樊銘京

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)水利土木工程學(xué)院 山東泰安 271018

土力學(xué)是我校土木、水利和交通等有關(guān)專(zhuān)業(yè)的重要基礎(chǔ)技術(shù)課程，同時(shí)也是被列入國(guó)家工科力學(xué)基礎(chǔ)建設(shè)的課程之一。地基巖土的力學(xué)特性對(duì)于土木、水利和交通等工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)施工、安全運(yùn)行是極其重要的。而作為地基的巖土，其力學(xué)指標(biāo)須經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)取樣、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)測(cè)試和理論分析計(jì)算等步驟方可得到。這些力學(xué)指標(biāo)即為上述工程規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)施工、安全運(yùn)行的重要依據(jù)?？梢?jiàn)巖土力學(xué)指標(biāo)的獲得有較強(qiáng)的實(shí)踐操作性、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚摲治鲂院兔鞔_的工程應(yīng)用性。

土工實(shí)驗(yàn)教學(xué)是土力學(xué)、土力學(xué)與地基基礎(chǔ)、土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)、工程地質(zhì)與土力學(xué)等課程教學(xué)的重要組成部分。土工實(shí)驗(yàn)教學(xué)，應(yīng)貫穿實(shí)踐操作、理論分析和工程應(yīng)用這條主線(xiàn)，讓學(xué)生懂得僅有課堂上學(xué)習(xí)的理論知識(shí)是不夠的，還必須了解野外勘察取樣及掌握樣品測(cè)試等實(shí)踐性環(huán)節(jié)，目標(biāo)是為工程應(yīng)用即工程規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)提供依據(jù)。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，要求學(xué)生了解、熟悉各土工實(shí)驗(yàn)的儀器及操作，掌握一定的土工實(shí)驗(yàn)技能，同時(shí)熟練掌握土的物理力學(xué)指標(biāo)測(cè)試方法，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手操作能力以及在工作實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。然而，現(xiàn)行土工實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式陳舊呆板，學(xué)生主觀能動(dòng)性得不到發(fā)揮，學(xué)習(xí)效果較差，迫切需要探索一種新的土工實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，為學(xué)生營(yíng)造主動(dòng)性的實(shí)驗(yàn)氛圍，增加學(xué)生動(dòng)手操作、獨(dú)立思考和探索的時(shí)間和空間，以培養(yǎng)更多的適應(yīng)當(dāng)前社會(huì)需要的創(chuàng)新型應(yīng)用人才。

1 以往實(shí)驗(yàn)教學(xué)情況

1.1 教學(xué)模式落后

以往土工實(shí)驗(yàn)教學(xué)的準(zhǔn)備工作由實(shí)驗(yàn)教師承擔(dān)，如實(shí)驗(yàn)課前的儀器擺放調(diào)試、制備實(shí)驗(yàn)用的土樣等以及實(shí)驗(yàn)時(shí)學(xué)生分組分發(fā)試樣、講解示范協(xié)助學(xué)生操作等。實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生僅是調(diào)整儀器上的旋鈕，觀測(cè)讀數(shù)，把讀數(shù)填寫(xiě)在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)表格上，在教師指導(dǎo)下寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生非常被動(dòng)，不用動(dòng)腦思考和動(dòng)手操作。一節(jié)短暫的實(shí)驗(yàn)課，學(xué)生跟隨教師在實(shí)驗(yàn)室里按預(yù)定流程和時(shí)間走馬觀花地走了一趟，沒(méi)有學(xué)生發(fā)揮主觀能動(dòng)性和動(dòng)手操作儀器的客觀條件，這樣的教學(xué)效果可想而知。

1.2 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)偏少

我校開(kāi)設(shè)土工實(shí)驗(yàn)的專(zhuān)業(yè)有水利、土木、交通工程等，按照土力學(xué)教學(xué)大綱要求，整個(gè)土力學(xué)理論課及實(shí)驗(yàn)課僅有54個(gè)學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課一般只占8學(xué)時(shí)。土工實(shí)驗(yàn)根據(jù)專(zhuān)業(yè)教學(xué)要求，內(nèi)容包括土的含水率、土的密度、土的比重三個(gè)基本物理指標(biāo)實(shí)驗(yàn)和土的界限含水率、土的壓縮、土的剪切、土的滲透、土的顆粒分析、土的擊實(shí)實(shí)驗(yàn)等。要做完以上幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，時(shí)間上并不寬裕，如果不事先做好準(zhǔn)備，很難在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成這些項(xiàng)目，更沒(méi)有時(shí)間消化吸收。而對(duì)于土力學(xué)中的一些其他重要實(shí)驗(yàn)，如三軸、承載比、變水頭滲透、黏性土顆粒分析等實(shí)驗(yàn)根本沒(méi)有時(shí)間做。

