新時代下土力學(xué)實驗教學(xué)實踐與探討

張德成 張玉芬

摘? 要：土力學(xué)實驗教學(xué)中存在教學(xué)方法單一、理論課與實驗課相脫離、考核體系不完善等諸多現(xiàn)實問題。高校應(yīng)重構(gòu)師生關(guān)系，充分彰顯學(xué)生在教學(xué)中的主體地位；完善實驗教學(xué)課程設(shè)置與內(nèi)容，使理論課與實驗課聯(lián)系得更加緊密；完善考核體系，為教師調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、實現(xiàn)公平客觀的考核方式提供參考。土力學(xué)實驗教學(xué)要充分利用以往教學(xué)的豐富經(jīng)驗和學(xué)科特點，以發(fā)展學(xué)生實踐動手能力和創(chuàng)新思維為目標(biāo)，挖掘土力學(xué)實驗教學(xué)潛力。

關(guān)鍵詞：土力學(xué)實驗教學(xué)；新時代；實踐

中圖分類號：G434? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：1673-7164（2023）08-0050-04

作者簡介：張德成 （1989—），男，博士，河北工業(yè)大學(xué)土木與交通學(xué)院講師，研究方向為土力學(xué)和水文地質(zhì)；張玉芬（1977—），女，博士，河北工業(yè)大學(xué)土木與交通學(xué)院教授，研究方向為鋼混組合結(jié)構(gòu)。

高校教育中，學(xué)生能力培養(yǎng)一般依靠專業(yè)的人才培養(yǎng)方案，但無論何種學(xué)科教學(xué)都是理論與實踐的綜合運用。特別是在土力學(xué)教學(xué)中，該課程與其他學(xué)科不同，由于實驗結(jié)果可直接應(yīng)用到實際項目施工當(dāng)中，因而對學(xué)生實踐能力、創(chuàng)新思維、職業(yè)素養(yǎng)、團(tuán)隊合作方面都有著更高要求。但針對土力學(xué)實驗教學(xué)改革的研究大多集中在器材更新、豐富教師教學(xué)手段等方面，對學(xué)院資源傾斜力度、實驗教學(xué)考察方法等問題則少有探討。

一、土力學(xué)實驗教學(xué)重要性

土力學(xué)是一門應(yīng)用學(xué)科，是研究土體在力的作用下應(yīng)力、應(yīng)變、時間關(guān)系和強(qiáng)度的專業(yè)學(xué)科，是在“大土木”背景下進(jìn)行各學(xué)科學(xué)習(xí)的重要基礎(chǔ)課程，屬于工程力學(xué)的分支。土力學(xué)實驗則是土力學(xué)課程的實踐配套，旨在通過具體實驗操作，加深學(xué)生對理論知識的理解，鍛煉學(xué)生實踐能力和操作技能，提升其發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。土力學(xué)實驗不僅可以促進(jìn)土力學(xué)基本理論的發(fā)展，還可以解決實際工程中的重大問題，是土木工程專業(yè)必不可少的重要組成部分，為土力學(xué)基本理論知識和實際工程項目搭建起堅實的橋梁，如工程中常用的巖石設(shè)計參數(shù)就是在設(shè)計合理、條件相似、方法合適、操作正確的土力學(xué)實驗中獲得的，還有關(guān)于土的強(qiáng)度理論的庫倫公式、太沙基通過固結(jié)試驗總結(jié)出現(xiàn)代土力學(xué)的有效應(yīng)力原理、達(dá)西通過沙土的定水頭實驗揭示土的滲透基本原理等等，都為土力學(xué)發(fā)展作出重大貢獻(xiàn)［1］。因此，土力學(xué)實驗教學(xué)在培養(yǎng)土木類專業(yè)學(xué)生獨立觀察能力、實際應(yīng)用能力、職業(yè)創(chuàng)新能力等方面發(fā)揮著不可替代的作用。

