思維導(dǎo)圖在土力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

孫茜 陸益軍 許文宇 王曉妮

摘要：土力學(xué)課程是土木工程等工程類專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，具有基本概念多、知識點(diǎn)瑣碎、內(nèi)容龐雜、公式多等特點(diǎn)，學(xué)習(xí)難度較大。本文將思維導(dǎo)圖引入土力學(xué)理論和試驗(yàn)教學(xué)中，有助于引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞：思維導(dǎo)圖；土力學(xué)；理論教學(xué)；試驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）17-0191-02

一、引言

思維導(dǎo)圖（Mind Maps）是英國學(xué)者Tony Buzan于20世紀(jì)70年代所創(chuàng)的一種有效的思維工具[1]。思維導(dǎo)圖是一個(gè)從中心散發(fā)出來的自然結(jié)構(gòu)，它利用色彩、線條、標(biāo)記、詞匯和圖像，把一長串枯燥的信息變成彩色的、容易記憶的、有高度組織的圖，是一種與我們大腦處理事務(wù)的自然方式相互吻合的思維工具。思維導(dǎo)圖能夠依據(jù)全腦的概念，按照大腦自身的規(guī)律進(jìn)行思考，全面調(diào)動(dòng)左腦的邏輯、順序、語言、數(shù)字以及右腦的圖像、顏色、空間和想象，使大腦潛能得到充分的開發(fā)，不但能促進(jìn)思維的發(fā)散，而且能記錄這一思維發(fā)散過程。[2]

土力學(xué)課程是土木工程、交通工程、給排水工程、地質(zhì)工程等專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課之一，也是后續(xù)基礎(chǔ)工程、地基處理、基坑工程等專業(yè)課程的重要基礎(chǔ)。本科階段所涉及的經(jīng)典土力學(xué)部分（1925—1963年）大多基于經(jīng)驗(yàn)、試驗(yàn)結(jié)果而建立，各知識點(diǎn)之間缺乏統(tǒng)一的理論基礎(chǔ)，使得土力學(xué)課程具有基本概念多、知識點(diǎn)瑣碎、內(nèi)容龐雜、公式多等特點(diǎn)。而土力學(xué)跟一些先導(dǎo)力學(xué)課程，如理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等的課程體系、學(xué)習(xí)方法差別很大，使得學(xué)生很難適應(yīng)，從而造成了一定的學(xué)習(xí)困難。

將思維導(dǎo)圖引入土力學(xué)理論和試驗(yàn)教學(xué)中，其優(yōu)點(diǎn)在于：（1）思維導(dǎo)圖以豐富的圖像組織教學(xué)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了左右腦的配合，使大腦潛能得到充分開發(fā)，圖文結(jié)合的形式相對于文字更容易吸引學(xué)生的注意力。（2）思維導(dǎo)圖從中心一級分支出發(fā)，發(fā)散到二級分支，進(jìn)而逐步發(fā)散到下級分支，有利于厘清知識網(wǎng)絡(luò)，將離散的知識點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)的組織、歸納，從整體上把握知識，不會迷失在局部，從而克服了由于土力學(xué)知識點(diǎn)瑣碎導(dǎo)致的學(xué)習(xí)障礙。（3）學(xué)生通過繪制思維導(dǎo)圖，從一個(gè)中心關(guān)鍵詞出發(fā)，主動(dòng)建構(gòu)知識網(wǎng)絡(luò)，激發(fā)了發(fā)散性思維，實(shí)現(xiàn)了自主學(xué)習(xí)，而且提高了學(xué)習(xí)興趣。

二、思維導(dǎo)圖在土力學(xué)理論教學(xué)中的應(yīng)用

（一）教師利用思維導(dǎo)圖引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)

學(xué)習(xí)土力學(xué)緒論時(shí)，教師可以將土力學(xué)課程的所有知識點(diǎn)融入一張整體思維導(dǎo)圖中，通過這張思維導(dǎo)圖介紹課程的知識網(wǎng)絡(luò)和主要內(nèi)容。課后小結(jié)部分，教師可以通過思維導(dǎo)圖將一節(jié)課的內(nèi)容串聯(lián)到一起，形成小的知識網(wǎng)絡(luò)，并展示其在整體思維導(dǎo)圖中的位置。

土力學(xué)的主要內(nèi)容圍繞土的三大力學(xué)特性展開，即滲透特性、變形特性和強(qiáng)度特性。土的三大力學(xué)特性構(gòu)成了土力學(xué)課程的主要內(nèi)容，也是土力學(xué)在擋土結(jié)構(gòu)物、邊坡穩(wěn)定性分析和地基承載力等方面應(yīng)用的重要基礎(chǔ)。土的三大力學(xué)特性涉及的概念多、公式多、方法多，學(xué)習(xí)難度較大。圖1是土的三大力學(xué)特性思維導(dǎo)圖，展示了土的力學(xué)特性包括的主要內(nèi)容以及知識點(diǎn)之間的聯(lián)系，學(xué)生可以快速了解知識體系。其中星號表示是重點(diǎn)內(nèi)容。以滲透特性為例，滲透特性包括了達(dá)西滲透定律、滲透系數(shù)的測定、拉普拉斯方程、滲透穩(wěn)定性、靜水和有滲流情況下的孔隙水應(yīng)力和有效應(yīng)力五個(gè)主要部分。滲透系數(shù)是衡量土的透水性大小的重要參數(shù)，滲透系數(shù)的測定分為室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)兩類，室內(nèi)測定滲透系數(shù)的方法分為常水頭法和變水頭法兩種，透水性強(qiáng)的無粘性土適用于常水頭法，透水性弱的粘性土適用變水頭法。室內(nèi)滲透試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理基于達(dá)西定律，達(dá)西定律是描述水在土中滲透的基本定律。拉普拉斯方程是描述穩(wěn)定滲流的基本方程式，滿足拉普拉斯方程的將是兩組彼此正交的曲線，即等勢線和流線，而等勢線和流線交織在一起形成的網(wǎng)格叫做流網(wǎng)，因此滿足邊界條件的流網(wǎng)即為拉普拉斯方程的解答。滲透穩(wěn)定性包括了滲流力的計(jì)算和滲透變形的形式（流土、管涌）。在靜水和有滲流情況下的孔隙水應(yīng)力和有效應(yīng)力部分包括的重要知識點(diǎn)如下：太沙基首先提出的有效應(yīng)力原理，根據(jù)有效應(yīng)力原理，可以計(jì)算靜水及有滲流（向上滲流、向下滲流）的情況下，孔隙水應(yīng)力和有效應(yīng)力的值，流網(wǎng)是確定孔隙水應(yīng)力和有效應(yīng)力的重要工具。

