土力學試驗教學改革與學生創新能力的培養

摘要：為適應國家經濟社會發展需要，提高土木工程專業技術人才創新能力的培養質量，針對土力學試驗教學內容的特點，結合多年教學經驗，分析了土力學試驗教學中存在的主要問題，總結了提高土力學試驗教學質量，培養創新能力的有效方法，強調整合傳統試驗教學內容，開設設計型、綜合型試驗，培養學生動手能力和創新能力，有效地將理論知識與工程實踐相結合。

關鍵詞：土力學試驗；教學改革；創新

中圖分類號：G642.0？搖 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）01-0041-02

進入21世紀以來，隨著我國經濟建設的不斷增速，土木工程領域大型工程不斷涌現。高速鐵路、長橋、大壩、高樓、超深地下空間工程建設如火如荼，急需大批具有土木工程專業技術和創新能力的專業技術人才。因此，如何不斷提高土木工程教育教學質量，加強創新能力的培養成為當前我國高等教育的重要課題。為此，教育部于2010年6月啟動了“卓越工程師教育培養計劃”，其目的是為了促進我國由工程教育大國邁向工程教育強國，培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才，為國家走新型工業化發展道路、建設創新型國家和人才強國戰略服務。卓越工程師教育培養計劃特點之一就是強化培養學生的工程能力和創新能力。

土力學是土木工程專業基礎課之一，是一門理論性和實踐性都很強的課程，其專業知識涉及土木工程、交通工程、水利水電工程、港口海岸工程、礦山工程等諸多領域。土力學課程內容主要包括三部分：基礎理論與概念部分、工程實際應用部分和試驗與測試部分[1]。土力學試驗教學環節有兩大特點：一是它不同于其他單純驗證性試驗，每一個試驗項目都是實際工程中必做的項目，其試驗結果可直接應用于工程的設計和施工。二是每個試驗項目雖有其各自的獨立性，但從總體上看又是環環相扣、密切相關的。學生通過在土力學試驗課上的學習，能夠提高實際操作水平并增強解決實際問題的能力[2]。因此，提高學生的實際工程能力，同時培養學生的創新能力是土力學試驗教學改革的重要課題。

一、土力學試驗內容及其重要性

1.試驗內容及目的。眾所周知，土力學是研究土體應力、應變、強度、滲流以及穩定性的一門學科。大學本科階段土力學課程需要講授經典土力學理論，如滲透理論、固結理論、抗剪強度理論、土壓力理論等，這些理論是土力學教學內容的重要組成部分。因此，與之相關的必選教學試驗包括：（1）物理性質試驗，包括密度、含水量、塑限、液限、顆粒分析等；（2）土的力學性質試驗，包括固結（壓縮）試驗、剪切試驗等。

通過土工試驗，可以使學生豐富感性知識，擴大眼界，驗證、鞏固并加深所學理論。同時，可以明確土工試驗的作用、重要性和成果的條件性。通過親自動手進行試驗操作，可以使學生熟悉試驗設備，掌握必要的試驗技術，培養試驗研究的基本技能和獨立工作能力。

2.試驗教學的重要性。土是自然、歷史的產物，因此，土的形成年代、形成環境和形成條件的不同，使得土的性質不僅區域性強，而且具有很強的個性。土力學試驗是認識和解釋土的性質的有效途徑，也是取得具體設計參數的常用手段。在土力學教學中，土的物理力學性質、土工原理和概念只有通過教學試驗才能被學生牢固掌握。所以，試驗在土力學課程教學中具有極其重要的作用，是土力學課程教學的重要環節。

二、常規試驗教學的組織與安排

目前，根據土力學教學大綱，一般院校的土力學試驗安排八學時，共需進行四個常規試驗，即土的基本物理指標的測定、顆粒分析試驗、固結試驗及剪切試驗。每個試驗安排兩個學時。

多年以來，土力學試驗一直是根據理論課教學的講課進度，將各個試驗項目安排到相關理論教學完成后的教學過程當中。根據筆者的教學實踐，這種分散開設土力學試驗的方式存在一定的問題。

首先，學生不能接觸到試驗的全過程。由于每個試驗項目均安排兩個學時，使得一些試驗的前期準備工作必須在課前完成，學生才能在規定的兩學時試驗課內完成必做的試驗操作環節，獲得相應的試驗數據。例如：顆分試驗中懸液的配置、剪切試驗中待剪試樣的制備，都需要試驗室教師在課前完成。學生在試驗中只能進行幾個主要的操作環節，并不能參與試驗的全過程，使得學生在本科階段無法全面掌握整個土力學試驗的內容。同時，試驗技能得不到提高，印象也不深刻。這一弊端在巖土工程專業碩士研究生做土力學試驗時暴露無遺，幾乎所有學生都不知道如何制備試驗土樣。