二、土力學(xué)實驗教學(xué)現(xiàn)狀

（一）教學(xué)方法陳舊單一

土力學(xué)實驗教學(xué)是完善高校土木工程類專業(yè)的一門基礎(chǔ)課程，但國內(nèi)大多高校實驗教學(xué)內(nèi)容陳舊、教學(xué)方法單一，與實際脫軌，與學(xué)科發(fā)展前沿脫節(jié)。在傳統(tǒng)土力學(xué)實驗教學(xué)中教師又過度依賴?yán)碚撝笇?dǎo)教材，只是對著教材照本宣科。授課方式只是從教師講、學(xué)生聽，轉(zhuǎn)變成教師做、學(xué)生看，在具體知識點呈現(xiàn)上，通常以板書形式呈現(xiàn)知識點。這種方式教學(xué)效率低、缺乏趣味性，導(dǎo)致課堂氣氛過于沉悶，無法調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，直接影響教學(xué)效果。在涉及具體實驗操作方面，僅以簡單的演示、驗證為主，教師在已知實驗結(jié)果的情況下進(jìn)行實際操作，之后便安排學(xué)生對其實驗過程進(jìn)行機(jī)械地重復(fù)，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)中無法進(jìn)行主動思考，創(chuàng)新能力不強(qiáng)，抑制學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和個性化發(fā)展，難以收獲理想的實驗教學(xué)效果，阻礙了土力學(xué)實驗教學(xué)高質(zhì)量發(fā)展，無法滿足新時代人才培養(yǎng)需求。

（二）理論課與實驗課分離

土力學(xué)本就是一門實驗性非常強(qiáng)的課程，其各種物理參數(shù)、原理效應(yīng)、規(guī)律方法都是實驗測試的結(jié)果。教師可通過帶領(lǐng)學(xué)生開展實踐活動幫助學(xué)生了解了解各種指標(biāo)、熟悉土的特性，提高學(xué)生應(yīng)用水平、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊合作精神，其重要性遠(yuǎn)勝于其他基礎(chǔ)理論課程。但以往的土力學(xué)實驗教學(xué)一直依附于理論教學(xué)，只占用土力學(xué)教學(xué)課程很少一部分，被當(dāng)作理論課的補(bǔ)充，對教師調(diào)動學(xué)生在土力學(xué)實驗教學(xué)中的積極性產(chǎn)生了一定阻礙［2］。

一方面，在實際教學(xué)中，理論課與實驗課缺乏一定關(guān)聯(lián)性，且兩種課程分配的課時又不相同，導(dǎo)致實驗課程進(jìn)度落后于理論課進(jìn)度，出現(xiàn)學(xué)生理論學(xué)習(xí)與實驗操作相脫節(jié)的情況，加上實驗教學(xué)間隔周期長，極易使學(xué)生忽視土力學(xué)實驗的重要性，甚至使部分學(xué)生從思想上認(rèn)為理論課學(xué)習(xí)要重于實驗課，導(dǎo)致學(xué)生在進(jìn)行分組實驗時出現(xiàn)因錯誤地認(rèn)為自身已掌握書本上全部內(nèi)容而不再動手操作的情況。課后的反饋結(jié)果也表明，在每次實驗中只有極少數(shù)學(xué)生動手操作儀器，從未操作過儀器的學(xué)生大有人在。長此以往，不愿動手的學(xué)生對動手能力強(qiáng)的學(xué)生形成依賴，造成兩極分化嚴(yán)重的現(xiàn)象，不利于學(xué)生理論基礎(chǔ)與實踐能力的綜合培養(yǎng)。另一方面，高校在土力學(xué)教學(xué)安排上，是由一名理論課教師和一名實驗課教師分別對學(xué)生傳授知識，本是為了減輕教師任務(wù)提高課程質(zhì)量而設(shè)置的教學(xué)形式，但忽略了每個教師授課風(fēng)格不同，對知識點的理解不同，課程講解的重點和思路也不相同，極易出現(xiàn)學(xué)生無法適應(yīng)實驗課教師教學(xué)風(fēng)格的情況。并且，實驗課教師因不了解學(xué)生理論知識掌握情況極易出現(xiàn)在實驗操作中無法準(zhǔn)確把握具體尺度的情況，直接影響實驗教學(xué)實效性，最終導(dǎo)致學(xué)生理論知識與實踐相割裂。

（三）考核機(jī)制不完善

土力學(xué)實驗考核是檢驗學(xué)生對知識掌握情況和教師教學(xué)效果的重要手段，也是土力學(xué)實驗教學(xué)改革的重點環(huán)節(jié)。但長久以來考核機(jī)制一直存在不公正、不客觀、不全面等諸多問題。

