賀敏 滕珂 歐蔓麗 吳晶晶 徐卓君

摘要為滿足高校創(chuàng)新型、應用型人才培養(yǎng)需求，將PBL教學模式引入“土力學”課程教學，有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和實踐能力。文章分析了“土力學”課程的教學現(xiàn)狀，闡述了PBL教學模式結合實際工程案例在土力學課程教學中的應用，并以實際工程案例詳細設計了教學實踐全過程，以期為PBL教學模式在土力學課程中的應用提供一定借鑒與指導。

關鍵詞 土力學；PBL模式；工程案例；實踐能力；創(chuàng)新能力

中圖分類號：G424文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.12.046

PBL（Problem-Based Learning，簡稱PBL）學習法，也稱問題導向學習法，于1969年由美國神經(jīng)病學教授Barrow首創(chuàng)。與傳統(tǒng)的以教師講授為主的教學方法不同，PBL學習模式是以問題為基礎，以學生為主體，以教師為導向的學習方法，其目標是以學生主動學習與構建知識體系，培養(yǎng)學生主觀能動性和自主解決實際問題的能力。PBL學習法更有利于高校創(chuàng)新型和應用型人才的培養(yǎng)，更符合我國高校人才培養(yǎng)體系的構建目標。

楊光等[1]基于PBL模式針對“土木工程地質”課程進行了教學改革，并以邊坡工程地質問題為例進行了教學案例設計；吳晶晶等[2]將PBL教學模式引入“市政工程計量與計價”課程教學中，并以道路施工圖識讀教學為例進行了教學設計；劉彬等[3]將PBL模式應用于地學專業(yè)本科學生“大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃”的實踐中，培養(yǎng)了學生的科研能力和創(chuàng)新能力，效果良好；陳紅梅等[4]將PBL教學模式引入“有機化學”實驗課程的實踐教學過程中，產生了良好的教學效果。目前，PBL模式在土力學課程教學中的應用還較少，璩繼立等[5]提出了將PBL法引入“土力學”課程教學的具體實施步驟。

1“土力學”課程教學現(xiàn)狀

“土力學”課程是研究土的物理力學性質的一門學科，是力學的一個分支，是為土木、地質、水利、交通等工程類專業(yè)本科生開設的一門專業(yè)基礎必修課，其理論性、綜合性和實踐性均較強。文章以湖南工業(yè)大學（以下簡稱“我校”）土木工程專業(yè)為例，“大學物理”“理論力學”“材料力學”“工程地質”等是其選修課程，其后修課程為“基礎工程”“邊坡與基坑工程”“隧道工程”等專業(yè)課程，“土力學”課程良好的學習效果能為后續(xù)專業(yè)課程的學習奠定堅實的理論基礎。

“土力學”課程以土的滲流、變形和強度為三條主線，通過學習土的物理力學性質和工程特征，使學生充分掌握并熟練提出、分析和解決實際工程中與土體相關的滲流、變形和強度等工程問題[6]。目前，我國本科階段針對土體滲流、變形和強度的理論體系均基于大量的假設條件，且存在大量基于實際工程經(jīng)驗的計算公式，學生理解時會覺得抽象和模糊，且據(jù)此建立的應用于解決工程問題的計算方法與實際或真實的計算相差明顯，具有較大的計算誤差。這些都加大了課程的學習難度。

此外，我校“土力學”課程課時少，且仍采用單一的傳統(tǒng)教學模式，教師的主要任務是傳授理論知識點，學生的主要任務為學習理論知識、完成考試。教學過程普遍采用課堂面授+課后作業(yè)的模式，課堂面授大多為教師主講和學生被動接受知識的形式，整個教學過程為“填鴨式”教學。從教學目標、教學內容與方法及考核體系均忽略或淡化了學生實踐能力的培養(yǎng)，無法支撐一名合格的工程技術人員所需的知識和能力儲備，這與國家和行業(yè)所需的應用型人才的培養(yǎng)要求還相差甚遠。

本文以湖南工業(yè)大學土木工程專業(yè)“土力學”課程教學為例?；赑BL教學法，根據(jù)“土力學”課程特點，從實際工程案例入手引導學生自主學習，探索適用于地方院校本科生的教學模式，以期為其他院校的“土力學”教學模式提供借鑒和參考。

2 PBL模式在課程中的應用

基于創(chuàng)新型和應用型人才培養(yǎng)要求，將PBL教學模式引入“土力學”課程，有利于培養(yǎng)學生科學的思維方式和實踐能力，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決實際工程問題的能力，更好地銜接學生畢業(yè)后的入職要求。

