土力學(xué)實驗教學(xué)改革探索

喬運峰

[摘 要] 分析土力學(xué)實驗教學(xué)中存在的問題及原因，從實驗內(nèi)容、實驗教學(xué)組織方式、考核辦法等方面進行了改革，促進了實驗教學(xué)質(zhì)量的提高。

[關(guān) 鍵 詞] 土力學(xué)；實驗教學(xué)；改革

[中圖分類號] G642 [文獻標(biāo)志碼] A [文章編號] 2096-0603（2016）27-0140-02

土力學(xué)是建立在實踐基礎(chǔ)上的一門課程，通過實驗課程的學(xué)習(xí)，加深學(xué)生對教材中基本概念、基本理論的理解，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和獨立工作的能力，增強學(xué)生對土的工程性質(zhì)的感性認(rèn)識，提高學(xué)生的工程意識和綜合素質(zhì)。根據(jù)教育部的要求，高校要進一步加強實踐教學(xué)，注重學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力的培養(yǎng)。因此，作為土力學(xué)課程中非常重要的環(huán)節(jié)的實驗教學(xué)，結(jié)合我校的具體情況，本文對土木工程專業(yè)的土工試驗課程進行了改革探索。

一、存在的問題及原因

1.學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不高，主動性不強，“看實驗”的情況較普遍，這是阻礙實驗教學(xué)質(zhì)量提高的主要原因。產(chǎn)生這些現(xiàn)象的主要原因有：一是實驗體系不合理；二是實驗儀器數(shù)量不足、試驗時間安排不合理；三是考核方式不全面。

2.學(xué)生對實驗現(xiàn)象缺少認(rèn)真觀察，對存在的問題缺少深入分析，造成對實驗結(jié)果的處理不夠科學(xué)合理的現(xiàn)象。這主要與實驗過程中指導(dǎo)教師引導(dǎo)不夠有關(guān)。

二、改革措施

（一）實驗項目體系優(yōu)化

根據(jù)土的不同應(yīng)用，把土密度實驗、含水量實驗、塑限、液限實驗、擊實實驗、直剪實驗、壓縮實驗等項目，根據(jù)土的不同工程應(yīng)用整合成綜合性實驗，如下表所示。

單獨開設(shè)驗證性實驗會帶來很多問題。首先，驗證性實驗往往會使實驗項目重復(fù)，如土的含水量和比重等實驗屬于單獨開設(shè)的實驗項目，但它們還會在土的固結(jié)試驗中重復(fù)操作，更重要的是，單獨開設(shè)實驗項目隔斷了各實驗項目之間的聯(lián)系，學(xué)生難以對多個實驗結(jié)果進行整體分析，以形成對土的性質(zhì)的綜合判斷。如塑性指數(shù)、液性指數(shù)用來判斷土的定名分析和土體狀態(tài)，土體的壓縮系數(shù)和壓縮模量用來判斷土體的固結(jié)性能，這些參數(shù)間存在著密切的聯(lián)系，只有分析它們之間的關(guān)系，才能對土的性質(zhì)的合理性作出綜合判斷，使其能準(zhǔn)確地反映土體的真實情況，符合工程實際。倘若各次實驗課準(zhǔn)備的試樣土質(zhì)不一致的話，學(xué)生更難做到對多次實驗課測得的指標(biāo)進行綜合分析。因而就無法提高學(xué)生綜合分析實驗數(shù)據(jù)的能力。通過把單個的驗證性實驗整合成綜合性實驗，學(xué)生不僅能牢固地掌握土力學(xué)的基本原理和基本知識，而且還能以聯(lián)系的眼光看待單個實驗結(jié)果，提高綜合運用知識分析問題的能力。

