基于室內模型實驗視頻的《土力學》基本理論教學方法研究

劉文化 李吳剛 孫秀麗 賈哲敏

【摘 要】《土力學》具有理論性、實踐性強的特點，《土力學》課程的課堂效果直接影響學生對土力學知識的掌握程度。本文根據《土力學》課程的特點，將室內模型實驗錄制成視頻，基于室內模型實驗錄像引出《土力學》的基本原理和理論，達到激發學生的學習興趣和改善教學質量的目的。

【關鍵詞】土力學;室內模型實驗;視頻

【中圖分類號】TU43 ? ? ? 【文獻標識碼】A

【文章編號】2095-3089（2019）18-0032-01

引言

《土力學》是土木工程學科中一門非常重要的專業課，是學生畢業后從事巖土工程相關工作時不可或缺的基礎工具。隨著我國近年來大型工程的不斷開展，對深基坑支護、超軟土地基處理以及超長隧道開挖等巖土工程問題的解決提出了更高要求，同時也對相關工程技術人員的土力學知識和基礎提出了更高的需求。因此，提高《土力學》課程的教學質量、效率以及啟發學生的創新思維，將成為《土力學》課堂教學追求的新的主題。

《土力學》的一些基本原理及理論，如達西定律、抗剪強度理論、土壓力理論等大都是通過實驗建立的。傳統的《土力學》教學對基本原理和理論的講解多采用抽象的理論介紹為主，采用教師講、學生聽、填鴨式、滿堂灌的教學方法，不能激發學生的學習興趣及熱情，不利于學生對土力學基本原理及理論的理解和掌握。通過實驗環節，可以增強學生的感性認識、動手能力、鞏固所學的理論知識，了解土力學相關指標參數測試的基本原理和技能，同時還可以增強學生思考問題、解決問題的能力。然而，《土力學》課程包含較多的基本原理和理論，若對每一個基本原理和理論均采用實驗教學的方法則會對教學課時和實驗設備及實驗室面積等提出很高的要求。這種理想與現實之間的矛盾要求必須進行《土力學》教學課程改革。

一、《土力學》室內模型實驗視頻教學的意義

《土力學》同土木工程其他專業課程一樣，具有很強的理論性和實踐性。空洞的理論教學不利于學生對基本原理的理解和掌握，學生普遍感到理論枯燥、生澀難懂、學習難度大、知識點多。而適當的穿插室內模型實驗于基礎知識點之中，通過一個真實的、具體的模型實驗引出基本原理和理論，能夠激發學生的學習熱情，培養學生分析問題和解決問題的能力，加深學生對基本原理與理論的理解，提高學生將理論知識應用于工程實踐中的能力。

課堂中通過學生自己動手進行室內模型實驗，引導學生對實驗結果進行分析和探索，引出基本原理和理論，課程效果好，但前提條件是必須要有足夠的實驗課時和先進、充足的實驗儀器設備，且實驗室面積也應達到一定的規模，這限制了該方法的推廣。因此，將部分室內模型實驗錄制成視頻，在講解每個基本原理及理論之前組織學生觀看室內模型實驗視頻，通過對室內模型實驗內容的提煉，引出科學問題并引導學生積極思考、探索，最后引出相關的基本理論和原理。一個室內模型實驗視頻突出一個主題，這樣可以使學生有身臨其境的感覺，有助于激發學生分析問題、解決問題的能力。基于室內模型實驗的土力學基本理論教學方法能夠使每個學生都充當巖土工程探索的實踐者，以“當事人”的身份去分析和處理模型實驗中反映的問題，加深對基本原理和理論的理解，從而達到學以致用的目的。此方法既吸收了采用室內模型實驗教學的優點，又在一定程度上改善了直接采用室內模型實驗開展課程教學對課時、實驗條件的依賴性。因此，開展基于室內模型實驗視頻的《土力學》理論教學方法與應用研究對優化教學目標、激發學生的學習興趣與熱情和改善教學質量具有很積極作用。

二、室內模型實驗視頻在《土力學》課程教學中的應用

本節以土的滲透破壞這一節為例，探討室內模型實驗視頻在《土力學》課程教學中的應用。圖1為土的滲透破壞實驗裝置示意圖。實驗裝置主要部分為一個上端有溢流口的圓柱形直立有機玻璃圓筒，下部放置碎石，碎石上放有一塊多孔濾網，濾網上放置顆粒級配均勻的細粉砂土。直立圓筒底部連接一儲水器，儲水器與氣壓源相連，用于施加壓力。在圖1的實驗中，隨著儲水器中的壓力不斷增大，圓柱形直立有機玻璃圓筒中的細粉砂顆粒群逐漸發生懸浮、移動（流砂現象）。通過將該室內模型實驗錄制成視頻并通過多媒體課件將視頻展示給學生，引導學生發現視頻中的實驗現象，分析實驗現象產生的原因，引出滲流力和滲透破壞的基本原理，激發了學生的學習熱情，加深了學生對滲透破壞基本原理的理解，改善了課堂效果。

三、結論

基于室內模型實驗視頻的《土力學》基本理論教學方法既吸收了采用室內模型實驗教學的優點，又在一定程度上改善了直接采用室內模型實驗開展課程教學對課時、實驗條件的依賴性。學生根據室內模型實驗視頻中反映出的工程問題，提出解決問題的方案，提煉出相關土力學問題的基本原理，不僅培養了學生的思維和創新能力，更調動了學生在學習過程中的積極性和主動性，有助于提高學生發現問題和自主學習的能力，使他們具有更為廣闊的視野、扎實的專業基礎以及工程實踐能力。

參考文獻

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作者簡介：劉文化（1987-），男，博士，副教授，主要從事巖土工程與工程材料方面的教學與研究工作。

基金項目：江南大學本科教育教學改革研究項目（JG2017079）。