地方應(yīng)用型本科院校土木工程專業(yè)土力學(xué)實驗優(yōu)化
——以河西學(xué)院為例

秦 虎，李科技，岳建平

( 河西學(xué)院 土木工程學(xué)院，甘肅 張掖 734000)

2015年河西學(xué)院被列為甘肅省首批轉(zhuǎn)型發(fā)展試點本科院校，根據(jù)《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010～2020年)》中關(guān)于“不斷優(yōu)化高等教育結(jié)構(gòu)，優(yōu)化學(xué)科專業(yè)、類型、層次結(jié)構(gòu)，促進(jìn)多學(xué)科交叉和融合.重點擴(kuò)大應(yīng)用型、復(fù)合型、技能型人才培養(yǎng)規(guī)模[1,2]”的指示，在地方高校轉(zhuǎn)型背景下，培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新性應(yīng)用型本科人才是河西學(xué)院進(jìn)行高等教育的核心問題.實驗教學(xué)是提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)應(yīng)用型人才不可缺少的教學(xué)環(huán)節(jié)[3].《土力學(xué)》是一門解決建筑物和構(gòu)筑物地基基礎(chǔ)、道路與橋梁地基基礎(chǔ)、擋土墻結(jié)構(gòu)物、地下結(jié)構(gòu)物等巖土工程的設(shè)計計算與施工技術(shù)的課程，是河西學(xué)院土木工程專業(yè)的一門基礎(chǔ)課程，適用工程范圍十分廣泛.土力學(xué)實驗是《土力學(xué)》課程教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)，其教學(xué)質(zhì)量直接影響著學(xué)生對《土力學(xué)》課程基本概念和力學(xué)原理的掌握，關(guān)系到其他以土力學(xué)為基礎(chǔ)的專業(yè)課程的教學(xué)效果，同時也是實現(xiàn)知識向能力轉(zhuǎn)化的重要紐帶，更是聯(lián)系理論教學(xué)和工程實踐的橋梁.因此，根據(jù)《土力學(xué)》課程實驗的特點，優(yōu)化地方應(yīng)用型本科院校土木工程專業(yè)的土力學(xué)實驗勢在必行.本文在總結(jié)河西學(xué)院近幾年土木工程專業(yè)土力學(xué)實驗教學(xué)經(jīng)驗及反思實驗教學(xué)過程的基礎(chǔ)上，對土力學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容、成績考核方式等進(jìn)行優(yōu)化探討，以期提高地方應(yīng)用型本科院校土木工程專業(yè)的土力學(xué)實驗教學(xué)質(zhì)量與效果，為培養(yǎng)應(yīng)用型工程技術(shù)人才提供參考.

1 土力學(xué)實驗教學(xué)現(xiàn)狀分析

土力學(xué)實驗是理論教學(xué)向工程實際的延伸，在對學(xué)生工程實踐技能培養(yǎng)起著重要作用，是實現(xiàn)地方應(yīng)用型院校培養(yǎng)工程技術(shù)人才的關(guān)鍵途徑.土力實驗主要介紹土的物理性質(zhì)、水理性質(zhì)、顆粒大小、力學(xué)性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)等相關(guān)實驗項目，通過實驗使學(xué)生掌握土工實驗的基本操作技能、實驗數(shù)據(jù)處理和編寫報告冊的能力.河西學(xué)院土力學(xué)實驗采用一般黏性土為材料，共開設(shè)土的液塑限聯(lián)合測定實驗、擊實實驗、固結(jié)實驗和直接剪切實驗，這些基礎(chǔ)性實驗主要測試土體的基本性能指標(biāo)，以加深學(xué)生對土力學(xué)基本理論、基本概念的理解，要求學(xué)生掌握土力學(xué)實驗的基本實驗技能及實驗設(shè)備的使用方法，這些實驗的目的、所需儀器設(shè)備、操作步驟、計算公式、數(shù)據(jù)采集、注意事項等均按照《土工實驗方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50123-1999)進(jìn)行.

