錢曉麗,張建勛,林智勇

(福建工程學(xué)院土木工程系,福建福州350108)

隨著我國高等教育的發(fā)展,越來越重視對學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。而土工試驗是學(xué)習(xí)土力學(xué)基本理論的一個重要教學(xué)環(huán)節(jié),它不僅起著鞏固課堂理論、增強對土的各種工程性質(zhì)的理解等重要作用,而且是學(xué)習(xí)科學(xué)的實驗方法和培養(yǎng)實驗技能的重要途徑。除土的各種物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)需要通過試驗測定外,土的各種工程性質(zhì)、地基的工作形狀和破壞機理等都需要通過試驗觀測發(fā)現(xiàn)其規(guī)律,在此基礎(chǔ)上再上升到理論。

勘查專業(yè)性質(zhì)決定了土力學(xué)基礎(chǔ)課程的重要性,特別是土力學(xué)的系列室內(nèi)試驗及模擬的原位試驗。如巖土工程現(xiàn)場勘察中的鉆孔取樣,要求學(xué)生對土性極其熟悉,能在現(xiàn)場描述土的顏色、狀態(tài)、包含物、光澤反應(yīng)、搖震反應(yīng)、顆粒形狀,指出需要測試的基本物理性質(zhì)指標(biāo)等,并給出土的定名與分類。土的基本物理性質(zhì)指標(biāo)和基本力學(xué)性質(zhì)變化規(guī)律及其參數(shù)確定都離不開土工實驗。培養(yǎng)學(xué)生親自動手測試,分析試驗結(jié)果,編寫試驗報告,這不僅有助于學(xué)生理解、加深教學(xué)內(nèi)容,還有助于培養(yǎng)學(xué)生了解土性的方法和原理。

1 目前土力學(xué)試驗中存在的問題

1.1 土力學(xué)試驗以演示性試驗為主

由于學(xué)生數(shù)量的增加,以及教學(xué)學(xué)時的壓縮、試驗條件、儀器設(shè)備等硬件設(shè)施的限制,很多理論的相關(guān)試驗無法進行,不利于學(xué)生對理論知識的理解和掌握。急需擴大試驗的覆蓋范圍,增加實踐教學(xué)的比重。

目前土力學(xué)課程的實驗學(xué)時偏少,參照高等學(xué)校土木工程專業(yè)本科教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)方案及課程教學(xué)大綱,土力學(xué)課程應(yīng)完成6個實驗。而目前實驗課僅安排6學(xué)時,僅能較緊湊的完成4個常規(guī)實驗。且一個教學(xué)班級需分成2～3批次進行實驗。實驗課時就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,使得相關(guān)教師不得不利用自己的休息時間來額外指導(dǎo)學(xué)生完成實驗。

1.2 分散開設(shè)土力學(xué)實驗課的弊端

以往的土力學(xué)試驗采取分散開設(shè)方式,只是一個個單獨的知識點,穿插、分散于課堂教學(xué)過程之間,以驗證課堂的理論。學(xué)生在一次實驗課結(jié)束之后,只測得了一個試樣某個土性指標(biāo),而該試樣的其他指標(biāo)還需在別的實驗項目中測得。而實驗室為各次實驗課準(zhǔn)備的土試樣含水量、密度等不一致,使各實驗項目的結(jié)果之間缺少連續(xù)性,不能培養(yǎng)和提高學(xué)生綜合分析實驗數(shù)據(jù)的能力,缺少針對土樣進行綜合分析的能力,也和實際工程脫節(jié)。如幾次試驗的液塑限值、抗剪強度指標(biāo)及壓縮性指標(biāo),如果匯總成一個土樣的物理力學(xué)性質(zhì)室內(nèi)成果統(tǒng)計,肯定會不一致,甚至有強烈的沖突,導(dǎo)致學(xué)生對土性指標(biāo)的宏觀概念無法把握。且現(xiàn)有試驗室是單個土樣的試驗,而工程中要做六個土樣,且平行試驗,從中得到符合誤差的結(jié)論。因此,有必要對以上四個常規(guī)實驗進行整合,形成土的物理性質(zhì)指標(biāo)和力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)綜合性實驗。

