新工科背景下地方高校土力学实验教学探析

张李杨，郝英奇，马 巍，何夕平

（安徽建筑大学 土木工程学院，安徽 合肥 230601）

土力学是“土力学与基础工程”课程的简称，是土木、水利、地质等类专业的专业基础核心课程之一，在培养建设工程基础建设方面的专业人才具有极其重要的作用。在世界高等教育面临新机遇、新挑战之际，教育部推行“新工科”建设[1]，促使已经站在新的历史起点我国高等学校的教育改革，更加需要加快建设和发展新工科。高等教育大众化阶段，地方高校在人才培养、服务区域经济建设和社会发展中扮演着重要角色，对区域的转型升级、产业辐射带动和经济发展发挥着重要作用，是新工科建设的不可或缺的力量[2]。

安徽建筑大学根据“新工科”建设的基本理念，立足地方高校服务面向，积极融入沪苏浙皖“长三角”地区创新发展体系，主动适应区域经济和社会发展的需求[3]，对土力学实验教学课程做出了教学改革尝试，为相关专业课程的建设发展提供了借鉴。

1 面向新工科的土工实验教学理念

教育部在推动“新工科”建设工作过程中，形成了“复旦共识”“天大行动”“北京指南”等三份重要文件[4-6]。从“新工科”建设的三份纲领性文件来看，随着新兴的工业革命席卷全球，学科交互融合不断加深，人工智能、大数据、物联网等新的技术出现，产业布局发生重大变化，对人才的能力需求也随之发生相应的改变[7]。“新工科”建设是我国高等改革的重大战略需要，反映了国家在工程教育发展方面的新思维、新方式，对促进以新技术、新业态、新模式为特点的循环绿色经济发展[8]具有十分重要的意义。

“新工科”建设背景下，高等院校应主动作为，建设服务国家战略、满足产业行业需求，面向未来发展需要的工程类专业[9]。土木、水利、地质等类学科专业不仅支撑了国家基础工程建设的快速发展，而且还在部分领域助力国家重大战略的实现。面对新工科建设，对为国家基础工程建设作出较大贡献的此类专业，应赋予社会主义核心价值观教育，致力培养专业基本功扎实、有全球视野、具有实践能力、创新能力，能适应快速变化和解决复杂问题能力的工程技术人才[10]。

土力学实验教学着力培养学生通过实验，巩固所学的土力学理论知识，提高分析问题解决工程问题的能力。“新工科”建设背景下，学校的土力学实验教学理念是：落实立德树人根本任务，围绕知识体系和课程能力要求，契合人才培养目标，培养学生的工程意识，提高解决工程问题的能力，努力培养新时代合格土木工程类、矿山建设类等领域工程技术人才。学校土力学实验的教学理念如图1所示。

图1 土力学实验的教学理念

2 地方高校土力学实验教学存在的主要问题

2.1 工程理念培养不足

土力学实验课程一般包含土的工程分类、物理状态试验、压缩固结试验、三轴压缩试验等主要内容。传统的实验教学是先学习理论知识，然后通过实验操作来感悟和理解知识点[11]。基本不变的土力学实验带有程序化或观摩性质的课程，偏离了土力学实验教学理念，从而不能较好地培养大学生的工程能力和综合应用能力。调研还发现，部分地方高校对实验教学环节重视不够，土力学理论教学与实践教学脱离、实践教学时间被压缩，没有足够的实验教学让学生观察土、实验土和思考土，导致了土力学实验的科学性缺失。

2.2 土力学实验课“弱化”问题

土力学实验过程存在着“弱化”倾向。土力学实验教学时，通常先由实验指导教师进行实验演示和实验讲解等教学活动，然后学生再被分组进行实验、获得实验数据并完成实验报告。从实验教学过程来看，是教师先“做”实验，学生再做；从实验报告看，学生基本上按照给定的要求及格式完成实验数据的填写及相关内容，使得实验变成了简单的“走过场”，学生尚未感受到土力学实验的实质，不能够做到实践和理论并重，与实验教学目的相违背。

2.3 土力学实验报告内容重复、考核简单

“新工科”建设已经成为国内高等学校的教学改革和发展方向，为了更好地培养学生的工程素养和实践创新能力，如何设置合理的土力学实验教学以及实验报告内容和形式，依然是土力学实验教学急需解决的问题。大部分地方高校实验教学一段时期内处于“教师演示，学生观察”或“少数学生动手，多数学生旁观”的状态，实验报告的格式与内容多年不变，这种情形同样存在于学校的土力学课程实验教学中[12]。

在土力学实验课程考核环节，考核的内容及评价标准主要依赖于实验报告。由于实验报告的内容和形式都是先前给定，这种考核方式既不能衡量学生的真实水平，也不利于培养其创新能力和实践能力。

