土力學實驗教學現狀與加強學生應用能力的初步探索

林瑋　肖專文　鄭志華

[摘 要] 為滿足當前工程對學生實踐能力的要求，基于土力學實驗教學的特點，對防災科技學院巖土工程勘察專業等多個專業的本科學生進行土力學實驗方面的問卷調查，并對本校土力學實驗現狀加以分析。在此基礎上，從實驗課的開課形式、教學內容、教學方法、考核手段及校所合作平臺建立等方面提出了初步的改革措施，有望提高土力學實驗教學效率和質量，激發學生興趣，加強學生的應用能力。

[關鍵詞] 土力學實驗；動手能力；教學改革

[中圖分類號]G642 [文獻標志碼] A [文章編號] 1008-2549（2017） 04-0018-02

土力學課程是土木工程、勘查技術與工程等專業本科生開設的必修專業基礎課程，具有較強的理論性和實踐性，是涉及建筑、公路、鐵路、水利、港口、機場等學科的一門重要課程。它的原理及理論發展都是建立在實驗基礎上的。所以土力學實驗教學就是土力學教學中的一個重要組成部分。它有助于學生對土力學知識的掌握和理解。近年來，各研究院所、設計院、施工單位對學生的要求越來越多的側重于動手能力、分析解決問題的能力。如何能通過土力學實驗課程的教學來達到用人單位的需求則是值得探索的問題。

一 土力學實驗教學的現狀與問題

1 實驗教學不受重視，課時偏少

土力學實驗課程目前安排8個學時的課時。課時偏少就會產生以下弊端：（1）實驗課時有限，能安排的實驗內容就不夠全面，比如像靜三軸實驗、擊實實驗等需要大量時間完成的實驗就無法安排。（2）即使安排在實驗課時內的內容有些也會采用縮短觀測時間，模擬實驗過程的方法來做，比如粘性土的固結實驗；有些實驗需要制備試樣的，基本都有教師提前完成。學生在實驗過程中沒有完成全部的操作過程，因此學生對整個實驗需要的過程掌握不全面。

2 “分散式”教學模式的設定

目前土力學實驗課程的教學安排采用的模式是分散在整個理論教學過程當中，即根據理論課的授課進度，將幾個實驗項目穿插在理論教學當中，例如講完土的物理性質指標，即進行顆粒分析，含水率等實驗。這樣做可以及時和理論課程內容結合，但是卻割裂了各個實驗項目之間的聯系，由于每次實驗間隔時間較長，所以每次實驗都是單獨取樣，得到的指標并不是同一土樣，使學生無法對各指標之間關系進行分析，不利于對知識的整體認識和思考，比如含水率有差別的同類土體在強度上的差別如何？同時學生畢竟是第一次進行各項實驗，在規定的兩個小時內不一定能合格的完成，比如液塑限實驗，需要在整個實驗過程中調配出不同的含水率試樣進行實驗，這一過程需要做到調制的試樣均勻，在規定的有限時間內有的學生不一定能夠做到位，匆匆結束實驗。這樣起不到任何增強動手能力的作用。

3 實驗教學內容不能滿足應用性的要求

目前我校土力學實驗主要開始顆粒分析實驗（篩分法）、密度試驗、含水率實驗、液塑限實驗、固結實驗、直剪實驗（快剪實驗），基本上以驗證性實驗為主實驗內容相對落后，與工程實際連接不緊密。嚴重影響學生的積極性，也不利于增強學生分析問題和解決問題的能力。

4 教學手段相對落后

我校目前土力學實驗教學階段大致如下：（1）課前預習階段——學生按照實驗指導書及下發的視頻進行相關實驗的預習，并完成預習報告；（2）課堂講解階段——教師講解儀器使用方法、注意事項，示范重要實驗過程；（3）學生實驗階段——分組完成相關實驗，教師輔助指導；（4）處理數據階段——學生獨自進行數據處理，完成實驗報告。

這種教學方式就要求學生首先預習工作要完成的好，這樣才能對實驗過程有了解。但現在的實驗是分組進行，有些同學預習工作做得不好，有些同學都指望著同組學生預習。預習不好，教師就要再花時間進行講解，講解的時間多了，留給學生自己動手做實驗的時間就會變少。分組實驗中也存在不動手實驗的現象，數據處理時由于同組實驗結果相同，也存在抄襲現象。

5 實驗考核機制不健全

目前我校的土力學實驗課程是土力學課程的一部分，不是單獨設課，實驗成績不做單獨考核，只是把實驗成績當作理論課平時成績的一部分。并且目前的實驗成績主要是以實驗報告內容作為體現，對學生的動手能力及遇到問題解決問題的能力方面沒有體現。考核機制的不完善使學生在思想上就對實驗教學不重視。