1.3 沒(méi)有完善的考核制度，激勵(lì)機(jī)制不健全

本課程實(shí)驗(yàn)課不作為一門(mén)課程單獨(dú)設(shè)立，其成績(jī)的考核只是對(duì)學(xué)生的出勤和實(shí)驗(yàn)報(bào)告做評(píng)價(jià)，一般不作實(shí)質(zhì)性的考試，造成學(xué)生實(shí)驗(yàn)課不認(rèn)真、走過(guò)場(chǎng)抄襲實(shí)驗(yàn)報(bào)告的現(xiàn)象較為嚴(yán)重。學(xué)生沒(méi)有學(xué)習(xí)動(dòng)力，也使實(shí)驗(yàn)課缺少約束力，這也是影響實(shí)驗(yàn)課教學(xué)質(zhì)量的重要因素。

2 土工實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革

2.1 要求學(xué)生提前預(yù)習(xí)和完全自己動(dòng)手

我們將實(shí)驗(yàn)教學(xué)改為由教師引導(dǎo)、學(xué)生主動(dòng)提前預(yù)習(xí)和完全自己動(dòng)手的模式。實(shí)驗(yàn)課前，讓學(xué)生知道實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，需要預(yù)習(xí)哪些知識(shí)，使用什么儀器，如何準(zhǔn)備土樣等。預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括：明確實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解?shí)驗(yàn)儀器、清楚實(shí)驗(yàn)步驟、理解實(shí)驗(yàn)結(jié)果及指標(biāo)的計(jì)算公式、知道應(yīng)觀察的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象等。

如土的液塑限聯(lián)合測(cè)定實(shí)驗(yàn)，需要的儀器為光電式液塑限聯(lián)合測(cè)定儀。液塑限聯(lián)合測(cè)定法是根據(jù)圓錐儀的圓錐入土深度與其相應(yīng)的含水率在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)上具有線(xiàn)性關(guān)系來(lái)進(jìn)行的。利用圓錐質(zhì)量為76 g(100 g)的液塑限聯(lián)合測(cè)定儀測(cè)得土在不同含水率時(shí)圓錐入土深度，然后，以圓錐入土深度為縱坐標(biāo)，含水率為橫坐標(biāo)，繪制其關(guān)系直線(xiàn)圖，在圖上查得圓錐下沉深度為10 mm(17 mm)所對(duì)應(yīng)的含水率即為液限，查得圓錐下沉深度為2 mm所對(duì)應(yīng)的含水率即為塑限。本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵步驟是調(diào)制土膏，現(xiàn)在，教師不再示范，而是讓學(xué)生自己摸索著調(diào)制土膏。調(diào)制土膏的軟硬程度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響較大，缺乏經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生往往需要重復(fù)3～5次才能達(dá)到要求，這樣做完實(shí)驗(yàn)后學(xué)生印象特別深刻。

在做土的擊實(shí)實(shí)驗(yàn)時(shí)，我們帶領(lǐng)學(xué)生到學(xué)校附近的道路建設(shè)工地，現(xiàn)場(chǎng)講解擊實(shí)實(shí)驗(yàn)的目的和意義。工程中用于填筑路基或堤壩的填料均處于松散的三相狀態(tài)，在以機(jī)械方法施加擊實(shí)功能的條件下，使其壓實(shí)增加密度和提高強(qiáng)度，土通過(guò)碾壓密度增加的特性稱(chēng)為土的壓實(shí)性。為了獲得最理想的壓實(shí)效果，需要充分了解影響土的壓實(shí)性的因素有哪些，其中最主要的因素是含水率和施加的壓實(shí)功能。為此，在工程實(shí)踐中常常在模擬現(xiàn)場(chǎng)施工條件(包括施工機(jī)械和施工方法)下，找出壓實(shí)密度與填土含水率之間的關(guān)系，從而獲得壓實(shí)填土的最佳密度(即最大干密度)和相應(yīng)的最優(yōu)含水率。

