土力学实验教学与考核模式改革探析

刘勇健 邓浒标 梁文添 梁仕华 龙跃凌

摘要：以广东工业大学土力学实验教学改革与实践为例，对比分析了3种考核模式的特点和教学效果。研究表明，传统的教学与考核模式（考核模式Ⅰ“平时成绩+实验报告”），容易形成千篇一律的实验报告，难以达到预期的教学效果。考核模式Ⅱ（平时成绩+实验报告+考试），加入了实验考试后，实验成绩分布和教学效果明显改善。实验考核可调动学生对实践的兴趣，提高动手能力。“引导-设计-实验-报告”四环节实验教学过程和全程考试模式（考核模式Ⅲ），符合“以学生为中心，以成果为导向”的工程教育理念，教学与考核双管齐下，能获得理想的实验教学效果。

关键词：土力学实验;考核模式;教学改革;教学效果

中图分类号：G642.0   文献标志码：A   文章编号：1005-2909（2021）02-0134-06

土力学为土木工程、道路桥梁与渡河工程等专业的专业基础必修课。土力学以多相介质——土为研究对象。我国现行的《土工试验方法标准》包括了土的含水量、密度、固结、渗透、直接剪切、三轴实验等30多个实验项目，测试土体在不同种试验条件下的特性指标[1-2]。土力学实验是土力学理论研究的基石，为工程设计和施工提供岩土技术参数，是土力学理论与工程建设之间的“桥梁”[3-4]。

作为一名合格的土木工程师必须具备坚实的土力学基础和过硬的实践能力。土力学实验是培养学生实践能力和创新能力的重要环节。实验考核是检验“教”与“学”效果的有效手段，可为教师提供第一手教学信息，了解学生的学习情况，及早发现问题，及时调整和完善教学内容和方法，激发学生的主动性和创造性[5-6]。工程教育认证把实验教学列为重点考察内容之一，强调建设完整的实践教学体系和合理的考核模式。通过实验不仅要求学生加深对土力学原理的理解，更重要的是培养学生的创新意识和工程素养，提高实践能力和创新能力，为合格的土木工程师奠定坚实的土力学基礎。如何提高实验课的教学质量，让学生真正投入到实验中，规范操作仪器，独立完成实验报告（总结），实现预期的实验教学目标，笔者结合长期土力学实验教学经历，分析实验教学中存在的问题，从实验教学大纲、实验项目、教学与考核模式等方面着手进行了系列改革，对比分析了3种考核模式的特点和教学效果，旨在完善课程考核体系，提高实验教学质量。

一、实验教学与考核存在的问题

（一）实验操作时间短，动手能力不强

各院校本科土力学实验大多为6～10学时，实验项目包括土的界限含水量、土的颗粒分析、固结、直剪、渗透试验，个别院校开设了击实试验和三轴试验。通常一个实验为2个学时，在实验课堂90分钟内，教师首先对试验原理、操作要点和注意事项进行讲解，然后示范，再留时间给学生做实验。因此，实验过程不能严格按规程进行，如黏土的固结试验，按《土工试验标准》每级荷载作用时间为24小时，而实验教学加载时间仅为5～8分钟，因时间大大缩短容易造成实验结果严重失真。此外，由于实验设备限制，一般3～5人一组，实际动手操作时间短，动手能力不强，实验教学效果大打折扣[7-8]。

（二）综合性实验少，创新能力薄弱

受土力学实验课时限制，主要进行两类试验：第一类是土的含水量、土的密度、液限塑限、渗透系数等物理性质指标测定;第二类是土体抗剪强度和压缩系数等力学指标测定[9-10]。实验计划、内容、要求和操作步骤格式化、标准化，千篇一律的实验报告成常态。实验项目设置以基础性实验为主，综合性创新性实验少。土的物理力学指标不是独立的，参数间有着内在关联，仅凭分散的几次实验，学生很难建立起对土的参数指标间的内在联系，难以全面掌握土的工程性质，分析岩土问题，表现为创新能力薄弱。

（三）教学与考核模式单一，教学效果欠佳

传统的实验教学模式： 教师先集中讲授实验原理、内容、方法、要点，再操作示范。学生分组完成实验操作、数据记录，实验报告。教师站着讲，学生坐着听;教师演示，学生围观，在“听与看”模式中，教师处于主导地位，学生处于被动状态，实验过程比较沉闷。学生容易形成错觉：不预习也能实验，不做实验也能完成实验报告;实验课只是“依样画葫芦”地完成实验，实验数据雷同，实验报告千篇一律。甚至还形成了不动手做实验，抄实验数据也有可能得高分等错误认识。综上所述，不合理的评分方式一定程度挫伤了认真完成实验的学生的积极性;单一的教学与考核模式无法激发学生动手实验与分析问题的能动性，不能达到预期的教学目标和效果。

