“土力學”課程實驗教學方法探討

鄧代強

摘 要 土力學課程中的實驗內容非常重要，對于土力學教學中的知識點融會貫通具有積極的促進作用，作為一種與理論部分同等重要的教學內容，土力學實驗往往需要學生在一定程度上掌握相關的實驗知識點。學習過程中能夠用心思考、合理規劃、科學組織、勤動腦動手，以此途徑來獲得較好的學習效果。在實驗教學內容實施的過程中，針對學生在實驗操作中存在的一些問題進行必要的探討，瞄準實驗教學中的一些薄弱環節，將實驗內容展現為科學的架構形式，并在實際操作的過程中逐步運用，通過實驗教學過程中的試點實施，進而對一些不合理的地方進行反饋與優化，以體現出合理的規劃教學過程中的關鍵知識點能夠在實驗教學中取得積極效果。

關鍵詞 實驗課程;促進作用;處置方式;教學探討

中圖分類號：G424? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.33.020

Discussion on Experimental Teaching Method of "Soil Mechanics" Course

DENG Daiqiang

（School of Civil Engineering and Mechanics， Xiangtan University， Xiangtan， Hunan 411105）

Abstract The course of soil mechanics experiment has a positive role in promoting the integration of knowledge points in soil mechanics teaching. As a theoretical part of the equally important teaching content， soil mechanics experiment often requires students to be able to think hard， plan reasonably and use their brains and hands frequently to a certain extent， so as to obtain better learning effect. This paper discusses some problems of students in the process of experiment. Through the experimental implementation in the process of experiment teaching， it shows that reasonable planning can achieve positive results in the experiment teaching.

Keywords experimental course; promoting function; disposal method; teaching discussion

引言

土力學中的一系列實驗對于知識點的鞏固與拓展極為重要，是土力學課程知識體系的重要組成部分，實驗內容與理論知識有著同等重要的地位，因此在土力學實驗教學中也需要采取一定的教學方法，用以提高實驗教學中學生們的學習效率。在土力學的實驗課程中，針對存在的一些問題，相關的課程教學與研究人員著力于開拓較為先進的實驗教學理念，以便使學生們掌握好相關的土力學知識內容。如在土力學綜合性實驗與土木工程類土力學實驗課程環節，相關的研究為培養學生的自主設計能力創造了較好的途徑。[1-2]對于工程案例設計性土力學實驗與實驗室優化建設方面，一些研究結合知識特點與實驗場所所需具備的條件進行了改革與建議，對促進實驗教學條件的改善起到了積極的作用。[3-4]對于土力學實驗的重要性及其尚存的一些影響教學質量的問題，相關的教學方法改革對不同情況做了較為細致的分析，實施后獲得的教改效果良好。[5-6]

隨著近些年來測試技術的不斷發展與進步，新的測試規范與要求也逐漸普及開來，先進的測試方法與儀器、儀表的使用，使得測試的準確度得到了大幅提升，一些參數的測試變得快捷方便。為此需要學生們及時了解和掌握先進的土木工程檢測與測試技術，提前查閱資料，做好專業知識方面的儲備工作。土力學實驗的信息化技術實現方面，相關的研究通過開發實驗平臺并付諸應用，為土力學實驗的仿真測試提出了新的思路。[7-8]結合當前教育部所提出的工程教育認證趨勢，相關的文獻結合自身特點做了與工程認證契合度較高的土力學實驗，通過該系統教學的實施，完善了工程認證的實驗教學體系。本文在土力學實驗教學方法探討中，結合本科生的生源特點與學習內容，對土力學實驗中存在的問題加以合理化應對，在一定程度上加深了學生對實驗知識的總體認識，在重視實驗的同時也增強了學生動手解決問題以及思考、辨識的能力。

1 實驗中存在的一些問題

如在土力學密度指標測定的實驗教學環節，存在一些主觀與客觀的干擾因素，通常實驗室老師都會根據教學計劃安排，提前為學生們準備好實驗用的土樣和實驗所涉及的各類用具，如盛土容器、環刀、切土刀、試樣盒、記號筆、精密電子天平、烘干箱等，在這些條件具備的情況下，學生們就可以根據老師的講解和預習資料，開展本堂課所要完成的土力學實驗內容。在土力學性能參數測試過程中，因為人因的作用，有的學生在用環刀切土樣時，環刀未能夠深入到土體，從而使土樣不能夠充滿環刀所限定的范圍，因此有些學生會將另取少許土樣進行補充，然后用力按壓土樣以使缺損土樣的空間得到補充，在此過程中，按壓補充土樣的力度難以把握，由此就會造成土樣比原先的土樣緊密或者松弛，因此此過程測試數據通常就會偏大或偏小。在相反的情況下，如果測試者在切取土樣時，切土刀劃過環刀時會帶走一些土樣，造成一定的空隙缺失，如果缺失土樣得不到補充，因此就會造成測試數據比正常情況下更加偏小。由于測試人員的操作習慣有所差異，同樣的也存在一些人為產生的偏差，造成部分實驗環節的不規范操作。因此，在土力學實驗教學中，要提前增加提醒學生注意操作要領的頻次，盡可能地避免此類情況的發生。

