高職“工程地質與土力學”課程實驗教學研究

摘"要：土力學實驗是“工程地質與土力學”課程的重要組成部分，對于培育學生創新能力和工程意識具有重要意義，但以往的實踐教學存在課時不足、學生主觀能動性低、與工程聯系不緊密、實驗報告同質化嚴重等問題。通過對多所職業院校開展土力學實驗情況調研分析，提出線上線下混合式實驗教學改革方法。借助超星學習通、虛擬仿真平臺，擴大實驗學習空間和場所，實現課前、課中、課后多階段學習，依托在建工程項目，以任務驅動的手段調動實驗學習的積極性，以期為高職院校“工程地質與土力學”課程實驗教學與實踐提供一些思路。

關鍵詞：土力學實驗；虛擬仿真；超星學習通；混合式實驗教學

The"Research"on"Experimental"Teaching"of"the"\"Engineering"Geology"and

"Soil"Mechanics\""Course"in"Higher"Vocational"Education

Yao"Yao

College"ofTransportation"and"Surveying"and"Mapping"Engineering，Yangling"Vocational"and"Technical"College

ShaanxiYangling"712100

Abstract：Soil"mechanics"experiments"are"an"important"part"of"engineering"geology"and"soil"mechanics"courses，and"they"play"a"significant"role"in"fostering"students'"innovative"abilities"and"engineering"awareness.However，traditional"practical"teaching"has"faced"issues"such"as"insufficient"class"hours，low"student"initiative，weak"connection"with"engineering"practices，and"serious"homogenization"of"experimental"reports.Through"the"investigation"and"analysis"of"soil"mechanics"experiments"in"multiple"vocational"colleges，a"blended"experimental"teaching"reform"method"combining"online"and"offline"approaches"is"proposed.By"leveraging"platforms"like"Chaoxing"Xuedeng"and"virtual"simulation"platforms，the"experimental"learning"space"and"venues"are"expanded"to"achieve"multistage"learning"before，during，and"after"class.Relying"on"ongoing"engineering"projects"and"taskdriven"methods，the"initiative"for"experimental"learning"is"stimulated.This"is"expected"to"provide"some"ideas"for"the"reform"and"practice"of"experimental"teaching"in"the"\"Engineering"Geology"and"Soil"Mechanics\""course"in"vocational"colleges.

Keywords：Soil"Mechanics"Experiments；Virtual"Simulation；ChaoXing"Learning"App；Hybrid"Experimental"Teaching

隨著移動互聯網技術的迅猛發展，中國大學慕課、學堂在線、超星學習通等線上教學平臺正在深刻改變著原有課堂教學的模式，其憑借碎片化的學習模式、豐富的學習資源、靈活的互動方式，很快在高校師生和社會群體中風靡開來。但仍然存在一些問題，比如學習者無法身臨其境地進入課堂，教師難以獲得學生的實際表現等。在第十一屆“中國大學教學論壇”會議上，教育部副部長吳巖曾對金課的標準進行全方位解讀，指出要打造“兩性一度”的金課，必須把課堂教學作為主陣地，合理采用信息化技術手段，積極推進線上線下混合式教學改革［1］。為貫徹落實金課建設相關要求，本校巖土工程教研室積極探索混合式教學模式實現路徑，并成功應用于“工程地質與土力學”課程中，目前已取得良好的效果。

1"土力學實驗教學現狀及問題

1.1"學生學情和課程現狀分析

高職學生生源主要來自普招和三校學生，隨著近年擴招，還錄取了大量三校學生，造成整體素質水平參差不齊［23］，主要體現在以下幾方面：（1）基礎知識和邏輯能力不足，難以從事較長時間的學習工作，對于理論性知識的學習缺乏耐心和興趣；（2）動手實踐能力較強，對于工程實例具有明顯興趣，善于在實際工程應用中學習；（3）團隊協作能力較差，缺乏溝通交流意識；（4）對教師依賴性較強，自我學習能力不足，缺乏獨立思考的習慣；（5）缺乏吃苦耐勞的精神，遇到困難容易放棄。這些都給教學工作帶來了一定的挑戰性。