首先，考核環(huán)境不公平。由于學(xué)生眾多、實驗室儀器不足、實驗教師人手不夠等原因，在日常進(jìn)行實際操作時大多是分班分組進(jìn)行。這就導(dǎo)致小組內(nèi)個別學(xué)生不進(jìn)行實驗操作，只需要在其他同學(xué)完成試驗后抄襲其實驗數(shù)據(jù)，就可以交上一份完美的報告，獲得一個良好的分?jǐn)?shù)，難以體現(xiàn)學(xué)生真實水平。其次，考核標(biāo)準(zhǔn)不客觀。因為各班級授課教師不同，平時成績和課堂考核方面也并未制訂一個科學(xué)、合理、統(tǒng)一的有效考察指標(biāo)，加之教師評定日常成績時多以出勤次數(shù)和個人感覺為主，主觀性較強(qiáng)。導(dǎo)致不同班級、學(xué)生可能出現(xiàn)不同標(biāo)準(zhǔn)，不能客觀反映學(xué)生真實情況。最后，考核內(nèi)容不全面。土力學(xué)實驗考核只包括實驗?zāi)康摹嶒炦^程以及實驗數(shù)據(jù)記錄和規(guī)整，但卻忽略了前期的實驗籌備階段和最后的收尾過程，沒有對學(xué)生預(yù)習(xí)情況、在實驗中思考、分析過程、課堂紀(jì)律和操作流程是否符合規(guī)范等綜合因素進(jìn)行考察，僅僅憑借有限幾個測試便對學(xué)生學(xué)習(xí)情況下定結(jié)論。

三、新時代下土力學(xué)實驗教學(xué)改革建議

（一）重構(gòu)師生關(guān)系

教學(xué)過程是教師向?qū)W生傳授知識、學(xué)生主動學(xué)習(xí)知識的雙向互動過程。在此過程中，教師對學(xué)生傳道授業(yè)解惑、引導(dǎo)學(xué)生成才成人；學(xué)生通過學(xué)習(xí)知識、提升能力、成為社會合格的人才。要使師生在教學(xué)活動中相互交流，應(yīng)構(gòu)建平等、合作、和諧的師生關(guān)系。

實驗教師是土力學(xué)實驗教學(xué)培養(yǎng)主力軍，肩負(fù)著培養(yǎng)學(xué)生實際操作能力的重要責(zé)任。一方面，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動性。實驗教師應(yīng)從思想上摒棄傳統(tǒng)觀念、樹立平等意識，積極了解學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度和理論基礎(chǔ)水平，在教學(xué)中與學(xué)生平等相處、互動互助，豐富授課手段，活躍課堂氛圍；在常規(guī)板書教學(xué)基礎(chǔ)上，適度添加多媒體和互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，在課件中將聲音、動畫、圖像有機(jī)結(jié)合，清晰簡明地展現(xiàn)給學(xué)生，調(diào)動學(xué)生好奇心，提升學(xué)生對實驗教學(xué)興趣。學(xué)生在平等、寬松、和諧的學(xué)習(xí)環(huán)境中才能開闊思路，充分調(diào)動實驗參與積極性。另一方面，教師要善于挖掘?qū)W生內(nèi)在潛能，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考能力與創(chuàng)新思維。驚奇和疑問是創(chuàng)新思維培養(yǎng)的前提，教師應(yīng)在實驗過程中根據(jù)實驗情景不斷提出假設(shè)，拋給學(xué)生問題，留給學(xué)生獨立思考時間和空間，鼓勵學(xué)生多提問，打破舊有思維框架，積極引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生在思考問題、尋找答案過程中探索其背后的規(guī)律，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)潛力［3］。

學(xué)生要積極配合實驗教師課堂教學(xué)工作，在學(xué)習(xí)過程中調(diào)節(jié)自己學(xué)習(xí)方式，積極探索、勇于創(chuàng)新、主動求證，學(xué)會與同學(xué)交流、合作，遵守實驗相關(guān)規(guī)章制度，在教師運用新模式、新方法授課時及時作出回應(yīng)，根據(jù)課程效果和自身感受向教師和學(xué)校建言獻(xiàn)策。首先，在實驗課程前，學(xué)生應(yīng)自主預(yù)習(xí)實驗操作流程，查看自己對知識點的掌握是否有遺漏，將自己知識盲點課前向教師反饋，以便于授課教師調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，提升教學(xué)效果。其次，在實驗過程對教師提出的問題進(jìn)行積極思考，敢于表達(dá)自身見解。在分組操作時不逃避責(zé)任，多思考、勤動手，可根據(jù)自身興趣做好分工，與小組成員共同進(jìn)行實驗，遇到難以解決的問題時與同學(xué)一起討論，或及時向教師面對面請教。最后，在實驗完成后如實填寫實驗報告，不弄虛作假，不抄襲他人，即使實驗失敗也應(yīng)向教師申請課后補(bǔ)做，不輕言放棄，積極尋找失敗根源，做到有始有終。

