多元混合式土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究

黎桉君 汪時(shí)機(jī) 李賢

摘要：土力學(xué)實(shí)驗(yàn)是土力學(xué)課程體系的重要組成部分，在加深理論理解、鍛煉實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、激發(fā)創(chuàng)新精神和培養(yǎng)工程意識(shí)等方面有不可替代的作用。通過對多所高校土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀的調(diào)研分析，系統(tǒng)性地提出線上線下混合，課前課后多階段貫穿，虛擬仿真、數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)教學(xué)深度融合的多元混合式土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方案，詳細(xì)闡述改革措施，構(gòu)建“五位一體”土力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程體系。依托MOOC、實(shí)驗(yàn)空間、PFC等信息教學(xué)手段打造線上線下雙通道、多維度學(xué)習(xí)空間，開發(fā)設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，制定“量”“效”并行的考核機(jī)制，充分激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，挖掘科研潛力，提高工程能力，教學(xué)滿意度顯著提高。以此推動(dòng)西南大學(xué)土力學(xué)建設(shè)國家級(jí)一流課程的進(jìn)程，為土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與創(chuàng)新提供參考。

關(guān)鍵詞：土力學(xué)實(shí)驗(yàn);教學(xué)改革;多元混合式;課程體系;考核機(jī)制

中圖分類號(hào)：G64242;TU43 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? 文章編號(hào)：1005-2909（2021）06-0159-09

土力學(xué)是研究土的滲透特性、應(yīng)力應(yīng)變和強(qiáng)度規(guī)律，以解決土體變形和穩(wěn)定等問題的學(xué)科，也是指導(dǎo)土木、交通、水利、地質(zhì)、采礦等諸多領(lǐng)域開展科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)的重要理論依據(jù)[1]，兼具綜合性、廣泛性、理論性和實(shí)踐性的特點(diǎn)[2]，是土木工程專業(yè)非常重要的專業(yè)核心課程。土是由礦物或巖石碎屑構(gòu)成的松軟聚集體，工程特性復(fù)雜多變[3]，給土力學(xué)課程教學(xué)提出了較大難度與更高標(biāo)準(zhǔn)，但同時(shí)也使其具備整合新興技術(shù)的能力和開展教學(xué)技術(shù)改革的條件。為達(dá)到掌握巖土體理論知識(shí)、分析方法和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)目標(biāo)[4]，土力學(xué)課程一般分為理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩個(gè)環(huán)節(jié)，二者相輔相成、有機(jī)融合。其中，實(shí)驗(yàn)課作為課程教學(xué)體系的重要組成部分，在加深理論理解、鍛煉實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α⒓ぐl(fā)創(chuàng)新精神、培養(yǎng)工程意識(shí)及提高學(xué)術(shù)素養(yǎng)方面有著不可替代的作用[5]。

教育部于2018年提出打造具有高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度的“金課”，指出要充分重視課堂教學(xué)這一主陣地，合理應(yīng)用信息化教學(xué)手段，積極開展線上線下混合式教學(xué)[6]。為貫徹落實(shí)“金課”建設(shè)要求，致力于培養(yǎng)卓越工程人才，國內(nèi)土木院校開展了一系列基于混合式教學(xué)方法的研究與實(shí)踐。其中，部分高校在土力學(xué)教學(xué)改革中取得了一定成效。例如，河海大學(xué)建立了土力學(xué)在線開放課程資源，形成了“線上+線下”結(jié)合的混合式教學(xué)體系[1];湖南工程學(xué)院開展了以“學(xué)生熱點(diǎn)關(guān)注”為教學(xué)理念的土力學(xué)與地基基礎(chǔ)線上線下混合式教學(xué)改革[7]。但涉及混合式教學(xué)模式改革的研究與實(shí)踐大多關(guān)注理論教學(xué)環(huán)節(jié)，對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的闡述較少，聚焦于混合式土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的研究更鮮有報(bào)道。目前，土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革主要體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開發(fā)與方法創(chuàng)新方面，樊猛[4]通過離散元軟件PFC中的fish語言編制了完整的三軸試驗(yàn)程序，實(shí)現(xiàn)了固結(jié)不排水試驗(yàn)和固結(jié)排水試驗(yàn)的加載條件控制;沈揚(yáng)[8]自主研發(fā)了可視化演示模型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，可直觀展現(xiàn)土壓力破壞、振動(dòng)液化、毛細(xì)作用、滲透破壞及電滲固結(jié)的產(chǎn)生過程;張艷美[9]提出了以學(xué)生為主體、以能力培養(yǎng)目標(biāo)達(dá)成為導(dǎo)向的土力學(xué)綜合性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，探索了能力培養(yǎng)目標(biāo)達(dá)成的過程;劉艷[10]基于虛擬仿真平臺(tái)LabVIEW，從實(shí)驗(yàn)手段、實(shí)驗(yàn)形式等方面提出了土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革方法。

