土力學綜合性實驗教學探索與實踐*

徐根洪

0 引言

土力學是一門實驗性很強的學科,土力學實驗與土工測試技術在工程實踐中十分重要,土力學中的很多基礎理論是通過試驗建立的,土工實驗為土力學理論的發展提供了重要的依據[1]。土力學綜合性實驗的設計與開設是減少土力學實驗課中的一些驗證性實驗,將以往零散單一的實驗構成實用性強的綜合性實驗。通過改進實驗類型、開設方式,讓學生明確土物理力學性質的復雜性;鍛煉和提高學生動手能力、操作技能,啟發學生創新思維,為培養應用型的專業技術人才打下良好的基礎。

1 土力學實驗課的特點

土是自然界中性質最為復雜多變的物質之一。土力學實驗課有兩大特點:1)其不同于其他單純驗證性實驗,每一個實驗項目都是實際工程中必做的項目,其實驗結果可直接應用于工程設計和施工。2)每個實驗項目雖有其各自的獨立性,但從總體上看又是環環相扣、密切相關的[2]。土力學實驗教學著重培養學生運用已學到的知識,獨立分析、解決工程實際問題的能力、探索創新能力以及組織、管理等綜合能力。

2 土工實驗教學現狀剖析

2.1 不完整的實踐環節削弱學生的認知能力和操作水平

由于采取分散開設,每個實驗項目均安排兩個學時,使部分實驗項目在規定的時間內難以完成。對此,實驗教師往往在課前先做大量“準備”工作,如顆粒分析試驗、擊實試驗、直剪試驗等,實驗前就先配好懸液,準備好土樣和待剪試樣,在課堂上只能進行幾個環節的操作,學生對實驗的整體性、連續性不了解,做完一個實驗學生不但對實驗原理一知半解,甚至對實驗的內容也不知所以,不利于學生認知能力和操作水平的提高。

2.2 分散實驗的數據不利于培養學生綜合分析能力

土力學驗證性實驗項目一般都是驗證某一章節范圍內的理論,采取比較分散的開設方式,割裂了課程理論知識之間各部分知識之間的聯系。這種根據理論課的講授進度,將數個實驗項目穿插到理論教學過程的方法,一次實驗只能測得一個試樣的某個物理力學性質指標,而該試樣的其他指標還需等待下一次實驗項目中測得[4],而實際上由于打開的土樣不易原狀保存等原因,多數情況下該樣的其他指標被放棄。而學生很難把一個試樣經多次課測得的多個指標綜合起來,全面分析,因而各實驗項目之間的聯系嚴重脫節。若實驗室為各次實驗課準備的試樣土質不一致的話,更會使各實驗項目的結果之間缺少連續性,不利于培養和提高學生綜合分析實驗數據的能力。

2.3 以教師為主體的教學方式不利于培養學生的獨立思維能力

教師設計好的實驗常將學生的思路局限在實驗現象的觀察上,而缺乏對細節和意外現象的關注,這種習慣對今后從事科學研究和新事物的探索非常不利。學生只要機械地按操作步驟和要求做完實驗就能獲得實驗結果,實驗過程中學生始終處于被動的學習狀態,這既不利于培養學生的思維能力和綜合能力,也不利于提高學生學習的主動性和積極性。

3 綜合性實驗的體現

3.1 實驗類型及時間調整

土力學綜合性實驗是建立在驗證性實驗的基礎上,是土力學實驗中有一定內在聯系的實驗組成。我們將目前的實驗類型進行調整,見表1,可以看出,調整前實驗類型全部屬于驗證性實驗,而調整后只保留了2個驗證性實驗,其他的與增加的三軸壓縮試驗則整合成一個綜合性實驗。綜合性實驗時間,可采取集中在某一段時間內進行或全天開放實驗室,讓學生自主選擇實驗時間。

表1 實驗類型調整前后對比

3.2 實驗的設計和方法

1)設置一個具有綜合性的題目。如:××工程巖土測試成果及分析。指導教師給出實驗方向、實驗室現有的設備儀器及其技術指標,從土樣的制備到方案設計、實驗分析試劑的配制、儀器操作和各實驗項目的分析,由學生自己完成,充分發揮學生的主觀能動性,使之將所學的專業理論知識用于實踐中。然后根據實驗數據寫一篇綜合性的實驗報告。

2)分組實驗。對實驗班級進行分組,全班分成3個大組(以45人為例),每個大組又細分成3個小組,每個小組4人～5人,每組選出一名組長作為與教師的聯系人,班長任總負責,一個大組做同一個檢測區域的不同樣品的平行實驗,3個大組各抽取工地一個區域的土樣。

