徐德龍 南京工程高等職業(yè)學(xué)校

1 引言

《土力學(xué)》作為土木工程專業(yè)學(xué)生必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，具有非常強(qiáng)的實(shí)踐性，其實(shí)驗(yàn)是必不可少的教學(xué)環(huán)節(jié)。

2 工程教育認(rèn)證對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求

專業(yè)目標(biāo)的能力要求包括土木工程技術(shù)的基本應(yīng)用能力、明確土木工程力學(xué)問(wèn)題的基本概念、相對(duì)熟練的計(jì)算、分析和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ韧聊竟こ虒?shí)際問(wèn)題的解決能力。為特定工程合理選擇土木工程材質(zhì)，應(yīng)用測(cè)量的基本原理，利用測(cè)量?jī)x器熟練地進(jìn)行一般工程測(cè)量和施工放樣。具有開發(fā)土木工程技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃、獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)以及整理、統(tǒng)計(jì)和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的功能。

3 土木工程專業(yè)土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀剖析

3.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容簡(jiǎn)單陳舊

因?yàn)檎n上的時(shí)間有限，我校在現(xiàn)階段的土木工程專業(yè)設(shè)置的土力學(xué)實(shí)驗(yàn)類型一般有：（1）土的含水比例、土的密度、土粒的相對(duì)密度等一些物理性的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)；（2）土的抗剪能力、壓縮系數(shù)等力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)。以上實(shí)驗(yàn)操作運(yùn)用于教學(xué)中時(shí)，其優(yōu)勢(shì)為操作性強(qiáng)、實(shí)驗(yàn)用時(shí)較短，而缺點(diǎn)就是內(nèi)容單調(diào)、老套、與目前實(shí)際中工程項(xiàng)目建設(shè)聯(lián)系性小，對(duì)現(xiàn)代化社會(huì)科技的進(jìn)步?jīng)]有體現(xiàn)，所以，不益于同學(xué)們綜合素質(zhì)的提升，如同學(xué)們的動(dòng)手操作能力、自主分析能力、排除問(wèn)題的能力。跟嚴(yán)重的，甚至因?yàn)檎n上時(shí)間太短故意縮短實(shí)驗(yàn)的時(shí)長(zhǎng)，很多實(shí)驗(yàn)減少了觀察時(shí)間、減少了實(shí)驗(yàn)的步驟、或者在上課以前老師先操作了幾個(gè)步驟，從而降低實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)成效。

3.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段單一

通常情況下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程為：老師預(yù)先進(jìn)行總結(jié)講解實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)的方法、實(shí)驗(yàn)的要求，在進(jìn)行操控的關(guān)鍵點(diǎn)的講解時(shí)，在進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)操作；接著把同學(xué)們進(jìn)行分組，一般3～4人為一組，由組內(nèi)人員進(jìn)行合作依照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中的步驟，實(shí)行實(shí)驗(yàn)的操作、數(shù)據(jù)記載、式樣制備；然后同學(xué)們依照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的過(guò)程中老師應(yīng)進(jìn)行指導(dǎo)。一般來(lái)講這種實(shí)驗(yàn)課程，使得一些同學(xué)就是不事先做預(yù)習(xí)準(zhǔn)備也能夠完成實(shí)驗(yàn)操作。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)期間，有很多同學(xué)只能作為旁觀者進(jìn)行觀察，只有少部分同學(xué)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)的操作，這時(shí)旁觀的學(xué)生只能用其他學(xué)生的數(shù)據(jù)來(lái)完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，更有甚者直接全套搬來(lái)使用。

4 土木工程類土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探討

4.1 改變教學(xué)模式

在過(guò)去的教授方式中主要采取的是演示法，就是由老師來(lái)進(jìn)行演示學(xué)生則在旁觀測(cè)，主要是以老師的教授為重點(diǎn)，而現(xiàn)在需要進(jìn)行觀點(diǎn)的轉(zhuǎn)換，應(yīng)該以同學(xué)們的學(xué)作為重點(diǎn)。老師在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課程以前需要先為學(xué)生安排預(yù)習(xí)的任務(wù)，認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)的目的、意義和基礎(chǔ)內(nèi)容；在課上進(jìn)行教授時(shí)需應(yīng)用引領(lǐng)式與啟迪式教學(xué)，以此強(qiáng)化同學(xué)們的動(dòng)手能力和自主探索的能力；待到實(shí)驗(yàn)完成以后，教師應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)同學(xué)們對(duì)實(shí)驗(yàn)所得訊息實(shí)施整合、分析，同時(shí)綜合有關(guān)工程情況寫出結(jié)論。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前，老師應(yīng)當(dāng)選取重點(diǎn)問(wèn)題對(duì)同學(xué)們提問(wèn)，啟發(fā)同學(xué)們進(jìn)行思索，提示同學(xué)們?cè)谶M(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)需要注意那些關(guān)鍵點(diǎn)。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)期間能夠分組實(shí)施探討，對(duì)于實(shí)驗(yàn)的表象說(shuō)說(shuō)自身的想法，指引同學(xué)們進(jìn)行自主思索，如果同學(xué)們說(shuō)出了錯(cuò)誤的觀點(diǎn)，老師需要做的就是引領(lǐng)同學(xué)進(jìn)行深入、細(xì)致的思索，從而得出正確的結(jié)論，如此不但能夠提升同學(xué)們對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)將同學(xué)們的學(xué)習(xí)方式由被動(dòng)轉(zhuǎn)換為主動(dòng)，提升了學(xué)習(xí)的效率。