为解决上述问题，各高校采取了多种改革措施，如湖南科技大学强调过程考核设置的多样性，以加强学生创新能力考核;中国矿业大学通过对实验材料、实验过程和时间进行标准化考核，建立了规范化的土力学实验考核模式;北京科技大学根据工程教育认证标准制定了细则，将定量考核（80%）与定性考核（20%）相结合;唐山学院等高校采取将预习成绩、实验报告成绩和期末考试成绩三部分综合的考核模式，以此提高实验教学效果[7-10]。

二、土力学实验教学与考核模式改革

广东工业大学土力学实验为一门独立开设的实验课程，0.5学分。近年来，尝试了3种土力学实验教学与考核模式。

（一）考核模式Ⅰ（平时成绩+实验报告）

考核模式Ⅰ：平时成绩占50%，实验报告占50%。平时成绩包括实验预习（10%）、实验操作（40%）和实验态度（10%）。实验预习包括阅读实验指导书和报告书，了解实验目的、原理、方法、操作要点，以及仪器和实验报告要求。实验操作主要考查学生的动手能力，实验思路是否清晰，实验操作是否正确规范，能否发现问题并及时纠正，实验数据采集是否完整。实验态度主要考查考勤情况、实验过程的认真态度，以及对仪器和环境的爱护情况。实验报告主要考查数据、文字、图表的准确性，以及格式的规范性。实验预习、实验操作、实验态度和实验报告各项均分为A、B、C、D、E五个等级，将各指标得分乘以相应权重后的总和，即为实验总成绩。

（二）考核模式Ⅱ（平时成绩+实验报告+考试）

考核模式Ⅱ：平时成绩占30%，实验报告占40%，实验考试占30%。平时成绩和实验报告与模式Ⅰ要求相同。考试分操作考试和笔试，实际操作考试涵盖本学期做过的基础

实验和综合性实验，内容为某个实验项目中的一个或几个指标的测试;要求学生拟定实验方案，独立操作与处理数据，得到实验结果。简要介绍实验背景，汇报实验结果，若实验结果不理想需要分析实验误差或实验失败的原因。笔试以填空和简答题为主，考查实验现象描述、实验步骤、实验原理和注意事项等基本知识;计算题主要考查学生对实验资料的分析处理能力;实验设计题则侧重考查学生的创新思维和创新能力。

（三）考核模式Ⅲ（“四环节”教学方式 +“全程”考核模式）

考核模式Ⅲ是一种以学生为中心，以能力考核为导向的教学与考核模式，即“引导-设计-实验-报告”四环节实验教学和全程考试模式。“引导+考核”环节占比10%，教师课前在线布置预习任务，实验前让学生讲述实验原理、方法、步骤及问题。教师将学生讲错的或解释不全的部分加以引导纠正，主要考查学生的预习和实验准备情况。“设计+考核”环节占比10%，学生自行设计实验方案、方法和步骤，避免不假思索地展开实验，主要考查实验方案的合理性。“实验+考核”环节占比20%，重点考查学生实验操作的规范性、数据记录的完整性和任务完成情况。“报告+考核”环节占比30%，实验结束后，学生处理数据、撰写实验报告，绘制成果图和表。基于工程案例的设计型综合型实验分为黏性土试验和无黏性土试验两个方向，最终以实验报告（或小论文）的形式呈现实验成果，内容包括工程背景、试验内容、方法、步骤、结果、误差分析、体会和建议，主要考查学生撰写实验报告、小论文，以及分析问题的能力。“引导-设计-实验-报告”教学模式，教学与考核双管齐下，层层推进，可综合考查学生的实验设计能力、实验操作能力、观察与分析问题能力、数据处理与图表制作能力、文字表达能力、创新意识、创新能力，以及团队协作能力，以期实现预期的实验教学目标。

三、不同考核模式下的教学效果分析

广东工业大学在土木工程、道路桥梁与渡河工程、城市地下空间工程专业开设土力学实验课。在开学第一堂土力学课上，教师详细说明实验考核要求，让学生了解教学目标、考核方式及要求，同时收集学生对考核的意见与建议，以便及时调整和改进。近年来，学校对土力学实验课程的考核模式进行了改革，近4年土木工程专业考核模式和教学效果对比如表1所示，不同考核模式下的成绩分布、实验操作参与度和满意度调查分析，可反映出不同考核模式的调控作用和教学效果。

（一）实验成绩分布

图1为土木工程2014—2017级4个年级土力学实验考核成绩分布图。图1（a） 为2014级6个班采用考核模式Ⅰ的成绩分布，平时成绩和实验报告各占总成绩的50%。从2014级的土力学实验成绩分布图可看出，实验总成绩主要集中在70～89之间，占比超过90%，大于90小于69的人数很少。该考核模式