總體而言，已有土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革多集中于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、形式及方法等單一層面的創(chuàng)新，線上實(shí)驗(yàn)還處于探索階段，尚未形成系統(tǒng)、全面的線上線下深度融合、多平臺(tái)互為補(bǔ)充的混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。實(shí)驗(yàn)課程精品化程度低，課程建設(shè)思路不清晰，混合式教學(xué)手段缺乏，改革成效與理論教學(xué)相比仍有較大差距。對國內(nèi)多所高校的土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀和存在問題進(jìn)行深入分析，在現(xiàn)有混合式教學(xué)模式的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)性地提出線上線下混合，課前課后多階段貫穿，虛擬仿真、數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)教學(xué)深度融合的“多元混合式”土力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程改革方案，取得了很好的初期效果。

一、土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀及主要問題

土力學(xué)實(shí)驗(yàn)是開展巖土工程勘察的工作內(nèi)容之一，實(shí)驗(yàn)所測定的土體物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)是巖土工程設(shè)計(jì)與施工的基本技術(shù)指標(biāo)，具有很強(qiáng)的工程實(shí)踐性，給實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來了較大困難。從大多數(shù)高校土力學(xué)課程發(fā)展現(xiàn)狀來看，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在整個(gè)課程體系建設(shè)中仍處于比較薄弱的環(huán)節(jié)。

（一）土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

土力學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以《土工試驗(yàn)技術(shù)手冊》[11]為指導(dǎo)，與土力學(xué)理論知識(shí)體系相對應(yīng)，設(shè)置密度試驗(yàn)、含水率試驗(yàn)、顆粒分析試驗(yàn)、液塑限試驗(yàn)、滲透試驗(yàn)、壓縮試驗(yàn)、擊實(shí)試驗(yàn)和三軸試驗(yàn)等。對國內(nèi)13所高校的土力學(xué)課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)研，具體開設(shè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目情況如表1所示。

根據(jù)調(diào)研結(jié)果，以上高校開設(shè)的土力學(xué)課程實(shí)驗(yàn)均以室內(nèi)土工試驗(yàn)為主，課內(nèi)學(xué)時(shí)數(shù)大多為8～12學(xué)時(shí)，涉及強(qiáng)度、變形試驗(yàn)的開設(shè)率最高，擊實(shí)試驗(yàn)和滲透試驗(yàn)在較多學(xué)校未開設(shè)，模型試驗(yàn)、原位試驗(yàn)、虛擬仿真試驗(yàn)和數(shù)值試驗(yàn)的開設(shè)相對較少。其中，清華大學(xué)進(jìn)行了靜力觸探、動(dòng)力觸探、十字板剪切、旁壓試驗(yàn)的原位試驗(yàn)演示;西南交通大學(xué)分專業(yè)模塊開設(shè)了地基壓板試驗(yàn)和靜力觸探試驗(yàn)，并建立了依托虛擬仿真技術(shù)的三軸試驗(yàn);河海大學(xué)開設(shè)了模型槽試驗(yàn)、室內(nèi)滲透試驗(yàn)等模型試驗(yàn);福州大學(xué)開設(shè)了包括滲流、壓縮、剪切在內(nèi)的有限元仿真試驗(yàn)，均取得了良好的教學(xué)效果。

（二）土力學(xué)實(shí)驗(yàn)性質(zhì)

從實(shí)驗(yàn)性質(zhì)角度，可將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分為驗(yàn)證性、綜合性、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，其中教育部將后三類簡稱為“三性”實(shí)驗(yàn)。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)主要以培養(yǎng)學(xué)生的土工實(shí)驗(yàn)儀器操作技能、加深對已知原理的認(rèn)知為目的[9]。而綜合性實(shí)驗(yàn)通常由幾個(gè)獨(dú)立的相關(guān)實(shí)驗(yàn)組成，更有利于學(xué)生串聯(lián)各部分理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)方法，以提高解決實(shí)際問題和科學(xué)研究的能力[12]。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)則對學(xué)生提出了更高的要求，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)旨在培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和分析處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果的能力，創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)則注重對問題的深入探索，更強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新能力和科研意識(shí)的培養(yǎng)。

