土力學實驗教學的改革與實踐

王銀梅　張永波　李兵

摘要：土力學實驗教學是土力學課程中的重要實踐環節。我校水利學院現有的土力學實驗存在實驗條件差、缺少專業實驗教師、教學體系陳舊、實驗室管理不良等諸多問題。針對現狀，開展了土力學實驗教學改革。采取加大實驗室建設力度、配備專業實驗教師和開放，創新實驗教學和管理新體系，以激發學生的研究興趣，培養學生的創新能力和科研素質等措施，提高土力學實驗教學水平，實驗教學改革已初見成效。

關鍵詞：土力學；實驗教學；改革創新；實效

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）34-0262-02

土力學是研究土的變形、強度和滲流特性的科學，是高等院校地質工程、水利工程、土木工程等專業的專業基礎主干課程，其既有理論性，又特別強調實踐。土工實驗是土力學課程實踐教學的重要組成部分，通過一定的實驗技術，提高學生的實際動手能力，不僅有助于學好課程，且對培養學生的科研應用能力，養成做事嚴謹的工作態度，增強學生的創新創業能力和實踐能力，為今后更好地服務社會奠定較為堅實的基礎，有著專業理論課教學無法替代的作用[1-3]。但是長期形成的一種錯誤認識就是課程偏重理論教學，輕視實踐環節，而理論與實踐是密不可分的，只有二者緊密結合才能促進教學效果的鞏固和提高。

一、實驗教學存在的主要問題

1.實驗條件有待改善。由于實驗條件不具備，前些年土力學實驗根本無法開出，近幾年雖盡力開出一些，但實驗儀器相對較少，分組少，多是集體進行，學生不能獨立操作；儀器設備相對落后，有的破損嚴重也不能及時維修或更新更換。

2.實驗教學隊伍缺人，沒有專業的實驗教師。土力學是我校水利學院各專業重點建設的課程之一，配備有教授、副教授和講師職稱，年富力強的多名任課教師，課程師資力量比較雄厚。現有不少年輕教師，理論教學能力強，但缺乏必須的實際工作經驗和實驗能力，有的甚至對這方面實驗接觸不多，水平尚不夠專業，以前的實驗教師年齡老化，當前缺少新的合格的實驗教師。

3.教學體系陳舊，缺乏實驗指導書。土力學開設的實驗課程依附并受限于理論課教學，不能自成獨立的實驗教學體系?？倢W時40，其中理論講授32課時，開設8學時的基礎性驗證性實驗。實驗大多沒有新意，學生多是照著做做，創造性不強。無法通過實驗課來進一步理解并鞏固所學的知識。所用的實習教案與指導書多年來一直沿用其他院系所編，缺乏符合我院專業特點和實驗室具體情況的實驗指導書。指導書與實際儀器和工程實踐脫節，沒有特色，另外內容比較陳舊，僅包括部分基礎實驗，內容不新、不精，學生憑此指導書難以達到學習目的。

4.學生對實驗不夠重視。學生在思想上對實驗課不重視，認為土力學實驗是理論教學的附屬部分，實驗就是玩玩泥巴而已，科技含量不高，對土力學課程學習沒有太大的意義。

5.實驗考核標準不健全，量化難。因多名學生在一組，實驗數據少，同組的同學寫的報告都一樣，實驗成績無法給出或非常粗略。目前實驗成績按實驗報告以百分制確定，占土力學課程總成績的10%甚至更少，這也不利于激發學生的學習興趣，不能全面、科學地反映學生對實驗的掌握情況。

6.實驗室管理不好，實驗室資源未實現共享。部分教師從事科研工作購置了較多的設備和儀器，占用了實驗室的空間，但是不能為廣大師生充分利用，不僅嚴重影響科研水平的提升和科研成果的產出，且導致實驗室擁擠、混亂，本科實驗教學環境受限。

二、實驗教學改革

針對上述實驗教學中存在的問題，我校出臺了一系列政策措施，如引進大量專業人才、購置實驗設備、倡導創新，為土力學實驗改革帶來了難得的機遇。為此我們開展了土力學實驗教學改革的探索實踐。

1.加大實驗室建設力度。為了保證每個學生都能有親自動手實驗的機會，我院積極爭取學校和其他方面的資金投入，增加了土工實驗儀器和設備。現在的實驗分組增多，每個小組人數有所減少，每個學生基本能動手操作。

2.充實實驗教學隊伍，配備專業實驗教師。配備專業實驗教師可以在有限學時內增加實踐教學環節的時間，重視對每個學生實驗動手操作以及實驗報告完整準確填寫的指導。近幾年，學院積極引進了多名博士人才，提高了專職專業程度，一定程度緩解了師資不足的壓力。同時還應該定期組織實驗人員參加有關單位舉辦的相關專業技術培訓，著實提高教師和實驗技術人員的業務水平，并到重點院校參觀、交流，特別是要去那些實驗教學做得好的院校，學習他們的成功經驗，以加快發展步伐，目前這方面工作做的還很少、很不夠，尚需努力。

3.開創實驗教學新體系，實行實驗室開放管理的政策。爭取開出較多的實驗，同時增加實驗次數和豐富實驗內容，重組實驗教學內容，確定逐步建立由基礎實驗、綜合實驗和研究實驗三塊教學新體系[4]。（1）基礎實驗（8個學時）。①基本物理性質指標試驗：包括含水率，密度，比重；②顆粒分析實驗：粒徑≥0.075mm的篩分法、粒徑<0.075mm的靜水沉降法；

