貴州紅黏土開放性實驗的實踐探索＊

李濤，高穎

貴州紅黏土開放性實驗的實踐探索＊

李濤，高穎

（六盤水師范學院，貴州 六盤水 553004）

紅黏土在貴州省分布廣泛，因此在貴州等地區實施工程建設，需要掌握工程建設區紅黏土天然及改良特性。開放性實驗在“土質與土力學”等常規理論和實踐課的基礎上，指導學生開展論文檢索、實驗設計、實驗實施及結果分析。開放性實驗結果表明，本科生有較強的創新思維，通過開放性實驗的引導，學生獲得了多項創新創業項目資助。另外，教學相長，指導教師也取得了一定的科研突破。開放性實驗實踐探索為相關開放性實驗開設提供了借鑒。

開放性實驗；紅黏土；改性探索；創新創業

實驗課是本科生培養的重要環節，常規的實驗課有固定的實驗指導書、操作流程、實驗方案、實驗材料，這樣可以直接鍛煉學生的相關實驗能力。相比較，開放性實驗則沒有既定方案、既定材料及既定結果，對基礎實驗操作及相關知識點創新性有較高的要求。國內很多專業實踐了一系列的開放性實驗[1-4]，但針對貴州紅黏土的開放性實驗相對有限。紅黏土作為一種特殊土，其工程特性有一定的缺陷，需要開展相關的改性探索[5-6]。已有大量的工程實踐單位和高校科研單位，開展了大量研究工作。因此，針對貴州紅黏土開展本科生開放性實驗，有重要的實踐工程和理論研究意義。

1 實驗實施概況

本次實踐探索以六盤水師范學院地質工程專業大三本科生為主體，依據設計的培養方案和教學大綱，開展了貴州紅黏土開放性實驗。整個開放性實驗的實施步驟如下。

1.1 開放性實驗的基礎

由于本次開放性實驗涉及“科技文獻檢索”“應用沉積學”“土質與土力學”理論課及實驗課，因此貴州紅黏土開放性實驗設置在4年制本科教育的大三下學期開設，開設的學時為2周。需要學生掌握文獻檢索能力、土的力學性質受改良材料影響下變化的一般規律以及基本的土力學、土體物理性質測試的能力。

1.2 開放性實驗的流程

本次開放性實驗的主要流程如下：①教師公布實驗主題，并解讀相關的知識點；②學生自由組隊，選出組長和副組長，并進行團隊分工；③文獻檢索，對討論確定的多個實驗設想，通過文獻檢索找出可行且有新穎性的實驗項目，其中，一人負責檢索文獻，全組人員共同閱讀；④實驗設計，將篩選出的實驗方案，進行詳細設計；⑤取樣、制樣等實驗準備工作，在不同地質條件下，獲取實驗樣品，并進行室內加工；⑥實驗實施，對制備的樣品進行實驗測試；⑦實驗結果分析及補充實驗，將測試結果進行全面分析，掌握其中規律，對于實驗揭露的結果不清晰的進行補充實驗；⑧室內工作，依據實驗全過程數據和圖片，撰寫實驗報告。

1.3 開放性實驗的主題

本次開放性實驗的主題由指導教師根據國內外研究現狀設計。本次開放性實驗的主題設計為，在充分查閱科技文獻和資料的基礎上，研究獲取紅黏土的沉積環境差異，添加不同規格的粉煤灰，以不同比例充分混合，對比測試紅黏土一項特性的變化。依據測試結果，嘗試剖析粉煤灰對其改性的內在機理。

1.4 組隊和團隊分工

依據人員特點和配合熟練程度，將全班41人分為4大組，并選出了組長和副組長，團隊成員有人負責實驗方案撰寫，有人負責野外取樣，有人負責室內制樣，有人負責實驗操作，結果分析和報告撰寫由團隊所有成員共同討論完成。團隊分工由學生自己完成，教師只做指導工作。

1.5 開放性實驗相關知識點檢索

每組對相應的知識點進行科技文獻檢索。在文獻檢索過程中，發現學生對關鍵詞把握不準確，對自己的研究方向沒有充分認識。通過關鍵詞檢索示范，各組學生能夠檢索到相關性最高的文獻，對后續的實驗設計有明顯的支撐作用。

1.6 實驗設計

每組設計的實驗方案有很大的差異，但總體實驗設計合理。特別是在改良劑選擇和摻入量上，均參考了關鍵文獻結果，說明團隊協作達成度高。對于文獻中有疑問的部分，教師也參與討論，完善了實驗方案的同時，實現了教學相長。實驗設計方案通過全班綜合討論和教師審查后開展實施，對實驗結果有一定的把控。

1.7 取樣制樣

由于在文獻檢索和教師指導過程中，學生們已經發現不同地區的紅黏土有一定的差異，因此在選取樣品時，學生們充分結合“應用沉積學”等課程的知識點，在不同的沉積環境下進行了取樣，并對該類環境下取樣與已有實驗結果有對比分析和結果預期。此外，對取來的樣品進行了預處理，處理的程度也因組而已，但均在設計范圍內，說明各組關注的實驗目的存在差異。