“土力學”課程的理論性、綜合性和實踐性均較強，課程知識體系與知識構架成熟，知識點清晰，各知識點的聯(lián)系緊密，系統(tǒng)性強，教師在教學過程中需強調土力學解決實際問題的實用性功能[7]，建立課程知識點的宏觀框架，基于問題導向模式適當引導學生主動學習，自主構建知識體系，可幫助學生較好地理解和掌握課程教學內容。

此外，“土力學”是半理論性和半實踐性課程，一方面要求學生較好地掌握土的物理與力學性質的理論知識，另一方面，要求學生靈活運用理論知識解決具體的工程問題。因此，可以從實際工程案例出發(fā)，引導學生從理論知識逐步深入實際工程問題。

課前可引入工程實際案例，提出相關問題，要求學生自主預習，通過互聯(lián)網(wǎng)資源，搜集工程案例相關資料，初步了解相關知識點；課中可播放事故發(fā)生的相關視頻和圖片，通過問題導向模式，采用學習通APP搶答形式，給予學生過程性考核加分，提高學生的學習主動性；通過學習通平臺發(fā)布課堂練習和課后作業(yè)，客觀題由學習通平臺批閱，主觀題要求學生進行生生互評（評分計入過程性考核），學生間可以交流不同觀點；同時，在討論板塊發(fā)布主題，學生在討論板塊發(fā)表觀點跟帖，給予過程性考核加分。

3 PBL模式教學設計與實踐

PBL教學模式的關鍵在于以學生為中心，針對教學知識點提煉合適的問題來引導學生自主學習?！巴亮W”課程以土的滲流、變形和強度為三條主線，通過學習土的物理力學性質和工程特征，使學生充分掌握并熟練提出、分析和解決實際工程中與土體相關的滲流、變形和強度等工程問題。本文以“土的滲透性”“土的壓縮性”和“邊坡穩(wěn)定性”三個工程案例為例具體闡述PBL模式教學的設計與實踐過程。

3.1土的滲透性

在講授“土的滲透性”教學內容時，引入案例“1998年九江大堤潰堤決口事件”，調研“事故發(fā)生的原因”“事故產生的損失”“如何有效防治？”引導學生初步了解地基土體的滲透性，分階段設計問題如下。

課前預習問題設計：搜集相關資料，調研1998年九江大堤潰堤決口事件，探究事故發(fā)生的過程和原因。讓學生初步了解土的滲透性，分小組搜集資料，并在課堂中口頭匯報調研結果（過程性考核加分）。

課中講授問題設計（學習通APP搶答，過程性考核加分）：問：為什么土體具有滲透性？答：由于土體是碎散的非連續(xù)介質，具有孔隙。問：土體發(fā)生滲透的條件是什么？答：具有一定的水頭差，即勢能。問：土的滲透性對于上游和下游的土體會產生什么影響？答：上游有利，下游不利。問：如果水頭差過大，對于下游的土體會產生什么影響？答：發(fā)生滲透變形。教師據(jù)此引出流土和管涌的定義。問：發(fā)生滲透變形的條件是什么？答：滲透力足夠大，大于土體重力，使土顆粒在滲透力的作用下浮起和被水流帶走。為什么雨季更容易發(fā)生潰堤？答：從滲透變形發(fā)生機理的角度分析，一方面，雨季使水位上漲，水頭差增加，滲透力增大；另一方面，雨水滲入下游土體，有效重力減小，抗?jié)B性能減小。如何防止?jié)B透變形？答：從滲透變形發(fā)生機理的角度分析，一方面，減小滲透力；另一方面，增大抗?jié)B性能，據(jù)此采取相應的工程措施。

3.2土的壓縮性

在講授“土的壓縮性”教學內容時，引入案例“比薩斜塔”和“虎丘斜塔”，引導學生初步了解地基土體的沉降變形，分階段設計問題如下。

課前預習問題設計：查閱《建筑地基基礎設計規(guī)范》，《規(guī)范》對基礎沉降是否有要求？為什么？搜集相關資料，調研比薩斜塔、虎丘斜塔傾斜的原因。讓學生初步了解地基土體在荷載作用下存在沉降變形，且存在不均勻沉降變形。

