基于区域发展导向的土力学课程教学方法改革
2020-02-17杨晓松杨保存李宏伟
杨晓松 杨保存 黎 亮 李宏伟 王 荣
(塔里木大学水利与建筑工程学院,新疆 阿拉尔 843300)
《土力学》是土木工程专业必修的一门专业基础课程,主要以土为研究对象,利用连续介质力学基本原理,研究非连续介质土的强度特性、变形特性和渗透特性及其工程应用,是学生学习基础工程、路基工程、地下工程和桥梁工程等后续专业课程的基础。《土力学》课程内容较多,具有分散性,各部分内容之间联系较少。与《材料力学》《结构力学》和《弹性力学》等经典固体力学相比,《土力学》没有一条基本理论贯穿课程始终。经验公式、理论假设和公式推导较多,为学生的自主学习增加了一定的困难[1-2]。如何提高学生的学习效率,在有限的时间内获得最大的学习收获,如何在枯燥乏味的教课过程中最大的调动学生的课堂参与性,是广大教师值得思考的问题。塔里木大学地处新疆南疆,气候环境复杂,盐渍土广泛分布,大量的铁路、公路、桥梁和居民区建设使得新的土力学问题和挑战不断涌现。紧扣时代脉搏,基于南疆区域发展特色,以培养下得去、留得住、用得上、干得好的应用型人才为目标,将地域特色融入《土力学》课程内容,开展土力学课程教学改革研究势在必行。
1 土力学课程教学存在的问题
1.1 教学内容较多,课时有限
土力学课程主要介绍土的物理性质、渗透特性、应力计算、压缩变形特性、抗剪强度特性、土压力和地基承载力等。知识点多且分散,既有理论推导、前提假设、实验结果分析,亦有工程经验总结[3]。在培养综合应用型人才方针指引下,教学大纲修订进一步减少理论学时。我校土力学课程理论学时为40 学时,实验学时为16 学时。在有限的学时内,课程教学仅完成土力学基本理论的讲解,无法结合足够的典型工程案例。学生不能很好的结合实际工程理解学习理论知识。
1.2 教学方式方法单一
多媒体教学结合图片、视频和动画设计,能够很好的提高教学效率,提高教学效果。目前,很多教师都选择多媒体(PPT)的形式开展教学。多媒体教学授课速度快,板书少。教师为了在有限的学时内完成教学内容,大大减少了课堂上与学生的互动。教师以“教”,学生以“学”为主的被动式和填鸭式的传统教学模式并没有得到实质性的改变。塔里木大学学生生源具有民族多样性,少数民族学生比例较高。少数民族学生的生源复杂,部分学生有内高班、内初班或两者兼有的学习培养经历,国语水平很好,知识基础牢固,但是很多少数民族学生的国语水平较差,知识基础薄弱。单一的教学模式无法考虑到学生个体的独特性,不利于优秀人才的培养。
1.3 实践环节薄弱
《土力学》是一门实践性很强的学科,实践先于理论。实践教学是学生加深理论学习,提高实践能力,理论结合实践的关键环节。扎实的实践结合理论才能学以致用,用实践检验理论,理论指导实践,相互作用,相辅相成。我校2018 年对《土力学》教学大纲进行了修订,实验学时有所增加。但是在教学过程中发现实践教学效果并不明显,突出表现为很多学生并不了解自己所学的土力学知识如何应用于工程中。分析原因,主要有两个方面。一方面,典型工程实例案例库资源不足,教师在教学过程中不能有效引入案例分析;另一方面,教学实验主要是液塑限、含水率、干密度、压缩系数和抗剪强度等基本实验,由于学生人数较多,仪器数量不足,实验教学只能以小组形式进行,有限的教学时间内无法保证每位同学都有独自操作学习的机会。很多实验,如三轴压缩强度试验,仅能作基本演示。
1.4 学生学习兴趣不高
学生是课程教学的主体,主观能动性的发挥极大影响着教学效果。塔里木大学民族学生比例较高,班级有汉族班、民族班和民汉合班。在扩招的政策影响下,生源质量无法保证。很多学生的数学和力学水平较差,在学习知识点分散,理论性、实践性和科学性相统一的土力学课程时往往表现消极。复杂的生源情况对教师的教学水平也提出了挑战。一些教师需要经过长期的摸索才能够掌握灵活多变的教学技能。民族学生比例高、生源质量参差不齐、班级种类多的特殊情况使得传统“教”与“学”的被动式教学模式难以满足各类学生的需要,更加凸显其弊端。受上述几方面因素的影响,学生在总体上表现出学习兴趣不浓厚。多届学生课程考核的结果表明,学生对专业基础知识掌握不够,应用所学专业知识分析和解决工程实践问题的能力不强。
2 土力学课程教学改革措施
2.1 模块化教学内容