隨著教育部對“三性” 實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)的推動(dòng)，土力學(xué)實(shí)驗(yàn)已基本完成了由驗(yàn)證性向綜合性的轉(zhuǎn)變，而設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)建設(shè)還需進(jìn)一步加強(qiáng)。目前開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，液塑限試驗(yàn)、壓縮試驗(yàn)、直剪試驗(yàn)、三軸試驗(yàn)、擊實(shí)試驗(yàn)均屬于綜合性實(shí)驗(yàn)，占比達(dá)到70%以上。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的開設(shè)率相對較低，主要以課內(nèi)選做或課外開放性實(shí)驗(yàn)的形式開展，如中國礦業(yè)大學(xué)、河海大學(xué)等。

（三）土力學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)存的主要問題

隨著土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐的深入，實(shí)驗(yàn)室條件落后、實(shí)驗(yàn)師資力量薄弱[10]的問題已經(jīng)得到明顯改善，矛盾由初級(jí)向更深層次轉(zhuǎn)變，仍待解決的問題主要有以下幾個(gè)方面。

1.“以產(chǎn)出為導(dǎo)向，以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念貫徹不充分

所開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目難以有效提高學(xué)生解決實(shí)際工程問題的能力，不利于學(xué)生工程能力的培養(yǎng)，“以產(chǎn)出為導(dǎo)向”的培養(yǎng)目標(biāo)未得到充分體現(xiàn)。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍停留在注重“教師的教”而非“學(xué)生的學(xué)”，導(dǎo)致教師教得費(fèi)力而沒有成效，學(xué)生學(xué)得被動(dòng)且收獲甚微。由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，學(xué)生進(jìn)行土力學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)通常以小組為單位進(jìn)行（每組約3～5人），難以做到人人動(dòng)手、步步深入，實(shí)驗(yàn)主要以教師演示、學(xué)生模仿的形式展開，學(xué)生缺乏思考，整個(gè)教學(xué)過程缺乏“以學(xué)生為中心”的理念。

2.工程實(shí)踐性欠缺

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目往往缺乏工程背景的引導(dǎo)，學(xué)生不清楚實(shí)驗(yàn)成果的工程意義，不理解該實(shí)驗(yàn)?zāi)芙鉀Q何種工程問題，具有較強(qiáng)工程實(shí)踐性的模型試驗(yàn)、原位試驗(yàn)開設(shè)較少。其中，原位試驗(yàn)易受場地、設(shè)備和安全等諸多因素的限制，而模型試驗(yàn)可以將實(shí)際工程按科學(xué)方法進(jìn)行縮尺研究，以便于在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)開展，使所受約束減小。模型試驗(yàn)通常依托于教學(xué)人員自行設(shè)計(jì)的具有特定功能的實(shí)驗(yàn)裝置，兼具“三性”特點(diǎn)，難度更大、耗時(shí)更長，對實(shí)驗(yàn)教師提出了更高要求，從而導(dǎo)致開設(shè)率較低，制約了學(xué)生工程能力的提升。

3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間不足

由于土力學(xué)實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜性，課程時(shí)間不足一直是較為突出的問題。隨著“三性”實(shí)驗(yàn)的增多，學(xué)習(xí)難度隨之增加，原有教學(xué)學(xué)時(shí)數(shù)更難以保證實(shí)驗(yàn)的開展。為在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)，指導(dǎo)教師常常跳過實(shí)驗(yàn)原理只講授操作步驟，學(xué)生機(jī)械式操作儀器，缺乏對研究問題的思考，從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)效果大打折扣，“三性”目標(biāo)形同虛設(shè)。由于總學(xué)時(shí)數(shù)的限制，直接增加課內(nèi)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)難度較大，需要探索新的方式以實(shí)現(xiàn)對實(shí)驗(yàn)時(shí)間的拓展。