擊實(shí)實(shí)驗(yàn)是為了工程目的而利用標(biāo)準(zhǔn)化的擊實(shí)儀，得到土的最大干密度與擊實(shí)方法(包括土的含水率和擊實(shí)功能等)的關(guān)系，據(jù)此在現(xiàn)場(chǎng)控制施工質(zhì)量，保證在一定的施工條件下壓實(shí)填土達(dá)到設(shè)計(jì)的密實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)。具體操作是：讓學(xué)生在施工現(xiàn)場(chǎng)采備同一土質(zhì)的土樣帶回實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行試樣制備(干法制備)，需制備不同含水率的土樣5～6個(gè)，分別將土樣拌和均勻，再分層裝入擊實(shí)筒內(nèi)，按一定功能進(jìn)行擊實(shí)，測(cè)定擊實(shí)后土樣的濕密度和含水率，并計(jì)算其干密度；然后以干密度為縱坐標(biāo)、以含水率為橫坐標(biāo)繪制ρd-ω?fù)魧?shí)曲線(xiàn)，據(jù)此曲線(xiàn)求出最大干密度和相應(yīng)的最優(yōu)含水率，作為現(xiàn)場(chǎng)施工的控制指標(biāo)。通過(guò)這樣一個(gè)工地采樣、實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)分析、得出結(jié)論用于工程的過(guò)程，學(xué)生既掌握了實(shí)驗(yàn)技能，又深刻理解了操作不當(dāng)對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果和工程質(zhì)量的嚴(yán)重影響。

2.2 增加綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

從土工實(shí)驗(yàn)的工程應(yīng)用性入手，設(shè)置新的土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。如土的固結(jié)實(shí)驗(yàn)，是測(cè)定試樣在側(cè)限與軸向排水條件下變形和壓力的關(guān)系，或孔隙比和壓力的關(guān)系，變形與時(shí)間的關(guān)系，以計(jì)算土的壓縮系數(shù)av，壓縮指數(shù)Cc，壓縮模量Es及原狀土先期固結(jié)壓力Pc等，需測(cè)定的項(xiàng)目視工程需要而定。通過(guò)這些指標(biāo)可以判斷土的壓縮性，計(jì)算土工建筑物和地基的沉降量及沉降過(guò)程等。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，要求學(xué)生同時(shí)進(jìn)行含水量實(shí)驗(yàn)和密度實(shí)驗(yàn)，同時(shí)了解比重實(shí)驗(yàn)的方法和過(guò)程，這樣含水量實(shí)驗(yàn)結(jié)果和密度實(shí)驗(yàn)結(jié)果就可以應(yīng)用到壓縮實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理中，不僅節(jié)省了實(shí)驗(yàn)時(shí)間，同時(shí)也使學(xué)生了解到含水量與土樣密度是影響壓縮性質(zhì)的兩個(gè)重要物理指標(biāo)。

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，是結(jié)合學(xué)校實(shí)驗(yàn)室對(duì)外承擔(dān)設(shè)計(jì)院所送測(cè)土樣的條件，讓學(xué)生直接接觸工程實(shí)際。每個(gè)工程項(xiàng)目對(duì)送到實(shí)驗(yàn)室所測(cè)土樣的技術(shù)要求和應(yīng)測(cè)指標(biāo)不同，需采用的儀器和測(cè)定步驟均有所不同。這樣學(xué)生在參與實(shí)驗(yàn)時(shí)感到不同于上實(shí)驗(yàn)課，其態(tài)度更為嚴(yán)謹(jǐn)，也肯于動(dòng)腦，做實(shí)驗(yàn)的同時(shí)能與實(shí)際工程相聯(lián)系。如進(jìn)行土體原位測(cè)試時(shí)，首先告訴學(xué)生工地現(xiàn)場(chǎng)要建什么建筑物，對(duì)地基有何要求和測(cè)試需要得到哪些指標(biāo)等；再讓學(xué)生查閱各種原位測(cè)試的適用范圍和實(shí)驗(yàn)原理、需要的儀器設(shè)備和測(cè)試方法等；最后進(jìn)行指標(biāo)測(cè)定，資料整理分析以及測(cè)試報(bào)告提交等。通過(guò)這種零距離接觸測(cè)試設(shè)計(jì)部門(mén)送到實(shí)驗(yàn)室的土樣和直接到工地參與原位測(cè)試，使學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)明確，針對(duì)性強(qiáng)，既深化了所學(xué)理論知識(shí)，又獲得了較強(qiáng)的工程實(shí)踐訓(xùn)練，畢業(yè)生理論扎實(shí)、動(dòng)手能力強(qiáng)、工作適應(yīng)快。近年來(lái)，我校水利水電和土木工程兩個(gè)專(zhuān)業(yè)的本科畢業(yè)生非常搶手，大多就職于設(shè)計(jì)院和工程公司，1～2年就適應(yīng)工作，3～5年就成為業(yè)務(wù)骨干。

2.3 充分利用多媒體和計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)

