“三性”巖土實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系中實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)及實(shí)踐

曾召田 朱銀紅 莫紅艷 孫剛臣 牟春梅

摘 要：針對傳統(tǒng)巖土實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的弊端，結(jié)合“工程教育專業(yè)認(rèn)證”要求和“三性”實(shí)驗(yàn)內(nèi)涵，對“三性”巖土實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系中的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及內(nèi)容進(jìn)行了設(shè)計(jì)和分析，在此基礎(chǔ)上，對“三性”巖土實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在我校土木工程專業(yè)教學(xué)的改革實(shí)踐及成效進(jìn)行了總結(jié)和評價(jià)。

關(guān)鍵詞：工程教育專業(yè)認(rèn)證；土木工程專業(yè)；巖土實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系；“三性”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）19-0074-03

Abstract： Aiming at the disadvantages of traditional geotechnical experimental teaching mode， the experimental projects and contents of "three features" geotechnical experimental teaching system are designed and analyzed with the demands for "engineering education professional certification" and connotation of "three features" experiments. On the basis， the reform practice and achievements of the "three features" experimental projects of geotechnical experiment teaching system of civil engineering specialty in our university are summarized and evaluated.

Keywords： engineering education professional certification； civil engineering specialty； geotechnical experimental teaching system； "three features" experiment project

近年來，圍繞著大學(xué)生的素質(zhì)教育和創(chuàng)新能力培養(yǎng)，各高校進(jìn)行了相應(yīng)的教學(xué)改革，取得了一定成效。但是，受課程學(xué)時大幅度縮減、實(shí)驗(yàn)室管理落后等客觀因素的影響，目前驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)在我國高校傳統(tǒng)的土木工程專業(yè)巖土實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中占絕對的主導(dǎo)地位，綜合性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性巖土實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在各高校的課程設(shè)置中普遍缺乏。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)可以培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，使其掌握基本的儀器使用和理解相關(guān)的實(shí)驗(yàn)原理，但缺少對學(xué)生創(chuàng)新、實(shí)踐、綜合分析與解決問題能力的培養(yǎng)。

由此可見，改變傳統(tǒng)的巖土實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，提高綜合性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的比例，構(gòu)建“三性”巖土實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系，是“工程教育專業(yè)論證”背景下土木工程巖土實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的必由之路。在此形勢下，巖土教研室、實(shí)驗(yàn)室的老師們組成了教學(xué)改革研究團(tuán)隊(duì)，在原有驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，大量增加綜合性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性巖土實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并圍繞“三性”巖土實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行一系列的教學(xué)改革探索。

一、“三性”實(shí)驗(yàn)的定義與內(nèi)涵

教育部首次提出“開出一批新的綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)”，并從實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的角度，將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分為綜合性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性三類，簡稱為“三性”實(shí)驗(yàn)；在《教育部關(guān)于普通高等學(xué)校本科教學(xué)評估工作的意見》（教高[2011]9號）中，明確地給出了“三性”實(shí)驗(yàn)的定義，并要求開設(shè)設(shè)計(jì)性、綜合性的實(shí)驗(yàn)課程比例須達(dá)到80%以上。由此可見，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)對培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神的重要性和必要性。

綜合性實(shí)驗(yàn)以學(xué)生對驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的熟練掌握為基本條件，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括相關(guān)知識的綜合理解和相關(guān)方法、手段的綜合運(yùn)用，綜合培養(yǎng)學(xué)生的知識、能力、素質(zhì)；設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是學(xué)生按照教師指導(dǎo)，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、選擇實(shí)驗(yàn)方法和儀器、擬定實(shí)驗(yàn)步驟，自己對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和處理的過程；上述兩類實(shí)驗(yàn)有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，是新時期實(shí)踐教學(xué)發(fā)展的必由之路。創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)是學(xué)生結(jié)合自己的研究領(lǐng)域或?qū)熯x定的學(xué)科方向，針對某一選定研究目標(biāo)所進(jìn)行的具有探索、創(chuàng)新性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科研能力和科學(xué)素養(yǎng)，特別是對于繼續(xù)讀研深造的同學(xué)具有非常顯著的影響。

