基于工程教育認(rèn)證的土木工程模型試驗(yàn)教學(xué)探索

丁九龍+黨發(fā)寧+徐文娟

摘 要：工程教育認(rèn)證引導(dǎo)和推動(dòng)實(shí)踐教學(xué)的改革，文章針對(duì)土木工程專業(yè)理論與工程實(shí)踐并重的特征，將與工程實(shí)踐緊密結(jié)合的模型試驗(yàn)引入土木工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系中，并以土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例進(jìn)行分析，彌補(bǔ)現(xiàn)有課程體系中試驗(yàn)內(nèi)容與工程實(shí)際結(jié)合不緊密的缺失，并對(duì)土木工程實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行改革。模型試驗(yàn)教學(xué)強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，提高學(xué)生應(yīng)用知識(shí)的能力、團(tuán)結(jié)協(xié)作能力和學(xué)習(xí)能力，并為學(xué)生的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展奠定良好的科學(xué)研究與工程實(shí)踐基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：工程認(rèn)證；實(shí)踐教學(xué)；土木工程

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-4107（2017）11-0011-02

一、專業(yè)認(rèn)證下土木工程實(shí)踐課程的特點(diǎn)

我國(guó)于2013年被接納為《華盛頓協(xié)議》簽約成員。表明我國(guó)工程教育的質(zhì)量得到了國(guó)際社會(huì)的認(rèn)可，標(biāo)志著我國(guó)工程教育及其質(zhì)量保障邁出了重大步伐[1]。高等教育專業(yè)認(rèn)證是新形勢(shì)下國(guó)家加快世界一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)的重要組成部分[2]。國(guó)內(nèi)高校紛紛以專業(yè)認(rèn)證為契機(jī)，加快自身學(xué)科建設(shè)與專業(yè)建設(shè)。土木工程專業(yè)評(píng)估依據(jù)的是《全國(guó)高等學(xué)校土木工程專業(yè)評(píng)估（認(rèn)證）文件》，在相關(guān)文件的專業(yè)目標(biāo)中分別從知識(shí)、能力、素質(zhì)三個(gè)方面對(duì)教學(xué)過(guò)程提出要求，特別是能力和素質(zhì)的培養(yǎng)離不開(kāi)實(shí)踐教學(xué)，提出具有解決實(shí)際工程能力與具備土木工程師的基本素質(zhì)，在人才培養(yǎng)過(guò)程中更加注重對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的訓(xùn)練與培養(yǎng)。實(shí)踐教學(xué)是完成這一要求的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，工程教育認(rèn)證把對(duì)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的考查放在突出位置，培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力。

本文以土木工程專業(yè)中重要的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課程土力學(xué)為例進(jìn)行分析，土力學(xué)是土木工程、水利水電工程、地質(zhì)工程和采礦工程等工科專業(yè)的一門(mén)非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課[3]。土力學(xué)課程中的滲流理論、變形理論及強(qiáng)度理論三大基本理論都是從工程實(shí)踐中提煉總結(jié)而來(lái)的?？梢?jiàn)，土力學(xué)具有很強(qiáng)的工程實(shí)踐背景。因此，在土力學(xué)教學(xué)中，需要土力學(xué)理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，特別是與工程實(shí)踐相結(jié)合，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)土力學(xué)工程實(shí)踐意義的認(rèn)識(shí)。

現(xiàn)有的土力學(xué)試驗(yàn)課程大多按照土的密度、含水率、液塑限、滲透、固結(jié)及直接剪切試驗(yàn)進(jìn)行安排。而以上試驗(yàn)項(xiàng)目之間沒(méi)有較好的連貫性，造成學(xué)生無(wú)法有效地對(duì)以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析和應(yīng)用，對(duì)于土力學(xué)的工程應(yīng)用缺乏較為全面的理解。同時(shí)，現(xiàn)有的試驗(yàn)均是對(duì)土力學(xué)中重要理論進(jìn)行驗(yàn)證，缺乏對(duì)土力學(xué)中理論的工程應(yīng)用類試驗(yàn)，造成學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不高，不利于其對(duì)土力學(xué)的基本概念及原理的掌握。這種脫離工程背景的教學(xué)方法，造成學(xué)生對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)在工程中的應(yīng)用缺乏了解。雖然上課時(shí)給學(xué)生強(qiáng)調(diào)一些指標(biāo)工程意義，但是，缺少與土力學(xué)的應(yīng)用如擋土墻、土壓力及地基承載力等土力學(xué)的應(yīng)用相關(guān)內(nèi)容的試驗(yàn)。無(wú)法發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性，也不能很好地培養(yǎng)學(xué)生工程分析問(wèn)題及解決問(wèn)題的能力。