1.8 開放性實驗實施過程

實驗實施的過程中，教師開始每天進行引導答疑，后續逐漸變更為2～7 d進行1次引導答疑。開始階段，學生對實驗的基礎操作還存在明顯問題，實驗設計也存在重大問題。后續階段，逐漸讓學生掌握實驗主動權，學生自主學習的過程中，答疑的問題深度有顯著提高。比如學生提出粉煤灰的粗細程度對紅黏土改良效果有顯著影響，因此增加了實驗的比對組數，這是一般非該研究方向的教師都不一定會考慮的問題，說明實驗過程對培養解決復雜工程問題能力有明顯的作用。

1.9 開放性實驗內業

基于學生自主完成實驗室的結果，在后續5 d時間開展了室內分析及補充實驗工作。室內分析需要查詢大量的電子和紙質文獻，將學生自己的實驗結果與其他已經發表的實驗成果相比較。由于實驗對象、實驗條件及實驗方法的差異，學生很難找到完全一致的參考結果，這就需要學生對自己的實驗過程進行反思的同時去補充實驗。4組均開展了不同程度的補充實驗，由于沒有固定的答案，學生愿意不停地重復開展實驗，找到切實可行的規律。

2 實驗結果與分析

通過前述的開放性實驗，每組學生提交了開放性實驗的實驗報告，其中主要結論及分析如下：①在密實度方面，通過添加7%～13%不同質量百分比的粉煤灰，對比發現了摻合粉煤灰的紅黏土的最優含水率。由于本組進行了大量的對比實驗，實驗結果可信，與相關文獻結果對比有少量的差異，屬于正常范疇。②在抗剪切實驗方面，將不同比例的土和粉煤灰混合，揭示了粉煤灰對紅黏土抗剪強度的改良規律。本組的機理分析較為全面，實驗結果可信。特別要指出的是，對實驗細節的問題掌握較全面，學生認識到紅黏土預處理的過篩目數對實驗結果影響較大。③在無側限抗壓強度實驗方面，通過不同比例的紅黏土和粉煤灰混合，揭示了粉煤灰對紅黏土無側限抗壓強度的改良規律。本組的設計基本合理，實驗過程嚴謹。④在塑限、液限實驗方面，通過添加5%～20%不同質量百分比的粉煤灰，對比研究了粉煤灰對紅黏土的塑限、液限的影響，揭示了其中規律，實驗結果可信。

3 實驗效果及教學反思

通過實驗設計、實施過程、結果分析以及課程結束后對學生、教師的影響顯現，主要教學反思如下：①預期的教學時間內完成了教學和實驗工作，說明課程時間和難度設置基本符合研究對象的水平。②教學目的達成方面，學生的實驗報告水平反映出本次實驗報告的水平普遍較高，說明本次實驗教學整體上是成功的，但仍有進一步優化的空間。比如在實驗原理剖析方面，缺少更深層次的研究；實驗總結方面，缺少更多的注意要點；教師指導方面，引導和把控能力有待進一步提高。③本次實驗后，學生依據本次實驗所得，申請并獲批多項省級大學生創新創業項目及校級創新創業項目（特別是紅黏土方面），同時發表了多篇科技論文，說明開放性實驗對學生的科研啟發性顯著。此外，還有學生以此次實驗為基礎，撰寫了創業計劃書，并獲得了地廳級創新創業比賽獎項。④教師通過教這門課，同樣學習了大量新的知識點，申請并獲批了多個科研項目，同時申請了多項專利，確實實現了教學相長。

4 結語

開放性實驗區別于常規實驗的顯著特點為缺少演示性和驗證性，有更多的啟發性和創新性。通過本次開放性實驗實踐教學，驗證了該課程開設的合理性和啟發性。當然，其中還有各類問題，需要進一步地總結探索。

［1］文泉霖，胡利超，王俊燁.基于開放性實驗的《土木工程材料》實驗教學改革［J］.四川水泥，2019（7）：342-343.

［2］牛龍龍，張士萍，徐奮強，等.基于實踐創新能力的《土木工程材料》開放性實驗教學探究［J］.科技創新導報，2017，14（28）：226-228.

［3］張吉強，張瓊，張晨曦.環境工程開放性實驗教學設計——以《芬頓氧化廢水實驗》為例［J］.山東化工，2019，48（15）：213，215.

［4］韓淑梅，侯雙雙，胡國雄，等.開放性實驗在生物專業實踐教學中的應用［J］.實驗室科學，2019，22（2）：227-229.

［5］毛吉成，張沖沖，胡宣，等.貴州某公路陡坡路基紅黏土填筑加載速率分析［J］.水利科技與經濟，2019，25（9）：38-41.

［6］李佳明，陳學軍，楊越，等.納米石墨粉改良紅黏土試驗［J］.河南科技大學學報（自然科學版），2019，40（5）：69-73，80.

G642

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.23.001

2095－6835（2019）23－0001－02

李濤（1984—），男，江蘇沛縣人，博士，博士后，副教授，高級工程師，研究方向為水文地質工程地質。

六盤水師范學院教學內容與課程體系改革項目（編號：LPSSY jg201813）；六盤水師范學院重點學科項目（編號：LPSSYZDXK201802）；貴州省區域內一流建設學科項目（編號：黔教科研發[2018]216號）

〔編輯：嚴麗琴〕