除此之外，分散開設土力學試驗也不利于培養學生綜合分析試驗數據的能力。分散開設試驗使得學生在每次試驗結束后，只能單獨測得土的物理性質指標或力學性質指標，無法對土的性質進行全面評價。如果試驗室各次試驗準備的土樣不一致，就會使各試驗項目的結果之間缺乏連續性，那么就無法培養和提高學生綜合分析試驗數據的能力。而在未來的工程實踐中，畢業生面對大量的實際土工勘測數據時，必須具備綜合分析試驗數據的能力，才能全面掌握場地土的性質，并據此進行土木工程的設計和施工。因此，有必要對四個必做的土力學常規試驗進行整理，通過合理安排試驗的時間和順序，避免上述問題的發生。

三、試驗教學改革及創新能力的培養

土力學的許多經典理論都是通過試驗獲得的，因此，強化試驗教學對提高土力學教學質量、培養學生的創新能力至關重要。在招生數量不斷增加的情況下，首先應該堅持土力學試驗單班進行，每3～4人一組，保證人人動手。教師應編寫與試驗配套的試驗指導書和試驗報告冊，引導學生做好試驗預習。同時教學課上講解試驗原理，試驗課上講解儀器設備和操作要領。試驗結束后，學生獨立進行試驗數據處理和試驗分析。通過試驗教學環節，學生可以加深對土力學基本知識的理解，從而大大提高土力學教學質量，并為創新能力的培養打下良好的基礎。為此，土力學試驗教學改革可以從以下兩個方面入手。

1.整合傳統試驗教學內容，改善常規試驗教學效果。取消分散開設試驗的傳統方式，將相互聯系的試驗重新整合，集中開設土力學試驗課程。即：將土的物理力學指標試驗和顆粒分析試驗、室內快速壓縮試驗和剪切試驗分別集中在連續的四個學時內進行，將多個試驗項目穿插進行。這樣就可以將含水量、重度等基本物理性質與土的變形及強度指標的測定綜合在一起，引導學生分析不同試驗指標的聯系，從而提高試驗教學環節的效果和質量，增強學生的動手試驗能力，激發學生綜合分析問題和解決問題的能力。

2.開設設計型、綜合型試驗。設計型、綜合型試驗開設的目的是激發學生的學習興趣，培養學生的設計創新能力，提高學生運用多種知識和手段解決問題的能力。教師可以引導部分優秀學生選擇試驗題目，或者結合巖土工程方向教師的科研課題設計綜合型試驗。整個試驗從查找資料、設計試驗方案、儀器設備的選用、土樣的制備、實際操作直至結論分析以及試驗報告撰寫，全部由學生獨立完成。指導教師需提出目的和任務，對試驗原理和方法把關，指導排除試驗設備故障，對試驗結果進行驗收，指導學生進行數據處理并完成試驗報告。上述試驗安排在學生業余時間，不與課堂教學沖突，將大大提高土工試驗儀器和設備利用率。

通過上述教學改革，土力學試驗的教學效果得到了大大的改善。由于時間上的集中，使學生對試驗內容有了全面地了解，提高了學生的試驗操作水平，同時也增強了學生綜合分析問題、全面分析土體性質的能力。通過參與設計型和綜合型試驗項目，還培養了學生的實際工程意識以及嚴謹的工作作風。這對于學生在畢業后更好地融入實際工作打下了良好的基礎。

四、結語

提高土力學試驗教學質量、培養學生的創新能力是土力學試驗教學改革與實踐的重要課題。土力學試驗教學必須使學生意識到試驗的最終成果就是為實際土木工程的設計和施工提供可靠依據，是實際工程中必不可少的。而且由于土是自然、歷史的產物，不同場地的地基的土性質不同，這就要求每一個試驗項目的操作都必須準確無誤。因此，通過土力學的試驗教學改革，才能切實培養和提高學生的工程實踐能力和創新能力，達到最佳的教學效果。

參考文獻：

[1]李廣信，呂禾，張建紅.土力學課程中的實踐教學[J].試驗技術與管理，2006，23（12）：13-14.

[2]孫曉明.土力學實驗課程教學方法的研究與改革[J].黑龍江教育，2006，（11）：59-60.