集中交叉式常规土工试验教学模式与成效

刘晓红, 刘正夫



集中交叉式常规土工试验教学模式与成效

刘晓红, 刘正夫

(湖南理工学院 土木建筑工程学院, 湖南 岳阳 414006)

基于常规土工试验教学改革与实践, 简单介绍了改革前湖南理工学院常规土工试验拆分式教学模式及弊端, 阐述了对接工程实践的集中交叉式土工试验教学模式及其优点, 以及湖南理工学院土木工程专业多年来采用集中交叉式土工试验教学所取得的教学成效.

集中交叉式; 土工试验; 教学模式; 成效

0 引言

湖南理工学院(以下简称“我校”)作为“十三五”国家产教融合发展工程“应用型本科规划高校”, 对学生工程实践能力的培养提出了更高的要求. 新版的土木工程专业人才培养方案加强了实践性教学环节, 突出工程实践能力的培养. 土力学课程是土木工程专业必开的核心主干课程, 土工试验是该课程必不可少的实践性教学环节, 教师们从不同的角度对土工试验教学进行了大量的改革与实践[1~3], 取得了一定的成效. 我校土工试验教学改革以前, 主要以验证性项目为主, 即生硬地将综合性的常规土工试验拆分成多个验证性试验, 分多次完成, 不利于学生综合分析问题解决问题能力的培养. 为此, 笔者就土工试验教学进行了多年的改革与探索, 特别是针对常规土工试验, 采取了贴近工程项目的集中交叉式教学[4~6], 取得了一定的成效.

1 拆分式土常规土工试验教学弊端分析

我校土木工程专业土工试验教学计划课时为8个课时, 在该计划课时内必须完成常规土工试验. 这是一个综合性试验项目, 由于受时间限制, 故将该综合性试验项目拆分成5个小的验证性试验项目, 在5个独立的时间段内分别完成这5个小的验证性试验项目, 具体试验项目及课时详见表1.

土的常规物理指标之间、力学指标之间、物理指标和力学指标之间是相互关联的, 而上述这种将综合性试验拆分成几个不同的小试验在不同的时间段进行, 每一次小试验所用的土料性质不同, 每次试验课基本上仅仅为单纯完成本次试验操作及获得单个指标, 各分试验项目之间缺乏材料性质的连贯性, 在不同时间利用不同土料测得的各指标, 肯定无法体现各指标间的相关性, 不能就各次测出的指标进行综合处理和分析, 无法评判土的力学性质和物理状态. 如在实测三个基本指标(含水量、密度、土粒比重)的情况下, 通过三相指标换算公式计算得到的其它6个三相比例指标大概率是异常的. 又如正常情况下，土的液性指数越大, 则压缩系数越大, 压缩模量越小. 而实际上由于液塑限联合测定与快速固结试验所用土料性质不同, 两次试验所得到的成果往往并不存在上述相关性.

拆分式常规土工试验教学主要存在以下弊端:

(1) 工程对接度不够. 常规土工是土建项目中必须提供的, 而拆分式常规土工试验教学中, 所用土料差不多都是随机准备的, 并没有与某一个工程项目对接, 学生缺少接触工程项目的机会, 无法理解试验的目的和意义, 导致学生为了做试验而试验, 不知道试验结果在工程项目中的真正用途.

(2) 教学效率低下. 由于各试验项目所需时间不同, 有些试验需要数个小时的等待时间, 如含水量试验需要8小时以上的恒温烘箱干燥时间, 固结试验每一级荷载加载1小时后计数再加下一级荷, 这些过程会因等待而空耗大量时间. 拆分后的单个试验项目主要弊端详见表1.

表1 拆分式常规土工试验时间效率分析

(3) 教师课前过度准备, 学生参与度低. 每个小试验项目安排1~2个学时, 大部分试验项目在时间上远远不够. 如完成一个土的快速压缩试验、液塑限联合测定试验, 需要24小时以上; 完成含水量试验、土粒相对密度试验, 需要8小时以上, 为此试验教师只能课前先完成几个环节的操作, 如仪器的调试准备与制样等. 这样学生不能参与到试验的全过程, 而是利用现成的土样、仪器直接进行试验, 学生实际动手机会偏少, 思考问题、解决问题的能力受到限制, 不利于学生对试验整体环节的把握. 这就导致试验课无法达到预期效果, 学生走出社会后也无法独立完成具体工程项目的土工试验及报告的编写.

