土力學實驗教學改革視域下的實驗室建設

摘 要：針對土力學實驗室建設水平不能滿足新時期的土力學實驗教學改革的現狀，在分析現有實驗室管理模式的弊端和教學改革對實驗室建設的新要求基礎上，從實驗項目整合建立項目庫、構建與實驗教學相適應的實驗室管理體制等環節，提出對土力學專業實驗室建設新思路， 旨在促進教學與實驗相對接，提升實驗教學效果，培養創新型人才。

關鍵詞：土力學實驗 實驗室 管理

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）12（c）-0222-02

土力學是利用材料力學、彈性力學和塑性力學的基本知識輔以描述碎散體特性的理論所建立的一門學科[1]，是土木、水利、市政、巖土工程等多學科的基礎課程和重要支柱。該課程理論性、實踐性和應用性都很強，而土力學實驗教學環節，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[2]。目前，研究多集中于土力學實驗的教學改革研究，而與之對應的實驗室建設研究明顯缺乏，高水平的教學工作高度依賴高水平的實驗室條件。因此，加強實驗室建設，探索土力學實驗教學改革下的實驗室建設措施，成為與實驗教學改革相配套的一項重要工作。

1 傳統土力學實驗室管理模式的不足

目前，大多數高校的土力學實驗室依然沿用傳統的管理模式，存在的諸多問題制約了實驗教學改革和教學質量提高。

1.1 儀器設備更新速度慢、利用率低

許多高校對實驗室工作缺少足夠的重視與支持，政策制定和領導決策時實驗室的戰略地位被逐漸邊緣化。發展資金的缺少導致既有儀器的維修滯后，新式儀器的購買方面也捉襟見肘，影響實驗教學的開展。實驗室硬件環境尤其是儀器設備的先進程度、完好程度、數量等已不能完全滿足實驗教學的需要[3]。多數土力學實驗室除教學時間外不對學生開放，導致實驗設備利用率低，教學資源沒有得到充分利用。一些老的設備也因得不到很好的養護，故障較多，使用率低。

1.2 實驗室管理人員配置不足，管理效果不佳

實驗室作為教師和學生進行實驗、科研的地方，從環境的清潔、儀器的維護、日常管理到實驗教學都需要專門的人員。目前國內高校實驗室普遍存在專職管理人員不足的情況[4-5]，通常是一人身兼多職，而個人精力有限，實驗室管理人員的精力投入到繁瑣的日常管理事務中，往往事倍功半，影響管理效果。

1.3 實驗室功能設置單一

多數高校的土力學實驗教學還是依照理論教學內容設置，驗證性的實驗居多。一方面，學生僅僅是按照教師的演示及實驗指導書中的操作步驟去完成實驗、驗證結果，課堂積極性不高，很難達到深層次的教學目的；另一方面，實驗內容僅限于本門課程，涉及專業知識體系中多學科的交叉性、綜合性的實驗較少，在很大程度上限制了學生的創造性思維，不利于學生綜合能力、設計能力以及創新能力的養成。人員配置及管理制度方面也主要是為單一驗證性實驗服務，涉及到土的基礎性質的綜合實驗、土坡穩定性分析等需要跨分室調用儀器的情況制度僵化的管理體制也成為影響實驗開展的最大障礙，不利于進行科研所必需的實驗設計、實驗創新。

1.4 實驗室開放機制不靈活

目前各院校都在積極推進實驗室的開放工作，但開放程度、效果和學生的參與度等方面存在差異。一是開放管理模式不健全[6]，土力學實驗室開放管理主要是學校層面和實驗室專職管理人員參與較多，理論教師和學生參與管理不夠，不能形成多元化管理模式。二是開放實驗內容不夠全面，很多院校課堂內開放的實驗項目，驗證性所占比例過高，綜合性、設計性沒有開設或者開設的比例較小，學生的創新思維得不到有效的鍛煉。三是開放實驗管理技術手段落后[7]，開放實驗室網絡化管理平臺建設滯后，學生和教師慣性思維依賴人工管理令管理平臺利用率低等弊端。利用現代網絡技術，設計開發開放實驗網絡管理系統，實現開放實驗教學管理的網絡化、信息化勢在必行。

2 土力學實驗教學改革對實驗室建設的新要求

國內對土力學實驗教學改革主要集中在對實驗的綜合性、設計創造性、研究性等方面的改革和探索[2-3，5，8]。

2.1 綜合性實驗教學要求

實驗項目的綜合性包括實驗內容的綜合、實驗方法的綜合、實驗手段的綜合[9]，綜合性實驗涉及課程知識點較多，需要突破單項實驗的局限性，著眼于不同項目之間的的組合特性和內在聯系，并且綜合性實驗更能體現實驗項目在實際工程中的應用，同理論內容結合更緊密，更方便學生理解。綜合性實驗對實驗室建設和管理體制提出新要求，為滿足多門課程開展新實驗，方便各實驗室之間的設備、儀器調配使用，新的管理體制、實驗技術人員的配置應突破傳統的框架。

