轉型高校“土力學實驗”課程教學改革與實踐

唐東旗 李棟棟 汪留松 張成興 徐進

摘要：隨著國家對新建地方本科高校改革推進，以建設應用型為主的大學生培養(yǎng)要求，原有的土力學實驗的教學方式、目標都已不能適應新形勢、新需要。為此，在總結現有教學過程中存在的問題的基礎上，從課程實驗大綱修訂、項目帶動、實驗室開放等方面進行改革，培養(yǎng)學生的自主創(chuàng)新能力。

關鍵詞：土力學;實驗;教學改革

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）40-0100-02

土力學是大土木（房屋建筑、道路橋梁、地下空間、巖土工程等）專業(yè)的一門專業(yè)基礎課程，主要研究土的基本物理力學性質及其實際應用的一門科學，它的很多基本概念和原理都建立在“土力學實驗”基礎之上[1，2]，因此實驗是土力學教學的一個重要環(huán)節(jié)。2013年許昌學院響應教育部和河南省的號召，積極進行轉型發(fā)展，面向地方進行應用型、技術型改造，把理工科應用性專業(yè)作為學校著力發(fā)展的方向，學校與省教育廳和許昌市政府簽訂了省地共建許昌學院，使許昌學院成為河南省第一所省地共建高校。為了體現學校提出的應用型大學的發(fā)展目標，原有的土力學實驗教學方式、培養(yǎng)目標都要進行改變，作為一門專業(yè)基礎課程，其基本原理和方法都對后續(xù)課程的學習有重要的指導作用，培養(yǎng)學生的實踐能力、創(chuàng)新能力已成為時代的要求[3]，因此，“土力學實驗”課程的教學改革勢在必行。

一、原土力學實驗課教學存在的問題

1.實驗基礎設備投入不足。過去學校對土力學的實驗設備的投入不足造成實驗分組少，10個以上的同學分為一組，1～3個同學動手，其余多數同學在旁邊看，有的由于不能擠到前面甚至在做其他事情，這樣大多數同學的動手操作實踐能力明顯不足，實驗效果很難達到預期效果。由于一組有太多同學，同學們在提交實驗報告時，實驗數據處理過程和結果都一樣，造成沒有做實驗的同學只有抄襲做了的同學，使得這部分同學不但不了解實驗的內容和方法，也無法鍛煉其在實驗過程中發(fā)現問題、解決問題的能力。

2.師資力量不足。由于土木類專業(yè)就業(yè)較好，因此，這些年土木類專業(yè)在每年的招生中都突破招生限額，并且在進校后還有部分同學轉到土木類專業(yè)來。每年大量的招生學生數量，造成師資力量嚴重不足，許昌學院土木工程學院作為新成立院系，師資力量極為短缺，也沒有專門的實驗教師，這造成課堂教學和實驗教學為同一名教師，受精力和班數多、學生多所限，導致分組數量少，每組人數過多，達不到實驗教學的目的。

3.學生對實驗的重要性認識不足。學生對實驗課程的重要性認識不夠，實驗的目的性也不明確[4]。很多同學在做實驗之前沒有對即將進行的實驗項目進行預習，甚至不知道要做什么實驗，只是跟著來到實驗室。完全要老師在實驗室現場講授每個實驗項目的目的、基本原理、儀器的使用，并且學生不知道如何處理實驗得到的實驗結果，這要求教師對每一個實驗項目都進行現場操作演示，即使這樣，還有部分同學在上課時注意力不集中，造成完全按照實驗指導書的內容來做實驗的現象。這種現象造成對所做實驗的認識較為膚淺，也達不到實驗教學的目的。

4.實驗項目設計一成不變。現有的實驗教學完全按照教學大綱要求的含水量、密度、液限、塑限實驗、擊實實驗、固結實驗、快速直剪實驗等驗證性實驗項目。這些基礎性實驗與工程實踐及科研課題中的實驗項目有很大差別，學生僅僅會做一些基本的實驗，對于根據實際工程需要所進行的實驗項目較為茫然，也無法培養(yǎng)其創(chuàng)造與創(chuàng)新能力。同時，由于這些基本實驗設備除了讓學生進行實驗操作外，基本長時間處于閑置狀態(tài)，設備的利用率較低，同時也造成了學校的固定資產的無形浪費。

5.教學方法有待改進。傳統(tǒng)意義上的實驗教學方法是重演示、輕操作，重操作、輕原理，重結果管理、輕過程管理。這也造成學生認為只要來做實驗、會操作就完成了實驗要求，其實這和培養(yǎng)方案的要求背道而馳。這也使得很多同學只能默默做實驗，為了做而做，并不知道其用處何在，為什么要做，不知道在做的過程中需要注意的事項有哪些。實驗本是項非常嚴謹的工作，但部分同學認識不夠，這就需要在教學上不但要教會學生如何做，更要教會學生為啥做。

二、適應新形勢的實驗改革

1.教學大綱的修訂。為了適應新形勢的需要，有必要對教學大綱進行修訂，在保留原有基礎性實驗項目的同時，同時把一些原來相對獨立的實驗項目進行融合，如土的含水量、密度等項目融合到液限、塑限以及擊實實驗中。增加一些綜合性、應用性較強的實驗項目，如十字板剪切試驗、K0試驗、三軸壓縮實驗、滲透實驗等。這就要求教師首先要具有這類實驗的基本原理和操作技能，以及對后期實驗數據的處理能力，主要通過進行師資培訓、進修等來彌補。同時還要具備必要的實驗設備，為此，根據學校對土木工程學院的巨大投資（新建土木工程實驗中心、購置新型儀器設備）購置了一批具有國內先進水平的儀器，既滿足了學生基本實驗和創(chuàng)新實驗的需要，同時也為教師科研打下基礎。為提高學生培養(yǎng)質量和實驗效果，加入了土體靜力觸探實驗、十字板剪切實驗等綜合性較強的實驗，同時針對部分優(yōu)秀的學生，讓他們積極參與到教師的科研課題中以得到進一步的鍛煉。

