基于卓越工程師導(dǎo)向的土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

殷勇++李富榮

摘 要：土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是土木工程專業(yè)的一項(xiàng)基礎(chǔ)性實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，文章系統(tǒng)地分析了傳統(tǒng)土力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)存在的問題，并從卓越工程師人才培養(yǎng)目標(biāo)出發(fā)，提出了土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的自主式實(shí)驗(yàn)、增設(shè)綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、健全教學(xué)評(píng)價(jià)體系等改革推行措施。

關(guān)鍵詞：土力學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革；卓越工程師

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-4107（2015）11-0013-02＼

目前我國(guó)很多工科院校正在實(shí)施“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”， 旨在培養(yǎng)一大批創(chuàng)新與工程實(shí)踐能力強(qiáng)、適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的高質(zhì)量工程技術(shù)人才，其特點(diǎn)是加強(qiáng)學(xué)生基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)的同時(shí)，重點(diǎn)提升工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)[1]。圍繞這一目標(biāo)，高校需要從人才培養(yǎng)模式的構(gòu)建、課程教學(xué)改革、人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高等方面進(jìn)行不斷的改革和創(chuàng)新。對(duì)土木工程專業(yè)來說，專業(yè)基礎(chǔ)課土力學(xué)的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)是與理論課程相配套的重要實(shí)踐性環(huán)節(jié)，隸屬于土木工程專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)體系，有關(guān)土力學(xué)實(shí)驗(yàn)方面的教學(xué)改革研究也是許多教育者探討的熱點(diǎn)課題[2-3]。本文分析了土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中的一些特點(diǎn)及常見問題，從卓越工程師能力素質(zhì)培養(yǎng)要求的角度探討了該實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)改革手段。

一、土力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)過程分析

土力學(xué)實(shí)驗(yàn)屬于土建類專業(yè)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程，多數(shù)高校采用8學(xué)時(shí)的課時(shí)安排，主要實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括液塑限實(shí)驗(yàn)、直剪實(shí)驗(yàn)、固結(jié)壓縮實(shí)驗(yàn)、三軸實(shí)驗(yàn)，教學(xué)內(nèi)容涵蓋了土體界限含水量、密度或重度、抗剪強(qiáng)度指標(biāo)、壓縮性指標(biāo)的測(cè)試等，課時(shí)較充裕的院校還增設(shè)了滲透實(shí)驗(yàn)、顆粒分析實(shí)驗(yàn)、擊實(shí)實(shí)驗(yàn)等項(xiàng)目。除了演示實(shí)驗(yàn)外，教學(xué)過程一般是由教師將實(shí)驗(yàn)所需設(shè)備及土樣準(zhǔn)備好，學(xué)生課前根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書先行預(yù)習(xí)，實(shí)驗(yàn)課程中經(jīng)過教師的講解和演示后分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，教師進(jìn)行旁觀指導(dǎo)，學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)并記錄數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告?？紤]到與理論課的先后次序，一般在講解完對(duì)應(yīng)理論章節(jié)后才能開設(shè)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，此外因教學(xué)安排相對(duì)比較集中，再加上教學(xué)儀器設(shè)備資源有限，教學(xué)過程中仍有一些問題需要改進(jìn)。

（一）學(xué)生課前預(yù)習(xí)不深入，缺少感性認(rèn)識(shí)

學(xué)生雖有實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書在課前作為參考，但在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室前能真正將指導(dǎo)書理解透徹的并不多。對(duì)土力學(xué)實(shí)驗(yàn)課前預(yù)習(xí)情況進(jìn)行的問卷調(diào)查結(jié)果顯示，僅約6.4%的學(xué)生能夠做到每次實(shí)驗(yàn)課前預(yù)習(xí)，約11.2%的學(xué)生偶爾能夠做到課前預(yù)習(xí)，而多達(dá)82.4%的學(xué)生從來不做課前預(yù)習(xí)[4]。究其原因，土力學(xué)實(shí)驗(yàn)需要?jiǎng)邮植僮?，而學(xué)生面對(duì)指導(dǎo)書畢竟缺乏感性認(rèn)識(shí)，對(duì)儀器的操作流程、測(cè)試原理存在陌生感，心理上需要經(jīng)過教師的講解演示后才能理解。因此實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中的內(nèi)容僅憑學(xué)生課前預(yù)習(xí)是準(zhǔn)備不充分的，學(xué)生需要進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室才能取得較好的預(yù)習(xí)效果。

（二）學(xué)生實(shí)踐能力的提高還有欠缺

現(xiàn)有的土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)是教學(xué)過程中的重要環(huán)節(jié)，往往是體現(xiàn)學(xué)生獨(dú)立實(shí)踐能力的過程，對(duì)提高學(xué)生的動(dòng)手能力作用很大，也是教師考查學(xué)生課堂成績(jī)的依據(jù)。但這一過程容易忽視下列問題，造成學(xué)生真正的實(shí)踐能力得不到完整鍛煉。