2 解決常見實驗問題的策略

2.1 實驗測試前期準備階段

在實施實驗教學內容之前，需要理清知識點的脈絡關系，緊抓幾個關鍵要領，教學工作圍繞要領逐漸鋪開，做好充分的教學準備工作。在此過程中可以根據實驗室條件和其他情況，組織學生們開展專門的實驗課程內容講解和一系列的預演練習活動，除向學生分發實驗指導書之外，在此過程中盡可能詳盡地提示學生實驗操作過程中有可能會出現的偏差情況，使學生們做到心中有數。如果實驗室和時間上允許的話，可以進行局部的預實驗或者觀摩演示，使學生對實驗操作有一個總體上的概念和印象。

2.2 測試過程中的主觀因素

在土力學實驗教學的測試過程中，必要時任課教師在實驗室旁站，緊密察看學生們的操作情況，隨時解答學生所遇到的問題，并及時糾正操作中的不合理之處，同時要提示學生們注意一些操作關鍵點和重要步驟。由于實驗操作是一項系統性工作，不可排除會存在一些基本的偏差問題，如少數學生在操作規程中不夠熟練、步驟混淆等，此時可以靈活分組或者采取局部的檢查，使熟練的學生帶動其他同學一起操作，達到一定的幫帶作用，這樣不但可以使每一位同學可以進行一般的規范操作，還可以使較先掌握實驗過程的同學對實驗目的、意義、內容有更為深刻的理解。

2.3 實驗測試過程制度保障

合理的實驗規章制度是按時按質完成土力學實驗的必要制度保障，在實驗課程進行的前期，可以對學生講解實驗過程的一些規章制度和基本要求，要求學生們要遵守，實驗過程中引導學生弘揚正能量，使其具有積極樂觀的實驗態度。如要求學生提前預習實驗步驟和內容，在腦海中先演練一番實驗的注意事項，在實驗過程中按照要求統一分組，使組員和組長各司其職、統一協調，為確保實驗室場所運行有序提供規范制度，規定學生實驗結束后對實驗室進行全面清潔，使用過的物品回歸原位，消除潛在不安全因素的隱患，以保證實驗室秩序和環境良好。

3 相關問題的討論

3.1 掌握規范的操作方法

土力學實驗測試的各個階段，在注重引導與講解的同時，還需要仔細觀察學生們的操作動態，根據土工試驗規程要求，進行標準測試步驟的實驗操作。老師在旁站指導的同時，需要及時提醒偏離規范操作的同學，使其按照正確的步驟進行試驗測試。如在土的密度測試實驗中，為避免產生較大的誤差或者錯誤，提醒學生注意取土樣時，要將環刀拿穩并均勻受力，切取的土要具有代表性，切割土樣時使環刀均勻沿土體表面進入到土體內部，確保環刀內取出的土樣均勻飽滿，使土體取樣一次成型，使用切土刀切割環刀內土體上下表面時，使刀背微微抬起，而刀口則緊沿環刀圓面徐徐滑移，使土樣不至于在環刀內翻滾凸起引起局部缺失，盡量避免二次填補和按壓帶來的不利影響。如果取樣過程中不可避免的帶來了土樣缺損，填補時也要結合觀察土體狀態，控制好補充土樣的均勻性，按壓時控制好力度，使所補充的土樣的性態大體上與環刀內的土樣性質基本一致，以此降低因二次取樣所帶來的不利影響。

3.2 教學過程的激勵制度

由于實驗教學側重于對學生實際動手操作能力的考查，而動手操作也是一些學生學習的薄弱環節，在常規操作過程中有時會出現步驟的混淆或遺漏，以至于對實驗效果產生負面影響。如數據離散或者偏差較大，需要重新進行試驗等，此時遇到這種情況時，就需要結合學生們的薄弱環節進行實驗課程內容的優化設計。對于土力學中一些較為枯燥的實驗教學內容，始終都要本著以學生為中心的態度，設身處地地構思教學方法，將教學內容按照知識點的特點分類，按照知識點的難易程度進行搭配，使其具有較為突出的模塊化構造，在教學內容組織好之后，根據學生們較為樂于接受的方式，尋求合理的途徑向學生講解。在實驗過程中加以引導，使學生們將關注點集中在操作的規范性上來，緊密結合規范動作，對于操作過程中的分解動作適時點評，將操作較好的小組模范化，推廣其積極的心得體會，積極鼓勵學生們大膽思考、勤動手勤動腦，將知識點靈活結合起來，進行深度的消化吸收，最終達到舉一反三的目的。