③液塑限聯合測定儀測土樣液塑限；④直接剪切試驗；⑤單向壓縮試驗；⑥滲透試驗（考慮水利類學科的特點，需要測定土的滲透性）。（2）綜合實驗。黃土廣泛分布于我國西北華北地區，僅在山西面積約3.5萬km2，占全省面積的22.4%，具有大孔隙性、水敏性和濕陷性等特殊性質。以我省廣泛分布的黃土，結合黃土工程實踐為研究對象開展相關實驗。①典型黃土地基土體的土工實驗設計；②典型黃土邊坡土體的土工實驗設計；③黃土渠系及壩體的土工實驗設計及結果分析。（3）創新性研究實驗。充分利用實驗室的儀器設備，申請學?；驅W院的“大學生科研訓練與創新計劃”的資助。獲得資助后，學生自主設計試驗方案、自主完成試驗，老師只作側面指導，讓學生在充滿知識性、科學性、趣味性的活動中領悟課內教學來不及深究的奧秘。還可以通過小發明、小制作和小實驗等活動，學生從中受到激勵、啟發，產生聯想、靈感，增添創新的意向，訓練和培養了他們的創造性思維。這樣為學生提供更多的動手實踐、獨立思維和操作摸索的機會，更有利于提高學生的實踐能力與分析和解決實際問題的能力，提高學生的實驗主動性與創新性。

應當在上述三類實驗體系中逐步加強綜合性、設計性、研究性的實驗，精簡壓縮驗證性實驗。此外，開展實驗演示（輔助動畫等）活動。對于無法進行的大型實驗，除利用現有的實驗條件演示教學，輔助多媒體動畫，如動靜三軸實驗，通過實驗室的實體和動畫展現結合得到較好的演示效果，為學生以后從事科研活動和較深入的學習研究打好基礎。

開設參觀性實驗。如參觀和參與學院教師正在進行的黃土邊坡沖刷和水土保持試驗，黃土、固化土、粗粒土的大型室內滲透試驗等，學生增加了對現場及大型試驗的認知，提升了學生的學習興趣。這種利用教師從事科研活動的實驗條件和成果，不僅實現了實驗室資源共享，且以科研促進教學，助推實驗教學。

現有的土工實驗室不能整天關門上鎖，要全面開放實驗室，真正實現實驗室的開放性管理，才能充分發揮實驗室的作用。

4.編制新的實驗指導書。學院組織土力學授課教師和學院骨干教師，在參考已有土力學實驗資料的基礎上，編制了符合我校水利工程專業特點的教學大綱規定的《土力學實驗指導書》。該指導書更新了實驗內容，不僅包括傳統的基礎實驗，還涵蓋研究實驗、自主實驗、演示實驗和參觀性實驗等內容，且對實習報告編寫、實習成績評定等環節做了說明，同時增加了實驗思考題。在詳細的實驗指導書的指導下，實驗有序、有效的進行，為土力學和以后專業課程的學習做了較好的鋪墊。

5.增大實驗時數，制定行之有效的實驗成績考核辦法。將實驗教學分散開設并和理論課成績一起考核不盡合理，解決的根本辦法是將土力學實驗作為一門課程從理論課程中分離出來，即采用實驗課程單獨開設，單獨考核的方式[5，6]。

現階段我院還不能獨立設置土力學實驗課?？紤]土力學總課時由40增加至48，課內學時為32，增加的實驗環節時數為16，形成實驗與理論教學相輔相成的教學體系；在保證基礎實驗學時和教學效果的基礎上，適當增設和加大設計實驗和綜合實驗的比例。

實驗總成績提高至土力學課程總成績的20%～30%，以預習報告、實驗過程、實驗報告及總結等進行成績綜合評定。

三、結語

我院高度重視土力學實驗改革，近三年已為土力學課程配備了最新的土工實驗室，現在已有比較多、比較新的基礎實驗設備，可以滿足學生專業技能操作和實訓的基本需要。但實驗改革任務艱巨，如建設實驗室，教師專業素養的提高和充實實驗教學隊伍，配備專業的實驗教師，不僅需要政府和學校的大力支持和投入，改革實效還需要政府、學校、院系和教師、學生的長期共同努力。在目前的情況下，我們應積極努力地從自身做起，從基礎實驗做起，從社會和學生的需要做起，逐漸提高學生對實驗的認識，各方面共同進步，逐步將實驗教學改革引向深入。

參考文獻：

[1]繆林昌，經緋，邵俐.大土木工程類土力學教學改革思考與實踐[J].東南大學學報（哲學社會科學版），2009，11（增刊）：255-257.

[2]諶蕓，史冬梅.構建具有專業特色的土力學教學體系[J].理工高教研究，2010，29（1）：125-127.

[3]鄭運桃.土力學實驗教學改革芻議[J].青海大學學報（自然科學版），2010，28（4）：92-95.

[4]姜兵，何建平.開放土力學實驗室，創新實驗的教學改革研究[J].實驗科學與技術，2006，（3）：72-74.

[5]姜玉松，呂淵.土木工程開放性實驗的做法與體會[J].安徽理工大學學報（社會科學版），2007，9（1）：76-78.

[6]趙志峰，王海波，何文龍.土力學實驗教學改革的思考[J].高等建筑教育，2008，17（6）：120-122.