1.全過程實(shí)踐鍛煉問題。由于教學(xué)課時(shí)固定，土力學(xué)實(shí)驗(yàn)開始前指導(dǎo)教師需要花費(fèi)大量的時(shí)間準(zhǔn)備好試樣并調(diào)試儀器，如液塑限實(shí)驗(yàn)、直剪實(shí)驗(yàn)、固結(jié)實(shí)驗(yàn)開始前先要準(zhǔn)備好風(fēng)干過篩土樣、固定規(guī)格的試樣，分組實(shí)驗(yàn)時(shí)往往是學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后即按教師講解或演示的流程機(jī)械地完成實(shí)驗(yàn)過程，但對(duì)于之前土樣的制備及要求并不完全了解。由于原狀土與重塑土力學(xué)性質(zhì)的差異，對(duì)于原狀土樣的制作更是實(shí)際工程中進(jìn)行土體力學(xué)性質(zhì)測(cè)定的必需步驟和重要環(huán)節(jié)，學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)的整體性、連續(xù)性就缺少這樣一個(gè)學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。此外，學(xué)生實(shí)驗(yàn)前對(duì)于儀器的熟悉程度也較低，由于時(shí)間緊，學(xué)生匆忙進(jìn)行實(shí)驗(yàn)不可避免會(huì)出現(xiàn)各種問題，一些簡(jiǎn)單的儀器操作問題都需要由教師解決，其動(dòng)手能力受到了束縛，這些問題都有礙于其工程實(shí)踐能力的提高。

2.分組實(shí)驗(yàn)的參與度問題。因?qū)嶒?yàn)儀器設(shè)備臺(tái)套數(shù)有限，分組實(shí)驗(yàn)過程中一般3—4人一組進(jìn)行獨(dú)立實(shí)驗(yàn)，同組的學(xué)生分工協(xié)作，有學(xué)生負(fù)責(zé)記錄數(shù)據(jù)，有學(xué)生負(fù)責(zé)讀數(shù)，有人負(fù)責(zé)操作儀器。比如對(duì)于液塑限測(cè)定實(shí)驗(yàn)，最多3人一組的模式可以要求至少每位學(xué)生參與測(cè)試一個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，最后以3個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。但若分組人數(shù)超過3人，則這種模式可能導(dǎo)致學(xué)生不會(huì)發(fā)揮學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，造成部分學(xué)生可能直接作為旁觀者而不參與真正的實(shí)驗(yàn)過程，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及報(bào)告可能會(huì)存在抄襲同組學(xué)生的情形，不利于學(xué)生真正掌握實(shí)驗(yàn)原理和相應(yīng)的理論知識(shí)，達(dá)不到實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)目的。

（三）學(xué)生工程素質(zhì)培養(yǎng)有待提高

除了掌握實(shí)驗(yàn)過程外，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理分析對(duì)于一位工程技術(shù)人員來講也是必備的基本素質(zhì)。土力學(xué)的每一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都與土的工程力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)相關(guān)，并且可以為工程應(yīng)用提供測(cè)試指標(biāo)，但學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中有時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟⒉荒苷_認(rèn)識(shí)，只注重實(shí)驗(yàn)過程的完成，不重視數(shù)據(jù)處理，不能分辨數(shù)據(jù)好壞，不能理論聯(lián)系實(shí)踐。例如直剪實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)土樣為黏性土，但學(xué)生可能會(huì)整理出黏聚力為0甚至為負(fù)值的數(shù)據(jù)，對(duì)這些指標(biāo)缺乏簡(jiǎn)單的判斷意識(shí)。有些學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)并不能完整或正確地得到實(shí)驗(yàn)?zāi)康乃枰闹笜?biāo)，但還是提交了實(shí)驗(yàn)報(bào)告而不主動(dòng)回頭檢查錯(cuò)誤原因，認(rèn)為其完成了實(shí)驗(yàn)過程，達(dá)到了實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。因此，這樣開展的土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程并不能充分培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)和工程意識(shí)，也不利于培養(yǎng)學(xué)生綜合分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和解決實(shí)際問題的能力。

二、基于卓越工程師角度的教學(xué)改革措施

針對(duì)上述討論的幾點(diǎn)土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的常見問題，結(jié)合卓越工程師人才培養(yǎng)的基本要求，提出了如下幾個(gè)方面的教學(xué)改革措施。

