胡順洋

摘要：土力學實驗是土力學課程的重點教學內容之一，其工程實踐性強，各個實驗參數(shù)之間具有聯(lián)系緊密和創(chuàng)新性的特點，傳統(tǒng)實驗教學內容和模式等也不適應創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需要。文章在分析土力學實驗教學存在問題的基礎上，提出基于工程的土力學實驗教學改革措施。經(jīng)過近2年的實驗教學改革研究和實踐，成效顯著，表明所提出的實驗教學改革措施是合理有效的。

關鍵詞：土力學；實驗教學；工程應用；開放式

中圖分類號：G6420；TU4文獻標志碼：A文章編號：10052909（2018）03012204當代大量的土木工程建設，如建筑工程、交通工程、市政工程、水利工程以及國防建設等，這些工程建設項目都與土力學有著密切的關系，因為工程都是建在地基上的，正所謂“萬丈高樓平地起”。在工程建設前，都要對巖土的工程性質進行研究，而土力學實驗是其中重要而必不可少的手段之一。土力學實驗作為土力學課程的重點教學內容之一，是土木工程學科所有專業(yè)方向必修的專業(yè)基礎實驗課程。通過土力學實驗課程的學習，可以加深學生對土力學基本概念、基本理論的理解，引導學生深入了解土體的物理力學性質，理論聯(lián)系實踐，調動學生學習的主動性和學習興趣，幫助學生熟悉土力學實驗各種儀器設備，提高學生的科研應用能力[1]。但長期以來，土力學實驗內容與工程實際以及實驗項目之間的聯(lián)系嚴重脫節(jié)，不利于培養(yǎng)學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力。

一、土力學實驗教學現(xiàn)狀

（一） 土力學實驗教學的特點

土力學實驗是土木工程等專業(yè)必修的基礎課程，具有三個特點：一是工程實踐性強，土力學實驗與具體的工程緊密聯(lián)系，實驗結果直接影響工程的可行性、安全性和經(jīng)濟性。二是各個實驗參數(shù)都是相互聯(lián)系、相互影響的，如土的含水率直接影響土的軟硬狀態(tài)判定，并與土的壓縮性、土的強度指標聯(lián)系緊密，在工程應用中，如在路基壓實施工過程中，它又影響著土的壓實效率。土力學實驗內容設置見圖1。因此，單一的一個指標不能獨立應用于工程，常需要眾多實驗項目組合在一起，形成實驗成果應用于工程。三是創(chuàng)新性，隨著時代的發(fā)展，出現(xiàn)許多新材料、新工藝和新儀器，土體的客觀規(guī)律還有很多亟待探索和研究， 土力學學科也應該與時俱進，不斷創(chuàng)新實驗方法，去發(fā)現(xiàn)認識這些規(guī)律，以促進學科發(fā)展[2]。

（二） 土力學實驗教學存在的主要問題

在土木工程類專業(yè)本科教學改革中，實驗課程學時被大幅減少，部分實驗項目在時間上達不到要求，不能獨立完成實驗的全過程。這樣的實驗教學顯然是不完整的，學生對整個實驗感到抽象，印象不深刻，也不利于培養(yǎng)學生的綜合分析能力[3]。

1.實驗教學地位不突出，學生缺乏主動性

過去，土力學實驗屬于課程實驗，在實際教學過程中，僅作為土力學理論課程教學環(huán)節(jié)的一個部分，一般安排8 學時，在講解理論知識之后，由授課教師安排學生進行實驗。實驗教學不進行單獨考核，而是由教師視學生實驗情況評定成績，該成績與課程平時成績一起僅占總評成績的20%。同時，由于實驗課程學時減少，部分實驗項目在時間上達不到要求，為了在規(guī)定時間內完成獨立的全過程的實驗項目，實驗教師只能在課前先完成幾個實驗環(huán)節(jié)的操作，實驗課上學生只操作其中的幾個實驗環(huán)節(jié)。也就是說學生只完成了實驗的一部分，未能獨立完成實驗的全過程。這樣的實驗教學無法調動學生的主動性，以致許多學生對實驗課不重視，產(chǎn)生輕實驗重理論的思想，從而嚴重影響土力學實驗教學質量。