（二）完善實驗教學(xué)課程設(shè)置與內(nèi)容

1. 增加實驗課學(xué)時。有限的實驗學(xué)時制約了土力學(xué)實驗教學(xué)的發(fā)展，對學(xué)生技能培訓(xùn)和工作能力培養(yǎng)產(chǎn)生嚴(yán)重阻礙。學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)應(yīng)考慮在土力學(xué)課程中適當(dāng)增添實驗課時，便于學(xué)生接觸到更全面更復(fù)雜的土工實驗，有利于教師將新技術(shù)、新觀念引入實驗教學(xué)，通過接觸不同實驗、運用不同技術(shù)，幫助學(xué)生了解各類型實驗，發(fā)現(xiàn)不同實驗之間區(qū)別。

2. 統(tǒng)籌實驗項目。傳統(tǒng)土力學(xué)實驗課程通常穿插在土力學(xué)理論課教學(xué)中，導(dǎo)致一個完整的實驗項目被打亂，學(xué)生做實驗經(jīng)常處于無頭無尾的狀態(tài)。對此，教師應(yīng)將以往分散進(jìn)行的實驗項目轉(zhuǎn)為集中教學(xué)，規(guī)劃整合土力學(xué)實驗中聯(lián)系緊密的系統(tǒng)性項目，依據(jù)實驗室現(xiàn)有器材設(shè)備、學(xué)校科研項目、實際工程引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系實際自主設(shè)計工程課題與實驗方案，為學(xué)生在實際操作中運用理論知識提供平臺，在一系列系統(tǒng)性工程培養(yǎng)下，全面提升學(xué)生理論知識水平與實踐技能。

3. 優(yōu)化實驗內(nèi)容。首先，高校應(yīng)重新編制現(xiàn)有土力學(xué)實驗教學(xué)大綱，針對不同內(nèi)容進(jìn)行具體劃分，分出必修課與選修課。必修課主要培養(yǎng)學(xué)生基礎(chǔ)知識與綜合素養(yǎng)，由教師親自選定課題、規(guī)定時間和樣本材料。選修課則是側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維與自主判斷能力，學(xué)生根據(jù)自己興趣愛好和學(xué)習(xí)進(jìn)度、知識掌握情況自由選題，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)更大的思考與創(chuàng)新空間。

其次，高校應(yīng)提高對土力學(xué)實驗室重視程度［4］。一方面，高校應(yīng)加大實驗室改革力度，支持實驗室發(fā)展。在進(jìn)行發(fā)展規(guī)劃時，將優(yōu)先發(fā)展實驗室置于首要戰(zhàn)略地位，對實驗室器材和環(huán)境進(jìn)行深度規(guī)劃設(shè)計，打造環(huán)境舒適、求知欲充沛的實驗技能培養(yǎng)空間。另一方面，加大資金投入，提高土力學(xué)實驗教師待遇，改革實驗教師職稱評定與級別晉升制度，減少人才外流、激發(fā)實驗教師工作活力、提高工作效率。

（三）健全考核制度

1. 考核形式多樣化。土力學(xué)實驗教學(xué)重點考察的是學(xué)生動手實踐能力，但每個人動手能力不同、興趣愛好不同、學(xué)習(xí)方式不同，因此可采用多元化考核形式。如在分組實驗時，實驗教師不僅需要考察實驗報告，還可以讓小組成員之間相互打分，根據(jù)實驗報告和學(xué)生之間相互評分的結(jié)果，按比例確定最終分?jǐn)?shù)，防止部分學(xué)生對實驗數(shù)據(jù)一抄了之。期末考核時，教師可根據(jù)平時實驗項目，選擇出一些系統(tǒng)性較強(qiáng)、考察范圍全面的一些實驗，讓學(xué)生隨機(jī)抽取題目。在規(guī)定時間內(nèi)將考試分為口頭表達(dá)、實際操作、書寫報告等三部分，每部分各占總分?jǐn)?shù)一定比例，充分發(fā)揮學(xué)生自覺能動性，形成一個公平的考核形式［5］。

