新能力和综合展示能力，为社会培养具有较高专业素质和综合能力的复合型人才。

关键词：项目教学法；任务驱动法；土力学；应用性；实践性；教学改革

0 序言

项目教学法自1918年由美国哥伦比亚大学的克伯屈（Kilpatrick）首次提出已经在世界各国的教学中广泛应用，如美国、英国、德国等发达国家，涉及的教育领域众多，有高等教育、职业教育，甚至幼儿教育等领域[1]。在国内随着教学改革的进行，项目教学法也逐渐受到人们的重视，不断得到推广和应用，特别是国内的职业教育领域项目教学法得到了广泛应用，也取得了较好的教育效果[2-5]。

土力学课程是土木工程专业的一门基础课，具有实践性强、经验性强等显著特点。目前土力学教学大多数仍采用传统的教学模式，即老师主要在课堂上讲授而学生坐在下面听课的被动接受的模式，学生学习的积极性和学习的效果不甚理想。近年来，土力学实践性或应用性教学改革已经成为教学改革的重点，培养具有实践能力、协作精神和创新意识并符合社会需求的高级专门人才是高等教育的目标，项目教学法和任务驱动法在这方面具有明显优势，本文就项目教学法和任务驱动法在土力学教学中的应用进行了初步探索。

1 项目教学法简介

项目教学法是通过实施一个完整的项目而进行的教学活动，其目的是将理论教学和实践教学有机的统一，充分调动学生学习的主动性，发掘学生的创造潜能，提高学生的综合能力，增强学生的团队合作意识。

项目教学法起源于欧洲的建筑教学的项目作业（Project Work），随后这种以项目作为常规的教学方法被传入美国。1918年美国哥伦比亚大学的克伯屈（Kilpatrick）对项目教学法进行重新定义并以名为项目教学法（The Project Method）发表在教育学院学报上，此后项目教学法逐渐得到人们的重视[6]。

克伯屈认为的项目教学法是“在社会环境中发生的、全身心的、有计划的行动”[6]。从克伯屈的定义可以看出项目教学法的要素有：一定的社会环境、学生的自主行动、开展计划的行动、完成项目的过程。项目教学法中的学习对象既可以是一个具体的、有形的、看得见、摸得着的产品；也可以是一个相对抽象的东西。

项目教学法虽然是通过完成一个完整的项目来进行的教学活动，但是不以完成项目的结果作为主要目标，而是以项目实施的过程作为核心，即通过学生的自主行动，以团队合作的方式，开展探索创新工作，在此过程中充分激发学生的主动性、发掘学生的创造性、增强学生的协作性、提高学生的全面性。

项目教学法不同于传统的以教师为主的一言堂、满堂灌的教学模式，而是以学生为主体、项目为主线的教学模式，教师更多的是引导者、管理者的角色，这是项目教学法的显著特点。

项目教学法实施大致可归纳为以下四个阶段[6]：（1）项目构想。对项目进行构思，提出项目的大致框架。（2）项目计划。根据项目预定目标和已有的条件，计划项目的实施。（3）项目执行。根据项目计划，实施项目的过程，实施过程中可以对原计划进行检查或修正。（4）项目总结。根据项目完成的过程和结果进行总结，包括完成的效果、存在的问题、获得的经验等。

2 任务驱动法

项目教学法很容易与现阶段很多高校教学改革中所采用的任务驱动法（有的也称为问题式教学法）造成混淆[7-8]，这两者之间其实是不同的。首先在教学目标上，项目教学法要求学生能够熟练地运用已经学到的知识（可能是不同课程或不同学科的）去融会贯通地解决一个综合性的项目，侧重培养学生的关键能力；而任务驱动法则更多的是相对单一的理论知识的理解或技能的掌握。其次，难易程度方面，任务驱动法中设计的“任务”相对简单，而项目教学法中设计的“项目”实施难度相对较高。第三，完成时间方面，任务驱动法一般在课内就可以完成，而项目教学法实施时间较长。第四，学习模式方面，任务驱动法主要以学生个体学习为主，而项目教学法则是项目组成员共同合作完成。第五，教师作用方面，任务驱动法教师指导较多，而项目教学法则主要是学生自主完成。第六，实施特点方面，任务驱动法中任务的设计、细化等主要是由教师来完成的，而项目教学法中项目计划的制定，项目的实施等均由学生讨论决定[7]。