（二）學(xué)生利用思維導(dǎo)圖實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)

學(xué)生繪制思維導(dǎo)圖可以采用手繪，也可以使用思維導(dǎo)圖軟件，如Mind Manager、Mind Master、X mind、Free Mind等。多彩的顏色、直觀的圖像可以刺激大腦皮層，激發(fā)右腦的功能。學(xué)生可以應(yīng)用顏色的變化表示不同的類別，用醒目的顏色表示主要分支，增加圖片、標(biāo)志使圖像更豐富，從而增強(qiáng)知識的記憶。

課堂學(xué)習(xí)開始前，學(xué)生可以通過繪制思維導(dǎo)圖的方式自主預(yù)習(xí)章節(jié)的內(nèi)容。每章內(nèi)容結(jié)束后，可以讓學(xué)生獨(dú)立畫出整章的思維導(dǎo)圖。思維導(dǎo)圖的每一個(gè)分支上有一個(gè)關(guān)鍵詞，而不是短語或句子，這就需要學(xué)生提取知識點(diǎn)的關(guān)鍵信息，這是一個(gè)將書本“從厚到薄”的過程，然后從某個(gè)知識點(diǎn)出發(fā)，層層深入，串聯(lián)起整個(gè)知識網(wǎng)絡(luò)，這是“從薄到厚”的過程。在這個(gè)過程中，學(xué)生需要考慮到知識點(diǎn)的相互聯(lián)系，而不是“只見樹木，不見森林”。學(xué)生對知識的主動(dòng)探索、主動(dòng)發(fā)現(xiàn)和主動(dòng)建構(gòu)，改變了傳統(tǒng)的單向傳輸式教學(xué)，在學(xué)習(xí)知識的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的能力和發(fā)散性思維。

三、思維導(dǎo)圖在土力學(xué)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

土力學(xué)是一門注重試驗(yàn)的課程，很多重要公式、理論都是通過大量試驗(yàn)而建立的。因此，土力學(xué)試驗(yàn)是土力學(xué)教學(xué)必不可少的環(huán)節(jié)。在多年教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，不少學(xué)生對試驗(yàn)采取應(yīng)付的態(tài)度，課前不預(yù)習(xí)，課后對試驗(yàn)的理解僅停留在試驗(yàn)的某個(gè)操作環(huán)節(jié)上，不能把試驗(yàn)的原理弄明白。有些學(xué)生盡管進(jìn)行了課前預(yù)習(xí)，但是對復(fù)雜的步驟和操作很難理清思路，只是按照試驗(yàn)指導(dǎo)書的步驟做了一遍，學(xué)生不明白為什么這樣做，更不能把握該試驗(yàn)在土力學(xué)課程體系中的地位和作用。試驗(yàn)做完后，留在大部分學(xué)生腦中的印象只是部分操作，不能達(dá)到教師預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。

針對以上問題，教師可以要求學(xué)生課前繪制一幅思維導(dǎo)圖，圖2是直剪試驗(yàn)的思維導(dǎo)圖示例。圖2所示為試驗(yàn)原理、試驗(yàn)步驟以及數(shù)據(jù)處理等基本信息。除此之外，學(xué)生也可以把自己聯(lián)想到的相關(guān)信息加入思維導(dǎo)圖中，教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)散思維，加入的信息越多越好。通過這個(gè)過程，學(xué)生可以從土的直剪試驗(yàn)這個(gè)關(guān)鍵詞出發(fā)，構(gòu)建相關(guān)的知識體系，將習(xí)得的零散的知識點(diǎn)連成一張網(wǎng)，從而加深對直剪試驗(yàn)的理解。針對課外拓展環(huán)節(jié)，可以設(shè)計(jì)土力學(xué)綜合性試驗(yàn)題目，將學(xué)生分成若干研究小組，指導(dǎo)學(xué)生利用思維導(dǎo)圖查找文獻(xiàn)資料、整理思路、設(shè)計(jì)試驗(yàn)。

四、結(jié)語

利用思維導(dǎo)圖進(jìn)行土力學(xué)課程的理論和試驗(yàn)教學(xué)，可以幫助學(xué)生厘清知識點(diǎn)之間的聯(lián)系，建構(gòu)清晰的知識網(wǎng)絡(luò)。引導(dǎo)學(xué)生繪制思維導(dǎo)圖，幫助學(xué)生激發(fā)發(fā)散性思維，實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)。

參考文獻(xiàn)：

[1]閆守軒.思維導(dǎo)圖：優(yōu)化課堂教學(xué)的新路徑[J].教育科學(xué)，2016，32（3）：24-28.

[2]劉鋼，張英，李婭，等.淺談土力學(xué)教學(xué)的幾點(diǎn)體會[J].教育教學(xué)論壇，2015，（22）：195-196.