經(jīng)過統(tǒng)計河西學(xué)院已開設(shè)的土力學(xué)實驗教學(xué)情況，發(fā)現(xiàn)所開設(shè)的實驗課多為基礎(chǔ)性實驗且實驗內(nèi)容相對陳舊.這與河西學(xué)院對土木工程專業(yè)的定位不符，與西部工程實際需求結(jié)合不緊密，不利于學(xué)生基礎(chǔ)應(yīng)用能力和解決土木工程實際問題能力的提升，不能滿足地方應(yīng)用型本科院校土木工程專業(yè)對學(xué)生工程能力培養(yǎng)的要求.

2 土力學(xué)實驗優(yōu)化探討

2.1 增加土體試樣類型

《土力學(xué)》作為河西學(xué)院及其他地方應(yīng)用型高校土木工程專業(yè)普遍開設(shè)的一門基礎(chǔ)課，理論性較強(qiáng)，既需要有扎實的數(shù)學(xué)、力學(xué)基礎(chǔ)，又需要融會貫通其他專業(yè)知識[4].其內(nèi)容貫穿了土木工程的所有領(lǐng)域，如建筑工程地基土承載力、土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性、公路路基填土壓實度、基坑工程流土等問題，所有這些工程土體參數(shù)的測定均來自土力學(xué)實驗，因此，土力學(xué)實驗和工程實踐是緊密結(jié)合的.河西學(xué)院位于絲綢之路黃金段、河西走廊中部的國家級歷史文化名城張掖市，地域優(yōu)勢獨特，學(xué)校堅持“立足河西、服務(wù)甘肅、借東之勢、向西發(fā)展”的辦學(xué)定位，已經(jīng)初步建成河西及周邊地區(qū)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)基地.河西地區(qū)屬于北溫帶荒漠氣候類型，氣候干旱、少雨、多風(fēng)、晝夜溫差大、蒸發(fā)量大、且礦化程度高，形成了大面積的鹽漬土區(qū)域，主要分布在河西走廊的酒泉、張掖、武威地區(qū)的沖積平原低洼地帶，其中酒泉地區(qū)的面積最大，主要分布在敦煌、安西、玉門、花海、金塔縣一帶，其次為張掖和武威地區(qū).張掖地區(qū)的鹽漬土主要分布在市區(qū)以北、臨澤縣城以北和高臺縣；武威地區(qū)主要分布在民勤縣(湖區(qū)泉山區(qū)及夾河、蔡旗、中興)和古浪縣(大靖).為了緊密結(jié)合地方應(yīng)用型本科院校土木工程專業(yè)的特點和大部分畢業(yè)生在河西乃至新疆就業(yè)的實際情況，強(qiáng)調(diào)地方特色、科學(xué)研究及學(xué)科發(fā)展方向，不斷地擴(kuò)展和增加貼近河西地區(qū)工程實際的土力學(xué)實驗，本次實驗內(nèi)容優(yōu)化一方面與現(xiàn)實需求結(jié)合，另一方面與周邊環(huán)境相結(jié)合，因地制宜進(jìn)行了實驗內(nèi)容設(shè)計. 在原有一般黏性土試樣基礎(chǔ)上，將具有河西地域特色的鹽漬土作為實驗材料，開展了黏性土與鹽漬土的液塑限聯(lián)合實驗、土的擊實實驗、土的固結(jié)實驗以及土的剪切強(qiáng)度實驗，實驗結(jié)果如圖1～6所示.通過同工況條件下不同土料的實驗結(jié)果進(jìn)行比較，使學(xué)生認(rèn)識到土的形成年代和成因?qū)ν恋墓こ绦再|(zhì)有很大影響，不同成因類型的土，其力學(xué)性質(zhì)會有很大差別，鹽漬土作為特殊土體又有其獨特的工程性質(zhì).土體塑限、液限、最大干密度、最優(yōu)含水率、抗剪強(qiáng)度指標(biāo)以及壓縮特性均勻土體材料的碎散性、三相性和天然性密切相關(guān).