2. 考核內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)化。良好的考核標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是在教師充分尊重學(xué)生學(xué)業(yè)、學(xué)生充分尊重教師教學(xué)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，二者相互影響、相互作用的結(jié)果，這個過程中應(yīng)減少評分者主觀因素影響，根據(jù)課堂情況、實驗內(nèi)容將考察點和考核內(nèi)容具體劃分，從而形成客觀的考核標(biāo)準(zhǔn)。例如在具體實驗中，將考察分為三大環(huán)節(jié)，首先是前期準(zhǔn)備階段，重點考察實驗室衛(wèi)生情況、實驗方案可行性如何、實驗材料和儀器是否準(zhǔn)備充分、安全保障措施是否齊全。其次是在實驗過程中，主要觀察學(xué)生出勤率和課堂秩序、實驗過程是否規(guī)范、學(xué)生實際操作能力、實驗中所體現(xiàn)的職業(yè)素養(yǎng)等等。最后是在實驗完成后，以學(xué)生實驗儀器設(shè)備的歸位情況和完好率、實驗結(jié)果是否具有參考意義、實驗報告的完整性考察為主。實驗教師根據(jù)以上方面，基于學(xué)生參與程度高低，按照分值比例嚴(yán)格打分，即可充分了解學(xué)生情況，給出公正客觀的分?jǐn)?shù)。

3. 課程考核人性化。以人為本是加強(qiáng)學(xué)生綜合素質(zhì)和提高創(chuàng)新能力的重要舉措，在土力學(xué)實驗教學(xué)中，考試的教育引導(dǎo)功能被減弱，而激勵和評判功能被過度增強(qiáng)，眾多高校憑借一次考試來判定學(xué)生整學(xué)期學(xué)習(xí)情況，對學(xué)生而言就是“一考定終身”。高校應(yīng)該打破這一桎梏，將實驗操作考核設(shè)置為以改進(jìn)學(xué)生實驗?zāi)芰橹鞯摹盁o次數(shù)限制”模式，但“無次數(shù)限制”并不是沒有底線的無限循環(huán)考試，而是學(xué)生參加完上次考試后，如果對成績不滿意可以用申請報告形式，在報告中寫出自己實驗課題、反思自身不足、寫明自己在實驗的目的和改進(jìn)方面，然后交由實驗教師審核通過即可再次實驗，以此循環(huán)往復(fù)，形成螺旋式上升的形式。

4. 考核反饋常態(tài)化。土力學(xué)試驗難免會遇到一些大型的系統(tǒng)性項目，而這種實驗一般需要較長周期才能完成。所以，及時、有針對性的反饋成為教師掌握學(xué)生實驗進(jìn)度的必要條件。首先，教師對學(xué)生實驗評價要及時，無論是批評或者表揚(yáng)都應(yīng)該盡快做出反應(yīng)，尤其對實驗中的錯誤更應(yīng)該及時，人在剛犯下錯誤時是最佳的反省時間，時間一久內(nèi)心的愧疚感就會減弱，再進(jìn)行批評便無法達(dá)到最好效果。其次，教師反饋評價要具體，做到一事一評，評價越具體學(xué)生越能聽進(jìn)去，教師應(yīng)盡量做到當(dāng)眾表揚(yáng)、私下批評，并表達(dá)出對學(xué)生繼續(xù)改進(jìn)希望，以免影響學(xué)生實驗積極性［6］。最后，要鼓勵學(xué)生積極反饋，征求學(xué)生對實驗教學(xué)的反饋意見，在與學(xué)生討論考核結(jié)果時鼓勵學(xué)生對教學(xué)效果、學(xué)習(xí)難點、實驗項目質(zhì)量等問題提出意見，幫助實驗教師了解不足、補(bǔ)齊短板。

四、結(jié)語

土力學(xué)實驗作為聯(lián)系學(xué)生理論知識與實踐能力的紐帶，對學(xué)生今后深入工程、了解實際項目有著重大意義。新的土力學(xué)實驗教學(xué)模式可提高學(xué)生對土力學(xué)實驗課的興趣，加深學(xué)生對土力學(xué)知識的理解和掌握，強(qiáng)化高校對學(xué)生創(chuàng)新思維和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)力度。在教學(xué)中教師更注重對學(xué)生的啟發(fā)和引導(dǎo)，學(xué)生學(xué)習(xí)時更注重自身的反思和創(chuàng)新。新時代下，土力學(xué)實驗教學(xué)也處于動態(tài)發(fā)展過程，隨著科研、教學(xué)方面各種先進(jìn)理念不斷涌現(xiàn)，各種先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備不斷應(yīng)用，土力學(xué)實驗教學(xué)必將迎接更多挑戰(zhàn)，為新時代土力學(xué)發(fā)展培養(yǎng)更多人才。

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（責(zé)任編輯：淳潔）