任务驱动法一般是按提出问题、分析问题和解决问题的思路来进行的[7]：

（1）设计问题。首先，教师需要在教学内容总体把握的基础上，根据需要讲授的知识点和要求，结合工程实际，提出一个现实的工程问题，激发学生学习的动机，设计问题非常关键，关系到任务驱动法的成败。设计的问题应符合教学大纲的要求和重点，做到有的放矢；宜采用新颖的实际工程问题，充分激发学生的学习动机。

（2）自学分析。学生带着老师提出的问题，有目的地带着疑问自学教材，并组织学生讨论交流，发表对问题的认识和理解，互相启发，共同提高。

（3）讲授总结。最后，教师宜采用多媒体和板书结合的方式讲授，充分解答所提出的问题，通过图文音像并茂的方式，激发学生学习的积极性，对于重点和难点内容重点提醒和强调，确保学生牢固地掌握。

以土力学中有效应力原理为例，结合实际工程，设计了如下问题：现在很多城市都过度开采地下水，地下水位下降較多，造成城市发生大面积地面沉降（假定第一层不透水层之上土质较为均匀），试解释为什么？

在学生自学分析、相互讨论，教师教授了有效应力原理之后，就可以应用有效应力原理解答上述所提的问题。

首先，采用幻灯片演示有效应力原理的公式：

σ=σ+ u （1）

式中，σ为土中某点的总应力，σ为该点的有效应力，u为该点的孔隙水压力。

并向学生强调虽然土中某点的总应力等于有效应力与孔隙水压力之和，但土体的强度和变形取决于有效应力。图1为地面沉降有效应力原理计算图，地下水位以上均质土体的容重为γ，地下水位以下饱和土体的容重为γsat。

首先，计算A的有效应力，地下水位下降前，总应力为：

σ=γ·h1+γsat·h2+γsat·hA，u=γw·h2+γw·hA （2）

所以，水位下降前A点的有效应力为

σ=σ–u=γ·h1+（γsat—γw）·h2+（γsat—γw）·hA（3）

地下水位下降后，A点的总应力为：

σ=γ·h1+γ·h2+γsat·hA，u=γw·hA （4）

所以，水位下降后A点的有效应力为

σ=σ–u=γ·h1+γ·h2+（γsat—γw）·hA （5）

由于γ>（γsat—γw），所以，水位下降后，A的有效应力增大了。

同理，可得B点在水位下降前的总应力为

σ=γ·h1+γsat·hB，u=γw·hB （6）

所以，水位下降前B点的有效应力为

σ=σ–u=γ·h1+（γsat—γw）·hB （7）

地下水位下降后，B点的总应力为：

σ=γ·h1+γ·hB，u =0 （8）

所以，水位下降后B点的有效应力为

σ=σ–u=γ·h1+γ·hB （9）

由于γ>（γsat—γw），所以，水位下降后B点的有效应力也增大了，而C点则没有变化，因此在原来地下水位线以下的土体的有效应力都增大了，因此，土体的竖向变形增大，即产生地面沉降，这就是过度开采地下水后，城市发生大面积地面沉降的原因。

3 土力学的特点及教学中存在的问题

土力学是一门实践性和经验性很强的学科，这与土力学研究的对象——土在自然界的形成有很大关系，造成实际的土工工程问题不确定性强、隐蔽性高，许多惨痛的土工事故都说明的这一点，因此必须把土力学教学中理论教学和实践教学紧密结合起来才能使学生掌握好土力学知识。

目前，我校土力学教学中存在的主要问题有：

（1）理论教学与工程实践联系不够密切。目前，土力学课堂教学中往往只注重理论方面，与工程实际联系的还不紧密，特别是很多土力学教师没有进行实际工程的经验或现场经验，对很多土工工程的特点、要求，以及实际工程中可能会出现的问题把握的还不够准确，导致在讲解土力学理论课程时不能结合实际有重点的进行教学。

（2）实践性教学环节相对薄弱。土力学是门实践性很强的科学，很多土力学理论是基于实验基础上得到的。目前，我校土力学的实验课一是基本都是验证性实验，均是实验教师定好实验项目、实验要求等，学生按照教师的要求完成试验内容，属于比较典型的任务驱动型；二是实验课时安排偏少，能够开展的实验项目也偏少，实验教学没有加深学生对土力学的更深的感性认识和理性理解，自然难以把握土工问题的要点。因而，这种轻实践的教学方式已经远远不能满足国家对土木工程专业大学生培养的要求。

