唐敏 張超 馮紹元

（揚州大學水利科學與工程學院 江蘇 揚州 225009）

為了應(yīng)對新一輪的科技革新和產(chǎn)業(yè)改革，增強國際競爭力，2017年以來，我國教育部積極推進新工科建設(shè)，強調(diào)新工科建設(shè)必須加強研究和實踐，問技術(shù)發(fā)展改內(nèi)容，更新工程人才知識體系，問學生志趣變方法，創(chuàng)新工程教育方式與手段，聚焦國家新需求［1］，培養(yǎng)大批多元化、創(chuàng)新型、實踐能力強的高素質(zhì)復(fù)合型工程科技人才，為我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供人才支持，這也是當前教育任務(wù)的重中之重［2］。

土力學作為工科土建類專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，被普遍應(yīng)用在地基、擋土墻、土工建筑物、堤堰、大壩等土木工程、交通道路、水利工程設(shè)計領(lǐng)域中，以服務(wù)于國民經(jīng)濟建設(shè)與社會發(fā)展［3］。土力學實驗是土力學教程中的主要組成部分，實際工程設(shè)計和施工中的巖土技術(shù)參數(shù)正是利用土力學試驗獲得的。作為土力學理論和工程建設(shè)之間的“橋梁”，土力學實驗對于推動土力學理論發(fā)展及其在工程建設(shè)領(lǐng)域的實際應(yīng)用有著一定重要性。土力學實驗作為土力學教程中不可或缺的實踐性教學環(huán)節(jié)，力求通過具體的試驗操作，強化學生對土力學專業(yè)基礎(chǔ)知識的理解，培養(yǎng)學生的實際動手能力，促進學生掌握基本的實驗操作技能，提升學生運用所學的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識分析解決實際問題的綜合能力［4］。

隨著國家對應(yīng)用型、復(fù)合型人才標準的提高，對課程的實踐要求也越來越高，原有的土力學實驗教學模式已不能滿足新工科教育的需求。因此，針對土力學教學實踐中現(xiàn)存的一些問題和狀況，開展土力學實驗教學改革刻不容緩。而土力學實驗教學改革的基本點是調(diào)整課程設(shè)置、合理規(guī)劃實驗人員結(jié)構(gòu)、改進實驗設(shè)施條件等，以期充分發(fā)揮土力學實驗的重要基礎(chǔ)作用，有助于學生更好地理解并應(yīng)用專業(yè)知識解決實際工程問題。

1 土力學實驗教學現(xiàn)狀及存在問題

1.1 實驗課時少，儀器緊缺，學生實操機會少、時間短

目前，在國內(nèi)大多數(shù)工科類院校內(nèi)，土力學實驗課時安排在4～8學時，更有甚者，為順應(yīng)高校教育教學改革縮減課時的大趨勢，部分院校已將實驗課從土力學教學中剔除，取而代之的是課堂上播放試驗錄制視頻，剝奪了學生實驗學習的機會。并且，目前僅有的為數(shù)不多的土力學實驗課也多集中在土的含水率和密度等物理性質(zhì)指標測定試驗、液塑限聯(lián)合測定試驗、土的固結(jié)試驗、直接剪切試驗等這幾種類型。

由于學時被大幅面壓縮，學生實際操作機會和時間也大大減少。在實際的土力學實驗教學中，一般一門試驗只分配2 個學時，即90min，授課教師往往需要花30min 左右對試驗原理、內(nèi)容和操作步驟進行詳細講解。在余下的1h 里，對于操作簡單的試驗，學生可以順利完成；但如果是操作較為復(fù)雜的試驗，學生一般做得比較匆促且粗糙，即使是按時完成了試驗要求，也多是機械性的模仿操作，并沒有充足的時間去思考試驗中為什么會出現(xiàn)這種問題，一旦遇到問題，不思考便去向教師尋求幫助和解決方法，只是為了完成任務(wù)而做試驗，更不可能去細致觀察試驗現(xiàn)象。