圖1液塑限實驗結(jié)果 圖2擊實實驗結(jié)果

圖3剪切實驗結(jié)果 圖4固結(jié)實驗結(jié)果

2.2 增設(shè)實驗項目

合理的實驗項目既可以保證實驗的基礎(chǔ)性，容易被學(xué)生接受，又可以保證實驗內(nèi)容的前瞻性，不至于內(nèi)容過于老舊[5].土體的液塑限聯(lián)合實驗、擊實實驗、直剪剪切實驗以及固結(jié)實驗屬于基礎(chǔ)規(guī)范實驗，通過基礎(chǔ)規(guī)范實驗的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生掌握土工實驗的操作技能和實驗方法，使學(xué)生打下扎實的基本功.學(xué)校在重視基礎(chǔ)性土力學(xué)實驗項目的同時，特別注重結(jié)合當(dāng)前本地區(qū)本學(xué)科的研究熱點，將河西走廊工程建設(shè)遇到的凍土問題引入到實驗項目，增設(shè)了凍土三軸實驗，適當(dāng)增加了實驗內(nèi)容的綜合性和創(chuàng)新性，可以提高土力學(xué)實驗教學(xué)項目的吸引力和教學(xué)的有效性，更好的適應(yīng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會快速發(fā)展對應(yīng)用型人才培養(yǎng)的新要求.圖5為GSY-20型低溫凍土三軸儀，圖6為凍土三軸實驗結(jié)果，通過實驗項目中加入季節(jié)性凍土區(qū)凍土力學(xué)特性的內(nèi)容，充分考慮了土力學(xué)實驗教學(xué)過程中實驗內(nèi)容的區(qū)分度，學(xué)生通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，根據(jù)理論知識自擬實驗題目，如人工凍結(jié)鹽漬土三軸壓縮實驗，自主設(shè)計實驗方案，如改變土體性質(zhì)(無鹽土、鹽漬土)、圍壓條件(0～15MPa)、加載速率(1～8min/min)以及凍結(jié)溫度(常溫～-30℃)，最后進(jìn)行實驗數(shù)據(jù)的整理分析和結(jié)論討論等全過程均要求學(xué)生自主完成，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的目的.凍土三軸實驗是以工程實際或模擬工程實際為背景，其內(nèi)容的實用性和方案的靈活性不僅擴(kuò)展了學(xué)生的視野，引發(fā)學(xué)生對西部凍土工程問題的思考，大大激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)土力學(xué)的興趣，同時，凍土三軸實驗也逐步形成河西學(xué)院《土力學(xué)》課程實驗教學(xué)的特色教學(xué).

圖5低溫凍土三軸儀 圖6凍土實驗結(jié)果

2.3 優(yōu)化實驗考核方式

編制合理的考核方式，對學(xué)生實驗成績進(jìn)行考評，能夠提高學(xué)生對實驗課程的重視程度，促進(jìn)實驗過程的管理[6].實驗成績的評定是反饋學(xué)生在實驗過程中的表現(xiàn)，在以往的教學(xué)中，只開展了基礎(chǔ)性實驗，實驗結(jié)論就成為了學(xué)生實驗成績評價的主要方式，而現(xiàn)在增加了凍土三軸實驗，學(xué)生的創(chuàng)新思維體現(xiàn)在實驗方案和實驗過程中，因而把學(xué)生的創(chuàng)新思維也納入了成績評定體系當(dāng)中，這有利于從多方面、多角度對土力學(xué)實驗實際效果的考查，更有利于地方應(yīng)用型人才的培養(yǎng).

3 結(jié)束語

為了更好的適應(yīng)地方應(yīng)用型本科院校土木工程專業(yè)建設(shè)需要和提高學(xué)生對土力學(xué)實驗課程的學(xué)習(xí)興趣，土力學(xué)實驗中增加了試樣類型，增設(shè)了低溫凍土三軸實驗，我校土力學(xué)實驗課程的優(yōu)化實踐表明，通過不斷拓展、改進(jìn)和完善土力學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容，一方面加深了學(xué)生對土的工程性質(zhì)的認(rèn)識與掌握，提高了學(xué)生的實踐能力與自身創(chuàng)造力，另一方面讓學(xué)生及時了解了現(xiàn)代土力學(xué)實驗技術(shù)的進(jìn)展，加深了學(xué)生對工程問題的理解，提高了分析能力，為培養(yǎng)河西走廊地區(qū)應(yīng)用型人才提供了更實用的教學(xué)平臺，河西學(xué)院土力學(xué)實驗課的探索也為同類地方院校有一定的借鑒作用.