土力學(xué)綜合性實驗教學(xué)探索與實踐*

徐根洪

0 引言

土力學(xué)是一門實驗性很強的學(xué)科,土力學(xué)實驗與土工測試技術(shù)在工程實踐中十分重要,土力學(xué)中的很多基礎(chǔ)理論是通過試驗建立的,土工實驗為土力學(xué)理論的發(fā)展提供了重要的依據(jù)[1]。土力學(xué)綜合性實驗的設(shè)計與開設(shè)是減少土力學(xué)實驗課中的一些驗證性實驗,將以往零散單一的實驗構(gòu)成實用性強的綜合性實驗。通過改進(jìn)實驗類型、開設(shè)方式,讓學(xué)生明確土物理力學(xué)性質(zhì)的復(fù)雜性;鍛煉和提高學(xué)生動手能力、操作技能,啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維,為培養(yǎng)應(yīng)用型的專業(yè)技術(shù)人才打下良好的基礎(chǔ)。

1 土力學(xué)實驗課的特點

土是自然界中性質(zhì)最為復(fù)雜多變的物質(zhì)之一。土力學(xué)實驗課有兩大特點:1)其不同于其他單純驗證性實驗,每一個實驗項目都是實際工程中必做的項目,其實驗結(jié)果可直接應(yīng)用于工程設(shè)計和施工。2)每個實驗項目雖有其各自的獨立性,但從總體上看又是環(huán)環(huán)相扣、密切相關(guān)的[2]。土力學(xué)實驗教學(xué)著重培養(yǎng)學(xué)生運用已學(xué)到的知識,獨立分析、解決工程實際問題的能力、探索創(chuàng)新能力以及組織、管理等綜合能力。

2 土工實驗教學(xué)現(xiàn)狀剖析

2.1 不完整的實踐環(huán)節(jié)削弱學(xué)生的認(rèn)知能力和操作水平

由于采取分散開設(shè),每個實驗項目均安排兩個學(xué)時,使部分實驗項目在規(guī)定的時間內(nèi)難以完成。對此,實驗教師往往在課前先做大量“準(zhǔn)備”工作,如顆粒分析試驗、擊實試驗、直剪試驗等,實驗前就先配好懸液,準(zhǔn)備好土樣和待剪試樣,在課堂上只能進(jìn)行幾個環(huán)節(jié)的操作,學(xué)生對實驗的整體性、連續(xù)性不了解,做完一個實驗學(xué)生不但對實驗原理一知半解,甚至對實驗的內(nèi)容也不知所以,不利于學(xué)生認(rèn)知能力和操作水平的提高。

2.2 分散實驗的數(shù)據(jù)不利于培養(yǎng)學(xué)生綜合分析能力

土力學(xué)驗證性實驗項目一般都是驗證某一章節(jié)范圍內(nèi)的理論,采取比較分散的開設(shè)方式,割裂了課程理論知識之間各部分知識之間的聯(lián)系。這種根據(jù)理論課的講授進(jìn)度,將數(shù)個實驗項目穿插到理論教學(xué)過程的方法,一次實驗只能測得一個試樣的某個物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo),而該試樣的其他指標(biāo)還需等待下一次實驗項目中測得[4],而實際上由于打開的土樣不易原狀保存等原因,多數(shù)情況下該樣的其他指標(biāo)被放棄。而學(xué)生很難把一個試樣經(jīng)多次課測得的多個指標(biāo)綜合起來,全面分析,因而各實驗項目之間的聯(lián)系嚴(yán)重脫節(jié)。若實驗室為各次實驗課準(zhǔn)備的試樣土質(zhì)不一致的話,更會使各實驗項目的結(jié)果之間缺少連續(xù)性,不利于培養(yǎng)和提高學(xué)生綜合分析實驗數(shù)據(jù)的能力。

2.3 以教師為主體的教學(xué)方式不利于培養(yǎng)學(xué)生的獨立思維能力

教師設(shè)計好的實驗常將學(xué)生的思路局限在實驗現(xiàn)象的觀察上,而缺乏對細(xì)節(jié)和意外現(xiàn)象的關(guān)注,這種習(xí)慣對今后從事科學(xué)研究和新事物的探索非常不利。學(xué)生只要機械地按操作步驟和要求做完實驗就能獲得實驗結(jié)果,實驗過程中學(xué)生始終處于被動的學(xué)習(xí)狀態(tài),這既不利于培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和綜合能力,也不利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性。

3 綜合性實驗的體現(xiàn)

3.1 實驗類型及時間調(diào)整

土力學(xué)綜合性實驗是建立在驗證性實驗的基礎(chǔ)上,是土力學(xué)實驗中有一定內(nèi)在聯(lián)系的實驗組成。我們將目前的實驗類型進(jìn)行調(diào)整,見表1,可以看出,調(diào)整前實驗類型全部屬于驗證性實驗,而調(diào)整后只保留了2個驗證性實驗,其他的與增加的三軸壓縮試驗則整合成一個綜合性實驗。綜合性實驗時間,可采取集中在某一段時間內(nèi)進(jìn)行或全天開放實驗室,讓學(xué)生自主選擇實驗時間。