1.3 集中開設(shè)土力學(xué)實驗的優(yōu)點

綜合性實驗的集中開設(shè),就是將幾次實驗課所開設(shè)的實驗項目集中在某一段時間內(nèi)進行。首先,集中開設(shè)實驗會使時間安排更合理。土力學(xué)實驗課中有許多實驗項目,如固結(jié)試驗、擊實試驗等的實驗過程往往很長,在時間安排上容易造成時緊時松,使學(xué)生們在有些時間段內(nèi)無事可做,白白浪費時間。若采用集中開設(shè)方式,使多個實驗項目交叉進行,節(jié)省了不少時間,亦即可將由于分散開設(shè)多個實驗項目而造成的零散時間集中利用,使各實驗項目之間在時間上互補長短,提高了工作效率。

其次,學(xué)生在較為集中的短時間內(nèi)完成所有實驗項目的操作和數(shù)據(jù)測試等工作,對每一環(huán)節(jié)都了解清楚,便于對所有實驗數(shù)據(jù)及它們之間的相互聯(lián)系進行綜合分析。如學(xué)生可把由界限含水量試驗測得的含水量、液限和塑限,固結(jié)試驗中測得的壓縮系數(shù)和壓縮模量,剪切試驗中測得的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角值等作一全面分析和比較,最后在教師的指導(dǎo)下對實驗數(shù)據(jù)的合理性作出判斷,并決定其取舍或補做,這樣做會使學(xué)生綜合分析問題解決問題的能力得到鍛煉和提高。

2 土力學(xué)實驗教學(xué)改革措施

改革現(xiàn)有《土力學(xué)》試驗教學(xué)體系,變驗證性試驗為設(shè)計性試驗,增強學(xué)生的主動性,從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。具體措施如下：

⑴觀看土工實驗教學(xué)錄像,通過現(xiàn)場的講解以讓學(xué)生掌握土力學(xué)實驗的工作原理,更為關(guān)鍵的是使學(xué)生能夠根據(jù)實際工程情況來擬定試驗方案。如對于擋土墻模型試驗。針對設(shè)計中不同區(qū)域土壓力的變化情況,嘗試去確定不同的試驗方案及試驗設(shè)備的改裝方案。讓學(xué)生利用課下時間提前參與與實驗有關(guān)的各項準(zhǔn)備工作,從室外取土到制備土樣、準(zhǔn)備實驗所需的器材等,以調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

⑵現(xiàn)有試驗室是單個土樣的試驗,而工程中要做六個土樣,且為平行試驗,經(jīng)統(tǒng)計分析得到符合誤差的結(jié)論。我們改革以往由試驗室提供現(xiàn)成土樣的做法,將學(xué)生分為6～10個小組,每組獨立進行實驗。且在室外一定范圍內(nèi)由學(xué)生自由選取每組土樣,并盡力保持其不被擾動的狀態(tài)。對6～10組的實驗結(jié)果,要求學(xué)生對離散形數(shù)據(jù)進行分析,通過計算每組數(shù)據(jù)的平均值、極差、均方差和變異系數(shù),從而得到數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)值。

<1)，且各件產(chǎn)品是否為不合格品相互獨立．

⑶綜合性實驗項目

常規(guī)的土力學(xué)試驗,如液塑限、含水率、固結(jié)、剪切等均為單獨的試驗,每組試驗之間沒有聯(lián)系,學(xué)生只是提交一個個單獨的數(shù)據(jù)給教師。而實際上,所有的試驗都可反映到土的物理、力學(xué)指標(biāo)中,如工程現(xiàn)場的勘探試驗,在所有試驗的基礎(chǔ)上,經(jīng)分析,提出土的承載力指標(biāo)值。這里面包含了綜合分析、去粗取精的過程。

根據(jù)理論教學(xué)和生產(chǎn)實踐情況,我們按照土木工程實際生產(chǎn)對土工試驗的程序進行。要求學(xué)生必須做的試驗有含水量、密度、比重、塑限、液限、擊實、直剪及壓縮等八個基本試驗。其中有些試驗的詳細(xì)種類,如直剪中選取快剪還是慢剪,要根據(jù)擬定的現(xiàn)場條件來確定,按照固結(jié)條件、土層排水情況來選取試驗類型。試驗前要給學(xué)生講清這次綜臺試驗的目的和要求,要求學(xué)生嚴(yán)格按照“土工試驗操作規(guī)程”去完成每個試驗,不符合誤差要求的要重做。