此外，由于土力學實驗室的儀器設(shè)備數(shù)量通常是有限的，并且可能由于年久失修，部分儀器受到損壞或出現(xiàn)故障而不可使用，這樣就會使得能夠正常工作的試驗儀器更加有限。而一般是一個班級30 多名學生統(tǒng)一上實驗課，這些學生必然會被分為若干個小組，每個小組內(nèi)幾名學生共同完成一門試驗內(nèi)容，這雖然加快了試驗進度，并且小組人多力量大，也能提高試驗的成功率。但是，這也會導(dǎo)致每個學生的操作機會和時間有所減少，尤其對于動手能力差或內(nèi)向被動的學生來說，可能一次試驗下來幾乎沒有參與和融入，這對于全面培養(yǎng)學生的實操技能和試驗?zāi)芰κ欠浅２焕?。并且，由于時間不夠充裕，一些試驗樣品的制備、土樣烘干及稱重等這些基本試驗操作可能會由實驗室工作人員代勞，這就導(dǎo)致學生不能充分理解和掌握基本試驗操作規(guī)程及方法，最終為學生以后進入研究生階段學習預(yù)留了一些隱患，如無法獨立正確地開展一些相關(guān)的土力學試驗，甚至對一些異常的試驗結(jié)果缺乏正確的了解和判斷，試驗步驟和數(shù)據(jù)分析出現(xiàn)差錯，進而導(dǎo)致試驗結(jié)果出錯。

1.2 實驗課與理論課脫節(jié)，實驗課考核機制不完善

目前，在工科類院校的土力學教學中，主要實行實驗課與基礎(chǔ)理論課分開進行，通常對實驗課具體授課時間安排沒有明確的規(guī)劃，一般是當實驗課教師的時間與學生的時間契合時才進行土力學實驗課的教學，這使得實驗課往往滯后于相關(guān)的理論課很長一段時間，學生的學習興奮點很容易喪失，對理論知識的學習未能得到及時鞏固，不利于學生即時體驗和操作以理解相關(guān)知識點，實踐與理論難以產(chǎn)生相互作用的效果。此外，土力學實驗課通常由專門的實驗員教師進行講授，講課風格可能與理論課授課老師有很大區(qū)別，對土力學試驗的講解思路也有很大不同，對學生掌握的側(cè)重點要求也是不一樣的，這樣就容易引起學生對知識點理解上的困惑，不利于學生將教材上的知識遷移應(yīng)用到實踐中。

另外，在土力學實驗教學安排上，沒有對相關(guān)試驗進行整合，往往是學生學完一個章節(jié)后就安排相關(guān)的試驗，未能將試驗中涉及的那些瑣碎的知識點進行梳理整合。例如，直接剪切試驗有快剪、固結(jié)快剪和慢剪試驗之分，實驗課上通常選擇快剪試驗進行實際操作，而快剪試驗一般是選擇砂土作為試樣，這樣就與教科書及土工試驗方法標準中的要求有所不同，很容易使學生產(chǎn)生困惑和混淆，導(dǎo)致學生對于黏土試樣的制備方法依舊不甚了解。

再者，由于實驗課通常是依附于理論課的，學生考試一般以理論課的筆試為主，實驗課的考核通常是審查學生的試驗報告，考核方式單一。因此，學生把大多數(shù)時間和精力都用在了理論課學習上，對實驗課的重視程度遠遠不夠，試驗報告也是敷衍了事，內(nèi)容同質(zhì)化嚴重，抄襲成風，很少表現(xiàn)出探索性和原創(chuàng)性，最終導(dǎo)致學生實驗?zāi)芰蛣?chuàng)新能力得不到有效提升和全面發(fā)展［5］。

1.3 授課方式傳統(tǒng)單一，多媒體教學利用不多

當前，國內(nèi)工科類院校土力學實驗的講課方法仍是以傳統(tǒng)的“填鴨式”教學為主，教師站在黑板前講解試驗內(nèi)容，學生坐在座位上聆聽，抑或是教師邊操作示范邊講解，學生則圍在一起觀看，這種類型的教學模式很容易導(dǎo)致課堂氛圍沉悶，不利于引起學生的學習熱情，教學成效必然也不顯著。

在知識點解說方面，土力學實驗課通常以黑板板書為主，這類傳統(tǒng)的授課方法效率較低，也不能很好地吸引學生的注意力。相反，利用多媒體教學，則具有頗多優(yōu)點，例如，多媒體可以融合聲音、圖像、視頻、動畫等多種素材，突破了黑板二維空間的局限，能夠使學生集中注意力，激發(fā)學習興趣，讓學生更加直觀形象地了解試驗原理、操作過程及可能出現(xiàn)的試驗現(xiàn)象，加深認知，從而可以進一步提升學生自己的學習能力［6］。

