應(yīng)用型本科院校土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法探索

黎春林

1.土力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革目的和意義

土力學(xué)是大學(xué)土木工程專業(yè)的一門(mén)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，對(duì)培養(yǎng)合格的應(yīng)用型土木工程人才起著非常重要的作用，而土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是土力學(xué)教學(xué)的重要組成部分。根據(jù)多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，目前土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在以下突出問(wèn)題：（1）因中學(xué)階段不重視，缺乏訓(xùn)練，大學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力較差，對(duì)老師依賴性較強(qiáng)；（2）實(shí)驗(yàn)相互獨(dú)立，缺乏聯(lián)系，不利于學(xué)生綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)；（3）綜合實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)較少，不利于學(xué)生應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

工程實(shí)踐是土力學(xué)發(fā)展的源泉和最終檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[1]，實(shí)踐教學(xué)為培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)、創(chuàng)新和實(shí)踐能力提供了一個(gè)重要的渠道，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)是其中一個(gè)重要的實(shí)踐環(huán)節(jié)[2]。對(duì)于以培養(yǎng)高級(jí)應(yīng)用型人才為目標(biāo)的應(yīng)用型本科院校來(lái)說(shuō)，實(shí)踐教學(xué)是關(guān)系到人才培養(yǎng)質(zhì)量的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的土力學(xué)實(shí)驗(yàn)由老師在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中引導(dǎo)學(xué)生觀察、思考、分析實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象，得出結(jié)論，其目的在于促進(jìn)學(xué)生加深對(duì)理論知識(shí)的理解，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。而應(yīng)用型本科的培養(yǎng)目標(biāo)是“面對(duì)現(xiàn)代社會(huì)的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，在工業(yè)、工程領(lǐng)域的生產(chǎn)、建設(shè)、管理、服務(wù)等第一線崗位，直接從事解決實(shí)際問(wèn)題、維持工作正常運(yùn)行的高等技術(shù)型人才”[3]，也即更加重視開(kāi)發(fā)、培養(yǎng)、提高學(xué)生的應(yīng)用能力和創(chuàng)造性。并且由于巖土工程的復(fù)雜性，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不僅需要重視實(shí)驗(yàn)的最終結(jié)果，更應(yīng)關(guān)注實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程，注重學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中綜合所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題能力的培養(yǎng)，這對(duì)土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相比其他課程提出了更高的要求?；诖耍岳蠋熝菔緸橹鞯膫鹘y(tǒng)土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式需要進(jìn)行改革。我們?cè)诒Ａ舨糠纸?jīng)典的常規(guī)演示實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，增加了一些綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，由淺入深，循序漸進(jìn)。

2.土力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革內(nèi)容及實(shí)施

通過(guò)土力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的訓(xùn)練，不但要求學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)技能，熟悉實(shí)驗(yàn)過(guò)程，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，而且培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。為達(dá)到這一要求，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造性，我校出臺(tái)了增設(shè)綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的實(shí)施意見(jiàn)，以提高我校整體實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平。基于此，近年來(lái)我們對(duì)土力學(xué)課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、教學(xué)方式、課程評(píng)價(jià)等教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行了改革，改革后我校土力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程根據(jù)教學(xué)方式分為以下三類：（1）演示性實(shí)驗(yàn)，由教師演示實(shí)驗(yàn)過(guò)程，然后學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力；（2）綜合性實(shí)驗(yàn)，由若干簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)組成，需要學(xué)生綜合本課程或相關(guān)課程知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)；（3）設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，由老師結(jié)合工程實(shí)際引導(dǎo)學(xué)生提出問(wèn)題，學(xué)生制訂實(shí)驗(yàn)方案解決問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。針對(duì)不同類型的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了相應(yīng)的學(xué)習(xí)要求和教學(xué)方法，在教學(xué)上更加突出實(shí)踐應(yīng)用，鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新。

為保證教學(xué)改革效果，首先由教研室組織有經(jīng)驗(yàn)老師制訂土力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教改實(shí)施總體方案，組織老師進(jìn)行研討，達(dá)成共識(shí)并組織實(shí)施。要求實(shí)驗(yàn)老師在每次實(shí)驗(yàn)前要認(rèn)真?zhèn)湔n，綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和教學(xué)方案由實(shí)驗(yàn)老師提出，教研室組織老師研討，擬定最佳方案。

