基于信息化手段的土工實驗教學探索

廖燕 劉勇

摘 ? 要：為了解決學生對理論知識與實驗實踐的認知脫節(jié)，利用現(xiàn)代信息技術和信息資源，科學地安排土工實驗教學過程的各個環(huán)節(jié)和要素，以實現(xiàn)實驗教學過程的優(yōu)化。應用信息技術建立信息環(huán)境，獲取、利用信息資源，培養(yǎng)學生合理利用信息的能力，提高學生的學習興趣，從而優(yōu)化實驗教學效果。

關鍵詞：實驗實踐 ?認知脫節(jié) ?信息技術 ?優(yōu)化實驗

中圖分類號：G642.423 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）01（a）-0221-03

Abstract： In order to solve the problem of students'cognitive disconnection between theoretical knowledge and experimental practice， we use modern information technology and information resources to scientifically arrange the various links and elements of the geotechnical experimental teaching process in order to realize the optimization of the experimental teaching process.Information technology is applied to establish information environment， acquire and utilize information resources， cultivate students'ability to use information reasonably， and improve students' interest in learning， so as to optimize the experimental teaching effect.

Key Words： Experimental practice; Cognitive disconnection; Information technology; Optimization experiment

1 ?實驗的意義

1.1 實驗在科學研究中的意義

實驗在科學發(fā)展中的重要作用是已毋庸置疑。可以說，沒有實驗，就不會有現(xiàn)代科學技術，在某種意義上也就不可能有現(xiàn)代社會。

科學實驗是科學理論的源泉。綜觀自然科學的整個發(fā)展歷史，任何一個科學理論的建立和發(fā)展都離不開科學實驗的佐證。他們或則是直接建立在科學家們大量實驗現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)、觀察和探索之上;或者是學者提出了大膽的設想或理論模型，或在演繹的基礎上提出了理論的預言;但是不論這樣的理論看起來是多么合理，在數學上又完美無缺，但是在得到實驗驗證之前，它仍不能成為科學的定論。因此我們說，科學理論正確與否必須接受實驗的檢驗。

1.2 實驗在教育教學中的意義

實驗教學是指實踐性教學的一種組織形式。學生利用儀器設備，在人為控制條件下，引起實驗對象的變化，通過觀察、測定和分析，獲得知識與發(fā)展能力。在基礎課和專業(yè)課中廣泛應用。其目的不僅驗證書本知識，更著重于培養(yǎng)學生正確使用儀器設備，進行測試、調整、分析、綜合和設計實驗方案、編寫實驗報告等能力。

1.3 實驗在社會服務中的意義

土木工程建設方面，實驗不僅用于建筑材料的質量檢查，而且對施工質量的檢查驗收起做重要作用。在醫(yī)療衛(wèi)生方面，實驗對人體的病理進行分析，對病人的病情有比較清楚的認識，從而做到對癥下藥?？傊瑢嶒炘谖覀內粘Ｉ钣兄匾饔?。無論是高職院校還是本科院校及科研機構，有效地開展實驗教學，讓大家真正掌握實驗的目的、原理及方法等就顯得尤為重要。

2 ?土工實驗教學在高校的開展現(xiàn)狀

土工試驗是土力學中的基本內容，實驗土力學是土力學的一個重要分支，土工試驗是土木工程學習中必須掌握的基本實驗[1]。由于現(xiàn)場試驗原狀土的結構性，土工問題的諸多影響因素是現(xiàn)場原位試驗、室內試驗和工程原型監(jiān)測成為工程實踐中不可缺少的一部分。

土工試驗之所以重要性，是因為只有通過試驗才能揭示土作為一種碎散多相地質材料的一般和特有的力學性質;只有對具體土樣的試驗，才能揭示不同類型、不同產地、不同狀態(tài)的不同力學性質，特別是對于非飽和圖、區(qū)域性與、人工復合土等;試驗是確定各種理論和工程設計參數的基本手段，試驗是驗證各種理論的正確性以及實用性的重要手段;足尺試驗、模型試驗可以驗證土力學理論和數值分析計算結構的合理性，也是認識和解決實際工程問題的重要手段;原位試驗、原位監(jiān)測直接為土木工程服務，同時使數值計算的反算和實現(xiàn)信息化施工的重要依據。

所以，土力學的研究和土工實踐從來都不能脫離土工實驗工作，它是深入認識和發(fā)展完善理論和計算的正確途徑。

2.1 傳統(tǒng)土工實驗教學模式

當前，高職及本科院校土工實驗從土力學與地基基礎中分離出來，形成一門單獨的實踐性課程。有些高校將土工實驗設置依附于“土力學與地基基礎”課程，先講理論后進行實驗教學，將理論與實驗脫離開來，嚴重影響教學效果[2]。甚至有的高校為了其他課程安排，隨意壓縮實驗課程學時及內容，只讓學生做簡單的實驗，或者進行一些設備的認識就結束。以我校為例，建筑工程技術專業(yè)的土工實驗跟隨土力學進度，但是獨立開課，實驗課時為6～8學時。由于土工實驗有其自身的特殊性，實驗過程有諸多的不確定因素，比如土工實驗前試樣的制備，實驗結束后含水量的測定，這些都不能拘泥于2學時或3學時內完成。如果實驗時實驗老師沒有事先準備試樣，需要同學們動手制備，那么這樣的學時就遠遠不夠。倉促的時間會造成學生對實驗過程、實驗原理及實驗技巧能得不到提高，這些是我從事土工實驗教學感得教學安排最不合理的地方。