在具體的講課方式層面，可以采取一些當前比較受學生喜愛的新興教學模式。例如，通過微課向?qū)W生演示專業(yè)標準的試驗操作方法和步驟，也可以通過MOOC方式組織線上教學、增強師生之間的互動討論，又或者是將基于微視頻資源的翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)用于實驗課教學中，以提高學生的自主學習能力、學習的積極性和主動性［7］。這些新興的教學模式也與當代大學生喜好利用手機、計算機等電子設(shè)備汲取知識的學習習慣高度契合，能夠增加他們的學習興趣，同時，學生也能不受到課堂教學的時間和地點的限定，能夠充實利用閑暇時光，隨時隨地學習交流討論，提高了學習動力和學習熱情。移動課堂教學模式能夠很好地提高學習效率，提升日常實驗教學的效果。

1.4 實體課堂占多數(shù)，虛擬仿真實驗室使用性不強

與基礎(chǔ)理論課相比，實驗課最明顯的一個特點就是需要試驗儀器設(shè)備和場地。目前，由于各工科院校土力學學習人數(shù)眾多，而試驗儀器數(shù)量較為緊缺，且試驗場地也不夠充足，所以，往往安排學生分批上實驗課。這也導(dǎo)致針對同一試驗內(nèi)容，授課教師需要向不同批次學生重復(fù)多次講授，造成師資及時間上的浪費，并且同一年級不同班級的基礎(chǔ)理論課進度基本上相差無幾，但由于分批進行試驗，很容易導(dǎo)致試驗時間安排靠后的那一些學生實驗課與理論課脫節(jié)，不利于學生對所學知識的實踐應(yīng)用和系統(tǒng)掌握。此外，分批試驗會導(dǎo)致實驗室工作人員對儀器設(shè)備潔凈、擺放、維護等工作量大大增長。

虛擬仿真實驗室的設(shè)計宗旨就是通過綜合利用虛擬儀器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、多媒體技術(shù)、計算機技術(shù)，搭建一個開放的網(wǎng)絡(luò)實驗平臺，為各種實驗的實施供應(yīng)一個不受時間和地點限定、熟習儀器操作和感性了解實驗原理、實驗設(shè)計、調(diào)試方法的環(huán)境［8］。在虛擬仿真實驗室里，學生不僅可以像在真實實驗室里一樣在虛擬實驗工作臺上動手操作，還可以利用虛擬環(huán)境中的各類實驗材料，自主設(shè)計試驗，自己配備、調(diào)試和使用試驗儀器，在虛擬實驗室里獲取相關(guān)理論知識、科學指導(dǎo)和快速反饋，有利于培養(yǎng)學生的操作、分析、設(shè)計能力和創(chuàng)新意識。可見，學生通過虛擬實驗室進行仿真實驗，不僅減少了實驗成本支出，在保證學習質(zhì)量的同時，還極大地引發(fā)了學生對實驗的興致，提高了學生的實驗效率，增補了知識理論體系。

1.5 實驗室人員配備不齊全，專業(yè)素養(yǎng)不高

實驗室是教師和學生專門進行科學試驗的場所，小到環(huán)境清潔、垃圾分類，大到儀器維護、試驗指導(dǎo)，都需要專門的實驗人員來操辦。目前，國內(nèi)高校的實驗室普遍存在著實驗人員不足、人手不夠的現(xiàn)狀，通常都是一個實驗員身兼數(shù)職，由于個人精力有限，不可能做到面面俱到，難免會出現(xiàn)意外狀況，進而影響實驗教學工作進度和效果。此外，實驗人員還存在著專業(yè)素養(yǎng)不強的問題。例如：實驗人員中非專業(yè)出身的人員較多，他們沒有經(jīng)過專門的實驗教學培訓，不能規(guī)范標準地進行試驗樣品的制備、試驗儀器的操作演示等；還有大多數(shù)實驗人員缺少儀器設(shè)備維修的專業(yè)技能，簡單的儀器設(shè)備還可以維護，稍微復(fù)雜一點的儀器一旦出現(xiàn)故障就需要聯(lián)系儀器生產(chǎn)廠家進行維修，而這往往需要一段時間，不能立刻使儀器恢復(fù)正常工作，因此會拖延相關(guān)實驗教學進度；另外，一部分實驗人員責任意識不到位，給學生做完試驗講解和操作演示后，便回到辦公室，未能在實驗室時刻監(jiān)督指導(dǎo)學生，在試驗結(jié)束后，也未能仔細檢查試驗儀器設(shè)備，清潔工作也不夠細致，經(jīng)常造成試驗儀器損壞和故障，致使后續(xù)試驗沒法如期開展。