4.實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式與手段單一

目前土力學(xué)實(shí)驗(yàn)授課方式主要為傳統(tǒng)講述式和演示式，缺乏對多元化教學(xué)資源的利用和教學(xué)形式的探索，雖然微課、慕課、翻轉(zhuǎn)課堂等新興教學(xué)模式，以及3D網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、虛擬仿真、人工智能等多種信息化教學(xué)資源發(fā)展迅速，但在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用尚未廣泛、深入。已有部分高校建立土力學(xué)實(shí)驗(yàn)虛擬仿真平臺(tái)，但技術(shù)方大多不具備專業(yè)背景，且建設(shè)經(jīng)費(fèi)有限，導(dǎo)致虛擬實(shí)驗(yàn)中人機(jī)交互能力不足，且不具備分析和計(jì)算能力，只是加強(qiáng)版演示動(dòng)畫，難以真正達(dá)到加強(qiáng)理論學(xué)習(xí)和工程實(shí)踐能力的目標(biāo)。

5.實(shí)驗(yàn)考核評定體系不健全

現(xiàn)行的實(shí)驗(yàn)考核評定體系無法真實(shí)量化學(xué)生知識(shí)掌握與能力提升的過程。土力學(xué)實(shí)驗(yàn)一般根據(jù)實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)報(bào)告來評定成績，實(shí)驗(yàn)操作通常分組開展，難以完全判斷學(xué)生的個(gè)體表現(xiàn)，且實(shí)驗(yàn)報(bào)告同質(zhì)化嚴(yán)重，無法真實(shí)反映學(xué)生處理數(shù)據(jù)和分析問題的情況，該部分評分受教師主觀判斷影響較大。該實(shí)驗(yàn)考核體系導(dǎo)致成績評定的偏差，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)激情與投入度，從而制約學(xué)生創(chuàng)新思維的形成。

二、 多元混合式土力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程改革

學(xué)校土力學(xué)課程已經(jīng)建成西南大學(xué)精品在線課程和重慶市線上線下混合式一流課程，在教學(xué)方法改革、混合式教學(xué)設(shè)計(jì)、課程資源建設(shè)與應(yīng)用方面奠定了良好基礎(chǔ)。教學(xué)團(tuán)隊(duì)將在此基礎(chǔ)上，加大推進(jìn)土力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的改革與創(chuàng)新。

（一）健全實(shí)驗(yàn)課程體系

打造線上線下雙通道學(xué)習(xí)渠道，多維度擴(kuò)展學(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)場所與時(shí)間，構(gòu)建思政引領(lǐng)—理論引入—實(shí)驗(yàn)主導(dǎo)—實(shí)踐拓展—科研引申的“五位一體”土力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程體系，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)全面化、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目綜合化、教學(xué)資源多元化以及課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)化、課后實(shí)踐工程化、創(chuàng)新科研個(gè)性化的課程改革目標(biāo)，其課程體系示意圖如圖1所示。

開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)同樣應(yīng)注重“堅(jiān)持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程，實(shí)現(xiàn)全程育人、全方位育人”[13]的教學(xué)理念。將家國情懷、工匠精神、求真務(wù)實(shí)的科學(xué)態(tài)度、追求創(chuàng)新的學(xué)術(shù)品質(zhì)以及災(zāi)害防治與環(huán)境保護(hù)意識(shí)等思政元素充分融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)的全過程，發(fā)揮思想引領(lǐng)作用。

（二）創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式與手段

建立土力學(xué)實(shí)驗(yàn)的MOOC教學(xué)資源，由線下實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)向線上線下混合式教學(xué)模式。延伸課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建課前預(yù)實(shí)驗(yàn)段、課內(nèi)主實(shí)驗(yàn)段、課后拓展實(shí)驗(yàn)段多階段貫穿的全學(xué)習(xí)周期。將虛擬仿真、數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)教學(xué)深度融合，形成多元化、信息化的教學(xué)手段，從而使土力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程由室內(nèi)實(shí)驗(yàn)單點(diǎn)式教學(xué)模式向多維度、全方位教學(xué)模式轉(zhuǎn)變。

除線下常規(guī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)外，再創(chuàng)建3個(gè)教學(xué)版塊：基于動(dòng)畫與錄像的常規(guī)實(shí)驗(yàn)、基于VR的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和基于PFC的數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)難度由淺入深，逐級(jí)遞進(jìn)。建立超星MOOC平臺(tái)的土力學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)畫與錄像資源庫，主要用于學(xué)生提前在線上進(jìn)行土力學(xué)實(shí)驗(yàn)原理的學(xué)習(xí)，并熟悉各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的方法和流程，起到預(yù)習(xí)作用。建立直剪試驗(yàn)、固結(jié)試驗(yàn)和三軸試驗(yàn)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源庫，學(xué)生可提前在虛擬仿真平臺(tái)進(jìn)行學(xué)習(xí)和操作，全面掌握實(shí)驗(yàn)方法和步驟。