3.3 教學過程的持續改進

在土力學實驗教學過程中，根據總體教學進度及分階段的進度，考查學生們的接受程度，適時進行教學效果的分析評估，此過程可以設定幾個通用目標，如對某一個知識點的記憶與理解程度，是否能夠做到了解識記、靈活運用、設計研判、改進加強等。對于土力學實驗過程中的問題，最終目的是要看是否能夠做到全面理解，為培養解決土木工程中的復雜工程問題打下基礎。在分析教學模式適用性的過程中，根據近年來土木工程專業認證的要求，注重培養學生們的分析應用能力，能夠為將來從業過程中解決復雜土木工程問題打下較深的基礎。對于能夠較好實現原定教學考察目標的方法，在堅持推廣的同時還要不斷分析并改進，可以根據實際情況融入較新的教育理念，保持一定的思維跨度，不拘泥于慣性思維，使教學效果得到穩步提升。對于未能如期達到教學目標的教學方式，需要仔細分析其中的緣由，及時調整教學思路，根據實際情況重組和優化教學內容，在實施調整方案的同時揚長補短，著力實現持續改進教學模式的目標。

4 結語

土力學實驗是該課程的重要組成部分，是培養一位合格工程師的必要途徑，有利于提升學生們的動手操作能力。進行實驗課教學時，在分組過程中與其他同學密切配合，可以促進在校學生們的團隊協作精神和主人翁責任感，從某種角度來看，土力學實驗也是學生之間相互交流與探討的紐帶，使每一位同學都能夠切實得到實際操作鍛煉，培養溝通交流和協作解決問題的能力。在實驗過程中，教師通過實驗指導，可以與學生們有一個充分交流的過程，此環節能夠引導學生注重樹立自身成為合格工程師的意識，體現出動手能力對于工科學生的重要地位，學好土力學與其課程實驗，可以為將來建造合格工程打下前期基礎。如以密度實驗為例，其中的一些步驟看似簡單，但是如果稍不注意的話也將會產生較大的偏差，這會給后續相關工程設計、工程計算、施工及使用過程中的穩定性帶來影響。土力學實驗步驟并非一個簡單的操作規程，其中存在許多對能力的考驗環節，進行土力學實驗教學的改革與優化，可以為學生更快更好地掌握土力學知識打下較好的基礎，因此相關的教學問題還有必要繼續商議與探討，從而為整體上提高學生們土力學實驗學習效率提供一定的幫助。

基金項目：2020年湖南省學位與研究生教育改革研究項目：基于創新實踐能力培養的土木工程研究生課程教學改革探索（2020JGYB104）;2020年湖南省普通高等學校教學改革研究項目：基于OBE理念的土木工程專業課程教學模式研究（湘教通〔2020〕232號）;湘潭大學第十一批（2020-2021年度）教學改革研究項目：基于工程認證的地下工程施工技術課程教學改革

參考文獻

[1] 張艷美，欒雅琳，王斌.基于能力培養的土力學綜合性實驗設計與實踐[J].實驗技術與管理，2018，35（03）：206-208+212.

[2] 辜幕丹，童紅梅.大土木工程類土力學實驗教學的探討[J].西部素質教育，2018，4（06）：162.

[3] 閆蕊鑫，陳新年.基于工程案例的設計性土力學實驗教學方法探索[J].科教文匯（中旬刊），2017（11）：57-58.

[4] 馬丹萍.土力學實驗教學改革視域下的實驗室建設[J].科技創新導報，2017，14（36）：222-223.

[5] 高磊，龔云皓，宋涵韜.土力學實驗教學中存在的問題與改革建議[J].實驗技術與管理，2017，34（07）：200-202+206.

[6] 王書法.實驗對大學生學習土力學課程的作用及實現的教學方法研究[J].教育教學論壇，2019（49）：265-266.

[7] 陳晨.互聯網+虛擬仿真在土力學實驗教學中的應用[J].智庫時代，2019（19）：168-169.

[8] 徐慧，卜萬奎.基于計算機仿真的開放性土力學實驗教學的研究[J].菏澤學院學報，2019，41（05）：121-124.

[9] 劉鈺，黃正均，張磊，等.面向工程教育認證的土力學實驗教學[J].中國冶金教育，2018（05）：80-82.