2.2 設計創造性實驗教學要求

土力學實驗教學改革中，趨向于傳統的驗證性實驗向設計性實驗轉變。學生根據現有的實驗條件和實驗目的，在教師指導下，完成設計實驗方案、選擇實驗儀器、完成實驗、結果分析等過程。設計性實驗更注重培養學生的自主學習能力和創造性思維，對實驗室建設提出了更高要求。在設計實驗的過程中，由于學生學習能力的差異性，必然會得出實驗方法的多樣性，因此如何使學生的自主創造性思維得到重視，不僅需要改進實驗教學模式，更對實驗室建設提出了更高要求。

2.3 研究性實驗教學要求

研究性實驗是學生根據自己感興趣的領域或在指導老師的指導下確定研究目標所進行的探索性的實驗，具有很高的自主性和開放性。這類實驗往往圍繞教師科研項目展開，研究目的自主性、實驗結果未知性、實驗手段多樣性，實驗室建設中需要著重探索更具有開放性、靈活性的管理模式，鼓勵教師和學生在實驗室建設和管理中更深層次的互動。

3 適應土力學實驗教學改革的實驗室建設措施

3.1 整合實驗項目，建立實驗項目庫

在實驗室現有項目的基礎上整合全校不同專業中關聯性較強的實驗項目，建立開放式的實驗項目庫供全校師生選擇使用，不僅可以共享教學資源，避免儀器、設備長期閑置，提高使用效率，還更易實現常規的實驗教學與綜合性、設計創造性、研究性實驗教學的有機融合。土力學是一門實踐性很強的學科，僅靠理論研究并不能完全描述土體的受力性狀及各類工程問題，立足于實踐的發展和創新是前進的必由之路，也是培養創新型人才的本質所在。

3.2 構建與實驗教學相適應的實驗室管理體制

土力學實驗教學改革要求實驗室在管理體制上突破傳統的“定實驗室、定人員、定儀器”的驗證性實驗管理體制，構建一種“跨實驗室、跨學科、跨人員、跨設備儀器”的靈活性更強的開放的管理體制[9]。

一是構建一種多方參與的多元化管理組織。要加強理論教師、學生、實驗技術人員之間的交流互動，充分發揮各自的優勢，將教師和學生納入到管理組織中，教師和學生從原來單純的被管理者轉變成管理者和被管理者的雙重身份。理論教師對實驗室建設和管理的理解、參與對實驗教學有重要影響，因此要弱化理論教師與實驗室之間的界線，理論教師請進來給予管理意見，實驗技術人員走出去更多地參與工程實踐。學生是高校實驗室管理的一股新生力量，設置“學生實驗助理”制度，發掘學生參與實驗室管理的優勢，鍛煉和提高學生的綜合素質、激發他們的學習熱情的同時，還能提高專職實驗技術人員的工作效率和管理服務水平，有效的解決人員配置不足的問題。

二是探索真正行之有效的創新管理手段。傳統的土力學實驗教學效率低、不能發揮學生的主觀能動性，而且重復勞動過多，為了改進這種情況可以引進虛擬仿真實驗系統，變單一的動手操作模式為虛擬仿真和動手操作相結合的模式。運用網絡和數據庫技術開發實驗室管理平臺，建立開放性的實驗項目庫。探索“科研與教學互動”[10]的教學理念，學科競賽和教師科研項目是開放實驗室新的增長點和突破口，為項目庫提供了項目來源和創新機制。從創新人才培養的目標出發，把學科競賽、教師科研項目與實驗室結合起來，為創新人才的培養提供一個平臺。

4 結語

實驗教學擔負著培養學生創新意識和實踐動手能力的重要任務，實驗室的實驗條件、管理水平、運行機制直接影響到學校整體教學質量和人才培養的成效。以土力學實驗教學改革為核心，實驗室開放共享為基礎，整合實驗項目、構建與實驗教學相適應的實驗室管理體制，推進實驗室管理工作的進步和創新，提升教學水平，提高學生的綜合素質，實現知識、能力和素質的全面協調發展。

參考文獻

[1] 李廣信，張丙印，于玉貞.土力學[M].2版.北京：清華大學出版社，2013.

[2] 曾召田.淺談土力學實驗教學中存在的問題及改革措施[J].科技視界，2013（5）：97-98.

[3] 王俊杰.工程類專業土力學實驗教學改革思考[J].高等建筑教育，2009，18（6）：110-114.

[4] 馬丹萍，金世偉，桑迎平，等.學生實驗員助理參與實驗室管理的實踐與思考[J].浙江水利水電學院學報，2017（4）.

[5] 劉晨.土力學實驗教學中存在的問題與改革建議[J].工程技術：全文版，2007（7）：52.

[6] 徐建東.面向教學的高校開放實驗管理研究[D].華東師范大學，2007.

[7] 趙桂英，王忠光.開發網絡資源建設開放實驗室[J].科技信息，2010（33）：288.

[8] 王銀梅，張永波，李兵.土力學實驗教學的改革與實踐[J].教育教學論壇，2016（34）：262-263.

[9] 袁啟旺.芻議“三性”實驗教學視域下的實驗室建設——以土力學實驗為例的探討[J].高校實驗室工作研究，2009（4）：61-62.

[10]田俐，劉勝利，申少華，等.教學與科研互動培養創新型應用人才——材料化學專業實驗教學新模式探討[J].當代教育理論與實踐，2011，3（7）：70-72.