因此，“三性”實(shí)驗(yàn)可以克服以往巖土實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的弊端，有效培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、實(shí)驗(yàn)技能，促進(jìn)學(xué)生由“被動學(xué)習(xí)”向“主動學(xué)習(xí)”轉(zhuǎn)變，教師由“填鴨式”教學(xué)向“引導(dǎo)式”教學(xué)轉(zhuǎn)變，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科研能力和科學(xué)素養(yǎng)。

二、“三性”巖土實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

課題組成員對巖土實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理方面的改革進(jìn)行了長達(dá)10年的研究，積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，收集了大量的相關(guān)研究資料；在此基礎(chǔ)上，課題組經(jīng)過調(diào)研、討論，對巖土實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及內(nèi)容的選擇遵循以下設(shè)計(jì)原則：

1.保留基礎(chǔ)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，如土的比重、密度、含水率等物性指標(biāo)測試。這些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容能較好地配合理論教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生對土力學(xué)基本理論的理解與消化；同時，這也是進(jìn)行土工實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，對培養(yǎng)學(xué)生基本的實(shí)驗(yàn)技能具有舉足輕重的作用。這些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)全部為“必做”項(xiàng)目。

2.新開設(shè)綜合性實(shí)驗(yàn)，如土的常規(guī)物理力學(xué)指標(biāo)綜合實(shí)驗(yàn)、混合土的顆粒分析實(shí)驗(yàn)等。這些實(shí)驗(yàn)對同一試樣進(jìn)行綜合分析，在實(shí)驗(yàn)過程中需要采用不同的實(shí)驗(yàn)方法和儀器，整理實(shí)驗(yàn)結(jié)果時需要對各指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行綜合分析。以混合土的顆粒分析實(shí)驗(yàn)為例，實(shí)驗(yàn)過程中，粗顆粒采用篩分法、細(xì)顆粒采用比重計(jì)法分別進(jìn)行顆粒分析實(shí)驗(yàn)，然后綜合兩部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行顆粒分析，繪出混合土的顆粒級配曲線。這些實(shí)驗(yàn)需要學(xué)生綜合運(yùn)用相關(guān)知識或?qū)嶒?yàn)方法、手段，對學(xué)生的知識、能力、素質(zhì)形成綜合培養(yǎng)。這些綜合性實(shí)驗(yàn)全部為“必做”項(xiàng)目。

3.新開設(shè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，如實(shí)驗(yàn)方法對抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的影響、排水條件對三軸剪切強(qiáng)度的影響等。這種類型實(shí)驗(yàn)需要學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以培養(yǎng)學(xué)生發(fā)生問題、解決問題的能力，通過有意識地引導(dǎo)，讓感興趣的同學(xué)利用現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行簡單的科研活動。這些設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)全部為“選做”項(xiàng)目，感興趣的同學(xué)可利用課余時間來完成，老師則指導(dǎo)和協(xié)助學(xué)生完成相關(guān)操作和分析。

4.新開設(shè)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。這類實(shí)驗(yàn)對學(xué)生的要求相對較高，需要學(xué)生具有一定的專業(yè)理論知識、基本實(shí)驗(yàn)技能和綜合分析能力。主要分為2類：第1類，大學(xué)生課余相關(guān)的科技活動，如“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)”、“互聯(lián)網(wǎng)+”、“挑戰(zhàn)杯”等；第2類，一線教師邀請學(xué)生參加部分課題實(shí)驗(yàn)工作。在這些創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的開展過程中，學(xué)生根據(jù)研究內(nèi)容進(jìn)行一系列的自主性活動：（1）全面、綜合的實(shí)驗(yàn)分析，（2）查閱文獻(xiàn)、制定方案，（3）選擇儀器、擬定步驟；教師則嚴(yán)格把關(guān)實(shí)驗(yàn)過程與結(jié)果，讓學(xué)生盡早熟悉科研流程，樹立利用現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件開展科學(xué)研究的意識，為有意識深造的學(xué)生搭建進(jìn)入科研殿堂的平臺。