2.2 土工實驗教學方法單一

各高校開展土工實驗大都是教師對實驗目的與要求、實驗儀器講解、實驗原理、實驗步驟與方法、實驗數據分析與小結等進行講解，演示實驗操作過程，同學們在旁邊觀看[2-3]。殊不知對一個實驗過程相對復雜的試驗，無論你怎么樣講解與演示操作，同學們都無法很好地將實驗操作步驟了然于心，而且這樣的實驗教學還枯燥乏味。一堂實驗課下來，同學們能夠獨立操作完成實驗全過程的人少之又少，根本達不到教學效果。

3 ?信息化手段在土工實驗教學中的應用

3.1 信息化條件下土工實驗教學方案設計

由于高校重理論輕實驗，采用傳統(tǒng)的教學模式。學生被動學習，很難激發(fā)學生的學習興趣。為達到較好教學效果，教師利用信息化手段將QQ、微信、藍墨云等平臺結合起來，使土工實驗課程更佳生動形象直觀，讓枯燥的實驗課更具趣味性。具體土工實驗教學實施方案如圖1所示。

3.2 土工實驗前的準備工作

實驗課提前一天，理論課教師將土體三相指標的概念及計算題通過QQ、微信或藍墨云等網絡平臺發(fā)給學生，通過學生的測試結果分析大家對相關知識的掌握情況，得出相應成績，并將統(tǒng)計好的成績發(fā)給實驗教師。實驗教師準備器材制備試樣，并將實驗的基本要求、實驗目的與內容、實驗原理、實驗儀器使用、實驗步驟及方法、實驗數據分析，以及實驗過程的操作視頻等通過網絡平臺發(fā)布給學生，讓大家實驗課前熟悉實驗相關內容，真正做到實驗操作前心中有數。實驗教師根據學生對理論知識的掌握情況和實驗內容的熟悉情況，進行實驗課前準備情況的成績打分。

3.3 實驗課堂的開展

教師組織學生3～5人分組，并根據實驗要求、目的與內容、實驗原理、實驗步驟與方法、實驗數據分析以及操作視頻等方面的內容進行相互提問，并互評打分。教師對土工實驗要求、實驗目的與內容、實驗原理、實驗儀器使用及注意事項、實驗步驟及方法、實驗數據分析等方面進行系統(tǒng)講解，然后開展演示實驗。組織學生分組進行實驗，每組抽出一名學生對改組操作實驗全程錄制視頻，然后各組交換視頻并結合實驗教師發(fā)布的操作視頻進行比較，相互打分并說明不足之處。教師在多媒體上播放規(guī)范的操作視頻，對學生的操作視頻進行點評并打分，最后以上五部分按照1∶1∶1∶1∶1的比例匯總成績，得出各小組的最終實驗成績。

4 ?利用信息化條件下的實驗教學效果

通過這一年的信息化實驗教學，學生對土工實驗課程的學習積極性有很大提高，學生也逐漸重視并喜歡上實驗，有通過土工實驗解決地基及邊坡工程問題的想法和激情。從被動學習到主動探索的大轉變，利用信息化對土工實驗進行教學，讓學生們自主學習，積極動手，對學生們的創(chuàng)新能力和解決實際問題的能力有較大的提高。具體體現(xiàn)見表1。

通過兩種實驗教學模式的效果分析可知，利用信息化教學手段，學生優(yōu)秀、良好所占比例大幅度提高，合格及不合格比例顯著降低，數據分析結果見圖2所示。

5 ?結語

通過信息化教學手段，充分利用QQ、微信、藍墨云及多媒體等網絡平臺，對學生土工實驗的課前、課中及課后的有效控制，教學效果顯著，具體體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）學生對實驗課的積極性、主動性有較大提高，實驗專注度增強。

（2）學生的動手能力、自主學習、獨立分析和解決問題的能力有所增強。

（3）與傳統(tǒng)實驗教學模式比較，信息化實驗教學模式下學生成績明顯提高。

由此可見，信息化教學在其他枯燥乏味的實驗教學是可以推廣應用的。

參考文獻

[1] 趙明華.土力學與地基基礎[M].3版.武漢：武漢理工大學出版社，2009.

[2] 余玲玲.土工實驗教學模式改革的思索[J].高校實驗室工作研究，2014（4）：29-31.

[3] 付貴海，鄧宗偉，周斌，等.基于學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的土工實驗教學改革[J].中國冶金教育，2013（3）：60-61.