多媒體教學(xué)是當(dāng)前普遍采用的教學(xué)手段，可在較短時(shí)間內(nèi)讓學(xué)生感知較多的學(xué)習(xí)內(nèi)容和信息量。我們多在實(shí)驗(yàn)前通過(guò)多媒體對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行具體詳細(xì)的演示和模擬，這樣能夠減少學(xué)生的預(yù)習(xí)時(shí)間。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，利用實(shí)驗(yàn)間歇時(shí)間，如固結(jié)實(shí)驗(yàn)中的等待固結(jié)穩(wěn)定時(shí)間，帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，可促使學(xué)生積極思考，仔細(xì)完成每一步實(shí)驗(yàn)，提高了實(shí)驗(yàn)效率和實(shí)驗(yàn)質(zhì)量。我們還將耗資耗時(shí)大的實(shí)驗(yàn)或工地現(xiàn)場(chǎng)有關(guān)土工實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，錄制成音像片供學(xué)生觀看，這樣能夠使學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和目前土工實(shí)驗(yàn)的深度及技術(shù)前沿，從而極大豐富和拓寬了學(xué)生的視野及知識(shí)面。

我校土工實(shí)驗(yàn)室配有一套土工實(shí)驗(yàn)微機(jī)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，集數(shù)據(jù)采集和處理于一體，常規(guī)實(shí)驗(yàn)、綜合性及設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)都可以通過(guò)計(jì)算機(jī)操作完成，這套系統(tǒng)的配置目前在同類(lèi)院校中較先進(jìn)。將該系統(tǒng)應(yīng)用于教學(xué)，對(duì)增加學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高教學(xué)質(zhì)量有很大促進(jìn)作用。

2.4 開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室增加學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)間

開(kāi)放實(shí)驗(yàn)教學(xué)，為學(xué)生提供一個(gè)能夠充分發(fā)揮自主性、創(chuàng)造性的學(xué)習(xí)環(huán)境。實(shí)驗(yàn)室實(shí)行全天候開(kāi)放，極大彌補(bǔ)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的不足。學(xué)生可隨時(shí)到實(shí)驗(yàn)室做預(yù)習(xí)、做準(zhǔn)備、做實(shí)驗(yàn)，有更多的機(jī)會(huì)接觸儀器，有充裕的時(shí)間進(jìn)行思考和實(shí)踐探索。此外，我校土工實(shí)驗(yàn)室還面向社會(huì)服務(wù)，每年承擔(dān)的工程項(xiàng)目有幾十項(xiàng)，利用這些科研和工程項(xiàng)目中的土工實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生參與一些設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)，既可以提高學(xué)生的興趣和動(dòng)手能力，又可增強(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)指標(biāo)作為設(shè)計(jì)依據(jù)的工程實(shí)踐認(rèn)識(shí)和理解。由此可大大激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)土力學(xué)的積極性和主動(dòng)性，極大促進(jìn)了教學(xué)質(zhì)量的提高。

2.5 強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)課學(xué)習(xí)成績(jī)考核

為提高教學(xué)質(zhì)量，教務(wù)處和院部已明確規(guī)定，實(shí)驗(yàn)課是理論課的重要組成部分，實(shí)驗(yàn)課學(xué)習(xí)效果要強(qiáng)化考核，其辦法由實(shí)驗(yàn)教師確定。經(jīng)與土力學(xué)理論課教師商定，本課程成績(jī)學(xué)生理論學(xué)習(xí)考試占70%，實(shí)驗(yàn)課學(xué)習(xí)成績(jī)占30%，分別按百分制打分后按上述比重匯總。具體由實(shí)驗(yàn)教師按照對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的預(yù)習(xí)熟練程度、儀器使用、實(shí)驗(yàn)操作步驟的掌握、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及分析、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等幾個(gè)方面分別打分，分別為每個(gè)實(shí)驗(yàn)打分再對(duì)各實(shí)驗(yàn)進(jìn)行匯總得出總分，按30%比重計(jì)入學(xué)生土力學(xué)課程的成績(jī)。這一考核機(jī)制的實(shí)行，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，過(guò)去是教師督促學(xué)生做實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)在是學(xué)生主動(dòng)做實(shí)驗(yàn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

及時(shí)發(fā)現(xiàn)教學(xué)弊端并勇于改革創(chuàng)新教學(xué)模式，使之符合學(xué)習(xí)規(guī)律，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)新能力，是實(shí)驗(yàn)室教學(xué)的重要內(nèi)容。對(duì)此筆者在教學(xué)過(guò)程中做了一些有益的探索和改進(jìn)，也取得了明顯的教學(xué)效果。這方面的探討和研究還需繼續(xù)進(jìn)行，不斷改革教學(xué)方法和創(chuàng)新教學(xué)模式，促使學(xué)生由“要我學(xué)”向“我要學(xué)”轉(zhuǎn)變，從而為社會(huì)培養(yǎng)更多、更好的應(yīng)用型人才和創(chuàng)新型人才。

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