（3）学生学习的主动性较差。目前，土力学教学还主要停留于传统的以教师为主的一言堂、满堂灌、填鸭式的教学模式，学生处于被动接受知识的位置，学生学习的主动性差，教师安排的任务也不能很好的完成，更不用说开展研究型、探究型或协作型的学习了。

（4）课时偏少与内容偏多之间的矛盾。土力学主要研究土体在力的作用下应力-应变关系的一门学科，主要内容包含土的组成和物理特性，土的渗透性、压缩性和抗剪强度，地基的变形、承载力和稳定性，土中应力和土压力等相关内容。土力学涉及内容较多，而课堂学时较少，加上近年来土工工程中新理论、新技术、新方法和新工艺不断涌现，导致没有足够课时来介绍工程中热门或应用较多的部分知识。

4 土力学教学内容的改革

土力学课堂教学理论性较强，很多理论和方法都有一定的使用条件和一些假设，如果按传统的教材上内容进行教学，一方面很难提高学生学习的热情和兴趣，另外一方面，对问题的认识和考虑偏理想化，不符合实际情况，难以解决实际的工程问题。因此，有必要吸收项目教学法的成功理念，在教学内容上结合一些典型的实际工程案例进行，特别是一些众所周知一些大型失事工程案例，一方面实际工程能激发学生学习的热情和兴趣，增强责任心和使命感，提高职业道德；另外，实际案例能提高学生的实践知识，对工程的复杂性有一定的感性认识和理解，用实事求是的态度来解决实际问题。如在讲绪论时我们可以结合美国提顿土坝渗透破坏垮坝、意大利比萨斜塔倾斜和加拿大特朗斯康谷仓地基事故等调动和激发学生学习的积极性和主动性，在讲解其他知识点时，可尽量找一些相关的工程案例来引入。

另外，在讲具体某一个知识点时，应改变以往什么都要讲而什么都没有讲透的情况，应将时间放在容易理解并且能够沉积和记忆下来的内容上，即重点讲一些可迁移的知识和内容上来，如基本概念、基本原理、基本方法等，对一些繁杂的中间过程或推导点到为止。

因而，对课堂中一般知识点的内容传授，在条件允许的情况下可尽量采用任务驱动法进行讲授，即采用提出问题→分析问题→解决问题的思路来进行，即首先由教师提出一个实际工程问题，激励学生带着思考去独立地自学教材，然后去理解问题、分析问题并相互讨论问题，最后教师根据学生讨论的情况，有针对性地去讲解、诱導学生去解决问题。事实证明采用这样的方式，学生更易理解和记忆，知识消化吸收的效果也较好。

而当学生学习了一定的专业理论和实验知识之后，可考虑采用项目教学法进行讲授，即通过综合运用土力学已有的知识，甚至其他课程或学科的知识综合地解决一个项目，让学生全程从项目构思、计划、实施，总结等自主地以团队合作的方式完成整个项目。

5 土力学教学模式的改革

项目教学法是将传统的学科体系中的知识内容采用若干个教学项目的方式展开，让学生直接参与项目构思、计划、实施、完成的全过程中。由于项目教学法针对项目需要的知识点较多并且可能涉及不同学科和课程，因此要求较高，包括人员、时间、知识储备等，因此，贸然设计一个学生不能完成的项目不仅可能达不到预计的效果，还可能造成不利的影响。在传统的教学中当教师教授完某一个知识点后会安排一些特定的作业来帮助学生来巩固学习效果，由于这些问题都有一些特定的条件和要求，其结果也往往是比较确定的甚至是唯一的，这种教学模式比较类似于任务驱动的方式[7]，学生往往是个体单独并缺少创新的被动解决分配的问题。

而项目教学法是以项目为载体，以学生在完成项目的过程中通过发现问题、解决问题为途径，以提高自主能力、团队协作和创新意识为根本目的，项目完成的好坏不以项目结果为主要标准，而以项目实现的过程为核心，即以项目实现过程中学生各种知识、能力、意识和精神的提高为根本目的。

