淺談土力學實驗教學中存在的問題及改革措施

曾召田

（桂林理工大學 土木與建筑工程學院，廣西 桂林541004）

土力學是土木工程專業重要的理論基礎課之一，具有很強的理論性和實踐性，該課程注重培養學生的創新思維和工程實踐能力。 土力學實驗作為該課程的實踐部分， 對于學生準確掌握土的工程特性、深入理解土力學原理、培養創新意識、增強動手能力等起著非常關鍵的作用。為此，本文根據筆者近年來的教學情況，結合理工類本科院校土木工程專業的特點， 剖析了當前土力學實驗教學中存在的主要問題，從土力學實驗內容設置、 實驗教學模式等方面提出了一系列改革措施，以切實提高土力學實驗教學質量和教學效率。

1 土力學實驗教學的特點

自然界中的土一般經歷了長期的地質作用，其顆粒大小和礦物成分差別甚大，同時組成土的三相（土粒、水、空氣）之間的數量比例也不盡相同，土與周圍的水分發生復雜的物理化學作用，因此土具有復雜的的物理、力學性質，如土具有非線性的應力-應變關系，卸荷后土體變形一般不能完全恢復，土體強度具有多變性等，土的這些特性一般需要通過室內和現場實驗進行測試研究[1]。縱觀土力學的發展歷程，從某種意義上可認為土力學就是土的實驗力學，土力學的許多基礎理論都是通過實驗建立的，譬如描述土中水滲流特性的達西定律。因此，土力學實驗為土力學理論的發展提供了重要的依據[2]。

土力學實驗教學具有兩個顯著特點：其一，土力學實驗不同于物理、化學等其他單純驗證性實驗，土力學中的每一個實驗項目都來源于工程實踐，其實驗結果可直接應用于工程設計與施工；其二，土力學中的每個實驗項目雖然相互獨立，可分散進行實驗，但所測土的各項指標最終統一于同一個土樣進行綜合分析， 從總體上看又是環環相扣、緊密聯系的[3]。學生通過該課程的學習，能夠提高實際操作水平、培養創新思維、學會分析和解決實際問題。

2 當前土力學實驗教學中存在的主要問題

2.1 實驗教學地位低，實驗課時偏少

實驗教學地位低是普遍現象，在土力學實驗教學中主要表現在三個方面：（1）實驗課從屬于理論課程，沒有獨立設課；（2）實驗課時數偏少，只有8 學時；（3）實驗成績不單獨考核，通常只作為理論課程平時成績的參考（所占比例大致為15～20%），對整個課程成績影響小。

這在客觀上必然導致以下弊端：（1）學生在思想上不重視實驗課，認為土力學實驗無關緊要，只要把理論知識學好即可，導致學生的實驗熱情不高，缺乏積極性和主動性；（2）實驗課時少，導致開設實驗項目偏少，部分儀器設備利用率低；同時由于學生人數較多，學生缺少重新實驗的機會，無法改正不合理的數據，實驗報告只好編造數據或抄襲，不利于培養學生嚴謹、認真的科學態度。

2.2 教學方式缺乏創新，教學效率較低

土力學實驗教學一直沿襲以往的傳統教學模式[4]，一般分為四個階段： （1）課前準備階段——實驗室老師準備儀器設備，學生預習實驗內容；（2）課堂授課階段——老師課堂講解、示范實驗過程；（3）學生實驗階段——學生分組實驗，老師巡回指導；（4）數據處理階段：學生處理數據、撰寫實驗報告。

這種教學方式有利于培養學生處理數據、操作儀器、撰寫報告等基本實驗素質；同時由于實驗結果與理論吻合較好，能較好地配合理論教學，促進學生對土力學基本理論的理解與消化。 但是在這種模式下，學生只能按照教師預先設定的步驟被動地完成實驗，不利于調動學生獨立思考和發揮學生的主動性。 另外，在教學過程中如果指導教師講解詳細，占用的時間多，學生就沒有充裕時間來完成實驗，不利于培養動手能力；反之，指導老師講得精、簡，許多學生在實驗過程中就不知所措，實驗效果也不好。