3.土力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)方式

3.1.演示性實(shí)驗(yàn)，保證基礎(chǔ)，強(qiáng)化操作訓(xùn)練

實(shí)驗(yàn)技能是反映工程師應(yīng)用能力的一個(gè)重要技能，演示性實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的就是提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能。土力學(xué)演示性實(shí)驗(yàn)包括土的基本物理性質(zhì)實(shí)驗(yàn)和土的力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)。

每次實(shí)驗(yàn)前，學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)了解實(shí)驗(yàn)的目的、內(nèi)容，熟悉實(shí)驗(yàn)步驟，并寫(xiě)出預(yù)習(xí)報(bào)告。土樣的取樣、實(shí)驗(yàn)的器材和土樣的制備等實(shí)驗(yàn)前期工作盡量讓學(xué)生共同參與。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，老師首先給學(xué)生示范，注重訓(xùn)練學(xué)生規(guī)范操作，鼓勵(lì)學(xué)生多動(dòng)手，自行完成儀器的選擇及組裝。引導(dǎo)學(xué)生積極思維，在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)不足并提出改進(jìn)設(shè)想，這樣在試驗(yàn)中融入學(xué)生自己的思考，使演示實(shí)驗(yàn)效果達(dá)到最佳。在學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)老師要對(duì)學(xué)生的操作錯(cuò)誤及時(shí)進(jìn)行糾正，學(xué)生有問(wèn)題隨時(shí)解答。告訴學(xué)生錯(cuò)誤的操作會(huì)給結(jié)果帶來(lái)很大的影響，而試驗(yàn)結(jié)果（例如土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)）會(huì)直接影響到工程的設(shè)計(jì)施工，并影響到結(jié)構(gòu)的安全和造價(jià)。要求學(xué)生以一個(gè)工程師的身份嚴(yán)格要求自己，因?yàn)榻裉斓膶W(xué)生就是明天的工程師，從而增強(qiáng)學(xué)生的責(zé)任意識(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。實(shí)驗(yàn)完成后要求學(xué)生不管實(shí)驗(yàn)結(jié)果如何，都應(yīng)及時(shí)進(jìn)行分析總結(jié)，并與其他同學(xué)分享成功經(jīng)驗(yàn)或失敗的教訓(xùn)。這樣，通過(guò)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、操作、總結(jié)等一序列訓(xùn)練，使學(xué)生不僅提高了實(shí)驗(yàn)的基本操作能力，熟悉整個(gè)演示實(shí)驗(yàn)過(guò)程，而且提高了對(duì)理論知識(shí)的理解，并增強(qiáng)了學(xué)生的理論聯(lián)系實(shí)際能力。

3.2.綜合性實(shí)驗(yàn)，突出工程實(shí)際，注重綜合素質(zhì)培養(yǎng)