(4) 学生无法进行试验成果综合分析与评价环节, 更无法出具符合工程需求的土工试验报告.

2 集中交叉式常规土工试验教学模式及优点

2.1 集中交叉式试验教学模式简介

自2006年以来, 我校土工试验教学计划课时由原来的8课时减少到6个课时, 教学内容仍是土的常规物理力学指标试验. 在课时减少2个课时的情况下, 为了保证且提升教学质量, 同时考虑常规土工试验特点及拆分开设的弊端, 对土木工程专业本科生土工试验教学进行了改革. 即在理论教学全部结束后, 采用集中开设常规土工试验教学模式代替原来拆分开设模式, 学生以2~3人为一小组, 针对老师从具体工程勘察现场取回来的圆柱形原状结构土样, 集中在双休日的48小时内完成该土样所有常规指标的测定, 学生在课后完成试验数据的整理、分析, 并出具完整的满足工程需求的土工试验报告. 每批次同时开设8~10小组. 同时要求试验老师牺牲休息时间, 保证岩土试验室在双休日全开放. 集中交叉式常规土工试验教学模式具体要求及过程概述如下:

(1) 要求课前网上下载《土工试验方法标准》GBT50123-1999、《公路土工试验规程》(JTG E40—2007)等标准、规范、规程[7~9]. 预习常规土工试验资料, 掌握试验原理、目的、操作过程及设备的使用等.

(2) 每小组(一般2~3人)打印一份试验数据原始记录表(老师提供电子版), 并带笔、草稿纸等进试验室.

(3) 进入试验室后, 试验老师给每小组提供一份近期从工程现场取来的圆柱形原状结构土样. 在双休日(48小时)内, 以小组为单位完成土样的所有常规指标的测定. 试验过程中, 遇到任何问题, 同学之间、小组之间可以相互讨论解决, 也可与现场试验老师一起探讨.

(4) 室内操作完成后, 学生将试验原始数据表交试验老师检查无误后方可离开试验室.

(5) 要求学生及时处理试验数据, 绘制相关图表, 进行资料整理与分析, 并于2周内提交试验报告.

2.2 集中交叉式试验教学模式改革要点

集中交叉式教学模式的改革主要体现在两个方面:

其一, 把常规土工试验做为综合性试验开设, 试验时间集中在双休日的48小时内, 各小试验项目通过合理穿插、交叉, 充分利用各小试验项目过程中的“等待时间”, 以达到节省时间、提高教学效果的目的.

其二, 学生所用土样均为近期本地某一具体工程项目现场采取的原状结构标准试件, 而且明确告诉学生, 试验所用的土是某一个具体工程项目的地基土, 使试验教学更贴近工程实践.

2.3 集中交叉式试验教学模式的优点

(1) 集中交叉式教学模式下, 土工试验教学与具体工程项目挂钩, 学生试验所用的土样取自当地近期某一个具体的工程项目. 通过督促学生查阅行业试验标准规范、相互探讨, 经老师调整认可后, 有可能将学生的试验成果应用于工程项目中. 通过这种贴近工程实践的试验实训, 让学生感到所学知识能学以致用, 能提高土工试验教学环节的效果和质量, 激发学生学习兴趣、求知欲和责任意识, 增强学生的动手能力、工程实践能力和创新能力, 提升学生分析问题和解决问题的能力, 有助于学生提前进入行业服务角色, 拓展就业机会, 提高学生就业成功率.

(2) 集中交叉式常规土工试验教学模式, 可实现多个试验项目交叉进行, 保证同一土样同步在各试验之间使用, 真正提高试验成果的准确度, 达到节省时间、提高工作效率的目的. 通过合理安排试验项目先后顺序, 充分利用拆分式试验过程中诸如加载、烘烤、沸煮、浸润等空待时间, 即在这些需等待的时间段内, 可安排进行其它合适的试验项目. 如在液塑限联合测定、快速压缩试验等过程中可以进行直剪试验、密度试验、土粒相对密度试验等.

