殷勇++李富榮

摘 要：土力學(xué)實驗教學(xué)是土木工程專業(yè)的一項基礎(chǔ)性實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，文章系統(tǒng)地分析了傳統(tǒng)土力學(xué)實驗課程教學(xué)存在的問題，并從卓越工程師人才培養(yǎng)目標出發(fā)，提出了土力學(xué)實驗教學(xué)的自主式實驗、增設(shè)綜合性設(shè)計性實驗、創(chuàng)新實驗、健全教學(xué)評價體系等改革推行措施。

關(guān)鍵詞：土力學(xué)；實驗教學(xué)改革；卓越工程師

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2015）11-0013-02＼

目前我國很多工科院校正在實施“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”， 旨在培養(yǎng)一大批創(chuàng)新與工程實踐能力強、適應(yīng)社會經(jīng)濟發(fā)展需要的高質(zhì)量工程技術(shù)人才，其特點是加強學(xué)生基礎(chǔ)理論學(xué)習的同時，重點提升工程實踐能力和創(chuàng)新意識[1]。圍繞這一目標，高校需要從人才培養(yǎng)模式的構(gòu)建、課程教學(xué)改革、人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高等方面進行不斷的改革和創(chuàng)新。對土木工程專業(yè)來說，專業(yè)基礎(chǔ)課土力學(xué)的室內(nèi)實驗教學(xué)環(huán)節(jié)是與理論課程相配套的重要實踐性環(huán)節(jié)，隸屬于土木工程專業(yè)的實踐教學(xué)體系，有關(guān)土力學(xué)實驗方面的教學(xué)改革研究也是許多教育者探討的熱點課題[2-3]。本文分析了土力學(xué)實驗教學(xué)過程中的一些特點及常見問題，從卓越工程師能力素質(zhì)培養(yǎng)要求的角度探討了該實驗課程的教學(xué)改革手段。

一、土力學(xué)實驗課程教學(xué)過程分析

土力學(xué)實驗屬于土建類專業(yè)的基礎(chǔ)實驗課程，多數(shù)高校采用8學(xué)時的課時安排，主要實驗項目包括液塑限實驗、直剪實驗、固結(jié)壓縮實驗、三軸實驗，教學(xué)內(nèi)容涵蓋了土體界限含水量、密度或重度、抗剪強度指標、壓縮性指標的測試等，課時較充裕的院校還增設(shè)了滲透實驗、顆粒分析實驗、擊實實驗等項目。除了演示實驗外，教學(xué)過程一般是由教師將實驗所需設(shè)備及土樣準備好，學(xué)生課前根據(jù)實驗指導(dǎo)書先行預(yù)習，實驗課程中經(jīng)過教師的講解和演示后分組進行實驗，教師進行旁觀指導(dǎo)，學(xué)生完成實驗并記錄數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上完成實驗報告?？紤]到與理論課的先后次序，一般在講解完對應(yīng)理論章節(jié)后才能開設(shè)相應(yīng)的實驗項目，此外因教學(xué)安排相對比較集中，再加上教學(xué)儀器設(shè)備資源有限，教學(xué)過程中仍有一些問題需要改進。

（一）學(xué)生課前預(yù)習不深入，缺少感性認識

學(xué)生雖有實驗指導(dǎo)書在課前作為參考，但在進入實驗室前能真正將指導(dǎo)書理解透徹的并不多。對土力學(xué)實驗課前預(yù)習情況進行的問卷調(diào)查結(jié)果顯示，僅約6.4%的學(xué)生能夠做到每次實驗課前預(yù)習，約11.2%的學(xué)生偶爾能夠做到課前預(yù)習，而多達82.4%的學(xué)生從來不做課前預(yù)習[4]。究其原因，土力學(xué)實驗需要動手操作，而學(xué)生面對指導(dǎo)書畢竟缺乏感性認識，對儀器的操作流程、測試原理存在陌生感，心理上需要經(jīng)過教師的講解演示后才能理解。因此實驗指導(dǎo)書中的內(nèi)容僅憑學(xué)生課前預(yù)習是準備不充分的，學(xué)生需要進入實驗室才能取得較好的預(yù)習效果。

（二）學(xué)生實踐能力的提高還有欠缺

現(xiàn)有的土力學(xué)實驗教學(xué)模式中學(xué)生分組實驗是教學(xué)過程中的重要環(huán)節(jié)，往往是體現(xiàn)學(xué)生獨立實踐能力的過程，對提高學(xué)生的動手能力作用很大，也是教師考查學(xué)生課堂成績的依據(jù)。但這一過程容易忽視下列問題，造成學(xué)生真正的實踐能力得不到完整鍛煉。

