基于工程教育認證的土木工程模型試驗教學探索

丁九龍+黨發寧+徐文娟

摘 要：工程教育認證引導和推動實踐教學的改革，文章針對土木工程專業理論與工程實踐并重的特征，將與工程實踐緊密結合的模型試驗引入土木工程專業實踐教學體系中，并以土力學實驗教學為例進行分析，彌補現有課程體系中試驗內容與工程實際結合不緊密的缺失，并對土木工程實踐教學進行改革。模型試驗教學強調以學生為中心，提高學生應用知識的能力、團結協作能力和學習能力，并為學生的長遠發展奠定良好的科學研究與工程實踐基礎。

關鍵詞：工程認證；實踐教學；土木工程

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2017）11-0011-02

一、專業認證下土木工程實踐課程的特點

我國于2013年被接納為《華盛頓協議》簽約成員。表明我國工程教育的質量得到了國際社會的認可，標志著我國工程教育及其質量保障邁出了重大步伐[1]。高等教育專業認證是新形勢下國家加快世界一流大學和一流學科建設的重要組成部分[2]。國內高校紛紛以專業認證為契機，加快自身學科建設與專業建設。土木工程專業評估依據的是《全國高等學校土木工程專業評估（認證）文件》，在相關文件的專業目標中分別從知識、能力、素質三個方面對教學過程提出要求，特別是能力和素質的培養離不開實踐教學，提出具有解決實際工程能力與具備土木工程師的基本素質，在人才培養過程中更加注重對學生實踐能力的訓練與培養。實踐教學是完成這一要求的重要教學環節，工程教育認證把對實踐教學環節的考查放在突出位置，培養學生的工程應用能力。

本文以土木工程專業中重要的一門專業基礎課程土力學為例進行分析，土力學是土木工程、水利水電工程、地質工程和采礦工程等工科專業的一門非常重要的專業基礎課[3]。土力學課程中的滲流理論、變形理論及強度理論三大基本理論都是從工程實踐中提煉總結而來的。可見，土力學具有很強的工程實踐背景。因此，在土力學教學中，需要土力學理論與實驗相結合，特別是與工程實踐相結合，增強學生對土力學工程實踐意義的認識。

現有的土力學試驗課程大多按照土的密度、含水率、液塑限、滲透、固結及直接剪切試驗進行安排。而以上試驗項目之間沒有較好的連貫性，造成學生無法有效地對以上試驗數據進行綜合分析和應用，對于土力學的工程應用缺乏較為全面的理解。同時，現有的試驗均是對土力學中重要理論進行驗證，缺乏對土力學中理論的工程應用類試驗，造成學生的學習興趣不高，不利于其對土力學的基本概念及原理的掌握。這種脫離工程背景的教學方法，造成學生對試驗指標在工程中的應用缺乏了解。雖然上課時給學生強調一些指標工程意義，但是，缺少與土力學的應用如擋土墻、土壓力及地基承載力等土力學的應用相關內容的試驗。無法發揮學生主觀能動性，也不能很好地培養學生工程分析問題及解決問題的能力。

二、基于工程認證教育的模型試驗教學現狀

新形勢下工程教育強化實踐教學環節，注重學生知識、能力、素質協調發展，使得原來的教學模式發生轉變：從知識課堂向能力課堂轉變、從重學輕思向學思結合轉變、從重教輕學向教主于學轉變[4]。為了適應工科教育的改革的趨勢，目前工科類高校積極參與工程教育專業認證，在工程教育認證中遵循三個基本理念：成果導向、以學生為中心、持續改進。這些理念對引導和促進專業建設與教學改革、保障和提高工程教育人才培養質量至關重要[5]。而目前的土力學試驗的安排，以土力學教師為中心而不是以學生為中心，不符合工程教育專業認證的要求，特別是土力學試驗安排中并沒有把土力學的應用引入到土力學實驗教學中，對學生的工程能力的培養與提高作用不強。在工程教育認證要求中強調的是知識整合而不是知識割裂。傳統土力學試驗中只強調某個物理力學性質指標，實際上是將土力學整個知識結構體系被人為地切割成了一些小的單元，每個單元成為一個相對獨立、界限清晰的知識單元，這些知識單元之間的聯系被弱化了，學生的學習往往是“只見大樹，不見森林”。而工程專業認證下的工程教育強調知識的整合，是以知識（能力）結構出發反向設計，使課程體系支撐知識結構，進而使整個課程的學習都與知識（能力）結構相呼應，進而使學生對整個土力學課程體系有宏觀的把握，使得能力與知識協同提高[6]。因此，為了滿足新形勢下工程教育專業認證對學生發展的要求，對土力學試驗教學進行改革，增設基于設計型綜合性的模型實驗，增強教學內容的實踐性和創新性，以滿足工程教育認證形式下對工程教育實踐環節所提出的新的要求。