表1 實驗類型調(diào)整前后對比

3.2 實驗的設(shè)計和方法

1)設(shè)置一個具有綜合性的題目。如:××工程巖土測試成果及分析。指導(dǎo)教師給出實驗方向、實驗室現(xiàn)有的設(shè)備儀器及其技術(shù)指標(biāo),從土樣的制備到方案設(shè)計、實驗分析試劑的配制、儀器操作和各實驗項目的分析,由學(xué)生自己完成,充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性,使之將所學(xué)的專業(yè)理論知識用于實踐中。然后根據(jù)實驗數(shù)據(jù)寫一篇綜合性的實驗報告。

2)分組實驗。對實驗班級進(jìn)行分組,全班分成3個大組(以45人為例),每個大組又細(xì)分成3個小組,每個小組4人～5人,每組選出一名組長作為與教師的聯(lián)系人,班長任總負(fù)責(zé),一個大組做同一個檢測區(qū)域的不同樣品的平行實驗,3個大組各抽取工地一個區(qū)域的土樣。

3)實驗項目內(nèi)容。土力學(xué)綜合實驗項目由學(xué)生從常規(guī)的土比重試驗、含水量試驗、界限含水率試驗、固結(jié)試驗等單項實驗自選交叉進(jìn)行,然后在各項試驗成果之間進(jìn)行校核。

4)實驗室開放和管理。為適應(yīng)綜合性實驗的要求,實驗室對學(xué)生進(jìn)行開放,對于在課內(nèi)未完成實驗的學(xué)生,可在課余時間在實驗室繼續(xù)完成實驗,若采用學(xué)生自主選擇實驗時間,則需全天開放實驗室,配備好指導(dǎo)教師,制定有效的管理方法。

5)實驗成績的評定。取得實驗數(shù)據(jù)后,要求學(xué)生對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析、討論,獨立完成實驗報告。報告的內(nèi)容須包括實驗的原始記錄和計算圖表,按綜合性實驗的要求寫出完整的實驗報告。教師在評定實驗成績時,主要根據(jù)學(xué)生的報告質(zhì)量和所得出的實驗結(jié)果綜合評定成績。

4 有效指導(dǎo)

1)指導(dǎo)教師對項目的認(rèn)識。首先指導(dǎo)教師應(yīng)向地質(zhì)勘察單位咨詢,明確待測土樣工程的項目性質(zhì),通過野外鑒別,基本掌握有關(guān)土的特性,搞清楚該工程測試項目的實踐作用,在數(shù)據(jù)處理中可能采用哪幾種計算方法,這些方法需要用哪些性質(zhì)指標(biāo)等,實驗前向?qū)W生介紹。有條件將學(xué)生帶到勘察施工現(xiàn)場,實地了解有關(guān)土的性質(zhì),增加學(xué)生的感性認(rèn)識。

2)學(xué)生實驗準(zhǔn)備的檢查。實驗指導(dǎo)教師在實驗前要檢查學(xué)生的實驗準(zhǔn)備情況,提出與實驗要求相關(guān)的問題,或直接抽查學(xué)生的實驗準(zhǔn)備資料。教師從中可以掌握學(xué)生的實驗意圖,在實驗前保證學(xué)生對實驗內(nèi)容的理解。

3)解決問題,不包辦代替。綜合性實驗學(xué)生有機會參與每個實驗的全過程。教師對學(xué)生提出的問題和遇到的困難給予必要的幫助,但不具體參與到學(xué)生實驗中去。這既鍛煉了學(xué)生的動手能力,又使他們對整個實驗全面系統(tǒng)的了解,激發(fā)學(xué)生的實驗創(chuàng)新思維。

4)重視實驗成果綜合分析。實驗結(jié)束后給學(xué)生以充裕的時間分析、討論實驗數(shù)據(jù),尋找一些內(nèi)在的聯(lián)系和規(guī)律。有時存在實驗結(jié)果與理論不吻合,指導(dǎo)教師應(yīng)告知學(xué)生嚴(yán)格尊重實驗數(shù)據(jù),然后分析原因。總之,教師要有一定的開放性思維,要求學(xué)生重視實驗成果綜合分析,這是實驗中不可忽視的,也是綜合實驗教學(xué)能力培養(yǎng)的關(guān)鍵所在。

5 結(jié)語

1)確立素質(zhì)教育,培養(yǎng)應(yīng)用型人才的思想。大膽創(chuàng)新,突破傳統(tǒng)的教學(xué)模式,在教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置和形式上進(jìn)行大膽改革,才能使綜合性實驗教學(xué)取得良好的效果;

2)為了適應(yīng)綜合性實驗教學(xué)的需要,必須開放實驗室及制訂相應(yīng)的實驗室管理制度,這樣才能保證綜合性實驗的順利進(jìn)行;

3)綜合性實驗教學(xué)對指導(dǎo)教師提出了較高的要求,實驗教師必須具備工程實踐知識和牢固的實驗技能,在指導(dǎo)過程中教師需要有高度的責(zé)任感和敬業(yè)奉獻(xiàn)精神;

4)綜合性實驗,給學(xué)生獨立設(shè)計和完成一個實驗提供平臺,可增強學(xué)生動手能力及分析解決問題的能力,能使學(xué)生受到一次科學(xué)實驗全過程的訓(xùn)練,體驗科學(xué)實驗的嚴(yán)謹(jǐn)性和奉獻(xiàn)性,為實現(xiàn)我校“高級應(yīng)用型人才”的培養(yǎng)目標(biāo)而踐行。

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