3)實驗項目內容。土力學綜合實驗項目由學生從常規的土比重試驗、含水量試驗、界限含水率試驗、固結試驗等單項實驗自選交叉進行,然后在各項試驗成果之間進行校核。

4)實驗室開放和管理。為適應綜合性實驗的要求,實驗室對學生進行開放,對于在課內未完成實驗的學生,可在課余時間在實驗室繼續完成實驗,若采用學生自主選擇實驗時間,則需全天開放實驗室,配備好指導教師,制定有效的管理方法。

5)實驗成績的評定。取得實驗數據后,要求學生對實驗數據進行整理分析、討論,獨立完成實驗報告。報告的內容須包括實驗的原始記錄和計算圖表,按綜合性實驗的要求寫出完整的實驗報告。教師在評定實驗成績時,主要根據學生的報告質量和所得出的實驗結果綜合評定成績。

4 有效指導

1)指導教師對項目的認識。首先指導教師應向地質勘察單位咨詢,明確待測土樣工程的項目性質,通過野外鑒別,基本掌握有關土的特性,搞清楚該工程測試項目的實踐作用,在數據處理中可能采用哪幾種計算方法,這些方法需要用哪些性質指標等,實驗前向學生介紹。有條件將學生帶到勘察施工現場,實地了解有關土的性質,增加學生的感性認識。

2)學生實驗準備的檢查。實驗指導教師在實驗前要檢查學生的實驗準備情況,提出與實驗要求相關的問題,或直接抽查學生的實驗準備資料。教師從中可以掌握學生的實驗意圖,在實驗前保證學生對實驗內容的理解。

3)解決問題,不包辦代替。綜合性實驗學生有機會參與每個實驗的全過程。教師對學生提出的問題和遇到的困難給予必要的幫助,但不具體參與到學生實驗中去。這既鍛煉了學生的動手能力,又使他們對整個實驗全面系統的了解,激發學生的實驗創新思維。

4)重視實驗成果綜合分析。實驗結束后給學生以充裕的時間分析、討論實驗數據,尋找一些內在的聯系和規律。有時存在實驗結果與理論不吻合,指導教師應告知學生嚴格尊重實驗數據,然后分析原因。總之,教師要有一定的開放性思維,要求學生重視實驗成果綜合分析,這是實驗中不可忽視的,也是綜合實驗教學能力培養的關鍵所在。

5 結語

1)確立素質教育,培養應用型人才的思想。大膽創新,突破傳統的教學模式,在教學內容的設置和形式上進行大膽改革,才能使綜合性實驗教學取得良好的效果;

2)為了適應綜合性實驗教學的需要,必須開放實驗室及制訂相應的實驗室管理制度,這樣才能保證綜合性實驗的順利進行;

3)綜合性實驗教學對指導教師提出了較高的要求,實驗教師必須具備工程實踐知識和牢固的實驗技能,在指導過程中教師需要有高度的責任感和敬業奉獻精神;

4)綜合性實驗,給學生獨立設計和完成一個實驗提供平臺,可增強學生動手能力及分析解決問題的能力,能使學生受到一次科學實驗全過程的訓練,體驗科學實驗的嚴謹性和奉獻性,為實現我校“高級應用型人才”的培養目標而踐行。

[1] 侍 倩.土工試驗與測試技術[M].北京:化學工業出版社,2005.

[2] 秦植海.土力學與地基基礎[M].北京:中國水利水電出版社,1998:3-10.

[3] 孫曉明.土力學實驗課程教學方法的研究與改革[J].黑龍江教育,2006(11):59-60.

[4] 李蘭英.對土力學實驗課開設方式的探討[J].河北工程技術高等專科學報,2004(2):59-60.

[5] 繆林昌,經 緋.大土木工程類土力學教學改革思考與實踐[J].東南大學學報,2009,11(sup):255-257.

[6] 時 偉,章 偉,董 攀.“土工實驗課”改革的探索[J].中國冶金教育,2007(2):36-38.

[7] 胡沈榮,曹雨麗,陳 宏.實驗室開放模式的探討[J].高校實驗室工作研究,2007(2):62-64.

[8] 姜 兵,何建平.開放“土力學”實驗室創新實驗的教學改革研究[J].實驗科學與技術,2006(3):72-74.

[9] 李 利,張 麗,萬瑞義.加強課程建設與實驗教學改革的幾點探索[J].東北電力學院學報,2004,24(5):55-58.

[10] 譚麗娜,曾長女.土力學綜合性實驗教學探討[J].河南農業教育版,2008(2):28.