3 面向新工科的土力学实验教学探索

3.1 修订实验教学大纲，重构实验模块

学校的土力学实验面向土木工程、城市地下空间工程、勘察技术与工程、地质工程等专业开设。“新工科”背景下，学生不仅需要有扎实的土力学专业基础理论知识，还要求具备相关课程知识、融合学习和应用创新能力[13]。土力学实验课程的教学目的是加深学生对土力学理论知识的理解与掌握，着力培养大学生的工程实践能力以及创新能力。

“新工科”背景下的教学理念应贯穿实验教学过程中。在课程实验中设置能够引导或启发大学生思考的土的物理力学特性等相关问题，培养学生发现问题和解决问题的能力。学校根据培养目标，调整土力学实验教学大纲，围绕知识体系和能力要求，将土力学课程实验设置了三个模块，将理论课和实验课同时展开，做到理论与实践相互促进。设置的三个模块概括为“性质”、“状态”和“性能”，每个模块嵌入相应的实验项目。实验模块见表1。

表1 土力学实验教学模块表

通过这三个模块的设置，学生了解三个模块之间的关系，对土力学实验内容有了清晰的认识。

3.2 转变教师角色，创新教学方式

面向“新工科”建设，教师由知识传授者，转变为教学的指导者、引导者。土力学课程实验教学过程中采用体验式、研讨式教学和“翻转课堂”，让学生参与实验教学的全过程。随着“互联网+”的快速发展，采用线上、线下结合的方式，将传统实验课程教学与“翻转课堂”相联合。“翻转课堂”在实验教学内容组织上，贯串三个实验模块的知识点和联系，采用实验任务设计、问题设计等方式，加深和巩固土力学的基本概念和理论。在体验式和研讨式教学中，学生们交流讨论，相互提出问题，自己动手解决问题，提高了大学生的工程实践能力及综合应用能力。如在经过土的剪切实验教学后，学生能够分析确定地基承载力、边坡强度、基坑稳定性等工程问题。

3.3 结合工程建设，授学生以渔

实验教学过程中，实验指导教师从“准备、过程、结束”的三个环节提出要求，学生做到全员全过程响应，用眼观土，用手触土，用心思土。从土力学实验的第一节课开始，要求学生学会现场识别取土地点，采选土样，进行实验之前的土样烘干、打碎、去除杂质等前期准备工作；实验过程，要求学生全员动手操作，感受土体的黏性、形变、粒径等特征，认知土壤含水量以及液限、塑限等物理状态量；实验结束，学生对实验结果进行总结归纳，提出问题、查阅资料和联系实际解决问题。学生能够从全过程中清晰土样样品的来源和制作过程，对有些概念如液塑限就有了比较直观的感受，能够明晰土力学实验的严肃性和科学性，并能和其他相关知识点建立起联系。学校对学生土力学实验课程的实践能力及创新能力培养体现在土样选取、制作装样、设备操作、分析数据和独立完成实验报告等。随着合肥大都市建设的发展，学生在实验中有些土样来自城市建设工程，这又促使学生查阅工程建设有关资料和思考问题，既培养了实践能力、分析问题能力，又提高了工程素养。

3.4 改革考核方式，侧重创新与实践能力考核

实验考试设置了侧重创新与实践能力的考评方式。考核评价分为四个方面：第一方面为实验室行为表现，观察学生遵守实验室纪律，实验过程中是否存在懒散、嬉戏打闹等行为。第二方面为实验团结协作能力，主要考察“准备、过程、结束”三环节学生主动积极动手、交流表达与共同协作情况，培养团队意识。第三方面能力为实践能力，考核学生实验过程观察能力、实验数据获取能力等，对问题的分析和解释，做到学以致用。第四方面为创新能力，通过实验报告的完成，主要察看学生发现问题和解决问题能力、应用基础理论能力、逻辑推理能力、归纳总结能力等。

考核评价指标的组成见表2。

4 面向新工科的土力学实验教学效果

修订的土力学实验教学大纲，从2018级“大土建”类本科专业开始实施。对2018级、2019级土木工程、地质工程等专业学生进行调查，学生综合评教满意度达到92.9分。2017级与2018、2019级本科生的土力学实验与课程总成绩见图2。从图2来看，改革调整后的平均实验成绩较改革前提高了7.6%，总成绩较课程改革前增加了11.4%。说明改革后的实验教学促使学生的学习能力得到了明显提升。

图2 土力学实验与总成绩

5 结语

“新工科”建设背景下，各高等学校都重视对创新型人才的培养，充分发挥实验教学在人才培养方面的重要作用。安徽建筑大学教学实践效果表明，通过实验模块的重构、教学方式改革及实验考核评价革新，大大激发了大学生们对土力学与基础工程课程的学习兴趣，培养了学生实践能力和创新能力，提高了学生的工程思维能力和解决工程问题能力。