“工程地質與土力學”是土建專業大類的一門專業基礎課，是一門理論性和實踐性都很強的課程。課程內容分為工程地質和土力學兩部分，其主要任務是培養學生在野外識別礦物與巖石的能力，使學生掌握常見地質構造，能夠閱讀地質勘察報告和相關地質圖，掌握土的物理性質指標和土力學實驗檢測的技能，能夠分析土的滲透、變形和強度特性，解決實際工程中與土有關的工程問題［46］。其中，土力學實驗是課程體系中重要組成環節，與理論教學相輔相成、互為補充，實驗內容依據土工實驗規程，主要設置有室內實驗和現場原位測試實驗。為滿足專業培養綜合型人才的需要，該課程的課時不斷被壓縮，尤其是實驗課時，根本無法滿足學生短時間內掌握土力學實驗檢測的能力。所以僅靠課堂的時間，學生很難實現完全掌握的目的。因此迫切需要拓寬實驗學習場所和空間，打造線上線下混合式實驗教學手段［7］。

1.2"土力學實驗教學內容

通過對多所高等職業院校調研發現，目前土力學實驗主要以綜合性實驗為主［8］，一般均會開設土的顆粒分析實驗、土的密度實驗、土的含水率實驗、土的液塑限實驗和土的壓縮實驗，只有部分院校會增設土的剪切實驗、土的擊實實驗和土的滲透實驗，基本不會開展現場原位實驗。同時，不同專業的實驗項目完全一致，沒有體現專業本身對于人才培養的相關要求。

1.3"主要問題

隨著土力學實驗教學改革的不斷深入探索與實踐，實驗實訓條件和師資力量已經得到很大的改善，但還有一些問題亟須解決［910］，主要有以下幾點。

1.3.1"實驗缺乏工程背景

實驗項目的開展與工程項目的聯系不夠緊密，學生并不清楚開展實驗的真實目的，對于能解決什么樣的工程實際問題更是知之甚少，導致學生對于整個實驗過程缺乏思考。

1.3.2"實驗教學手段匱乏

由于實驗場所和儀器設備的限制，土力學實驗每組學生數量眾多，分工又相對固定，部分學生未能親自動手操作。虛擬仿真技術、人工智能、在線慕課等教學手段在具體實驗教學中的應用較少。

1.3.3"實驗考核體系不健全

學生以小組為單位協同開展實驗，難以區分出每位學生實際操作的優劣，實驗報告內容同質化嚴重，書寫規范性不足。實驗考核評價受教師主觀性影響較重，難以客觀有效地評價學生的實驗成績。

2"土力學實驗課程改革

2.1"實驗教學設計

課前，教師借助超星學習通在線平臺發布實驗教學資源，學生閱讀實驗資料明晰實驗原理和實驗目的，同時觀看教師提前錄制好的實驗操作視頻，對于實驗過程有一個初步的了解。接著教師引入具體的工程案例，學生在實際工程項目的驅動下打開虛擬仿真平臺進行完整的實驗操作。課上，學生進入實驗室親自動手做實驗，在教師的指導下解決實際操作中所遇到的問題，并完成實驗數據的記錄。課后，學生再次進入虛擬仿真平臺，將本次實驗所有數據輸入，等待系統進行結果的校對，無誤后生成實驗報告。

2.2"實驗教學手段

建立虛擬仿真平臺和超星學習通在線平臺，將單一的線下實驗手段轉向線上線下混合式實驗教學模式，充分構建課前預實驗段、課上主實驗段和課后拓展實驗段的多維度學習空間，打破實驗學習場所和時間的限制，將線上和線下實驗的優勢有機結合起來。

教師在超星學習通班級群內發布實際工程案例，引導學生進行思考并討論，強調如何運用所學知識和技能解決相關工程實際問題。同時指出實驗的目的不僅是觀察實驗現象和記錄實驗數據，更重要的是培養工程實踐能力，服務于實際工程案例。如固結實驗開展前，通過引入地基土不均勻沉降導致建筑物開裂甚至倒塌的案例，關聯土的壓縮性和變形計算等相關知識點，借助固結實驗測量土的壓縮變形量，進而從根本上解決地基變形工程問題。

