应用型本科院校土力学实验教学方法探索

黎春林

1.土力学实验课程教学改革目的和意义

土力学是大学土木工程专业的一门重要的专业基础课程，对培养合格的应用型土木工程人才起着非常重要的作用，而土力学实验教学是土力学教学的重要组成部分。根据多年教学经验，目前土力学实验教学存在以下突出问题：（1）因中学阶段不重视，缺乏训练，大学生实践动手能力较差，对老师依赖性较强；（2）实验相互独立，缺乏联系，不利于学生综合应用能力的培养；（3）综合实验和设计性实验较少，不利于学生应用能力和创新能力的培养。

工程实践是土力学发展的源泉和最终检验标准[1]，实践教学为培养学生设计、创新和实践能力提供了一个重要的渠道，而实验教学是其中一个重要的实践环节[2]。对于以培养高级应用型人才为目标的应用型本科院校来说，实践教学是关系到人才培养质量的一个重要环节。传统的土力学实验由老师在实验过程中引导学生观察、思考、分析实验中的现象，得出结论，其目的在于促进学生加深对理论知识的理解，培养学生的动手能力。而应用型本科的培养目标是“面对现代社会的高新技术产业，在工业、工程领域的生产、建设、管理、服务等第一线岗位，直接从事解决实际问题、维持工作正常运行的高等技术型人才”[3]，也即更加重视开发、培养、提高学生的应用能力和创造性。并且由于岩土工程的复杂性，在实验教学中不仅需要重视实验的最终结果，更应关注实验操作过程，注重学生在实验过程中综合所学知识解决实际问题能力的培养，这对土力学实验教学相比其他课程提出了更高的要求。基于此，以老师演示为主的传统土力学实验教学方式需要进行改革。我们在保留部分经典的常规演示实验基础上，增加了一些综合性和设计性实验，由浅入深，循序渐进。

2.土力学实验课程教学改革内容及实施

通过土力学实验课程的训练，不但要求学生掌握实验技能，熟悉实验过程，养成严谨的科学态度，而且培养学生的应用能力、创新能力和综合素质。为达到这一要求，充分调动学生学习的积极性和创造性，我校出台了增设综合性、设计性实验的实施意见，以提高我校整体实验教学水平。基于此，近年来我们对土力学课程的实验内容、教学方式、课程评价等教学环节进行了改革，改革后我校土力学实验课程根据教学方式分为以下三类：（1）演示性实验，由教师演示实验过程，然后学生分组实验，培养学生的动手能力；（2）综合性实验，由若干简单实验组成，需要学生综合本课程或相关课程知识，培养学生的综合素质；（3）设计性实验训练，由老师结合工程实际引导学生提出问题，学生制订实验方案解决问题，培养学生的应用能力和创新能力。针对不同类型的实验设计了相应的学习要求和教学方法，在教学上更加突出实践应用，鼓励学生创新。

为保证教学改革效果，首先由教研室组织有经验老师制订土力学实验课程教改实施总体方案，组织老师进行研讨，达成共识并组织实施。要求实验老师在每次实验前要认真备课，综合性实验和设计性实验内容和教学方案由实验老师提出，教研室组织老师研讨，拟定最佳方案。

3.土力学实验课程教学方式

3.1.演示性实验，保证基础，强化操作训练

实验技能是反映工程师应用能力的一个重要技能，演示性实验教学目的就是提高学生的实验技能。土力学演示性实验包括土的基本物理性质实验和土的力学性质试验。

每次实验前，学生通过实验指导书了解实验的目的、内容，熟悉实验步骤，并写出预习报告。土样的取样、实验的器材和土样的制备等实验前期工作尽量让学生共同参与。实验过程中，老师首先给学生示范，注重训练学生规范操作，鼓励学生多动手，自行完成仪器的选择及组装。引导学生积极思维，在实验中发现不足并提出改进设想，这样在试验中融入学生自己的思考，使演示实验效果达到最佳。在学生实验时老师要对学生的操作错误及时进行纠正，学生有问题随时解答。告诉学生错误的操作会给结果带来很大的影响，而试验结果（例如土的抗剪强度指标）会直接影响到工程的设计施工，并影响到结构的安全和造价。要求学生以一个工程师的身份严格要求自己，因为今天的学生就是明天的工程师，从而增强学生的责任意识，激发学生的学习热情。实验完成后要求学生不管实验结果如何，都应及时进行分析总结，并与其他同学分享成功经验或失败的教训。这样，通过实验准备、操作、总结等一序列训练，使学生不仅提高了实验的基本操作能力，熟悉整个演示实验过程，而且提高了对理论知识的理解，并增强了学生的理论联系实际能力。

3.2.综合性实验，突出工程实际，注重综合素质培养

增设现场教学环节，积极引导学生从工程实际问题出发设计土工试验[4]。不同的建筑工程对土样的要求是不同的，有时采用的指标也是不同的。例如：根据我国现有规范，在测量土的液限时，如果土作为建筑材料，采用17mm液限；而在计算地基承载力时，则采用10mm液限。因此，为了让学生对土样有一个直观的认识，一方面我们利用我校现有的校企合作对外检测的机会，收集一些有代表性的样品供学生实验参考；另一方面，在实验前，由指导教师带领学生到工地勘察取样，请教师或现场技术人员结合工程实际情况对学生进行讲解，让学生熟悉工程现场土的特性，随后让学生思考该工程涉及到土的哪些检测项目和性质指标，本次土力学实验的目的和用途是什么，这样，有助于学生将抽象的实验和数据转化为实践运用，提高学习兴趣。对同一区域土样，分成几个大组进行实验，实验项目内容由各大组组长从常规的土力学实验（如土的塑限、液限、含水量、密度、抗剪强度指标等等）中选取，每个大组又分成几个小组进行平行实验，每个小组2－3人。然后，在各小组之间进行对比校核，排除异常值；最后在在各大组各项试验成果之间进行校核，因为土的性质指标之间，如土的颗粒组成与液、塑限，渗透系数与固结系数，密度与强度，压缩性指标等等都是有关联的，一旦出现异常，要求学生针对具体问题具体分析，首先检查试验过程和计算步骤是否有错，并且要告诉学生因土体具有碎散性、各向异性、时空变异性和区域性等特点[5]，有时一些异常情况恰好反映的是土的特殊性质，实验本身并没有错误，这对于加深学生对特殊土的理解有非常重要的意义。