由于项目教学法的理念的实现过程，在目前土力学教学形势下还存在以下不足，如项目教学法对知识储备要求较高，涉及很多知识甚至不同的学科和课程，因此不是任何知识点或教学内容都适合项目教学法，而是在一定的条件下。另外，项目教学法要求的完成项目全过程的所需的时间较多，目前土力学课堂教学课时非常有限，因此，需找到一个合适实现项目教学法的途径。

基于目前土力学教学的现状和项目教学法的特点、要求和条件，认为传统的任务驱动教学方法和项目教学法相结合的教学方法教学效果更好，具体的教学改革措施有：

（1）对于基本的知识点的学习和巩固可采用任务驱动的教学方式，即将教学内容设计成一个或多个具体的任务，以某个具体实例作为先导，进而提出问题，引导学生分析、思考和解决问题，这样可以在相对较短的时间内达到学习和掌握知识的效果，而且能较为有效地将理论教学和实践教学统一起来，有助于提高学生分析和解决问题的能力，通过任务驱动法的锻炼有助于为项目教学法的实施打下基础，也符合教学先易后难的原则。

（2）通过任务驱动法在学生掌握一定的基础之后，对于相对复杂或较为系统的知识可以在一定的阶段和条件之后采用项目教学法实施，这样开展教学的好处是能充分将学生之前学习到的知识点有机串联起来，充分调动学生的主动性和积极性，同时项目教学法一般是一个小组共同分工合作完成，通过项目的实施能充分提高学生的团队合作意识，此外，项目教学法中设计的项目一般具有较强的开放性，开放性的项目有助于充分发掘学生的探索创新能力。

（3）项目教学法设计项目的难度要合适，其难度应在任务驱动法的难度之上但又不可过高，保证能够充分调动和发挥学生的积极性和创造性，达到项目教学法锻炼的目的，不致于因为项目设计难度过大难以执行导致项目的夭折，根据目前土力学教学大纲和实践经验，建议可设计1至2个难度适中的项目为宜。

（4）项目教学法时间和内容的安排可结合土力学实验课程进行。由于土力学理论课程学时有限已经很难占用，而土力学实验课程学时较为紧张，加上我们项目教学法完成一个完整的项目需要较多的时间。综合考虑，可采用项目教学法和土力学实验课程相结合的方法，如在学生学习完土力学部分内容之后，设计一个项目，如分析校园内某一个边坡的安全性，这个项目设计到很多土力学知识，如边坡外形的测定，边坡图形的绘制，边坡地质调查，边坡土质的分类及一些基本物理力学性质，边坡土的抗剪强度，边坡稳定性分析等，边坡安全分析报告的撰写，边坡安全分析汇报等，不但涉及到土力学一些非常重要的知识，还涉及计算机制图、Office应用软件、团队协作，以及个人综合汇报展示能力等。而在实施项目过程中学生需要进行不同的分工，开展不同的土力学实验，如土的颗粒分析试验、液塑限实验、抗剪强度实验等。通过项目的实施学生即完成的相关的实验，而且通过项目学生也了解了为什么开展这些实验，开展实验的目的是什么，这样有效地提高了学生学习的效果。

（5）项目教学法在学校规定教学课程之外，对部分积极上进的学生还可结合部分岩土工程相关的设计竞赛，如全国大学生加筋土挡墙设计大赛，一方面要求学生按照要求根据土力学的知识进行挡土墙的设计计算，另外还要求学生根据设计结果，根据要求的材料（模型箱、砂子、牛皮纸等）在规定的时间内在现场建造出一个加筋土挡墙，并要求建造好的挡墙能在规定时间内承受规定的荷载而不破坏。这样的项目不仅充分发挥了学生的积极性、主动性和创造性，锻炼了学生的动手能力，特别是增强了团队合作能力，因为学生可以单独完成设计计算，但是不可能在没有同伴的帮助下完成加筋土挡墙的建造。因而，这些相关的竞赛项目也是非常好的一种项目教学的途径。

6 结语

为提高学生学习的主动性和积极性、提高学生的探索创新意识、增强学生的实践和动手能力，将国外普遍采用的项目教学法引入到土力学教学中来，结合土力学课程的特点、存在问题和教学现状，提出采用任务驱动法和项目教学法相结合的方式来进行土力学的教学改革和实践，已经取得了一定的成效。接下来将进一步完善教学方法、精细化设计教学项目、有针对性结合新技术，努力培养符合社会需求的、具有较高动手能力和实践能力的全面发展的高级专门人才。

参考文献

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