（二）改變實驗教學(xué)的組織方式，改變教師、學(xué)生在實驗中的角色

傳統(tǒng)實驗教學(xué)以教師為中心，試樣制備由實驗員完成，學(xué)生只要在實驗指導(dǎo)書和教師的指導(dǎo)下完成操作，得到結(jié)果就可以了。改革后的實驗教學(xué)方式是以學(xué)生為中心，讓學(xué)生獨立完成從方案設(shè)計、試件制作、實驗操作到實驗結(jié)果處理的全過程。具體實驗的組織過程如下：教師布置實驗任務(wù)，提供實驗參考資料，如試樣制備規(guī)范、土工試驗規(guī)范和實驗儀器說明書等。學(xué)生組成試驗小組，小組成員間相互配合，根據(jù)實驗任務(wù)查閱資料，制定實驗方案。教師對學(xué)生的實驗方案進行點評。實驗方案獲得批準(zhǔn)后，學(xué)生自己用取土儀器取土，并制備試樣，這樣使學(xué)生在實驗開始前就對土有了初步的感性認(rèn)識。進入實驗室后，教師主要講解實驗儀器操作的注意事項，以及實驗過程中容易出錯的地方。在實驗操作過程中，教師控制實驗室紀(jì)律，形成對每個小組及其成員的評價，并在實驗結(jié)束時組織學(xué)生對實驗結(jié)果進行分析。整個實驗過程，教師的作用主要是組織、指導(dǎo)和考核，學(xué)生則要獨立完成實驗全過程，從而充分調(diào)動了學(xué)生的積極性。

（三）改革實驗考核辦法，注重對實驗過程的考評

實驗教學(xué)組織方式發(fā)生變化，考核辦法也做了相應(yīng)調(diào)整。實驗成績由兩部分組成：第一部分為小組成績，主要依據(jù)實驗方案、實驗完成的質(zhì)量、實驗結(jié)果等；第二部分為個人成績，主要根據(jù)小組各成員的操作熟練程度、操作質(zhì)量，以及實驗過程中體現(xiàn)出來的態(tài)度等方面。這樣既能促進小組成員間的團隊合作，又能加強實驗過程的管理，督促學(xué)生認(rèn)真做實驗。為避免團隊合作中因分工而帶來的學(xué)生只負(fù)責(zé)某個實驗的操作，而不能完成所有實驗操作的情況，我們采用“試樣負(fù)責(zé)制”。在劃分小組的時候，小組成員的數(shù)量根據(jù)試驗的具體要求進行，如剪切試驗中需要進行四級荷載作用下的剪切實驗，小組成員數(shù)量定為4名，即讓每個學(xué)生負(fù)責(zé)一個試樣從試樣制備到實驗數(shù)據(jù)處理的全過程，這樣每個學(xué)生都能參與到實驗中來。

（四）注意實驗操作過程中對學(xué)生的引導(dǎo)，科學(xué)對待實驗結(jié)果

教師在學(xué)生實驗過程中應(yīng)注意啟發(fā)學(xué)生，讓學(xué)生仔細(xì)觀察實驗現(xiàn)象，并把實驗現(xiàn)象記錄在實驗報告中，以便出現(xiàn)問題時查找問題的根源。

在對實驗結(jié)果進行分析時，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生以正確的態(tài)度對待誤差或者錯誤的結(jié)果。受到實驗儀器、操作方法等因素的影響，實驗結(jié)果存在誤差是在所難免的。在實驗數(shù)據(jù)處理中，首先讓學(xué)生自行判斷實驗結(jié)果的合理性，并給出理由。對存在的問題以小組為單位進行討論，從實驗儀器、操作步驟、實驗數(shù)據(jù)處理等方面找出產(chǎn)生誤差或者錯誤的原因，并找出減小或消除這些誤差的方法，或采取合理的補救措施。在最后的實驗報告中必須有實驗現(xiàn)象的描述和實驗結(jié)果的分析，尤其是對出現(xiàn)的誤差的分析更應(yīng)做出明確詳細(xì)的分析。從實驗改革反饋的情況看，只要對存在的實驗誤差進行正確引導(dǎo)，學(xué)生就可以從錯誤中學(xué)習(xí)到更多的知識。這樣既培養(yǎng)了學(xué)生實事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度，又提高了學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

另外，鼓勵學(xué)生采用多種處理實驗數(shù)據(jù)的方法，如手工計算、使用數(shù)據(jù)處理軟件Excel、Mathlab等，以鍛煉學(xué)生各方面綜合能力。

三、結(jié)論

經(jīng)過優(yōu)化實驗項目，改變教學(xué)組織管理方式，加強過程控制和開放實驗室等一系列改革，土力學(xué)實驗教學(xué)為學(xué)生動手操作、動腦思考提供了時間和空間，從根本上調(diào)動了學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性。從實驗教學(xué)改革的反饋信息看，學(xué)生對改革措施及效果的反應(yīng)比較強烈，表示通過土工實驗確實能學(xué)到很多知識，鍛煉了自己的動手能力，提高了自己的觀察能力和科學(xué)分析能力。另外，這種實驗教學(xué)方法對教師提出了更高的要求，達到了教學(xué)相長的目的。

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