(3) 集中交叉式试验教学模式下, 学生能在相对集中且宽裕的时间段内完成所有土常规试验项目的操作过程及数据处理与成果整理, 对每一个试验操作和后处理环节有一个整体的把握与理解, 能自然轻松地对常规土工试验产生全面系统的了解, 有利于学生对同一个土试样的常规指标试验数据进行综合处理与分析, 实现各常规土工间的换算, 探讨各三相比例指标间的相关性, 使学生的动手能力和分析问题、解决问题的能力得到提升. 如学生可将含水量试验测得的天然含水量、密度试验测得的天然密度、液塑限联合测定试验测得的液限和塑限、土粒相对密度试验中测得的土粒相对密度、快速固结试验中测得的压缩系数和压缩模量、直剪快剪试验中测得的粘聚力和内摩擦角等值作出全面分析和比较, 最后在教师的指导下对试验数据的合理性作出判断, 并决定其取舍或补做.

(4) 在集中交叉式教学模式下, 时间集中且相对宽裕(双休日48小时内), 可保证学生参与到试验的全过程, 克服了拆分式教学模式下由于时间问题老师必须先完成诸如制样、仪器准备等步骤的弊端. 如土的液塑限联合测定试验, 从土样烘干、粉碎、过0.5mm圆孔筛、加水配制3份不同含水量的试样、侵润24小时、沉入深度的测定直至3份试样含水量的测定, 整个过程需要大约42小时. 只有在一个相对宽裕的试验时间内, 学生们才有可能参与包括制样、仪器调试这样的操作步骤. 同时, 上述操作步骤并不能连续完成, 而是完成一步后需等待一段时间, 再进行下一步操作, 只有集中模式下才有可能实现“空等时间” 的交叉利用.

3 改革成效

通过多年集中交叉式常规土工试验教学的改革与实践, 积极主动地将当地工程项目融入至土工试验教学中, 在提高土工试验教学质量、增强工程实践能力、拓宽就业面等方面均产生了良好的效果, 具体表现为:

(1) 集中交叉式土工试验教学模式下, 学生能够学以致用, 充分调动了我校土木工程专业学生学习土力学课程及参加土工试验的积极性. 学生从被动式学习变为主动式学习, 在很大程度上提高了土力学课堂教学及试验教学效果, 增强了学生工程实践能力. 据统计, 我校土木工程专业学生土力学不及格率逐年降低, 由2003年的43.1%下降至2016年的6.7%; 学生就业后从事土工试验及土木检测行业的人数, 由2003年的0人上升至2016年的8人.

(2) 集中交叉式教学模式下, 学生在相对宽裕的时间段内集中交叉完成常规土工测定, 参与所有试验项目操作及数据处理分析全过程, 学生的科研素质、动手能力、综合运用知识分析问题解决问题的能力得到了显著提高. 据统计, 我校土木工程专业学生参与教师科研项目的人数逐年增多, 由2003年的5人次上升至2016年的90人次; 考研录取人数由2003年的6人上升至2017年的37人; 2008年以来, 每年均有大学生研究性学习和创新性试验计划项目立项.

[1] 姬凤玲. 土工试验教学项目改革探析[J]. 中国建筑教育, 2015, (1):17~19

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[4] 刘晓红. 与工程项目对接的模块化工程地质实习模式[J]. 课程教育研究, 2017, (37): 229~230

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[9] 杨迎晓. 土工试验指导[M]. 杭州: 浙江大学出版社, 2007

The Routine Geotechnical Experiment Teaching Mode of Centralized-cross and Effect

LIU Xiaohong, LIU Zhengfu

(College of Construction and Engineering, Hunan Institute of Science and Technology, Yueyang 414006, China)

Based on the reform and practice of routine geotechnical experimental teaching, this paper briefly introduces the split type teaching mode and its disadvantages of routine geotechnical experiment in Hunan Institute of Science and Technology before the reform, and expounds the centralized-cross teaching mode and advantages of geotechnical experiment docking engineering practice, and the effect of centralized-cross geotechnical experiment teaching in the civil engineering specialty of our school for many years.

centralized-crossed mode, geotechnical experiment, teaching mode, effect

2017-01-05

湖南省普通高等学校教学改革研究课题(2012A09); 湖南省教育科学“十二五”规划课题(XJK012CGD008); 湖南省自然科学基金资助项目(14JJ4061)

刘晓红(1967− ), 女, 湖南沅江人, 博士, 湖南理工学院土木建筑工程学院教授. 主要研究方向: 岩土工程

G642; TU45

A

1672-5298(2017)04-0080-04