增設(shè)現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)環(huán)節(jié)，積極引導(dǎo)學(xué)生從工程實(shí)際問(wèn)題出發(fā)設(shè)計(jì)土工試驗(yàn)[4]。不同的建筑工程對(duì)土樣的要求是不同的，有時(shí)采用的指標(biāo)也是不同的。例如：根據(jù)我國(guó)現(xiàn)有規(guī)范，在測(cè)量土的液限時(shí)，如果土作為建筑材料，采用17mm液限；而在計(jì)算地基承載力時(shí)，則采用10mm液限。因此，為了讓學(xué)生對(duì)土樣有一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)，一方面我們利用我?，F(xiàn)有的校企合作對(duì)外檢測(cè)的機(jī)會(huì)，收集一些有代表性的樣品供學(xué)生實(shí)驗(yàn)參考；另一方面，在實(shí)驗(yàn)前，由指導(dǎo)教師帶領(lǐng)學(xué)生到工地勘察取樣，請(qǐng)教師或現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員結(jié)合工程實(shí)際情況對(duì)學(xué)生進(jìn)行講解，讓學(xué)生熟悉工程現(xiàn)場(chǎng)土的特性，隨后讓學(xué)生思考該工程涉及到土的哪些檢測(cè)項(xiàng)目和性質(zhì)指標(biāo)，本次土力學(xué)實(shí)驗(yàn)的目的和用途是什么，這樣，有助于學(xué)生將抽象的實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為實(shí)踐運(yùn)用，提高學(xué)習(xí)興趣。對(duì)同一區(qū)域土樣，分成幾個(gè)大組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容由各大組組長(zhǎng)從常規(guī)的土力學(xué)實(shí)驗(yàn)（如土的塑限、液限、含水量、密度、抗剪強(qiáng)度指標(biāo)等等）中選取，每個(gè)大組又分成幾個(gè)小組進(jìn)行平行實(shí)驗(yàn)，每個(gè)小組2－3人。然后，在各小組之間進(jìn)行對(duì)比校核，排除異常值；最后在在各大組各項(xiàng)試驗(yàn)成果之間進(jìn)行校核，因?yàn)橥恋男再|(zhì)指標(biāo)之間，如土的顆粒組成與液、塑限，滲透系數(shù)與固結(jié)系數(shù)，密度與強(qiáng)度，壓縮性指標(biāo)等等都是有關(guān)聯(lián)的，一旦出現(xiàn)異常，要求學(xué)生針對(duì)具體問(wèn)題具體分析，首先檢查試驗(yàn)過(guò)程和計(jì)算步驟是否有錯(cuò)，并且要告訴學(xué)生因土體具有碎散性、各向異性、時(shí)空變異性和區(qū)域性等特點(diǎn)[5]，有時(shí)一些異常情況恰好反映的是土的特殊性質(zhì)，實(shí)驗(yàn)本身并沒(méi)有錯(cuò)誤，這對(duì)于加深學(xué)生對(duì)特殊土的理解有非常重要的意義。

至于綜合性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中教師不具體參與，當(dāng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)遇到困難時(shí)再給以指導(dǎo)。在獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，要求學(xué)生認(rèn)真分析和整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，當(dāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論不一致時(shí)，要求學(xué)生嚴(yán)格尊重實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，認(rèn)真分析誤差產(chǎn)生的原因，只要原因分析得合理，同樣給學(xué)生正面的評(píng)價(jià)，以此激勵(lì)學(xué)生去思考，形成開(kāi)放性思維，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)綜合能力。

3.3.設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，深化拓展，鼓勵(lì)創(chuàng)新

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)以探究為目的，由老師指定實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒁?，由學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，在老師指導(dǎo)下完成實(shí)驗(yàn)。在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)工程實(shí)際提出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題目，學(xué)生根據(jù)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件選擇實(shí)驗(yàn)儀器，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，小組成員集體討論通過(guò)后實(shí)施，最后得出結(jié)論。

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)不但要求學(xué)生綜合專業(yè)知識(shí)提出問(wèn)題，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，而且要求學(xué)生運(yùn)用學(xué)科知識(shí)解決問(wèn)題。為達(dá)到這一目標(biāo)，我們重點(diǎn)優(yōu)化和改進(jìn)了部分土力學(xué)演示實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方面的內(nèi)容，以培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新能力。如在三軸剪切實(shí)驗(yàn)中，土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)影響因素很多，例如土體在固結(jié)、剪切時(shí)的排水條件不同，前期的固結(jié)壓力不同，獲得的土體強(qiáng)度指標(biāo)也不同，其工程應(yīng)用也不同，讓學(xué)生思考這些問(wèn)題，并根據(jù)工程實(shí)際情況選擇合適的實(shí)驗(yàn)方法，合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，這樣不但可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并且可以加深對(duì)課本知識(shí)的理解，增強(qiáng)學(xué)生解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。

實(shí)驗(yàn)前，指導(dǎo)老師組織各小組的代表闡述本組實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，并由所有同學(xué)參與分析討論，取長(zhǎng)補(bǔ)短，互相啟發(fā)改進(jìn)本組的方案。鼓勵(lì)學(xué)生多思考，設(shè)計(jì)多種實(shí)驗(yàn)方案，探索解決問(wèn)題的多種途徑和方法，再在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，從失敗中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)最初的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，直到得出合理的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后提交設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告書(shū)，報(bào)告書(shū)主要內(nèi)容應(yīng)包括:實(shí)驗(yàn)名稱，需要解決的問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)驗(yàn)儀器，實(shí)驗(yàn)方法和步驟，結(jié)論，分析與討論等。