2.3 實驗室管理單一，實驗內容陳舊

土力學實驗和其它課程教學一樣，需要按實驗課表規定的項目和時間進行。 由于課時偏少，大部分實驗項目通常采取縮短實驗觀測時間、簡化實驗步驟或由實驗教師課前先完成幾個環節的操作等方法來縮短實驗時間。例如，粘性土的固結實驗一般縮短實驗觀測時間，砂土的比重實驗往往使用搖蕩比重瓶代替砂浴加熱排除空氣這一步驟，而直剪實驗、壓縮實驗等均需實驗室教師事先做大量的準備工作。 學生在課堂上只能進行幾個環節的操作，不能參與實驗的全過程，因此學生對整個實驗感到很抽象，實驗技能也得不到提高。

同時，土力學實驗項目都是常規物理力學指標的測定，教學內容簡單而陳舊；實驗教學未能及時引入最新的學科發展成就，實驗項目的設置未能與工程實踐緊密結合，不利于全面培養學生的實驗動手能力、綜合分析和解決實際問題的能力。

2.4 實驗分散開設，實驗項目相對獨立

土力學實驗課一直采取比較分散的開設方式，即根據理論課的授課進度，將幾個實驗項目穿插到理論教學過程中，如理論課講完了土的物理指標，隨即進行含水率、比重、密度實驗，講完了粘性土的壓縮性即刻進行固結實驗；這種教學安排限制了實驗課的開設時間，不利于學生對實驗內容的充分理解和消化。

由于實驗分散開設，每次實驗僅是對某個指標進行測定，割裂了各個實驗項目間的聯系，使學生不能從所測各指標應統一于同一土樣這一角度來統籌實驗，造成了和生產實踐的脫節，導致學生未能真正全面系統地掌握土力學實驗知識。 由于每次實驗均單獨取樣，實驗所測出的指標值并不是同一土樣， 無法對各指標之間的關系進行分析，不利于學生對土的物理力學性質的理解。

3 土力學實驗教學改革措施

3.1 轉變思想觀念，突出實驗教學地位

“思想是行動的先導”，因此土力學實驗教學改革的關鍵就在于轉變教師和學生的思想觀念、突出實驗教學的地位：（1）摒棄“實驗課附屬于理論課”的舊思想，牢固樹立實踐第一的觀念，調動一切積極因素，激發學生實驗熱情；（2）實驗課單獨開設，從教學計劃上保證對土力學實驗教學的重視；實行實驗成績單獨計算，促使學生認真完成實驗課程，從根本上扭轉學生不重視實驗課的局面；（3）專職實驗教師與理論教師待遇相同，增加實驗室人員外出培訓、參觀和交流機會，充分調動實驗教師的工作積極性。

3.2 改變教學方式，提高實驗教學效率

傳統的土力學實驗教學模式嚴重抑制了學生的主觀能動性，造成實驗教學效率較低，因此必須對現有的教學方式進行改革，以切實提高試驗教學效率。 具體來說，主要從以下三方面著手：

（1）利用電化教學手段，加強實驗前的預習。土力學實驗課程的課前預習非常重要， 預習效果的好壞直接影響學生是否能正常開展實驗。 為了加強實驗前的預習，我們在傳統教學模式的基礎上引入了電化教學手段，具體實施過程分為三步：第一步，實驗前學生認真預習實驗指導書，了解實驗目的、原理、方法、步驟等內容；第二步，實驗室開發土力學實驗教學課件，學生可隨時上網瀏覽預習；第三步，實驗課上指導教師對實驗重點步驟和注意事項再有針對性地做講解。 這樣，通過課本預習、網絡教學和重點講解，學生就能直觀、形象地了解實驗的全過程。同時也將教師的授課時間由以往的30 多分鐘縮短到15 分鐘左右，使學生有了充裕的時間進行實驗，從而提高了實驗教學效率和質量。