出現(xiàn)以上情況的原因：一方面可能是國內(nèi)高校實驗人員薪資待遇普遍偏低，進而造成實驗室管理人員不足及專業(yè)素養(yǎng)不高；另一方面，從實驗課和理論課授課教師的職稱區(qū)別，以及實驗課與理論課的優(yōu)先級別來看，就能明白國內(nèi)大學廣泛存在輕實驗、重理論的現(xiàn)象，這就容易誘發(fā)實驗人員產(chǎn)生負面情緒，缺乏工作熱情和積極性，致使工作效率較低、責任意識不強。

1.6 學校層面對實驗室建設(shè)不夠重視，缺乏資金支持

學校領(lǐng)導(dǎo)班子在制定學校發(fā)展規(guī)劃時，對實驗室建設(shè)重視程度不足，實驗室的戰(zhàn)略指導(dǎo)地位被嚴重削弱，現(xiàn)有實驗室的條件改善及新興實驗室的建設(shè)發(fā)展得不到學校決策部門的重視，一些重要改革措施難以提上議事日程并付諸實施，導(dǎo)致實驗人員數(shù)量、質(zhì)量均上不去，實驗室管理質(zhì)量難以登上更高臺階。此外，最重要的是，實驗室的發(fā)展規(guī)劃缺少資金支持，無論是實驗室已有儀器設(shè)備的維護和修理，還是新儀器設(shè)備的購置，這些都需要資金的支持。缺少資金，現(xiàn)有損壞儀器便得不到及時維修，影響實驗教學進度，新式儀器則無法購買，使得實驗室裝置設(shè)備不能滿足技術(shù)推廣需求，實驗室無法長足發(fā)展。還有就是，實驗人員職稱提升相較于教學科研人員還是處于弱勢地位，如果不能給他們提供良好的發(fā)展平臺，以及缺少政策性鼓勵扶持，就會導(dǎo)致實驗人員嚴重流失。

2 土力學實驗教學改革建議及措施

為了解決以上土力學實驗教學中存在問題，土力學實驗應(yīng)盡快進行改革。首先應(yīng)該明確教學改革必然會涉及到的三大主體（授課教師、學生及高校決策機構(gòu)）的義務(wù)和責任；其次是要厘清這三者之間的相互聯(lián)系。校領(lǐng)導(dǎo)班子是教學改革的決策者和籌劃者，決定著教學改革的方向及人力、物力、財力等各方面的支持。授課老師是教學改革的踐行者，負責改革的各項具體操作和實施。學生則是教學改革的接受者和評價者，主要任務(wù)是參與和配合教學改革的實施，并及時給與教學效果的反饋。無論是何種改革措施，只有按照從上層到基層的順序，才能順利實施；只有廣泛并合理采納改革受眾的意見和建議，才能被長久保留。土力學實驗教學改革也是這個道理，順遂的改革必須從校領(lǐng)導(dǎo)班子和教學負責人開始，成功的改革必須依據(jù)實際情況和反饋意見作出適當調(diào)整。

2.1 校領(lǐng)導(dǎo)班子層面

重中之重是要從思想觀念上做出真正轉(zhuǎn)變，把實驗課與理論課放在同等重要的位置，進一步加強實驗課與理論課的緊密結(jié)合。

首先，改革培養(yǎng)方案，突破傳統(tǒng)的實驗課依賴于理論課的教學模式，將實驗課單獨設(shè)立課程，單計學分，適當增加實驗課課時，這樣有利于學生掌握基本試驗的基礎(chǔ)操作方法和要點。同時，試驗數(shù)量增多可以讓學生體驗到不同類型的土工試驗，便于學習和比較不同試驗的共性和差異，能夠更加全面地了解土工試驗。

其次，在試驗安排上要統(tǒng)籌規(guī)劃，可以將實驗?zāi)康南嘟?、實驗原理相通、操作過程相似的試驗緊密安排在一起，有益于學生對同類型試驗的全面系統(tǒng)掌握，培養(yǎng)學生融會貫通、聞一知十的邏輯思維能力。