虛擬仿真線上平臺依托計算機技術實現物理系統空間的真實模擬，其中虛擬仿真實驗平臺嚴格按照實驗室標準構建模型，真實再現現場實驗教學場景。土力學實驗虛擬仿真平臺是面向師生、課程融合、聚焦創新的線上教學平臺，平臺內提供了土力學課程主要的綜合性實驗和創新實驗。基于虛擬仿真平臺，將各項實驗相互關聯，層層遞進，幫助學生建立土力學實驗整體性思維。在儀器外觀的選擇上也更加貼近實物，給學生營造出一種做游戲的氛圍，學生進入實驗平臺完成交互式操作，運用各種實驗儀器完成實驗過程。虛擬仿真平臺主要功能包括多媒體演示和實驗模擬程序兩部分。多媒體演示功能通過播放實驗動畫，使學生提前了解實驗原理和過程。實驗模擬程序將每個實驗項目細分為實驗儀器的選用、實驗過程的操作、實驗數據的生成、計算結果的導入、計算結果的核對等主要環節。通過一整套流程下來，學生能夠更清楚地了解到每次實驗所采用的儀器設備，實驗具體怎么開展。同時，因為系統會隨機生成不同的原始數據，這就要求每位學生必須親自動手進行計算，強化了學生數據處理的能力。

2.3"實驗課程項目設計

在充分考慮實驗條件和學時的基礎上，針對不同專業的特點，對原有實驗課程項目進行整合和優化，引入創新類實驗。要求學生在完成全部綜合類實驗的基礎上，選修一門創新類實驗，用以提高動手能力，培養創新意識。具體內容詳見表2。

2.4"實驗考核評價體系

合理的實驗考核體系對于精準量化學生實驗成績和激發學習熱情起到關鍵作用。從線上學習、實驗操作、實驗報告和實驗拓展，借助虛擬仿真平臺和超星學習通生成后臺數據，以過程性評價和結果性評價結合的方式，實現全過程全階段綜合評定。其中，線上學習以視頻學習時長與進度、簽到及登錄次數、虛擬仿真平臺登錄及使用情況為準，占比20%；實驗操作主要根據課堂實驗參與度、數據記錄以及實驗完成效果來評定，占比50%；實驗報告根據報告書寫規范性、數據處理合理性來評定，占比20%；實驗拓展則以實驗總結、工程啟發為評分依據，占比10%。

結語

土力學實驗在“工程地質與土力學”課程體系中占有重要地位，對于培育學生理論結合實際、實踐創新的能力具有很好的效果。通過分析目前土力學實驗存在的問題，基于虛擬仿真在線開放平臺，構建線上線下混合式教學模式，重構課程實驗項目設計，優化課程實驗考核評價體系。目前，該課程教學改革在本校已經開始應用，通過后臺數據分析發現學生學習興趣和成績相較過去都有了顯著提升，教學改革初見成效。

參考文獻：

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［5］張曉德，王述紅，郝玉玲，等.土力學課程實驗教學改革與實踐［J］.實驗室科學，2020，23（3）：133135.

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［7］梁橋，鄒洪波，劉杰.線上線下混合式教學改革實踐：以“土力學與地基基礎”課程為例［J］.教育教學論壇，2021，11（2）：6972.

［8］張艷美，欒雅琳，王斌.基于能力培養的土力學綜合性實驗設計與實踐［J］.實驗技術與管理，2018，35（3）：206208.

［9］黎桉君，汪時機，李賢.多元混合式土力學實驗教學改革研究［J］.高等建筑教育，2021，30（6）：119167.

［10］孫文靜，劉珂，張孟喜，等.互聯網+虛擬仿真在土力學實驗教學中的應用初探［J］.實驗室研究與探索，2018，37（1）：181185.

作者簡介：姚堯（1996—"），男，漢族，陜西眉縣人，碩士，助教，研究方向：巖土工程。