2.4 學(xué)生自主設(shè)計選擇試驗項目

以某一工程問題為依托,將實驗教學(xué)與工程實踐教學(xué)有機結(jié)合起來,提高實驗教學(xué)質(zhì)量。要求學(xué)生根據(jù)所學(xué)理論與實驗方法,對現(xiàn)場土體進行全面、綜合的實驗分析與研究,提交關(guān)鍵土性參數(shù)并進行評價。要求學(xué)生對自行采取的土樣或?qū)嶒炇抑付ǖ耐翗舆M行簡易鑒定,為土樣定名并制定具體的實驗方案,經(jīng)指導(dǎo)教師審核后確定具體實驗項目,獨立完成實驗過程與數(shù)據(jù)分析,提交土樣定名報告。

2.5 改革實驗成績考核方法

學(xué)生試驗成績的評定是衡量學(xué)生知識、技能、能力和素質(zhì)的重要步驟。試驗的整理是非常重要的,實際上土力學(xué)試驗的結(jié)果是非常離散的,怎樣得到合理的結(jié)論,需要學(xué)生進行深入的分析,我們所重視的也恰恰是這個集中展示學(xué)生自主性的過程。

試驗結(jié)束后,要求每名學(xué)生給出土樣命名、承載力值和預(yù)期的最終沉降量。每名學(xué)生還要公開講解自己的試驗設(shè)計、方法、誤差分析和結(jié)論,并接受教師和全體學(xué)生的提問。同時對每個學(xué)生進行口試,口試范圍包括基本理論和實際操作。

調(diào)整試驗課的管理方式,緊抓試驗成果資料分析。在試驗報告中增加試驗結(jié)果的誤差分析。在整理的過程中,除了能夠掌握一種試驗方法的應(yīng)用外,關(guān)鍵是讓學(xué)生能夠切實體會到試驗操作的精確、人為因素等對于試驗結(jié)果的影響,培養(yǎng)學(xué)生實事求是的工作態(tài)度和一絲不茍的科學(xué)精神。

3 結(jié)論

學(xué)習(xí)土力學(xué)知識的需要和培養(yǎng)解決實際問題能力的需要都要求在教學(xué)過程中狠抓實踐性環(huán)節(jié)。通過狠抓實驗課,強化學(xué)生的實踐意識和能力,使同學(xué)們深深體會到由于土的工程性質(zhì)的千差萬別,必須通過室內(nèi)試驗和現(xiàn)場試驗測試土的各項物理性質(zhì)指標(biāo)和力學(xué)性質(zhì)指標(biāo),培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、嚴(yán)肅、認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度。并且針對試驗中的相關(guān)問題展開討論,對試驗結(jié)果進行分析。通過這一訓(xùn)練,對培養(yǎng)和提高學(xué)生解決實際工程的基本能力,大有好處。

對于勘查技術(shù)與工程專業(yè)學(xué)生,室內(nèi)土力學(xué)實驗還應(yīng)結(jié)合其他實驗實訓(xùn)環(huán)節(jié),如能對某地土質(zhì)條件,在室內(nèi)試驗的基礎(chǔ)上,結(jié)合校內(nèi)原位測試實習(xí),給出原位測試指標(biāo),如標(biāo)準(zhǔn)貫入實驗、十字板剪切試驗、淺層平板載荷試驗,對學(xué)生建立工程觀念,提高綜合分析和處理數(shù)據(jù)的能力大有裨益。

[1] 李廣信,杜修力.2006土力學(xué)教育與教學(xué)：第一屆全國土力學(xué)教學(xué)研討會論文集[M].北京：人民交通出版社,2006.172-175.

[2] 劉金龍,任小琴.“土力學(xué)”實驗教學(xué)的改革探索[J].合肥學(xué)院學(xué)報,2009,19(1)：90-92.