地方应用型本科院校土木工程专业土力学实验优化——以河西学院为例

秦 虎，李科技，岳建平

( 河西学院 土木工程学院，甘肃 张掖 734000)

2015年河西学院被列为甘肃省首批转型发展试点本科院校，根据《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010～2020年)》中关于“不断优化高等教育结构，优化学科专业、类型、层次结构，促进多学科交叉和融合.重点扩大应用型、复合型、技能型人才培养规模[1,2]”的指示，在地方高校转型背景下，培养高素质创新性应用型本科人才是河西学院进行高等教育的核心问题.实验教学是提高教学质量，培养应用型人才不可缺少的教学环节[3].《土力学》是一门解决建筑物和构筑物地基基础、道路与桥梁地基基础、挡土墙结构物、地下结构物等岩土工程的设计计算与施工技术的课程，是河西学院土木工程专业的一门基础课程，适用工程范围十分广泛.土力学实验是《土力学》课程教学中的重要环节，其教学质量直接影响着学生对《土力学》课程基本概念和力学原理的掌握，关系到其他以土力学为基础的专业课程的教学效果，同时也是实现知识向能力转化的重要纽带，更是联系理论教学和工程实践的桥梁.因此，根据《土力学》课程实验的特点，优化地方应用型本科院校土木工程专业的土力学实验势在必行.本文在总结河西学院近几年土木工程专业土力学实验教学经验及反思实验教学过程的基础上，对土力学实验教学内容、成绩考核方式等进行优化探讨，以期提高地方应用型本科院校土木工程专业的土力学实验教学质量与效果，为培养应用型工程技术人才提供参考.

1 土力学实验教学现状分析

土力学实验是理论教学向工程实际的延伸，在对学生工程实践技能培养起着重要作用，是实现地方应用型院校培养工程技术人才的关键途径.土力实验主要介绍土的物理性质、水理性质、颗粒大小、力学性质、化学性质等相关实验项目，通过实验使学生掌握土工实验的基本操作技能、实验数据处理和编写报告册的能力.河西学院土力学实验采用一般黏性土为材料，共开设土的液塑限联合测定实验、击实实验、固结实验和直接剪切实验，这些基础性实验主要测试土体的基本性能指标，以加深学生对土力学基本理论、基本概念的理解，要求学生掌握土力学实验的基本实验技能及实验设备的使用方法，这些实验的目的、所需仪器设备、操作步骤、计算公式、数据采集、注意事项等均按照《土工实验方法标准》(GB/T50123-1999)进行.

经过统计河西学院已开设的土力学实验教学情况，发现所开设的实验课多为基础性实验且实验内容相对陈旧.这与河西学院对土木工程专业的定位不符，与西部工程实际需求结合不紧密，不利于学生基础应用能力和解决土木工程实际问题能力的提升，不能满足地方应用型本科院校土木工程专业对学生工程能力培养的要求.

2 土力学实验优化探讨

2.1 增加土体试样类型

《土力学》作为河西学院及其他地方应用型高校土木工程专业普遍开设的一门基础课，理论性较强，既需要有扎实的数学、力学基础，又需要融会贯通其他专业知识[4].其内容贯穿了土木工程的所有领域，如建筑工程地基土承载力、土质边坡稳定性、公路路基填土压实度、基坑工程流土等问题，所有这些工程土体参数的测定均来自土力学实验，因此，土力学实验和工程实践是紧密结合的.河西学院位于丝绸之路黄金段、河西走廊中部的国家级历史文化名城张掖市，地域优势独特，学校坚持“立足河西、服务甘肃、借东之势、向西发展”的办学定位，已经初步建成河西及周边地区应用型人才的培养基地.河西地区属于北温带荒漠气候类型，气候干旱、少雨、多风、昼夜温差大、蒸发量大、且矿化程度高，形成了大面积的盐渍土区域，主要分布在河西走廊的酒泉、张掖、武威地区的冲积平原低洼地带，其中酒泉地区的面积最大，主要分布在敦煌、安西、玉门、花海、金塔县一带，其次为张掖和武威地区.张掖地区的盐渍土主要分布在市区以北、临泽县城以北和高台县；武威地区主要分布在民勤县(湖区泉山区及夹河、蔡旗、中兴)和古浪县(大靖).为了紧密结合地方应用型本科院校土木工程专业的特点和大部分毕业生在河西乃至新疆就业的实际情况，强调地方特色、科学研究及学科发展方向，不断地扩展和增加贴近河西地区工程实际的土力学实验，本次实验内容优化一方面与现实需求结合，另一方面与周边环境相结合，因地制宜进行了实验内容设计. 在原有一般黏性土试样基础上，将具有河西地域特色的盐渍土作为实验材料，开展了黏性土与盐渍土的液塑限联合实验、土的击实实验、土的固结实验以及土的剪切强度实验，实验结果如图1～6所示.通过同工况条件下不同土料的实验结果进行比较，使学生认识到土的形成年代和成因对土的工程性质有很大影响，不同成因类型的土，其力学性质会有很大差别，盐渍土作为特殊土体又有其独特的工程性质.土体塑限、液限、最大干密度、最优含水率、抗剪强度指标以及压缩特性均匀土体材料的碎散性、三相性和天然性密切相关.