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)將傳統(tǒng)的老師講解演示、學(xué)生模仿的被動(dòng)教學(xué)模式改變?yōu)閷W(xué)生動(dòng)手設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、以學(xué)生為主體的主動(dòng)教學(xué)模式，學(xué)生通過(guò)分析問(wèn)題，查閱資料，擬定可行實(shí)驗(yàn)方案，在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并進(jìn)行思考解決問(wèn)題，從而形成科學(xué)的思維方法，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性和創(chuàng)新性。

4.在教學(xué)評(píng)價(jià)上重視學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程表現(xiàn)

教學(xué)評(píng)價(jià)是課程教學(xué)的一個(gè)有機(jī)構(gòu)成環(huán)節(jié)，合理的教學(xué)評(píng)價(jià)體系應(yīng)能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。土力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程目標(biāo)不但要培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用能力。因此土力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程評(píng)價(jià)應(yīng)在注重基本知識(shí)和基本技能學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，鼓勵(lì)學(xué)生開(kāi)動(dòng)思維，積極思考，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和應(yīng)用能力，并培養(yǎng)學(xué)生相互間的合作、溝通能力和組織協(xié)調(diào)能力。

根據(jù)上述思路，我們?cè)谥贫ㄔu(píng)價(jià)指標(biāo)體系時(shí)，不僅僅關(guān)注實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而更注重學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的表現(xiàn)，將學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的表現(xiàn)作詳細(xì)記錄，如實(shí)驗(yàn)前的預(yù)習(xí)準(zhǔn)備工作、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案、儀器的組裝、交流討論等等，既考查學(xué)生的專業(yè)知識(shí)，又評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)踐能力和設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力。尊重學(xué)生個(gè)性差異和特點(diǎn)，例如，一些平時(shí)不愛(ài)學(xué)習(xí)的學(xué)生，在實(shí)驗(yàn)課程中卻表現(xiàn)突出，積極參與實(shí)驗(yàn)，對(duì)此，我們予以充分的肯定和鼓勵(lì)，增強(qiáng)其自信心，學(xué)生的潛力得到有效的挖掘。許多學(xué)生反饋，通過(guò)本實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)，不僅實(shí)驗(yàn)操作能力及創(chuàng)新能力有較大提高，更激發(fā)了學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)了科學(xué)的精神。

5.結(jié)語(yǔ)

隨著土木工程(巖土)注冊(cè)制度在我國(guó)的推廣實(shí)施，土木工程人才培養(yǎng)目標(biāo)更加注重工程實(shí)踐。在國(guó)家大力推進(jìn)“建設(shè)人力資源強(qiáng)國(guó)”這一新形式下，高校應(yīng)確立好自己的辦學(xué)目標(biāo)和辦學(xué)特色,以期更好地服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展[6]。本文根據(jù)應(yīng)用型本科院校的特點(diǎn)，對(duì)土力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)改革進(jìn)行了有益的探索，以實(shí)踐及創(chuàng)新能力培養(yǎng)為中心，注重基礎(chǔ)，加強(qiáng)綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新，提高學(xué)生工程應(yīng)用能力，并重視學(xué)生的創(chuàng)新思維和科學(xué)精神的培養(yǎng)，為學(xué)生畢業(yè)后盡快適應(yīng)工作崗位、更好地開(kāi)展工作提供有效途徑。

[1]李廣信.關(guān)于土力學(xué)理論發(fā)展的一些看法[J].巖土工程學(xué)報(bào)，1991,13（5）：94-98.

[2]劉海燕，孫紅梅，王廣慧.應(yīng)用型本科高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的研究與探索[J].長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009,30（1）：72-73.

[3]李燕銘.社會(huì)需要應(yīng)用型本科[N].中國(guó)教育報(bào)，2001-05-11 （3）.

[4]梁橋，陳金陵，彭利英.卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃下的應(yīng)用型本科土力學(xué)教學(xué)探討[J].當(dāng)代教育理論與實(shí)踐，2013，5（7）：125-126.

[5]李廣信，杜修力.土力學(xué)教育與教學(xué)[A].第一屆全國(guó)土力學(xué)教學(xué)研討會(huì)論文集[C].北京：人民交通出版社，2006.27-31.

[6]胡舜.新建本科院校辦學(xué)目標(biāo)定位原則與辦學(xué)特色路徑選擇及對(duì)策建議[J].湖南財(cái)政經(jīng)濟(jì)學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，28（139）：145-150.