課題組設(shè)計(jì)的“三性”巖土實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目詳見表1。由此可知，表1所列的10個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，分“必做”與“選做”兩大類。在選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和內(nèi)容時，以驗(yàn)證性、綜合性實(shí)驗(yàn)作為學(xué)生的基本技能訓(xùn)練項(xiàng)目，內(nèi)容安排上有一定的廣度；在此基礎(chǔ)上，開設(shè)一定數(shù)量的設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性巖土實(shí)驗(yàn)，教師加以一定程度的引導(dǎo)和訓(xùn)練，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、儀器設(shè)備選擇、實(shí)驗(yàn)條件確定、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析等各方面受到良好的培訓(xùn)。同時，由表1也可看出，在“三性”巖土實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中，始終遵循“三性”實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的自主性、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的未知性、實(shí)驗(yàn)方法的探索性等特點(diǎn)。為鼓勵和引導(dǎo)更多學(xué)生參加“三性”巖土實(shí)驗(yàn)，我們盡可能多地讓巖土工程專業(yè)教師和經(jīng)驗(yàn)豐富的高級工程師圍繞著自身課題研究設(shè)置一些創(chuàng)新性課題，充分考慮學(xué)生的能力與興趣、土木專業(yè)實(shí)踐性強(qiáng)、工程背景濃厚的學(xué)科特點(diǎn)，構(gòu)建了一個多層次、多模式的巖土實(shí)驗(yàn)體系。

三、“三性”巖土實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革實(shí)踐及成效

我校土木類專業(yè)成立于1995年，是廣西最早擁有土木工程專業(yè)辦學(xué)點(diǎn)之一。目前我校開設(shè)巖土實(shí)驗(yàn)的專業(yè)有：土木工程專業(yè)三方向（巖土工程、工民建、交通土建）、建筑工程、工程管理、環(huán)工水工等多個專業(yè)。課題組成員都是理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一線教師，有著豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)；并且課題組成員多人曾在設(shè)計(jì)、施工單位工作，積累了較為豐富的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)；2015年開始，課題組成員結(jié)合自身教學(xué)、科研、生產(chǎn)等活動積極推行“三性”巖土實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革實(shí)踐并初見成效，主要體現(xiàn)在以下四個方面。

（一）舉辦土工技能大賽，掌握驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)技能

驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)主要考核學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能、促進(jìn)學(xué)生對土力學(xué)基本理論的理解與消化，是巖土實(shí)驗(yàn)體系的基礎(chǔ)。學(xué)生只有充分理解土力學(xué)的基本理論，熟練掌握土工試驗(yàn)基本技能，才有能力和機(jī)會進(jìn)行后續(xù)的綜合、設(shè)計(jì)和創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)。因此，我們特別注重學(xué)生對驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)中基本技能的掌握，為此，從2015年開始，巖土實(shí)驗(yàn)室特地推出“土工試驗(yàn)技能大賽”這項(xiàng)活動，主要針對已開設(shè)過《土力學(xué)》課程并完成土工試驗(yàn)的二、三年級大學(xué)生進(jìn)行一些基本的土工試驗(yàn)競賽，如土的密度和含水率測試、直剪試驗(yàn)等，每年舉辦1次，學(xué)生可以組隊(duì)自由參賽。通過這種形式，調(diào)動了學(xué)生的積極性，提高了實(shí)驗(yàn)興趣，增強(qiáng)了學(xué)生對驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)技能的掌握程度。