4.2 完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)種類

通常來(lái)講可以將土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容分為3大類：驗(yàn)證性、綜合性、設(shè)計(jì)性。驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)在于提升同學(xué)們對(duì)土工儀器的操控技能，同時(shí)提高對(duì)理論要點(diǎn)的認(rèn)識(shí)和了解；綜合性實(shí)驗(yàn)通常是由幾項(xiàng)單獨(dú)的實(shí)驗(yàn)組合而成，同學(xué)們?cè)诰ㄍ凉x器的操作方式后，可以受到整體的鍛煉，把重點(diǎn)知識(shí)進(jìn)行鏈接，對(duì)部分難點(diǎn)重點(diǎn)實(shí)行更為深刻的探究；設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)則需要同學(xué)們不但精通儀器的操作，還需要對(duì)相關(guān)理論知識(shí)有著細(xì)致化的了解，可以自主的進(jìn)行一整套實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，同時(shí)能夠通過(guò)實(shí)際操作來(lái)進(jìn)行證明。當(dāng)前，土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式大都為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，為了使同學(xué)們的全面技能能夠達(dá)標(biāo)于工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求，該次實(shí)驗(yàn)教學(xué)特將綜合性與設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)添加進(jìn)來(lái)。試驗(yàn)的情況如表1。

表1 試驗(yàn)內(nèi)容

其間綜合性實(shí)驗(yàn)關(guān)于土的工程項(xiàng)目歸類，同學(xué)們必須依照土的顆粒形式再綜合使用級(jí)配、液性和塑性指數(shù)情況，再配合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)土實(shí)施分類與名字確定。其中級(jí)配實(shí)驗(yàn)與液塑實(shí)驗(yàn)屬于驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)不會(huì)提高學(xué)時(shí)，在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)中所得的土的信息數(shù)據(jù)可以有效運(yùn)用到綜合性實(shí)驗(yàn)中，使得土性數(shù)據(jù)不單單是不同的個(gè)體，實(shí)現(xiàn)了綜合知識(shí)的目標(biāo)。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的重要性在于能夠培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立自主的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)設(shè)，提升其對(duì)科研工作的創(chuàng)新意識(shí)和興趣。本校在各個(gè)學(xué)年中均會(huì)舉行本科生科技創(chuàng)新大賽，同學(xué)們可以自主選擇題目，在實(shí)驗(yàn)室老師的指點(diǎn)中運(yùn)用設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行課題的研究。

4.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)與可視化教學(xué)融合

通過(guò)將實(shí)驗(yàn)與可視化兩類方式進(jìn)行綜合運(yùn)用，不但能夠提高科研的水準(zhǔn)，還能夠提升教學(xué)的成效。大學(xué)老師根據(jù)有關(guān)的科研范疇著重于學(xué)科先進(jìn)情況，同時(shí)進(jìn)行實(shí)踐。在進(jìn)行教學(xué)的過(guò)程中，還能夠把其帶入教學(xué)課程中，使得同學(xué)們能夠有效的知曉學(xué)習(xí)的課業(yè)所在的領(lǐng)域，提升對(duì)課業(yè)的了解和把握，也提高了對(duì)科研的興趣。此方式還能夠運(yùn)用到土木工程專業(yè)的課程和研究中，例如Hajialilue-Bonab等人研究制作了一組小型的物力模型實(shí)驗(yàn)裝備，該試驗(yàn)需要在松軟的沙土上實(shí)施水平荷載下的樁與土互相作用實(shí)驗(yàn)。在通過(guò)水平方向增加載樁期間，需要在同一時(shí)間內(nèi)在側(cè)邊與模型的頂端為數(shù)字圖像拍照。然后利用粒子圖片測(cè)速（PIV）這類直觀的方式，通過(guò)數(shù)字圖片來(lái)取得樁周砂土的形變與應(yīng)變。通過(guò)PIV的解析，將擁有圓錐形狀的三維應(yīng)變楔實(shí)行繪圖，將應(yīng)變楔的方程推翻，同時(shí)經(jīng)過(guò)應(yīng)力-應(yīng)變極限平衡解析得出了樁的側(cè)邊荷載情況。按照具有差異性的裝土特征預(yù)算出各個(gè)樁的側(cè)邊承重強(qiáng)度。運(yùn)用以上實(shí)驗(yàn)和直觀性綜合的方式，能夠?qū)崿F(xiàn)科研帶動(dòng)教學(xué)，同時(shí)提升同學(xué)們的學(xué)習(xí)積極性。

4.4 改革效果評(píng)價(jià)

經(jīng)過(guò)對(duì)土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行創(chuàng)新和優(yōu)化，在很大程度上提升了同學(xué)們學(xué)習(xí)的自主性，同時(shí)也轉(zhuǎn)變了同學(xué)們以往的（重理論輕實(shí)驗(yàn)）的想法，改為對(duì)實(shí)驗(yàn)和理論同樣重視的效果，同學(xué)們對(duì)工程的理解有了更好的提升，實(shí)驗(yàn)教學(xué)收效也有了很大進(jìn)步，同時(shí)調(diào)動(dòng)起了同學(xué)們對(duì)科研探求的熱情，目前每個(gè)學(xué)年均有12到16名同學(xué)參加土力學(xué)創(chuàng)作實(shí)驗(yàn)，同學(xué)們的綜合應(yīng)用實(shí)力與創(chuàng)新的實(shí)力均有了明顯的提升，為教育具有創(chuàng)新能力的人才奠定了基礎(chǔ)。

5 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)在應(yīng)用型人才的發(fā)展需要越來(lái)越提高學(xué)生的自主創(chuàng)新能力，新的土力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程應(yīng)該提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的實(shí)踐能力，加深學(xué)生對(duì)土力學(xué)實(shí)驗(yàn)工程應(yīng)用意義的理解。隨著土力學(xué)系的發(fā)展，土力學(xué)的實(shí)驗(yàn)課程改革也將不斷改善。