二、基于工程認(rèn)證教育的模型試驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

新形勢(shì)下工程教育強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，注重學(xué)生知識(shí)、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展，使得原來(lái)的教學(xué)模式發(fā)生轉(zhuǎn)變：從知識(shí)課堂向能力課堂轉(zhuǎn)變、從重學(xué)輕思向?qū)W思結(jié)合轉(zhuǎn)變、從重教輕學(xué)向教主于學(xué)轉(zhuǎn)變[4]。為了適應(yīng)工科教育的改革的趨勢(shì)，目前工科類高校積極參與工程教育專業(yè)認(rèn)證，在工程教育認(rèn)證中遵循三個(gè)基本理念：成果導(dǎo)向、以學(xué)生為中心、持續(xù)改進(jìn)。這些理念對(duì)引導(dǎo)和促進(jìn)專業(yè)建設(shè)與教學(xué)改革、保障和提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量至關(guān)重要[5]。而目前的土力學(xué)試驗(yàn)的安排，以土力學(xué)教師為中心而不是以學(xué)生為中心，不符合工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求，特別是土力學(xué)試驗(yàn)安排中并沒(méi)有把土力學(xué)的應(yīng)用引入到土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，對(duì)學(xué)生的工程能力的培養(yǎng)與提高作用不強(qiáng)。在工程教育認(rèn)證要求中強(qiáng)調(diào)的是知識(shí)整合而不是知識(shí)割裂。傳統(tǒng)土力學(xué)試驗(yàn)中只強(qiáng)調(diào)某個(gè)物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，實(shí)際上是將土力學(xué)整個(gè)知識(shí)結(jié)構(gòu)體系被人為地切割成了一些小的單元，每個(gè)單元成為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立、界限清晰的知識(shí)單元，這些知識(shí)單元之間的聯(lián)系被弱化了，學(xué)生的學(xué)習(xí)往往是“只見(jiàn)大樹(shù)，不見(jiàn)森林”。而工程專業(yè)認(rèn)證下的工程教育強(qiáng)調(diào)知識(shí)的整合，是以知識(shí)（能力）結(jié)構(gòu)出發(fā)反向設(shè)計(jì)，使課程體系支撐知識(shí)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而使整個(gè)課程的學(xué)習(xí)都與知識(shí)（能力）結(jié)構(gòu)相呼應(yīng)，進(jìn)而使學(xué)生對(duì)整個(gè)土力學(xué)課程體系有宏觀的把握，使得能力與知識(shí)協(xié)同提高[6]。因此，為了滿足新形勢(shì)下工程教育專業(yè)認(rèn)證對(duì)學(xué)生發(fā)展的要求，對(duì)土力學(xué)試驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革，增設(shè)基于設(shè)計(jì)型綜合性的模型實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容的實(shí)踐性和創(chuàng)新性，以滿足工程教育認(rèn)證形式下對(duì)工程教育實(shí)踐環(huán)節(jié)所提出的新的要求。

正常的土力學(xué)試驗(yàn)課程外通過(guò)開(kāi)放式試驗(yàn)或大學(xué)生創(chuàng)新試驗(yàn)的方式引入土力學(xué)模型試驗(yàn)教學(xué)，通過(guò)設(shè)定一定的研究方向，引導(dǎo)學(xué)生查閱文獻(xiàn)，了解要研究的課題，并在試驗(yàn)前進(jìn)行分小組總結(jié)匯報(bào)，然后結(jié)合已有的模型試驗(yàn)設(shè)備，制定相關(guān)實(shí)驗(yàn)方案，共同完成教學(xué)任務(wù)和目標(biāo)。在整個(gè)過(guò)程中，學(xué)生根據(jù)土力學(xué)課程理論，以學(xué)生為中心，以所要解決的實(shí)際問(wèn)題為導(dǎo)向，以試驗(yàn)教師為指導(dǎo)的方式進(jìn)行。滿足工程教育專業(yè)認(rèn)證的成果導(dǎo)向、以學(xué)生為中心、持續(xù)改進(jìn)的要求。