再次，倡導(dǎo)并鼓勵土力學理論課教師積極參與實驗教學工作，實驗教師將工程案例反饋至理論課教學，促進理論課教師與實驗課教師的相互交流，形成兩類教師共同介入學生培養(yǎng)的協(xié)同效應(yīng)。

最后，還要對實驗室建設(shè)工作加以重視，不僅要在政策上大力支持，還要在經(jīng)費上大量投入。在政策上，要積極引進各類專業(yè)技術(shù)人才，并定期培訓和考查，使實驗室工作人員數(shù)量和質(zhì)量雙重提升；同時，應(yīng)該逐漸提高實驗室人員的薪資待遇，逐步縮小實驗室工作人員和教學師資隊伍之間的薪資待遇差距，并完善實驗室人員晉升獎懲制度，進一步調(diào)動實驗室人員的工作熱情，吸引高層次人才的加入。在資金上，要大量采購現(xiàn)代化先進儀器設(shè)備，對已有儀器也要定期進行維護，既提高試驗儀器的數(shù)量，也要提升儀器設(shè)備的質(zhì)量，為土力學實驗課教學改革提供良好的硬件條件。

2.2 教師層面

首先，要使授課方式多元化。在傳統(tǒng)的黑板板書的基礎(chǔ)上，適當增加多媒體教學，制作豐富精彩的多媒體課件，把教學重點難點形象地呈現(xiàn)出來，提高教學效率。

其次，要革新傳統(tǒng)的“教師講、學生聽”講習模式，將一些新穎高效的授課方法引入土力學實驗課堂，如微課、MOOC、翻轉(zhuǎn)課堂等，同時，也可鼓勵指導(dǎo)學生使用虛擬仿真實驗室。

再次，提高自己的專業(yè)素養(yǎng)，不僅要提高自己對試驗原理、內(nèi)容及操作步驟的講授能力，還要提高自己的試驗操作能力，給學生展示規(guī)范標準的示范操作和指導(dǎo)，并且能夠結(jié)合具體的工程案例，使學生通過實驗課學習后不僅能掌握基本試驗操作技能，還能將相關(guān)知識遷移到工程建設(shè)實際應(yīng)用中去。

最后，授課教師也要力圖改變實驗課考核方式單一現(xiàn)象，建立綜合的實驗課考核標準，既要考查學生的實驗報告，也要重視實驗過程考核。例如：可以設(shè)置單元考核，重點考查單項操作技能；同時，也設(shè)置階段考核與期末考核，安排綜合性實驗與設(shè)計性實驗的考查，考核過程中多注重綜合能力、淡化操作流程，可以明顯提高學生動手操作的積極性，有利于培養(yǎng)學生的綜合能力。

2.3 學生層面

學生作為土力學實驗教學改革的直接對象和受眾，首先需要踴躍參與并配合有關(guān)的改革措施，遵守實驗室各項規(guī)章制度。學校和老師之所以進行土力學實驗課改革，初衷也是為了引發(fā)學生的學習興趣，提高學生的認知水平，優(yōu)化實驗的講習過程，提高教學效果。另外，針對老師提出的授課新模式、新方法，學生要結(jié)合自己的切身體驗和學習效果，及時反饋給教師，并獻計獻策，提出自己對于土力學實驗教學改革的想法、意見和建議，以便教師針對實驗課教學計劃作出適當調(diào)整。

3 結(jié)語

土力學實驗課作為理論課的補充、拓展和延伸教程，在學生掌握土力學基礎(chǔ)理論并將其應(yīng)用于工程實踐中起著非常關(guān)鍵的作用，對學生以后的研究生階段學習和工程建設(shè)領(lǐng)域工作有著極其重要的影響。在新工科背景和要求下，土力學實驗課教學改革應(yīng)始終以學生為主體、以實踐技能培養(yǎng)為指引、以教學效果為考核標準，在授課方式上力求新穎，在教學模式上力求改變。同時，要注重實驗員隊伍的擴大及其專業(yè)素養(yǎng)提升，重視和完善實驗室建設(shè)，實現(xiàn)土力學實驗教學水平和成效的雙重提升，力爭為國家培養(yǎng)輸送綜合素質(zhì)高、實踐能力強的復(fù)合型人才。