實驗對大學生學習土力學課程的作用及實現(xiàn)的教學方法研究

王書法

摘要：結合實驗教學，探討了實驗對土力學課程學習的作用及實現(xiàn)方法。教學實踐表明，土力學實驗能幫助學生激發(fā)學習土力學的興趣、鞏固所學的理論知識、加深對理論知識的感性認識、培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力。最后對提高土力學實驗教學的效果提出了一些建議。

關鍵詞：土力學;實驗;實現(xiàn)方法

中圖分類號：G642.41? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）49-0265-02

一、引言

一段以來，不少教師和同學對實驗教學作用的認識有誤區(qū)，認為教學實驗只是簡單地驗證教材給出的某些規(guī)律或數(shù)據(jù)，教學實驗不重要甚至是浪費時間，因此不重視實驗教學[1]。其實教學實驗對學生的課程學習非常有幫助，有時甚至起到課堂教學無法替代的作用。下面結合實驗教學的心得，探討土力學實驗對課程學習的作用及實現(xiàn)方法。

二、教學實驗的作用及實現(xiàn)方法

（一）延伸實驗教學內(nèi)容、激發(fā)課程學習的興趣

在實驗教學中，不僅要完成實驗教學本身內(nèi)容簡介，即講解實驗原理，實驗儀器的使用方法及實驗步驟，需要取得的實驗測量數(shù)據(jù)和實驗結果，還可以把講述內(nèi)容向前延伸到實驗的起源和測試指標的物理意義，向后延伸到實驗結果在科學研究或工程實際中的作用，增加實驗課的趣味性。例如在土的壓縮試驗課時，可以以世界著名景點比薩斜塔（見圖1）為例進行延伸，告訴學生對比薩斜塔底部土樣做壓縮實驗，可以分析比薩斜塔產(chǎn)生傾斜的根源，預測傾斜的發(fā)展趨勢，并利用土力學的知識提出對傾斜進行糾正的方法，學生好奇如何借助實驗結果用土力學至少解決比薩斜塔的問題，這些好奇會激發(fā)學生學習土力學的興趣。

（二）理論聯(lián)系實際，加深對書本知識的感性認識

在進行實驗的過程中，要求學生全方位多角度地觀察實驗現(xiàn)象，多方面感知實驗過程試樣的特性。例如，在液塑限實驗時，提醒學生關注實驗土樣的變形特性，最后根據(jù)實驗結果，直觀感受到書本所介紹的流態(tài)、可塑態(tài)、固態(tài)在現(xiàn)實中的表現(xiàn)形式。實驗完成后，讓學生用手指親身感受土樣的堅硬程度，把反應土堅硬程度的數(shù)值指標和切身感受關聯(lián)起來，讓學生建立起資料上提供的土堅硬程度數(shù)值的感性認識。在做常水頭滲流試驗時，關鍵實驗儀器滲透儀器見圖2，讓學生觀察側壓管的水壓和滲水孔水的流速，理解書本上說的非飽和非穩(wěn)定滲流的特征。

（三）規(guī)范實驗結果的整理方法，鞏固所學的知識

部分學生在完成實驗后，處理實驗數(shù)據(jù)態(tài)度不嚴謹甚至是敷衍，導致整理結果不夠合理甚至是錯誤的。出現(xiàn)這種情況，實驗課的教學作用大打折扣，因此在實驗教學實踐中要杜絕這種不良風氣，一定要規(guī)范學生實驗結果的整理方法，要求學生用嚴謹?shù)目茖W態(tài)度對待實驗報告以獲得良好的實驗教學效果。例如在土的壓縮實驗中有一項實驗成果是e-p（e指土的孔隙比，p指土的受到附加壓應力）曲線，該曲線是由5個實測點連成一條平滑曲線，合理的e-p曲線隨壓應力p增大曲線越來越平緩[2]，如圖3所示，通俗點說，就是土越壓越難壓縮。部分學生處理數(shù)據(jù)時非常隨意，所作的e-p曲線后期隨壓應力p增大曲線越來越陡，如圖4所示，明顯違背合理的e-p曲線特性。出現(xiàn)這種錯誤后，學生沒能發(fā)現(xiàn)，不僅表現(xiàn)了學生對待實驗的態(tài)度不認真，還反映出學生對理論知識中e-p曲線線形的特性沒掌握，或者掌握不夠牢固，所以出現(xiàn)類似情況時，要求學生認真修改實驗報告。在修改的過程，學生需要溫習e-p曲線及相關的理論知識，進而鞏固了e-p曲線及相關的理論。

（四）深挖不合理實驗結果的原因，培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力

當遇到實驗失敗或者實驗數(shù)據(jù)所得到的規(guī)律性不夠理想時，不要簡單地要求重新做實驗，這樣做的后果可能是實驗再次失敗，或者上次實驗出現(xiàn)的問題被掩蓋。此時老師可以和學生一起或者啟發(fā)學生深挖實驗失敗或者結果不理想的原因。比如在直剪實驗時，理論上講，4個測點應該能較好地線性規(guī)劃成一條直線[3]，如圖5，但實驗時，可能有出現(xiàn)一個點偏離直線較遠，如圖6。當出現(xiàn)此類情況時，老師啟發(fā)學生從實驗操作、試樣的含水率、干密度、土顆粒的形態(tài)和破壞的形式等方面尋找原因，進而決定對實驗結果的處理方法是重新實驗還是對數(shù)據(jù)剔除或修正，在尋找實驗不理想的原因過程中不僅鞏固和加深了課堂知識的理解，還培養(yǎng)了運用所學知識分析問題解決問題的能力。

三、結語

通過采用延伸實驗教學內(nèi)容、理論聯(lián)系實際、規(guī)范實驗結果的整理方法和深挖不合理實驗結果的原因等教學方法，教學實驗有助于學生激發(fā)學習興趣、鞏固所學的理論知識、加深對理論知識的感性認識、培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力。

為了進一步提高教學實驗對人才培養(yǎng)的作用，土力學實驗教學還可以從以下兩個方面進行改進。

1.增加實驗項目的廣度，充分調(diào)動學生學習該課程的興趣。

2.增加自主設計的實驗項目，培養(yǎng)學生分析問題解決問題的能力和創(chuàng)新能力。

參考文獻：

[1]朱紅英，楊明鏡.土力學實驗教學的現(xiàn)狀及有關改革分析[J].山西建筑，2017，43（12），254-255.

[2]張克恭，劉松玉，等.土力學[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001.

[3]陳曉平，錢波.土力學實驗[M].北京：中國水利水電出版社，2011.