2.采用項目帶動機制。為了適應轉型發(fā)展的需要，學校從2014年開始設立大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，所有的在冊大學生都可以進行申報，申報時必須以科研小組的模式來申報，并有部分的經費支持，學生在申報成功后，需要自己設計實驗方案，通過科研指導老師的審核和指導進行實施。這類項目極大調動了學生自主進行創(chuàng)新性實驗的意識，同時也培養(yǎng)了一批具有初步科研能力的大學生。此外，根據教師科研需要，吸收一部分優(yōu)秀大學生參與教師科研中與實驗相關部分的工作，學生在參與過程中，既鍛煉了科學思維能力，同時也了解了本學科前沿動態(tài)，學習新方法、新技術，開闊學生的思路和視野。當前已采取讓部分做論文的畢業(yè)生必須依托指導教師的科研項目來做，讓老師親自參與到試驗項目的指導中來，確保試驗過程和試驗結果的合理性。

3.建立開放性實驗室。實驗室對同學們開放，滿足同學們的求知欲，對提高實驗教學質量有明顯幫助。采用開放實驗室后，學生可以利用自己的課余時間，根據自己的興趣愛好進行實驗設計，充分發(fā)揮學生的想象能力，對在生活中所見到的一些自然現象，在實驗室找到解決的辦法。通過開放實驗室，學生可以把對科學研究興趣變成自己將來的追求目標，對學生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)有巨大幫助。同時，也提高了實驗儀器設備的利用率。

開放將采用在實驗中心統(tǒng)一管理的模式下進行，在開放時間上采用定時開放、預約開放和隨時開放，每一種開放方式都需要學生提供實驗方案，經過實驗中心允許后進行。

4.建設實驗教學視頻。隨著多媒體技術發(fā)展，實驗教學視頻技術能夠讓學生在實驗預習時充分了解整個實驗的過程，不至于在實驗開始時手足無措。部分教學項目受實驗場地條件限制和理論性比較強的特殊性實驗項目完全可以通過視頻進行演示，這類實驗項目開展也有利于學生擴展其知識面。同時，各類實驗項目通過視頻演示也能讓學生對實驗目的、原理和操作步驟產生初步認識，也有利于避免在實際操作時產生各類問題。為加強土力學實驗教學效果，該課程已經在建設其網絡課程，在網絡上既有大綱、指導書、需要注意的問題、作業(yè)等，也有相關的教學視頻，方便同學們預習和回顧實驗過程。

三、實驗成績考核方式改革

目前，土力學實驗是作為一個獨立課程來進行安排，16學時，1個學分。我院土力學實驗主要開設的實驗項目有含水量、密度、土的擊實實驗、液塑限實驗、土的固結實驗，以及土的抗剪強度實驗、十字板剪切實驗、靜力觸探實驗等8個實驗項目。過去的教學和考核方法為教師在實驗室先對要做實驗的目的、原理以及在工程當中的應用講解清楚，讓學生知道該實驗有什么用處，然后進行演示操作過程及注意事項。學生根據老師演示和實驗指導書自行完成實驗全過程，并撰寫實驗報告，指導教師根據學生實驗報告的完整性和正確性評定成績，成績?yōu)槲寮壷疲簝?yōu)秀、良好、中等、及格和不及格。這類評定方法并不能反映學生對實驗的理解和操作方法的正確與錯誤，現在采用的是對實驗小組進行考核，考核小組成員對實驗的理解和實驗操作能力，采用隨機抽取每組學生的方式進行，如果所抽學生不清楚實驗目的和操作要領，不能自行完成實驗，則該小組的所有成員的成績均不及格，根據實行的結果來看，極大地調動了學生的積極性，學生主動到實驗室進行實驗項目操作，也達到了實驗教學的目的。

四、轉型期的土力學實驗

土力學實驗是土木工程相關專業(yè)的一門基礎課程，工程實踐性很強，而學校轉型為以理工為主的應用型高校，更加重視基礎實驗室的建設，這也為土力學實驗的開展提供了良好機遇，實驗室的硬件和軟件配置也在逐漸完善。借助學校轉型發(fā)展的東風，學院聘請了企業(yè)有豐富實踐經驗的人員擔任學校相關專業(yè)的兼職教授，為學生實驗提供了與實踐緊密接觸的指導老師，并且還能讓學生到現場了解各土層的實際情況，把工程實踐和課堂教學有機結合起來。

注：許昌學院土木工程專業(yè)為河南省普通高等學校本科工程教育人才培養(yǎng)改革試點。

參考文獻：

[1]盧廷浩，朱俊高.土力學與巖土工程教學研究[C].第二屆全國土力學教學研討會，2008.

[2]崔海弘.開放土力學實驗室創(chuàng)新實驗的教學改革研究[J].實驗科學與技術，2006，（3）：72-74.

[3]婁國充，王樹棟，葉朝良.土力學實驗教學改革與教學模式研究[J].石家莊鐵道大學學報：社會科學版，2009，3（2）：106-108.

[4]傅旭東，鄒勇，雷衛(wèi)民，等.土力學課程實驗教學改革與創(chuàng)新人才培養(yǎng)[C].第三屆全國土力學教學研討會，2011.