1.全過程實踐鍛煉問題。由于教學(xué)課時固定，土力學(xué)實驗開始前指導(dǎo)教師需要花費大量的時間準備好試樣并調(diào)試儀器，如液塑限實驗、直剪實驗、固結(jié)實驗開始前先要準備好風干過篩土樣、固定規(guī)格的試樣，分組實驗時往往是學(xué)生進入實驗室后即按教師講解或演示的流程機械地完成實驗過程，但對于之前土樣的制備及要求并不完全了解。由于原狀土與重塑土力學(xué)性質(zhì)的差異，對于原狀土樣的制作更是實際工程中進行土體力學(xué)性質(zhì)測定的必需步驟和重要環(huán)節(jié)，學(xué)生對于實驗的整體性、連續(xù)性就缺少這樣一個學(xué)習的機會。此外，學(xué)生實驗前對于儀器的熟悉程度也較低，由于時間緊，學(xué)生匆忙進行實驗不可避免會出現(xiàn)各種問題，一些簡單的儀器操作問題都需要由教師解決，其動手能力受到了束縛，這些問題都有礙于其工程實踐能力的提高。

2.分組實驗的參與度問題。因?qū)嶒瀮x器設(shè)備臺套數(shù)有限，分組實驗過程中一般3—4人一組進行獨立實驗，同組的學(xué)生分工協(xié)作，有學(xué)生負責記錄數(shù)據(jù)，有學(xué)生負責讀數(shù)，有人負責操作儀器。比如對于液塑限測定實驗，最多3人一組的模式可以要求至少每位學(xué)生參與測試一個點的數(shù)據(jù)，最后以3個點的數(shù)據(jù)完成實驗報告。但若分組人數(shù)超過3人，則這種模式可能導(dǎo)致學(xué)生不會發(fā)揮學(xué)習的主動性，造成部分學(xué)生可能直接作為旁觀者而不參與真正的實驗過程，實驗數(shù)據(jù)及報告可能會存在抄襲同組學(xué)生的情形，不利于學(xué)生真正掌握實驗原理和相應(yīng)的理論知識，達不到實驗課程的教學(xué)目的。

（三）學(xué)生工程素質(zhì)培養(yǎng)有待提高

除了掌握實驗過程外，實驗結(jié)果的處理分析對于一位工程技術(shù)人員來講也是必備的基本素質(zhì)。土力學(xué)的每一個實驗項目都與土的工程力學(xué)性質(zhì)指標相關(guān)，并且可以為工程應(yīng)用提供測試指標，但學(xué)生在實驗過程中有時對實驗?zāi)康牟⒉荒苷_認識，只注重實驗過程的完成，不重視數(shù)據(jù)處理，不能分辨數(shù)據(jù)好壞，不能理論聯(lián)系實踐。例如直剪實驗中，實驗土樣為黏性土，但學(xué)生可能會整理出黏聚力為0甚至為負值的數(shù)據(jù)，對這些指標缺乏簡單的判斷意識。有些學(xué)生根據(jù)實驗記錄的數(shù)據(jù)并不能完整或正確地得到實驗?zāi)康乃枰闹笜?，但還是提交了實驗報告而不主動回頭檢查錯誤原因，認為其完成了實驗過程，達到了實驗?zāi)康?。因此，這樣開展的土力學(xué)實驗教學(xué)過程并不能充分培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)和工程意識，也不利于培養(yǎng)學(xué)生綜合分析實驗數(shù)據(jù)和解決實際問題的能力。

二、基于卓越工程師角度的教學(xué)改革措施

針對上述討論的幾點土力學(xué)實驗教學(xué)中的常見問題，結(jié)合卓越工程師人才培養(yǎng)的基本要求，提出了如下幾個方面的教學(xué)改革措施。

（一）自主式實驗?zāi)Ｊ?/p>

以往的土力學(xué)實驗受制于教學(xué)計劃學(xué)時要求，指導(dǎo)教師一般需要在固定的時間內(nèi)完成實驗講解演示、學(xué)生實驗指導(dǎo)，這其中加上學(xué)生實驗過程中的一些誤操作，留給學(xué)生自由實驗的時間其實很緊張，會造成學(xué)生敷衍了事。通過自主式實驗?zāi)Ｊ剑D(zhuǎn)變教師教學(xué)主體地位，在充分理解實驗指導(dǎo)書后由學(xué)生自主設(shè)計實驗方案（包括實驗?zāi)康摹⒎椒?、步驟、儀器、要求），學(xué)生在預(yù)定的時間進入實驗室進行土樣制備，給予充足時間進行儀器的熟悉、拆裝、調(diào)試，自主完成實驗項目并進行數(shù)據(jù)整理分析、測試指標正確性判斷。在遇到無法解決的問題時可以向教師求助，最終由教師審核實驗報告。通過這一模式，學(xué)生不僅熟悉了土工測試儀器，而且對測試過程方法熟記于心，發(fā)揮了學(xué)生作為一線工程技術(shù)人員的作用，提高了其工程實踐能力。