目前，學(xué)院已建立工程技術(shù)智慧教育環(huán)境平臺(tái)，具有虛擬全息3D實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)、CAVE系統(tǒng)、VR實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)等先進(jìn)硬件設(shè)備，具備成熟完備的技術(shù)支撐，其內(nèi)部環(huán)境如圖2所示。以上兩個(gè)版塊與線下實(shí)驗(yàn)充分結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，提升學(xué)習(xí)效果。

數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)是一種進(jìn)階式訓(xùn)練，即在充分掌握土力學(xué)基礎(chǔ)理論、實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上，利用PFC中的fish語言編制實(shí)驗(yàn)程序，最終實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的模擬與計(jì)算。PFC是利用顯式差分算法和離散元理論開發(fā)的力學(xué)程序，可從細(xì)觀結(jié)構(gòu)角度揭示土體的力學(xué)特性和行為[14]，具有三維可視化功能，從而增加學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的興趣，并深入認(rèn)識(shí)土體發(fā)生變形破壞的內(nèi)在機(jī)理，利用PFC構(gòu)建的土樣數(shù)值模型[15]如圖3所示。

（三）完善實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

充分考慮實(shí)驗(yàn)內(nèi)容質(zhì)量與學(xué)時(shí)數(shù)要求，對原有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行整合與創(chuàng)新，建立特色實(shí)驗(yàn)課程體系。新增了2項(xiàng)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和2項(xiàng)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，使實(shí)驗(yàn)課程的“三性”率達(dá)到100%，具體內(nèi)容如表2所示。其中，土的基本物理性質(zhì)試驗(yàn)將并入綜合性實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)3～實(shí)驗(yàn)5），土的滲透試驗(yàn)在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)9）中開展，均不單獨(dú)開設(shè)。實(shí)驗(yàn)6和實(shí)驗(yàn)7任選其一在課內(nèi)完成，實(shí)驗(yàn)8～實(shí)驗(yàn)10作為拓展實(shí)驗(yàn)供學(xué)生在課后選修。同時(shí)分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行了多種教學(xué)形式的融合，以此充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，挖掘科研潛力，全面提高綜合素質(zhì)。

（四）優(yōu)化實(shí)驗(yàn)考核機(jī)制

對學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績進(jìn)行合理評價(jià)是整個(gè)課程體系能否順利運(yùn)行的重要因素。從線上學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、拓展實(shí)驗(yàn)4個(gè)方面出發(fā)，考慮“量”和“效”兩個(gè)維度，制定全面合理的實(shí)驗(yàn)考核機(jī)制，避免主觀性、片面性的成績評價(jià)。MOOC和VR實(shí)驗(yàn)為線上學(xué)習(xí)，占比10%，根據(jù)學(xué)習(xí)時(shí)長和預(yù)習(xí)報(bào)告進(jìn)行成績評定。實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)報(bào)告為線下課程學(xué)習(xí)，占比75%，根據(jù)實(shí)驗(yàn)參與度、操作表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)完成效果、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理等多方面進(jìn)行評價(jià)。拓展實(shí)驗(yàn)成績根據(jù)完成情況評分，各部分分?jǐn)?shù)占比如圖4所示。

三、 課程改革成效

（一）課程資源建設(shè)

為彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足，從思政性、科學(xué)性、工程性、前沿性等方面重構(gòu)課程，實(shí)現(xiàn)了課程內(nèi)容的改革與創(chuàng)新。在此基礎(chǔ)上已建成超星MOOC平臺(tái)和學(xué)銀在線“土力學(xué)”線上教學(xué)資源，豐富了教學(xué)大綱、教學(xué)課件、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、工程案例等，形成了完整的網(wǎng)上教學(xué)資源庫，其中包括學(xué)生自主學(xué)習(xí)講授視頻40個(gè)，總時(shí)長513 min，非視頻資源90個(gè)，含多個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源。同時(shí)，開發(fā)了具有綜合性、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性的土力學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目4項(xiàng)，鍛煉學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力、創(chuàng)新能力和工程能力。