（二）結(jié)合工程實(shí)踐，開設(shè)綜合性實(shí)驗(yàn)

土木工程專業(yè)是一個實(shí)踐性很強(qiáng)、工程性質(zhì)十分明顯的專業(yè)學(xué)科，很多理論、經(jīng)驗(yàn)都來源于工程實(shí)踐中。巖土實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為土木工程專業(yè)課程學(xué)習(xí)中理論與實(shí)踐相結(jié)合的一個重要實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，需要學(xué)生深入掌握巖土物理力學(xué)性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)方法和土力學(xué)的一些理論知識，要求學(xué)生了解基本土工實(shí)驗(yàn)的儀器操作和實(shí)驗(yàn)技能，學(xué)會整理測試資料和分析測試數(shù)據(jù)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的工程意識和綜合素質(zhì)，為今后從事土木工程專業(yè)技術(shù)工作打下良好的基礎(chǔ)。因此，課題組成員在進(jìn)行相關(guān)理論課的授課時，會結(jié)合工程實(shí)踐進(jìn)行“三性”巖土實(shí)驗(yàn)教學(xué)。譬如，《邊坡工程》的授課教師會帶領(lǐng)學(xué)生來到一處滑坡現(xiàn)場，指導(dǎo)學(xué)生通過現(xiàn)場勘探取樣、室內(nèi)土工試驗(yàn)獲得一系列滑坡現(xiàn)場土體的綜合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對各指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行綜合分析，對滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行綜合評價(jià)。這樣的綜合性實(shí)驗(yàn)來源于工程實(shí)踐，通過學(xué)生的綜合分析，對實(shí)際問題進(jìn)行了有效評判和合理解決，激發(fā)了學(xué)生的自豪感，增強(qiáng)了學(xué)生的自信心。

（三）立足學(xué)生興趣，開設(shè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，根據(jù)給定的實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)條件，自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、選擇實(shí)驗(yàn)方法、選擇實(shí)驗(yàn)器材、擬定實(shí)驗(yàn)操作程序，自己加以實(shí)現(xiàn)并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析處理的實(shí)驗(yàn)。在這類實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生是實(shí)驗(yàn)的主體，學(xué)生興趣是促使他進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的動力。因此，課題組成員立足于學(xué)生興趣，開設(shè)一些學(xué)生比較感興趣的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。譬如，針對淺層地?zé)崮荛_采過程中熱濕遷移現(xiàn)象及對周圍環(huán)境的影響，我們設(shè)計(jì)了“含水率對土體熱導(dǎo)率的影響”這一實(shí)驗(yàn)，學(xué)生通過自行選定實(shí)驗(yàn)土樣按照設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)原則，一步步通過自己的工作獲得他想要的結(jié)果，滿足了學(xué)生探索未知世界的好奇心，鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)了學(xué)生的探索精神。

（四）服務(wù)學(xué)生科研創(chuàng)新，開設(shè)創(chuàng)新探索性實(shí)驗(yàn)

研究探索性實(shí)驗(yàn)是指在導(dǎo)師指導(dǎo)下，在自己的研究領(lǐng)域或?qū)熯x定的學(xué)科方向，針對某一或某些選定研究目標(biāo)所進(jìn)行的具有研究、探索性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)。課題組成員每年都會服務(wù)于學(xué)生科研創(chuàng)新需要，開設(shè)并指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行一些創(chuàng)新探索性實(shí)驗(yàn)，例如我校2016級土木工程專業(yè)學(xué)生呂玉輝主持申報(bào)的“三軸試驗(yàn)中飽和黏性土剪破角的測試與分析”，獲得2017年大學(xué)生創(chuàng)性創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目（國家級）資助，本文第一、第三作者共同為該項(xiàng)目的指導(dǎo)教師。通過“三性”巖土實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練，學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新思維能力、科研探索精神等得到了培養(yǎng)與提升，科研興趣變得更濃厚。

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