2.實驗教學內容固定，不利于培養(yǎng)創(chuàng)新人才

由于受實驗課程學時限制，土力學實驗內容一般固定4～5個實驗項目，每個專業(yè)、每個班級都一樣，年年如此，學生實驗基本上按照實驗指導書進行按部就班的操作。這些實驗又以驗證性實驗為主，內容陳舊。各個實驗項目又分別采用不同的樣品，即：界限含水率實驗用黏性土樣品，密度、含水率和固結實驗用粉土，直接剪切用粉細砂，三軸采用黏性土，每學期（教學周期一般為10周）分4次完成。由于試驗項目分散開設，每次實驗的數(shù)據(jù)都是在間隔較長時間內完成的，以致各實驗項目之間的聯(lián)系脫節(jié)，嚴重削弱了土力學系列實驗之間的相互聯(lián)系。學生很難把一個土樣經(jīng)幾次實驗測出的多個指標建立必要的聯(lián)系，并綜合起來對實驗結果進行全面分析，以致學生對土力學實驗了解得片面化、靜止化[4]，實驗教學的作用與效果不理想，不利于培養(yǎng)和提高學生綜合分析實驗數(shù)據(jù)的能力。而在實際工程中，實驗人員用目力鑒別，初步確定土的分類，制定土的實驗計劃，安排實驗項目，各個實驗采用的土樣都在同一含水率狀態(tài)?？梢妼嶒灲虒W與工程實際嚴重脫節(jié)，學生缺乏自行設計實驗的能力，更無法探討所做實驗與實際工程的關系。

此外，傳統(tǒng)實驗教學內容不能適應不同專業(yè)的培養(yǎng)要求，學生完全處于被動狀態(tài)，沒有發(fā)揮學生的主觀能動性，難以激發(fā)學生的學習興趣，嚴重影響了學生學習的積極性，傳統(tǒng)實驗教學內容不適應當今時代的創(chuàng)新要求，也不利于培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力。

3.實驗教學手段單一

一般的實驗教學過程是：教師先集中講授實驗內容、方法及要求，在講授操作重點難點時，給予必要的實驗操作示范；然后學生3～4人一組分工協(xié)作按照實驗指導書的要求，進行實驗操作、數(shù)據(jù)記錄和試樣制備；最后學生按要求完成實驗報告，在實驗過程中教師給予輔導。這樣的實驗教學安排，使部分學生即使不預習實驗內容也可以參與實驗。在實驗過程中，往往也只有一部分學生能真正進行實驗操作，另外一部分學生則成為旁觀者，基本不操作，直接使用其他同學測的數(shù)據(jù)來寫實驗報告，甚至直接照搬同學的報告。因此，這種教學方式導致土力學實驗教學效果不理想，學生的動手能力得不到鍛煉，更無法培養(yǎng)學生良好的實踐能力和創(chuàng)新能力。

二、 基于工程的土力學實驗教學改革

針對以上土力學實驗教學存在的問題，筆者所在的揚州大學建筑科學與工程學院對土木工程專業(yè)本科實驗教學進行改革，努力提高土力學實驗教學質量和效果。

（一）以工程問題為導向構建土力學實驗教學體系

針對實驗教學與工程實際嚴重脫節(jié)的問題，學院安排1天的實驗時間，直接采用實際工程中的土樣來完成土力學實驗。土樣可以是黏性土、粉土，也可以是砂土。學生2人一組，領取2個土樣，要求每組學生先通過目力初步確定土的名稱，然后制定實驗方案，由實驗教師確認各組實驗方案后，每組再分別進行土的密度和含水率實驗、工程分類實驗、直接剪切實驗、固結實驗和三軸剪切實驗，最后形成某工程的土力學實驗報告。這樣就避免了各組實驗內容的雷同，如：土的工程分類實驗，對不同的土樣，采用不同的實驗方法，黏性土做界限含水率實驗、砂土做顆粒分析實驗、粉土做顆粒分析實驗和界限含水率實驗。學生動手機會大大增加，有利于提高學生的實踐能力，也避免了最后實驗成果報告內容的千篇一律。每組學生也能將土的各個實驗參數(shù)緊密聯(lián)系起來，對土的工程特性有了初步認識，試驗報告成果更加貼近工程實際，有利于培養(yǎng)學生的工程觀和綜合分析能力。