土力学课程知识点松散,理论性、实践性和经验性强,学生很难从整体上对课程知识体系进行把握。结合课程特点,对教学内容进行模块化整合,将教学内容分为土的物理性质、土的渗透特性、土的应力应变特性、土的压缩变形特性、土的抗剪强度特性和土压力与地基承载力等六个知识模块。各模块单元按照工程实例、基本概念、理论发展脉络、基本理论和工程实践的思路对知识点进行系统化优选,由工程实例引出问题,通过理论学习进一步指导工程实践。从实践中来到实践中去,理论结合实践。教学内容模块化即有助于帮助学生建立完整课程知识体系,加深理解理论知识和工程实践的联系,同时亦有利于学生明晰学习方向,提高学习兴趣[4]。
2.2 多样化教学方法
少数民族学生知识基础相对薄弱,民族文化差异和语言交流障碍进一步加大了学生学习土力学课程的难度。根据生源种类和学习水平进行汉族班、民族班和民汉合班分班教学要求任教教师必须结合班级具体情况制定灵活多变的个性化教学方法,不拘泥于某一种教学方式。比如,针对民族班的同学语言交流不流畅,知识基础较差,接受知识慢的缺点和学习认真、敢于提问、课堂气氛活跃的优点,教师在教学方法上可以选择结合多媒体教学多一些由工程实践引出理论问题的引导,增加学生的感性认识,重点讲解基本原理及其工程应用,弱化公式推导。课堂上采用启发式教学,增加学生课堂参与度。教师由“教”的主导者转变为“学”的“引导者”。学生由“教”的客体转变为“学”的主体。通过课程教学方式方法改革,教育引导学生转变“被动接受”式的学习模式,建立以工程应用及工程问题的解决为导向的能力需求型主动学习模式。
2.3 规范化实践教学
增加课程实验教学学时是加强实践教学学时的最直接方法。在本科大幅扩招,生源增加和仪器数量有限的情况下,依靠增加实验学时的方法不仅实践教学的效果不明显,同时也削减了理论课程学时,加大了理论教学与实践教学的矛盾。校企合作为学生提供了很好的实践平台,能最大程度的提高学生的实践能力。企业单位大量的工程项目现场和项目案例积累能有效解决课程工程案例库短时间无法完成的困境。校企合作是理论与实践相结合,理论来源于实践并进一步指导实践的最直接体现。但是,长期以来校企合作流于形式,并没有发挥作用。塔里木大学为提高实践教学水平和学生实践能力,在校企合作模式上进行了积极的尝试。通过校企合作培养模式,在课程教学大纲的修订中,积极采纳企业经验丰富的工程人员的意见,对课程知识点进行梳理,建立以工程应用为目的的教学模式。定期邀请合作单位专家来校授课为学生进行工程实例解析。进一步邀请企业专家为指导教师,每年向企业单位输送一定数量的学生进行实践学习和合作开展毕业设计与论文研究。教学大纲和人才培养模式的修订充分结合企业单位的人才需求,让学生能够在最短的时间里厘清专业发展方向和就业前景,做好职业规划,集中精力进行针对性的学习,真正做到学以致用,寓学于应用,潜移默化中培养学生的工程素养。校企合作人才培养模式需要制定且不断完善相应的管理制度,从安全、食宿、培养方案、双方考核机制等方面完善细则,明确责任和义务,做到规范化、制度化,从而在实践教学中发挥最大作用。
2.4 特色化课程设置
新工科背景下,土木工程专业对学生的实践能力和应用能力提出了更高的要求。土力学课程因地制宜,结合当地水文地质特征和工程实践问题开展教学效果非常明显[5]。新疆南疆,全区域范围内盐渍土广泛分布。盐渍土属于特殊土,特殊的物理力学性质使得工程建构筑物遭受严重的溶陷、盐胀和腐蚀破坏。盐渍土的工程危害分析与防治需要采用土力学课程的基本理论与方法开展一系列实验研究,是土力学课程知识的延伸。结合地域特色,适时开设《盐渍土工程灾害与防治》和《荒漠环境作用与工程防护》两门专业特色选修课程,将具有新疆区域研究特色的学科研究成果凝练形成具有区域特色的专业前沿课程,以培养训练解决特殊荒漠环境工程灾害问题的“本土工程师”,为“丝绸之路经济带”国家战略沿线基础设施建设培养“本土工程技术人才”。
3 总结
基础理论扎实、实践能力强和综合素质高的创新型与应用型土木工程专业人才的培养是解决国家人才输出和产业需求不匹配问题的关键。结合院校办学特色和区域发展导向,通过教学内容、教学方法、实践教学和特色课程建设四个方面进行土力学课程教学改革,充分调动学生学习的积极性,强化以工程问题为导向的学习模式,培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力,为新疆南疆乃至全国的经济发展提供强有力的人才支撑。