图1液塑限实验结果 图2击实实验结果

图3剪切实验结果 图4固结实验结果

2.2 增设实验项目

合理的实验项目既可以保证实验的基础性，容易被学生接受，又可以保证实验内容的前瞻性，不至于内容过于老旧[5].土体的液塑限联合实验、击实实验、直剪剪切实验以及固结实验属于基础规范实验，通过基础规范实验的训练，培养学生掌握土工实验的操作技能和实验方法，使学生打下扎实的基本功.学校在重视基础性土力学实验项目的同时，特别注重结合当前本地区本学科的研究热点，将河西走廊工程建设遇到的冻土问题引入到实验项目，增设了冻土三轴实验，适当增加了实验内容的综合性和创新性，可以提高土力学实验教学项目的吸引力和教学的有效性，更好的适应区域经济社会快速发展对应用型人才培养的新要求.图5为GSY-20型低温冻土三轴仪，图6为冻土三轴实验结果，通过实验项目中加入季节性冻土区冻土力学特性的内容，充分考虑了土力学实验教学过程中实验内容的区分度，学生通过查阅相关文献资料，根据理论知识自拟实验题目，如人工冻结盐渍土三轴压缩实验，自主设计实验方案，如改变土体性质(无盐土、盐渍土)、围压条件(0～15MPa)、加载速率(1～8min/min)以及冻结温度(常温～-30℃)，最后进行实验数据的整理分析和结论讨论等全过程均要求学生自主完成，从而达到培养学生创新能力的目的.冻土三轴实验是以工程实际或模拟工程实际为背景，其内容的实用性和方案的灵活性不仅扩展了学生的视野，引发学生对西部冻土工程问题的思考，大大激发了学生学习土力学的兴趣，同时，冻土三轴实验也逐步形成河西学院《土力学》课程实验教学的特色教学.

图5低温冻土三轴仪 图6冻土实验结果

2.3 优化实验考核方式

编制合理的考核方式，对学生实验成绩进行考评，能够提高学生对实验课程的重视程度，促进实验过程的管理[6].实验成绩的评定是反馈学生在实验过程中的表现，在以往的教学中，只开展了基础性实验，实验结论就成为了学生实验成绩评价的主要方式，而现在增加了冻土三轴实验，学生的创新思维体现在实验方案和实验过程中，因而把学生的创新思维也纳入了成绩评定体系当中，这有利于从多方面、多角度对土力学实验实际效果的考查，更有利于地方应用型人才的培养.

3 结束语

为了更好的适应地方应用型本科院校土木工程专业建设需要和提高学生对土力学实验课程的学习兴趣，土力学实验中增加了试样类型，增设了低温冻土三轴实验，我校土力学实验课程的优化实践表明，通过不断拓展、改进和完善土力学实验教学内容，一方面加深了学生对土的工程性质的认识与掌握，提高了学生的实践能力与自身创造力，另一方面让学生及时了解了现代土力学实验技术的进展，加深了学生对工程问题的理解，提高了分析能力，为培养河西走廊地区应用型人才提供了更实用的教学平台，河西学院土力学实验课的探索也为同类地方院校有一定的借鉴作用.