存在实验报告雷同现象，平时成绩区分不明显，因此，总评成绩的区分度较小。

图1（b）为2015级分别按考核模式Ⅰ和模式Ⅱ得到的土力学实验成绩分布图，考核模式Ⅰ以平时成绩和实验报告为主要依据，全体学生成绩均大于70分，成绩分布趋同;考核模式Ⅱ高分段和低分段学生均不少，出现两极分化，加入实验考试后，实验成绩呈良性正态分布。此外，笔试成绩明显优于操作考试成绩，反映出学生答题能力高于实践动手能力，实验考试给想偷懒的个别学生敲响了警钟，有一定督促作用。

图1（c）为2016级、2017级采用考核模式Ⅲ的成绩分布图，成绩的优良率提高，实验成绩能客观反映实验完成质量。这是由于土力学省级精品资源共享课程建设，促进了实验教学改革，增加了实验项目的综合性和创新性。在实验前布置实验预备任务，了解工程背景和各参数的重要性，学生带着工程问题和考核要求进行实验，其实验细心程度和报告质量整体提高，实验教学效果良好，学生的获得感增强。

（二）實验操作参与度分析

土力学实验教学表明，凡需要进行实验考试的学期，学生的学习态度和投入时间明显不一样，特别是要进行操作考核时，学生在实验过程中表现出了较强的主观能动性，敷衍了事和抄袭现象大大减少，实验操作参与度极大提高。“引导-设计-实验-报告”四环节实验教学过程和全程考试模式，有助于形成良好的实践学习氛围。经过一学期的实验实操训练，学生的动手能力、创新能力和钻研精神极大提高。根据考试情况分析，笔试成绩普遍较理想，仅少数不及格;部分学生对实验操作考试有畏难情绪，动手能力相对较弱，需要特别加强实验过程中的实操训练。由于考试具有良好的调控作用，操作考试很有必要，对于督促学生练好土力学基本功有积极作用。

（三） 教学效果问卷分析

为了积累实验教学经验，进一步完善教学与考核模式，为深化改革提供依据，对3种实验考核模式的教学效果展开问卷调查。从教学内容、完成情况、兴趣、成绩分布、实验掌握情况和满意度6个方面设计指标，将每个指标划分为3个等级，3种模式各指标A等级统计结果如表2所示。模式Ⅰ实验准时完成达98%～100%，分别测试土的物理力学指标（土的界限含水量、渗透系数、压缩系数、内摩擦角和黏聚力），实验教学内容单一，教师示范实验步骤， 学生 “依样画葫芦”地完成实验，存在实验报告雷同现象。模式Ⅱ和模式Ⅲ，实验难度加大，所需实验时间相应延长。问卷分析表明，采用模式Ⅰ开展实验教学，部分学生未体会到实验对于激发兴趣，培养动手操作和分析问题能力的促进作用，在实验过程中有偷懒倾向。调查问卷显示，实验成绩和教学效果满意度模式Ⅲ最佳，模式Ⅱ次之，模式Ⅰ相对较差，一定程度上反映了3种考核模式的教学效果差异。

四、结语

文章对比分析了不同考核模式的特点和教学效果。研究表明，传统的实验教学与考核模式Ⅰ存在部分学生

机械完成实验与数据处理、实验报告千篇一律等偷懒现象。加入实验考试后，模式Ⅱ的教学效果明显优于模式Ⅰ，实验考核起到了杠杆调节作用，激发了学生的实践热情。操作考试影响最显著，操作考试与笔试可优势互补，在实验课教学效果调控方面均发挥了积极作用。“引导-设计-实验-报告”四环节实验教学过程和全程考试模式（模式Ⅲ），教学与考核双管齐下，层层递进，有助于提升学生参与实验的主动性和创造性，培养大学生的实践能力和创新能力。考核模式Ⅲ与工程结合较紧密，符合“以学生为中心，以能力培养为目标，以学习成果为导向”的当代工程教育理念要求，可收到良好的实验教学效果。参考文献：

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Reform of soil mechanics experiment teaching and assessment mode

LIU Yongjian， DENG Hubiao， LIANG Wentian， LIANG Shihua， LONG Yueling

（School of Civil and Transportation Engineering， Guangdong University of Technology， Guangzhou 510006， P. R. China）

Abstract：

Taking the reform of soil mechanics experiment teaching in Guangdong University of Technology as an example， the characteristics and teaching effects of the three experimental assessment modes are compared and analyzed. The traditional teaching and assessment mode （the assessment mode I is based on the normal performance + experimental report）， and the formation of the stereotyped experimental report cannot achieve the expected teaching effect. The assessment mode II includes normal performance， experimental report experimental， examinations， and the distribution of experimental results and teaching effects have been significantly improved. The results show that the test of experiment can adjust the students interest in practice， cultivate hands-on ability， and the impact of the operation test is particularly significant. The guide-design-experiment-report four-part experimental teaching process and the whole-test mode （the assessment mode III） are in line with the student-centered， results-oriented engineering education concept， which can achieve the desired experimental teaching effect.

Key words：

soil mechanics experiment; assessment mode; teaching reform; teaching effect

（責任编辑 梁远华）