三、土木工程模型試驗(yàn)教學(xué)的改進(jìn)策略

試驗(yàn)類課程的目的不僅僅是讓學(xué)生對(duì)課程核心理論的加深掌握，還在于培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力、創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力，為學(xué)生的后續(xù)發(fā)展奠定良好的專業(yè)基礎(chǔ)。改變目前試驗(yàn)教師講解、演示，學(xué)生比貓畫(huà)虎的以教師為中心的教育模式，建立以學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、收集資料與信息、制定方案、解決問(wèn)題的以學(xué)生為中心的試驗(yàn)教學(xué)模式。在此過(guò)程中學(xué)生的能力與知識(shí)協(xié)同提高。本文以自主研制擋土墻—地基承載力綜合試驗(yàn)儀開(kāi)展模型試驗(yàn)為例。

為了對(duì)在土力學(xué)中有著重要工程應(yīng)用的擋土墻土壓力理論與地基承載力理論進(jìn)行直觀的研究，開(kāi)發(fā)了一套土壓力地基—地基承載力聯(lián)合模型試驗(yàn)儀。

圖1 土力學(xué)綜合應(yīng)用試驗(yàn)儀原理圖

在這個(gè)儀器中，左側(cè)動(dòng)力裝置及測(cè)量裝置，與常規(guī)直接剪切試驗(yàn)中動(dòng)力與測(cè)量類似，地基承載力加載裝置與固結(jié)試驗(yàn)中固結(jié)儀中荷載加載裝置類似。通過(guò)對(duì)學(xué)生介紹儀器的過(guò)程中引導(dǎo)學(xué)生將前期所做的土力學(xué)中固結(jié)試驗(yàn)和直接剪切試驗(yàn)儀器的原理進(jìn)行回顧，在此過(guò)程中引導(dǎo)學(xué)生將知識(shí)與能力的遷移運(yùn)用，鍛煉了學(xué)生的聯(lián)想與知識(shí)遷移運(yùn)用的能力。endprint

在進(jìn)行模型試驗(yàn)前，以常見(jiàn)與土力學(xué)中擋土墻破壞和地基變形的工程事故為切入點(diǎn)，如高速公路擋土墻破壞實(shí)例、地基不均勻沉降實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，分小組將和工程事故相關(guān)的土力學(xué)擋土墻破壞與地基承載力破壞機(jī)理查出，并利用土壓力—地基承載力聯(lián)合模型試驗(yàn)儀根據(jù)機(jī)理演示出不同類型土壓力下?lián)跬翂Φ膽?yīng)力與所產(chǎn)生的破壞形式和地基上的應(yīng)力超過(guò)其承載力下所產(chǎn)生破壞類型。

在整個(gè)模型試驗(yàn)的過(guò)程中，試驗(yàn)教師拋出工程問(wèn)題，學(xué)生根據(jù)土力學(xué)相關(guān)知識(shí)查閱文獻(xiàn)，分析可能產(chǎn)生的原因，然后設(shè)計(jì)模型試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證分析，最后處理數(shù)據(jù)和模型試驗(yàn)所展現(xiàn)的破壞規(guī)律。其中模型試驗(yàn)中土的含水率的配置、干密度的設(shè)置、常規(guī)力學(xué)參數(shù)的求取如壓縮系數(shù)、壓縮模量、抗剪強(qiáng)度等，由教師輔助，學(xué)生為主體進(jìn)行的。此綜合實(shí)驗(yàn)避免了將土力學(xué)知識(shí)通過(guò)單個(gè)試驗(yàn)分割，有效地將知識(shí)體系連接起來(lái)，注重了課程知識(shí)的整體性和整合性。在整個(gè)模型試驗(yàn)的過(guò)程中，以學(xué)生為中心，根據(jù)學(xué)生自身的特點(diǎn)與潛質(zhì)以及他們?cè)谛〗M中承擔(dān)的角色不同，協(xié)同配合完成試驗(yàn)，提高了學(xué)生的團(tuán)結(jié)協(xié)作能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。同時(shí)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中將學(xué)習(xí)成績(jī)不同的學(xué)生進(jìn)行搭配，讓學(xué)生持續(xù)地挑戰(zhàn)自己，為做出成果而合作學(xué)習(xí)。團(tuán)隊(duì)之間的相互協(xié)作，讓學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)者變得更強(qiáng)，使學(xué)習(xí)能力較弱者得到提升。

為了響應(yīng)工程認(rèn)證教育對(duì)實(shí)踐教學(xué)的新要求，將模型試驗(yàn)引入到土木工程實(shí)踐實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教學(xué)實(shí)踐表明，以學(xué)生為中心的教學(xué)方法，對(duì)于提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的整合、運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣與學(xué)習(xí)的能力、科學(xué)探索的能力及科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)都具有重要的意義，是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要途徑。

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