（2）集中開設實驗，培養學生綜合分析能力。土力學實驗課程中的一些實驗項目（如固結實驗、顆分實驗等）往往時間很長，且各個實驗項目之間有很強的聯系，如果將原來的“分散式”實驗教學改革為“集中式”實驗教學，即在土力學理論課程結束后，每班安排2～3 天時間集中來上實驗課，效果非常明顯：A.由于多個實驗項目交叉進行，節省了時間， 提高了工作效率；B 由于所有實驗項目都在同一個集中的時間內完成，便于學生對所得實驗數據進行綜合分析。

（3）完善實驗考核方法，調動學生學習積極性。為充分了解學生的實驗學習動態，我們逐步完善了實驗考核方法：1）建立嚴格的預習制度——學生在進行實驗前，必須獨立完成實驗預習報告，經實驗指導老師檢查合格后，方可開始實驗；2）實行綜合考核制度——對學生的每次實驗都從實驗預習、實驗安排與操作、實驗報告三個方面進行綜合考核；3）制定實驗成績評分標準——按照考核的三個方面制定具體的考核內容和標準，實驗成績（按百分制計算）達不到60 分，實驗課程總成績為不合格。

3.3 改革管理模式，建設開放型實驗室

為了培養學生的創新思維和解決實際問題的能力，使學生懂得科學實驗過程的嚴謹性、復雜性和嚴密性，必須改革以往的管理模式，建設開放型實驗室。 為此，我們采取以下新舉措：

（1）實驗室定時定期開放——時間為10：00～20:00，學生自主安排實驗時間，采取實驗預約制度，每組人數為1～2 人，大大增加了學生的動手機會。開放式實驗教學一方面使學生在時間和內容上有較大的自主性，有利于調動學生的積極性；另一方面也有利于因材施教，使實驗水平不同的學生，都能得到合適的指導。

（2）重視實驗過程——土力學實驗教學的目的是讓學生熟悉整個實驗過程、了解土的基本特性，為今后的工作和科研打下良好基礎，因此實驗教學中要改變“重結果、輕過程”的錯誤思想，具體要做到以下三點：1）教師的指導和講解內容應少而精，重點放在實驗方法與關鍵步驟；2）要求學生正確安裝、調試儀器，增強學生操作能力，培養學生嚴謹的科研精神；3）強調實驗結果應互不相同，嚴禁互相抄襲實驗數據。

（3） 嚴格審查實驗報告——要求學生當堂獨立完成實驗報告，對不合理數據要認真分析原因并通過補做實驗及時改正；經實驗教師現場審核，不符合要求的實驗報告應退回重做。

3.4 拓展實驗內容，激發學生實驗熱情

土力學實驗內容都屬于已經被反復證實過的、學生必須掌握的驗證性實驗。 實驗室在此基礎上必須拓展實驗內容，增設一些綜合設計實驗，進一步提高學生的創新能力，激發學生的實驗熱情。

實施過程如下：（1）在常規必修實驗的基礎上，開發增設一些內容新、綜合性強、反映現代科技發展的選修實驗項目；（2）開設實驗選修課，并單獨計算學分；（3）實驗室提供便利條件，鼓勵學生參與到相關教師的科研項目或者大學生創新項目，并給予全面指導；（4）舉辦土力學實驗技能競賽，培養學生的學習興趣和創造性思維能力；（5）實驗教師、理論課教師共同研究，結合區域特色和儀器條件，設計一些創新性實驗項目可供學生選擇。

4 結語

通過對土力學實驗教學內容、教學方式和手段、實驗室管理模式、開課方式和成績考核等方面的改革與創新，土力學實驗教學力爭達到以下效果：

（1）教師和學生對土力學實驗課的重視程度得到普遍提高；

（2）改變了學生消極被動實驗的狀態，使學生對實驗產生了濃厚興趣，培養了學生的創新思維，增強了學生的動手能力；

（3）實驗教學效率和教學質量得到顯著提高。

［1］吳同情,許年春,呂慶江.“土力學”實驗教學改革探討[J].中國電力教育,2010(18):140-141.

［2］侍倩.土工試驗與測試技術[M].北京:化學工業出版社,2005.

［3］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:高教研究與評估,2006(11):59-60.

［4］莫振龍.“土力學”實驗課教學中的幾點思考[J].科技廣場,2007(4):159-160.