（二）優(yōu)化實驗內(nèi)容，增設(shè)綜合性設(shè)計性實驗

傳統(tǒng)的土力學(xué)實驗以滿足土力學(xué)課程中基礎(chǔ)性或驗證性實驗教學(xué)為主，很少開設(shè)綜合性、設(shè)計性實驗項目，隨著高校實驗室建設(shè)的不斷投入，將有條件開設(shè)此類實踐項目，可以從更高層次訓(xùn)練學(xué)生的實驗技能。綜合性設(shè)計性實驗的目的和要求及實驗條件可以事先指定，學(xué)生在教師指導(dǎo)下自行設(shè)計實驗方案并加以實施。在此過程中，實驗?zāi)康氖敲鞔_和唯一的，但實驗方案是可以多樣化選擇的。

同時，在該環(huán)節(jié)的教學(xué)過程中還可以讓學(xué)生熟悉不同行業(yè)規(guī)范對同一項實驗指標測定方法的差異，突出工程實際，強化學(xué)生的工程規(guī)范意識。例如，對于土體的液限測定，我國《土工試驗方法標準》《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》《公路土工試驗規(guī)程》等行業(yè)規(guī)范的規(guī)定均不相同，綜合性或設(shè)計性實驗是需要讓學(xué)生考慮為何不一致，實際工程中如何使用等問題，并總結(jié)其中的規(guī)律。學(xué)生畢業(yè)后不管去交通行業(yè)、建筑行業(yè)或水利行業(yè)，至少對各行業(yè)的規(guī)范能有初步認識，同時培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。

（三）開展土力學(xué)創(chuàng)新實驗，培養(yǎng)創(chuàng)新能力

圍繞土力學(xué)學(xué)科的創(chuàng)新實驗可以從兩個方面開展，一方面是學(xué)生結(jié)合自己的學(xué)習興趣，以大學(xué)生實踐創(chuàng)新訓(xùn)練項目為基礎(chǔ)開展相關(guān)的實驗項目；另一方面是結(jié)合教師的科研項目或社會橫向課題開展此類實驗。比如，結(jié)合區(qū)域性土的研究可以開展系列高壓固結(jié)實驗、回彈再壓縮實驗、蠕變實驗等，學(xué)生可以掌握不同應(yīng)力狀態(tài)下土體的壓縮性狀，并熟悉相應(yīng)指標的獲取方法。此外，基礎(chǔ)較好的學(xué)生也可以自主研發(fā)相關(guān)的土工測試儀器并申報專利，這樣既開拓了學(xué)生的創(chuàng)新能力和研究能力，也能使學(xué)生取得更多的實際成果。

（四）改革考核方式，健全評價體系

對于一般工科院校來講，土力學(xué)實驗課程不但要培養(yǎng)學(xué)生的實驗動手能力，更主要是培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)能力。因此土力學(xué)實驗課程的考核評價體系應(yīng)在注重學(xué)生基本知識和基本技能學(xué)習的基礎(chǔ)上，鼓勵學(xué)生對實驗過程中獲得的指標進行合理性判斷與分析，考核評價應(yīng)考慮到學(xué)生的反饋，改變傳統(tǒng)的“出勤+實驗+報告”評價模式，這也在無形中使學(xué)生能積極思考，促使學(xué)生提高分析問題的能力。

隨著我國卓越工程師培養(yǎng)計劃的推廣實施，土木工程專業(yè)的人才培養(yǎng)目標將更加注重工程實踐。土力學(xué)實驗在土力學(xué)學(xué)科中占有重要地位，土力學(xué)實驗教學(xué)的改革對學(xué)生工程素質(zhì)和能力的培養(yǎng)關(guān)系重大。本文對土力學(xué)實驗課程的特點和諸多問題進行了分析，從卓越工程師人才培養(yǎng)的要求出發(fā)對該課程的教學(xué)改革進行了有益的探索。在土力學(xué)實驗教學(xué)過程中，教學(xué)工作者應(yīng)以學(xué)生工程實踐素質(zhì)及創(chuàng)新能力培養(yǎng)為中心，為學(xué)生今后從事土木工程專業(yè)技術(shù)工作打下良好的基礎(chǔ)，從而真正實現(xiàn)高等院校卓越工程師教育培養(yǎng)計劃的目標。

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