課中講授問題設計（學習通APP搶答，過程性考核加分）：在世界上最深的太平洋海溝，水深為11000多米，相當于1100個大氣壓。問1：將一顆小碎石沉入海底，其體積會縮小嗎？答1：幾乎不會；問2：將一定體積的土體放到海底，其總體積有變化嗎？答2：幾乎不會；問3：將土體用橡皮膜包上呢（可排水）？答3：體積會減小。讓學生理解土體具有壓縮特性。問：土體體積包括哪些部分？答：包括土顆粒體積和孔隙體積，孔隙體積包括空氣體積和水的體積。問：土體被壓后體積減小，主要是哪部分的體積減??？答：土體壓縮主要是空氣和水的排出，孔隙體積減小的結果。問：不同的土體，為什么其e-p曲線存在差異？曲線的陡和緩分別說明什么？答：不同的土類，其壓縮性不同，曲線平緩說明壓縮性小，曲線陡說明壓縮性大。教師引出定量考核土的壓縮性的指標，定量評價土的壓縮性高低。問：土體卸載再加載時的壓縮性與原狀土相比的高低？為什么？答：土體變形包括可恢復的彈性變形和不可恢復的殘余變形，土體卸載后殘余變形未恢復，再加載時土體的壓縮性低于原狀土。

3.3邊坡穩(wěn)定性

在講授“邊坡穩(wěn)定性”教學內容時，引入案例“香港寶城滑坡”，調研“事故發(fā)生的原因”“事故產生的損失”“如何有效防治？”引導學生了解邊坡的穩(wěn)定性與滑坡地質作用，分階段設計問題如下。

課前預習問題設計：搜集相關資料，調研“香港寶城滑坡”發(fā)生的原因，探究雨天更容易發(fā)生滑坡的原因。讓學生了解土體抗剪強度低，較易發(fā)生剪切破壞，初步了解滑坡的形成機理，分小組搜集資料，并在課堂中口頭匯報調研結果（過程性考核加分）。

課中講授問題設計（學習通APP搶答，過程性考核加分）：問：滑坡的滑裂面在哪里？什么形狀？答：假定為通過坡腳的圓弧滑裂面。問：滑裂面上的土體處于什么狀態(tài)？答：滑裂面土體處于極限平衡狀態(tài)，已發(fā)生剪切破壞。問：為什么雨季更容易發(fā)生滑坡？答：從滑坡形成機理的角度分析，雨水滲入邊坡，一方面增大了邊坡的重力，另一方面，含水率的增加降低了土體抗剪強度指標，使土體抗剪能力減小，此時，滑裂面上的土體向下的重力增加，而抵抗滑塊向下滑動的抗滑力（抗剪能力）減小，發(fā)生滑坡。問：影響邊坡穩(wěn)定性的因素有哪些？答：從滑坡發(fā)生機理的角度分析，坡高、坡角土的種類、含水率、抗剪強度指標、外加荷載，等等。問：如何防止滑坡？答：根據(jù)影響邊坡穩(wěn)定性的因素提出相應的工程措施。

通過案例分析與問題導向式相結合的方式教學，幫助學生主動思考，自主學習，構建知識體系，培養(yǎng)了學生搜集、閱讀和整理課外素材的能力，運用基本原理表達復雜工程問題的能力，有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和實踐能力。

4結論

“授之以魚，不如授之以漁”，基于PBL的教學模式有利于創(chuàng)新型和應用型人才的培養(yǎng)，可有效幫助學生建立自主學習的好習慣。本文闡述了PBL模式在土力學課程中的應用，并以課程教學中的三個工程案例詳細設計了教學過程，以期為PBL教學模式在土力學課程教學中的應用提供一定借鑒。

基金項目：國家自然科學基金資助項目（51909086）；湖南省自然科研基金資助項目（2020JJ5131）；湖南工業(yè)大學教學改革研究項目（2021YB08）。

參考文獻

[1]楊光，張志堅，唐響亮.基于PBL模式的土木工程地質課程教改應用[J].科教導刊（下旬），2019（24）： 28-29.

[2]吳晶晶，賀敏，徐卓君，等.基于PBL模式的教學初探——以《市政工程計量與計價》課程為例[J].魅力中國，2021（46）：256-257.

[3]劉彬，張貝，肖傳桃，等.PBL模式在地學專業(yè)學生科研能力培養(yǎng)中的應用[J].大學教育，2021，（10）： 40-42.

[4]陳紅梅，隋巖，黃偉.PBL教學模式在有機化學實驗課程中的實踐探索[J].科教導刊，2022（32）：120-122.

[5]璩繼立，李陳財，劉寶石.PBL教學法在本科土力學教學中的應用[J].教師，2012（26）： 40-41.

[6]趙明華.土力學與基礎工程[M].武漢：武漢理工大學出版社，2000.

[7]李廣信.實用主義與土力學[J].巖土工程學報，2018，40（10）：1897-1904.