（二） 基于能力培養(yǎng)科學設置實驗教學內容

在一些國家的高校，土力學實驗與土力學理論講授課程是分開的，單獨計算學分[5]。揚州大學建筑科學與工程學院對土木工程專業(yè)基礎實驗課程進行整合，把土木工程材料、材料力學和土力學實驗課程合并成土木工程基礎實驗課程，并將土木工程基礎實驗作為一門獨立的實驗課程，總計1.5學分，其中土力學實驗課程0.5學分，屬于必修課程。此外，對實驗內容也進行了改革，把界限含水率實驗改為土的工程分類實驗，增設擊實實驗、滲透實驗和創(chuàng)新實驗，將界限含水率實驗、直接剪切實驗、固結實驗、三軸實驗作為必做項目，擊實實驗和滲透實驗作為選作項目，創(chuàng)新實驗作為探索項目。

實驗考核內容包括實驗操作、實驗成果評價、 出勤考核，按照實驗操作和實驗成果評價成績占總成績的70%、 出勤考核成績占30%進行考核。最終成績采用等級記分，分為優(yōu)、良、中、及格、不及格五級。

通過改革土力學實驗課程教學，極大地調動了學生學習的主動性，學生開始重視實驗課程，一改過去教師要我做試驗的“被試驗”現(xiàn)象，學生實際動手能力也有較大提高。

（三）開展開放式實驗教學，激發(fā)學生的探索熱情

為了合理調配實驗室儀器設備，充分利用網(wǎng)絡教學資源，全面實行開放式實驗教學，以提高實驗教學質量。學院實驗室采取定時開放制度、預約開放制度，學生可在學院實驗教學系統(tǒng)預約實驗課程和實驗時間，既提高了實驗教學效率，又切實有助于提高學生的實驗技能和動手能力。

此外，學院通過建設虛擬仿真實驗中心，對實驗過程比較復雜、占用時間長，或者沒有條件分組開設的實驗項目（如土的三軸實驗），利用軟件虛擬實驗系統(tǒng)來模擬實驗過程，并開發(fā)設計了一些創(chuàng)新型實驗內容，供學生自主選擇學習。創(chuàng)新型實驗能充分發(fā)揮學生個人潛能，有效地激發(fā)、引導學生的工程意識和創(chuàng)新意識，拓展學生的創(chuàng)新能力和研究能力。同時，學院結合大學生創(chuàng)新要求，實施本科生導師制和創(chuàng)新學分制度。要求部分本科生進行創(chuàng)新實驗，不固定實驗內容，不固定實驗時間，由教師提出實驗目標，學生制定實驗方案，教師參與其中，在實驗過程中對學生給予必要的指導和啟發(fā)，最后由學生獨立撰寫創(chuàng)新實驗報告。通過增加創(chuàng)新型實驗項目，幫助學生懂得科學實驗的嚴謹性、復雜性和嚴密性，培養(yǎng)學生嚴肅、認真的科學態(tài)度，鍛煉學生的科學思維能力，要求學生初步掌握科研的方法和步驟，學會在工作中發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。此外，引導學生了解本學科前沿動態(tài)，學習新方法、新技術，開闊學生的思路和視野。

（四）改革效果評價

通過推進土力學實驗教學改革，極大地調動了學生學習的主動性，學生的學習態(tài)度也由原來的“輕實驗重理論”轉變?yōu)椤袄碚撆c實驗并重”，學生工程意識得到大大增強，實驗教學質量大幅提高，學生的科研探索熱情也被激發(fā)起來，現(xiàn)在每學期都有6～8名學生參與土力學創(chuàng)新型實驗，學生的綜合運用能力和創(chuàng)新能力有了顯著提高，為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才打下了良好基礎。

三、結語

通過構建以工程問題為導向的土力學實驗教學體系，科學設置實驗教學內容，實行開放式實驗教學，提升學生的工程實踐能力、獨立思考能力和創(chuàng)新能力。揚州大學建筑科學與工程學院經(jīng)過近2年的實驗教學改革研究和實踐，成效顯著。

參考文獻：

[1]宗士增，閻燕.工程教育創(chuàng)新實踐的方法與措施[J].中國大學教學，2012（4）：61-63.

[2]歐益寶.PLC實驗系統(tǒng)構建模式研究[J].實驗室研究與探索，2010，29（9）：73-75.

[3]許雪瑩，金文，嚴明.適應高層次本科生培養(yǎng)的實驗教學改革[J].高校實驗室工作研究，2012（1）：12-14.

[4]周莉，韓雪，楊海濤.應用型人才培養(yǎng)的土力學實驗教學模式改革與實踐[J].黑龍江高教研究，2014（3）：168-170.

[5]李廣信，呂禾，張建紅.土力學課程中的實踐教學[J].實驗技術與管理，2006（12）：13-14.