至于综合性实验，实验过程中教师不具体参与，当学生实验遇到困难时再给以指导。在获取实验数据后，要求学生认真分析和整理实验数据，当实验结果与理论不一致时，要求学生严格尊重实验数据，认真分析误差产生的原因，只要原因分析得合理，同样给学生正面的评价，以此激励学生去思考，形成开放性思维，提高学生的实验综合能力。

3.3.设计性实验，深化拓展，鼓励创新

设计性实验以探究为目的，由老师指定实验目的、要求，由学生根据实验条件设计实验方案，在老师指导下完成实验。在设计性实验教学中，教师引导学生根据工程实际提出实验设计题目，学生根据现有实验条件选择实验仪器，设计实验方案，小组成员集体讨论通过后实施，最后得出结论。

设计性实验不但要求学生综合专业知识提出问题，设计实验方案，而且要求学生运用学科知识解决问题。为达到这一目标，我们重点优化和改进了部分土力学演示实验，加强了实验设计方面的内容，以培养学生的思维能力和创新能力。如在三轴剪切实验中，土体的抗剪强度指标影响因素很多，例如土体在固结、剪切时的排水条件不同，前期的固结压力不同，获得的土体强度指标也不同，其工程应用也不同，让学生思考这些问题，并根据工程实际情况选择合适的实验方法，合理设计实验，这样不但可以提高学生的学习兴趣，并且可以加深对课本知识的理解，增强学生解决工程实际问题的能力。

实验前，指导老师组织各小组的代表阐述本组实验设计方案，并由所有同学参与分析讨论，取长补短，互相启发改进本组的方案。鼓励学生多思考，设计多种实验方案，探索解决问题的多种途径和方法，再在实验中发现问题，从失败中总结经验，对最初的实验方案进行改进和优化，直到得出合理的实验结果。实验结束后提交设计实验报告书，报告书主要内容应包括:实验名称，需要解决的问题，实验原理，实验仪器，实验方法和步骤，结论，分析与讨论等。

设计性实验将传统的老师讲解演示、学生模仿的被动教学模式改变为学生动手设计实验方案、以学生为主体的主动教学模式，学生通过分析问题，查阅资料，拟定可行实验方案，在实验中发现问题并进行思考解决问题，从而形成科学的思维方法，充分调动了学生的积极性和创新性。

4.在教学评价上重视学生实验过程表现

教学评价是课程教学的一个有机构成环节，合理的教学评价体系应能激发学生的学习兴趣。土力学实验课程目标不但要培养学生的实验动手能力，更重要的是培养学生的实验设计和工程应用能力。因此土力学实验课程评价应在注重基本知识和基本技能学习的基础上，鼓励学生开动思维，积极思考，培养学生的实验设计能力和应用能力，并培养学生相互间的合作、沟通能力和组织协调能力。

根据上述思路，我们在制定评价指标体系时，不仅仅关注实验结果，而更注重学生在实验过程中的表现，将学生在实验过程中的表现作详细记录，如实验前的预习准备工作、实验设计方案、仪器的组装、交流讨论等等，既考查学生的专业知识，又评价学生的实践能力和设计创新能力。尊重学生个性差异和特点，例如，一些平时不爱学习的学生，在实验课程中却表现突出，积极参与实验，对此，我们予以充分的肯定和鼓励，增强其自信心，学生的潜力得到有效的挖掘。许多学生反馈，通过本实验课程的学习，不仅实验操作能力及创新能力有较大提高，更激发了学习的兴趣，培养了科学的精神。

5.结语

随着土木工程(岩土)注册制度在我国的推广实施，土木工程人才培养目标更加注重工程实践。在国家大力推进“建设人力资源强国”这一新形式下，高校应确立好自己的办学目标和办学特色,以期更好地服务地方经济和社会发展[6]。本文根据应用型本科院校的特点，对土力学实验课程的教学改革进行了有益的探索，以实践及创新能力培养为中心，注重基础，加强综合性实验和设计性实验，鼓励学生创新，提高学生工程应用能力，并重视学生的创新思维和科学精神的培养，为学生毕业后尽快适应工作岗位、更好地开展工作提供有效途径。

[1]李广信.关于土力学理论发展的一些看法[J].岩土工程学报，1991,13（5）：94-98.

[2]刘海燕，孙红梅，王广慧.应用型本科高校实验教学体系的研究与探索[J].长春工业大学学报，2009,30（1）：72-73.

[3]李燕铭.社会需要应用型本科[N].中国教育报，2001-05-11 （3）.

[4]梁桥，陈金陵，彭利英.卓越工程师培养计划下的应用型本科土力学教学探讨[J].当代教育理论与实践，2013，5（7）：125-126.

[5]李广信，杜修力.土力学教育与教学[A].第一届全国土力学教学研讨会论文集[C].北京：人民交通出版社，2006.27-31.

[6]胡舜.新建本科院校办学目标定位原则与办学特色路径选择及对策建议[J].湖南财政经济学院学报，2012，28（139）：145-150.