正常的土力學試驗課程外通過開放式試驗或大學生創新試驗的方式引入土力學模型試驗教學，通過設定一定的研究方向，引導學生查閱文獻，了解要研究的課題，并在試驗前進行分小組總結匯報，然后結合已有的模型試驗設備，制定相關實驗方案，共同完成教學任務和目標。在整個過程中，學生根據土力學課程理論，以學生為中心，以所要解決的實際問題為導向，以試驗教師為指導的方式進行。滿足工程教育專業認證的成果導向、以學生為中心、持續改進的要求。

三、土木工程模型試驗教學的改進策略

試驗類課程的目的不僅僅是讓學生對課程核心理論的加深掌握，還在于培養學生的獨立思考能力、創新能力和工程實踐能力，為學生的后續發展奠定良好的專業基礎。改變目前試驗教師講解、演示，學生比貓畫虎的以教師為中心的教育模式，建立以學生發現問題、收集資料與信息、制定方案、解決問題的以學生為中心的試驗教學模式。在此過程中學生的能力與知識協同提高。本文以自主研制擋土墻—地基承載力綜合試驗儀開展模型試驗為例。

為了對在土力學中有著重要工程應用的擋土墻土壓力理論與地基承載力理論進行直觀的研究，開發了一套土壓力地基—地基承載力聯合模型試驗儀。

圖1 土力學綜合應用試驗儀原理圖

在這個儀器中，左側動力裝置及測量裝置，與常規直接剪切試驗中動力與測量類似，地基承載力加載裝置與固結試驗中固結儀中荷載加載裝置類似。通過對學生介紹儀器的過程中引導學生將前期所做的土力學中固結試驗和直接剪切試驗儀器的原理進行回顧，在此過程中引導學生將知識與能力的遷移運用，鍛煉了學生的聯想與知識遷移運用的能力。endprint

在進行模型試驗前，以常見與土力學中擋土墻破壞和地基變形的工程事故為切入點，如高速公路擋土墻破壞實例、地基不均勻沉降實例，引導學生查閱相關文獻資料，分小組將和工程事故相關的土力學擋土墻破壞與地基承載力破壞機理查出，并利用土壓力—地基承載力聯合模型試驗儀根據機理演示出不同類型土壓力下擋土墻的應力與所產生的破壞形式和地基上的應力超過其承載力下所產生破壞類型。

在整個模型試驗的過程中，試驗教師拋出工程問題，學生根據土力學相關知識查閱文獻，分析可能產生的原因，然后設計模型試驗進行驗證分析，最后處理數據和模型試驗所展現的破壞規律。其中模型試驗中土的含水率的配置、干密度的設置、常規力學參數的求取如壓縮系數、壓縮模量、抗剪強度等，由教師輔助，學生為主體進行的。此綜合實驗避免了將土力學知識通過單個試驗分割，有效地將知識體系連接起來，注重了課程知識的整體性和整合性。在整個模型試驗的過程中，以學生為中心，根據學生自身的特點與潛質以及他們在小組中承擔的角色不同，協同配合完成試驗，提高了學生的團結協作能力和解決實際問題的能力。同時在實驗過程中將學習成績不同的學生進行搭配，讓學生持續地挑戰自己，為做出成果而合作學習。團隊之間的相互協作，讓學習能力較強者變得更強，使學習能力較弱者得到提升。

為了響應工程認證教育對實踐教學的新要求，將模型試驗引入到土木工程實踐實驗教學中，教學實踐表明，以學生為中心的教學方法，對于提高學生對知識的整合、運用知識解決實際問題的能力、激發學習興趣與學習的能力、科學探索的能力及科學素養的培養都具有重要的意義，是培養創新型人才的重要途徑。

參考文獻：

[1]顧曉薇，王青，邱景平等.基于工程教育專業認證的采礦工程專業本科學生畢業要求建設[J].教育教學論壇，2015，（47）.

[2]金德水，吳朝暉.建設世界一流大學須發揮優勢彰顯特色[J].中國高等教育，2015，（22）.

[3]謝定義，陳存禮，胡再強.試驗土工學[M].高等教育出版社，2011：7-11.

[4]李志義.解析工程教育專業認證的成果導向理念[J].中國高等教育，2014，（17）.

[5]申天恩，斯蒂文·洛克.論成果導向的教育理念[J].高校教育管理，2016，（5）.

[6]李志義，朱泓，劉志軍等.用成果導向教育理念引導高等工程教育教學改革[J].高等工程教育研究，2014，（2）.endprint