（二）課程成績

為驗(yàn)證課程改革效果，在2018級(jí)土木工程專業(yè)選擇了部分班級(jí)進(jìn)行課程改革試點(diǎn)。改革實(shí)踐說明，線上學(xué)習(xí)有效彌補(bǔ)了線下課時(shí)的不足，通過線上實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)和討論，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生積極性顯著提高，線下實(shí)驗(yàn)課堂氛圍明顯改善，學(xué)習(xí)效果提升。對比2017級(jí)與2018級(jí)土力學(xué)課程成績（圖5），課程改革后的平均實(shí)驗(yàn)分?jǐn)?shù)稍有降低，主要原因是新的實(shí)驗(yàn)課程體系在高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度等方面都明顯提高，學(xué)習(xí)難度顯著增大，加之考核機(jī)制的調(diào)整，學(xué)生獲得較高成績的難度相應(yīng)提高。試點(diǎn)班級(jí)的平均實(shí)驗(yàn)分?jǐn)?shù)仍保持在較高水平，學(xué)生的實(shí)際實(shí)驗(yàn)?zāi)芰τ兴岣摺Ｍ亮W(xué)總成績較課程改革前提升了12.8%，說明改革后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式激發(fā)了學(xué)生對整個(gè)土力學(xué)知識(shí)體系的學(xué)習(xí)興趣，對學(xué)習(xí)能力的提升效果明顯。

（三）學(xué)生評價(jià)

改革后的土力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程得到了學(xué)生的廣泛認(rèn)可，評教滿意度達(dá)到93.9分。多元化的教學(xué)模式給學(xué)生創(chuàng)造了更為靈活自主的學(xué)習(xí)環(huán)境和沉浸式的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，不僅可增強(qiáng)學(xué)習(xí)積極性，還可充分滿足學(xué)習(xí)需求，增強(qiáng)師生互動(dòng)，全面提升學(xué)生綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

四、 結(jié)語

土力學(xué)實(shí)驗(yàn)在土力學(xué)課程體系中占據(jù)重要地位，在加深理論理解、鍛煉實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、激發(fā)創(chuàng)新精神和培養(yǎng)工程意識(shí)等方面有不可替代的作用。通過線上線下混合，課前課后多階段貫穿，數(shù)值模擬、虛擬仿真與實(shí)驗(yàn)教學(xué)深度融合的多元混合式土力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)方案，系統(tǒng)性地對實(shí)驗(yàn)課程體系和教學(xué)模式進(jìn)行改革和創(chuàng)新，切實(shí)提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，充分?jǐn)U展學(xué)生的學(xué)科視野，激發(fā)學(xué)生的工程實(shí)踐興趣，提升學(xué)生的創(chuàng)新能力。但目前的改革實(shí)踐仍不夠全面和徹底，還需進(jìn)一步推動(dòng)課程建設(shè)，形成獨(dú)立、完善的土力學(xué)線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源和線下創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，加強(qiáng)配套實(shí)驗(yàn)教材建設(shè)，以適應(yīng)課程內(nèi)容更新和行業(yè)發(fā)展的新需求，逐步加強(qiáng)課程改革成果在其他高校的推廣和應(yīng)用，從而為培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型土木工程人才提供有力保障。

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Abstract： Soil mechanics experiment is an important part of soil mechanics curriculum system， and it plays a unique role in deepening theoretical understanding， training ability of experimental， stimulating innovation ability and cultivating engineering consciousness. Based on the investigation and in-depth analysis of the current situation and existing problems of soil mechanics experiment teaching in many colleges， the paper systematically proposes the teaching reform scheme of soil mechanics experiment including the combination of online and offline， multi-stage before and after classes， and a deep integration of virtual simulation， numerical simulation and experimental teaching. The reform plan for experimental teaching of soil mechanics is elaborated in detail：the construction of a “five-in-one” soil mechanics experimental curriculum system， relying on MOOC， experimental space， PFC and other information teaching methods to create online and offline dual-channel， multi-dimensional learning space， develop design and innovative experimental projects， formulate “quantity” and “efficiency” parallel assessment mechanism， fully stimulate students’ learning interest， tap scientific research potential， improve engineering ability， and significantly improve teaching satisfaction. In this way， the process of building a national first-class curriculum of soil mechanics in Southwest University will be promoted， and it will provide reference for the reform and innovation of the teaching of soil mechanics experimental.

Key words： soil mechanics experiment; teaching reform; multi-element mixed mode; course system; assessment mechanism

（責(zé)任編輯 周 沫）

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