（一）自主式實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?/p>

以往的土力學(xué)實(shí)驗(yàn)受制于教學(xué)計(jì)劃學(xué)時(shí)要求，指導(dǎo)教師一般需要在固定的時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)講解演示、學(xué)生實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，這其中加上學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中的一些誤操作，留給學(xué)生自由實(shí)驗(yàn)的時(shí)間其實(shí)很緊張，會(huì)造成學(xué)生敷衍了事。通過自主式實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑D(zhuǎn)變教師教學(xué)主體地位，在充分理解實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書后由學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案（包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒎椒?、步驟、儀器、要求），學(xué)生在預(yù)定的時(shí)間進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行土樣制備，給予充足時(shí)間進(jìn)行儀器的熟悉、拆裝、調(diào)試，自主完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目并進(jìn)行數(shù)據(jù)整理分析、測(cè)試指標(biāo)正確性判斷。在遇到無法解決的問題時(shí)可以向教師求助，最終由教師審核實(shí)驗(yàn)報(bào)告。通過這一模式，學(xué)生不僅熟悉了土工測(cè)試儀器，而且對(duì)測(cè)試過程方法熟記于心，發(fā)揮了學(xué)生作為一線工程技術(shù)人員的作用，提高了其工程實(shí)踐能力。

（二）優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，增設(shè)綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

傳統(tǒng)的土力學(xué)實(shí)驗(yàn)以滿足土力學(xué)課程中基礎(chǔ)性或驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)為主，很少開設(shè)綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，隨著高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的不斷投入，將有條件開設(shè)此類實(shí)踐項(xiàng)目，可以從更高層次訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能。綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的目的和要求及實(shí)驗(yàn)條件可以事先指定，學(xué)生在教師指導(dǎo)下自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并加以實(shí)施。在此過程中，實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖敲鞔_和唯一的，但實(shí)驗(yàn)方案是可以多樣化選擇的。

同時(shí)，在該環(huán)節(jié)的教學(xué)過程中還可以讓學(xué)生熟悉不同行業(yè)規(guī)范對(duì)同一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)指標(biāo)測(cè)定方法的差異，突出工程實(shí)際，強(qiáng)化學(xué)生的工程規(guī)范意識(shí)。例如，對(duì)于土體的液限測(cè)定，我國(guó)《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》等行業(yè)規(guī)范的規(guī)定均不相同，綜合性或設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是需要讓學(xué)生考慮為何不一致，實(shí)際工程中如何使用等問題，并總結(jié)其中的規(guī)律。學(xué)生畢業(yè)后不管去交通行業(yè)、建筑行業(yè)或水利行業(yè)，至少對(duì)各行業(yè)的規(guī)范能有初步認(rèn)識(shí)，同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。

（三）開展土力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)創(chuàng)新能力

圍繞土力學(xué)學(xué)科的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)可以從兩個(gè)方面開展，一方面是學(xué)生結(jié)合自己的學(xué)習(xí)興趣，以大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目為基礎(chǔ)開展相關(guān)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；另一方面是結(jié)合教師的科研項(xiàng)目或社會(huì)橫向課題開展此類實(shí)驗(yàn)。比如，結(jié)合區(qū)域性土的研究可以開展系列高壓固結(jié)實(shí)驗(yàn)、回彈再壓縮實(shí)驗(yàn)、蠕變實(shí)驗(yàn)等，學(xué)生可以掌握不同應(yīng)力狀態(tài)下土體的壓縮性狀，并熟悉相應(yīng)指標(biāo)的獲取方法。此外，基礎(chǔ)較好的學(xué)生也可以自主研發(fā)相關(guān)的土工測(cè)試儀器并申報(bào)專利，這樣既開拓了學(xué)生的創(chuàng)新能力和研究能力，也能使學(xué)生取得更多的實(shí)際成果。

（四）改革考核方式，健全評(píng)價(jià)體系

對(duì)于一般工科院校來講，土力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程不但要培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力，更主要是培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)能力。因此土力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的考核評(píng)價(jià)體系應(yīng)在注重學(xué)生基本知識(shí)和基本技能學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中獲得的指標(biāo)進(jìn)行合理性判斷與分析，考核評(píng)價(jià)應(yīng)考慮到學(xué)生的反饋，改變傳統(tǒng)的“出勤+實(shí)驗(yàn)+報(bào)告”評(píng)價(jià)模式，這也在無形中使學(xué)生能積極思考，促使學(xué)生提高分析問題的能力。

隨著我國(guó)卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃的推廣實(shí)施，土木工程專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)將更加注重工程實(shí)踐。土力學(xué)實(shí)驗(yàn)在土力學(xué)學(xué)科中占有重要地位，土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革對(duì)學(xué)生工程素質(zhì)和能力的培養(yǎng)關(guān)系重大。本文對(duì)土力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的特點(diǎn)和諸多問題進(jìn)行了分析，從卓越工程師人才培養(yǎng)的要求出發(fā)對(duì)該課程的教學(xué)改革進(jìn)行了有益的探索。在土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，教學(xué)工作者應(yīng)以學(xué)生工程實(shí)踐素質(zhì)及創(chuàng)新能力培養(yǎng)為中心，為學(xué)生今后從事土木工程專業(yè)技術(shù)工作打下良好的基礎(chǔ)，從而真正實(shí)現(xiàn)高等院校卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃的目標(biāo)。

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