二 土力學實驗教學改革措施

1 提高實驗地位，單獨設課，單獨考核

首先從思想上先要轉變，土力學實驗并不在是土力學理論課程的附屬品，而是提高學生動手能力的重要課程，為使學生畢業時能達到市場需求需要增加課時。其次做到單獨開設課程，把實驗課從理論課程中分離出來，采用集中開設的方式進行土力學實驗教學。這樣就將原來分散的實驗時間集中到了一起，更利于我們安排綜合性實驗，和耗時較長的實驗。比如土力學實驗中的固結實驗，實際包含了密度實驗、含水率實驗、比重試驗等相關指標測定的實驗內容，集中在一起做更能貼近實際，有利學生對實驗整體的掌握，同時多個實驗交叉進行，實際上還會節省時間，提高效率。有了集中的時間對動手能力不強的同學來說也就等于有了更多、更靈活的時間來完成實驗。最后是要完善考核機制，調動學生的學習積極性。建立綜合考核制度對學生的每次實驗從實驗預習到實驗過程操作再到實驗報告提交三個方面進行考核，考核成績達不到要求的，該科課程成績為不合格。

2 豐富教學內容，增設綜合性實驗

綜合性實驗的開設更能體現實驗在工程中的應用，實驗目的更有直觀性，學生做起來動力更足。同時與理論課程內容結合更緊密，便于理論知識的應用。比如可以增設土的分類實驗，對每個實驗小組給定不同的實驗試樣，讓學生通過顆粒分析實驗、液塑限實驗進行土樣的分類；增設擊實實驗可以使學生們掌握如何才能使土被擊的更密實，找到最大干密度等，在整個過程中還包括了試樣的制備，含水率的測定，也能使學生掌握試樣制備的要領，以往這些由于時間關系都是由老師來完成。同時更深刻的理解含水率指標的重要性；增設三軸實驗可以使學生在制備試樣時應用的密度、干密度和含水率的轉換公式，使所學理論知識得以加深印象。同時掌握三軸實驗的試樣制備、裝樣、實驗操作，數據處理等。在試樣制備的過程中還會學到如何應用實驗裝置等。

3 改進教學手段，提高教學效率

在整個實驗教學環節中學生的預習工作對實驗能否順利完成起著很大的影響作用，以往學生只按實驗指導書預習時，由于沒有和儀器接觸過所以即使預習了可能如何操作也很難清楚的理解，預習效果不一定理想。針對這樣的情況我們可以在學生預習時給學生下發實驗相關視頻，這樣學生可以在更直觀理解指導書里面所講的操作步驟等。有條件的可以建立虛擬土工實驗三維模型，學生可以在虛擬場景中隨時進入虛擬的實驗當中進行實驗操作，而且可以隨時隨地重新進入實驗，反復練習操作。

時間充足，實驗設備允許的條件下可將分組實驗改成獨立實驗，即每個學生獨立完成相關實驗，這樣可以杜絕分組實驗中存在的旁觀現象。也可以杜絕數據處理的抄襲現象。

在整個實驗教學過程中試樣的制備都要由學生自己完成，通過試樣的制備可以使學生充分了解各個實驗內容的試樣制備過程、注意事項，以及知道試樣制備好壞對實驗結果是有影響的。由各組學生制備試樣時可以讓他們制備成條件不同的試樣，這樣對相同實驗得出的不同結論可以進行分析對比。

4 搭建實驗研究平臺，加強校企合作

我系與河北中色華冠巖土工程勘察有限公司簽訂校企合作、實驗室共建協議。將企業請進大學，可以使學生或部分學生直接參與到生產單位的實際工作中，這樣既能讓學生設身處地的感受到實驗的重要性和實際性，也解決了我們實驗所需要的原狀試樣問題。再加強合作的同時也要充分發揮教師的作用，積極指導學生申請大學生創新項目，使學生主動參與進來，從而調動學生參加科研活動的積極性，以培養學生的創新能力。

5 合理利用資源，建設開放型實驗室

建設開放型的土力學實驗室有兩大好處：（1）雖然教學形式改成集中教學，課時增長，但學生動手能力不一，在有限時間內也不一定可以完全理解掌握，那么學生可以在合適的時間再來實驗室進行實驗。（2）土工試驗內容很多，在課堂上的安排是不可能把所有實驗項目都包含在內，對學有余力的學生，可以自己參照實驗規范預習完內容，來實驗室完成課外實驗內容。

三 結語

土力學實驗室是土力學課程內容中的一個重要組成部分，如何才能提高學生的動手能力和創新能力來滿足日后的工作需要已成為迫切需要解決的問題。通過對實驗課教學模式、教學內容、教學手段及實驗室管理等多個方面的改進來全面提高學生的動手能力和創新能力，更好地使學生適應社會發展的需要。

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