張德恒，張厚先，徐奮強，賈彩虹

（南京工程學院 建筑學院，南京 211167）

教學 實驗 工程應用三位一體的實踐教學改革

張德恒，張厚先，徐奮強，賈彩虹

（南京工程學院 建筑學院，南京 211167）

在改變傳統(tǒng)實驗教學模式的情況下，設計性土力學實驗教學方法提高了實驗教學質量，增強了學生對土力學實驗的學習興趣，增加了學生對土的工程性質的認識與掌握，提高了學生的實踐能力與自身創(chuàng)造力。通過工程案例設計，學生在學習理論的基礎上以實驗教學為橋梁把理論教學與工程應用連接起來，做到三位一體的教學模式。

實驗教學模式；設計性土力學實驗；三位一體

0 引言

“學以致用”是南京工程學院的校訓，所以注重實踐教學是南京工程學院的辦學理念。而土力學是一門實踐性、經(jīng)驗性較強的力學學科，在土力學理論教學中實踐教學是學習中非常重要的環(huán)節(jié)，土是經(jīng)過億萬年的風化沉積固結而成，結構復雜多變。根據(jù)不同的含水率，密實度，固結歷史等特點具有其獨特的工程特性。土力學的實踐教學過程是非常重要的，尤其是培養(yǎng)學生的動手能力、觀察能力、工程實踐能力以及創(chuàng)新思維能力。根據(jù)工程要求進行設計性試驗，學生通過各種土工試驗現(xiàn)象，依據(jù)理論教學學生可以充分認識土的物理特征、力學特征。學生在學習理論的基礎上，通過實踐教學及工程應用從而達到土力學實踐教學三位一體的教學模式［1］。

1 目前土力學實踐教學現(xiàn)狀

1.1 實驗課程安排現(xiàn)狀

實驗課是連接理論教學與實際工程應用的載體，實驗課的最終目標是培養(yǎng)學生能夠利用實驗設備及實驗試樣或者原狀土來證明理論教學結論，或者是利用實驗設備得到某個試樣實驗參數(shù)，是學生主動的去利用實驗設備根據(jù)要求創(chuàng)新、發(fā)現(xiàn)、實現(xiàn)的過程。所以，實驗課必須以學生為主動，教師起輔助作用，而目前并不是這樣，有的實驗課教師親自動手做學生只是個觀眾。因此，實驗教學必須緊緊圍繞以學生為主動教師為輔助講解、激發(fā)學生動手興趣的核心開展教學工作［2-3］。南京工程學院在實驗教學方面雖取得一定成績，但也存在一些弊端。目前，理論教學一直是土力學主要部分，而實驗教學滯后于理論教學，實驗課與理論課出現(xiàn)“斷層”狀態(tài)，即等理論課上完之后才能進行實驗教學，理論課上完之后已經(jīng)到期末考試，學生全部心思在復習土力學理論課，無學分制的實驗課導致學生在思想上認為理論課學習比實驗課重要，實驗是實驗，理論是理論造成互不相干。

1.2 實驗目標不明確

很多教師只知道實驗目的而不知道實驗目標，說的確切一點是實驗所服務的實際工程應用。理論課上教師向學生解釋為什么做這個實驗，實驗目的是什么，實驗最終目標是什么，服務于什么實際工程，看似很簡單的問題，某些教師的做法可能比較粗淺。例如，土力學實驗課上，實驗專職教師一開始就介紹實驗內容、實驗原理及實驗目的，或者教師親自動手直接進行設備的演示操作或者按照實驗報告宣讀，這時候學生可能早已忘記學習的理論知識，或者沒有任何印象，有的教師甚至一邊講試驗內容和目的一邊進行演示操作，把操作設備及實驗對象或者是實驗要得到什么參數(shù)作為重點提示的內容，最后只要把學生的實驗報告填滿就算交差了，這種敷衍行為不可取。而對于如何通過這個實驗的操作學生可以提升何種能力、針對某種實驗設備目前在工程界是否具有先進性、今后需要哪些改進、實驗數(shù)據(jù)在工程實際中有何應用解決哪些問題、以及如何通過實驗數(shù)據(jù)把理論知識和實際工程連接起來，對于這類涉及能力培養(yǎng)和實踐理性提升的內容，實驗指導教師很少提及。

1.3 理論與實驗、實踐工程脫節(jié)

實驗是手、腦并用的過程，是利用理論知識指導實際工程的技能。理論知識指導實踐，實踐驗證、充實并拓展理論。目前實驗課安排模式為依托理論課模式、但是在實驗過程中又不全面提到學過的理論知識，一味的追求為實驗而實驗，學生也是一味的追求為交報告而實驗，而在實驗時間安排上也相對獨立，甚至與理論課進度無關聯(lián)，從而造成理論與實驗脫節(jié)。對于通過實驗利用理論知識指導實際工程應用，實驗指導教師更是鮮有提及。例如，液塑限實驗：大家都知道實驗目的是判斷土類別、軟硬程度，但是很少有教師提及判斷土的類別之后如何指導實際工程應用。所以造成實驗理論知識與實際工程應用嚴重脫節(jié)。

1.4 學生的實驗參與度有待提升

雖然土木工程實驗中心發(fā)展較晚，但是也基本滿足學校師生的應用。但是隨著增開新的專業(yè)以及學生的擴招，土工實驗室目前存在不小的壓力，相對設備不足，每個班級的土力學實驗都要分批次進行，對于45人左右的班級，一般分為4～6組，一臺設備有8人左右，實驗教師講解完畢各組人獨立完成動手部分，這樣就造成有的學生只是“觀察員”身份，有的人就繼承了別人的成果，分組造成的后果是想動手的沒有設備，不愿動手的更加依賴動手能力強的學生。

1.5 實驗教學方法與教學手段落伍

土力學是一門比較專業(yè)的基礎課，基于土力學專業(yè)性較強，所以理論教學是土力學實驗教學的傳統(tǒng)，因此照本宣科實驗指導書仍然是它的弊端，傳統(tǒng)教學土力學實驗仍然是驗證性與演示性。《土力學實驗指導書》是從《土工試驗規(guī)程》摘錄而來，從而土力學實驗教學顯得生硬、條框，有的公式及理論比較難理解等缺點。另外，面對生硬的儀器設備及看不懂的原理，學生的親自動手試驗及主動性被打擊殆盡。多數(shù)學生表示只能看著實驗指導書上的操作步驟一步一步的往下做，走哪里算哪里，錯了再改。目前教學手段落伍，教學方法死板，學生沒有學習的積極性和主動性。

2 實驗教學手段改革與實踐

為了培養(yǎng)工程類的應用型人才，土力學實驗教學必須轉變教學理念，是實驗教學改革的關鍵，土力學實驗教學，以培養(yǎng)學生通過實驗及理論教學能在實際工程應用為目標，實現(xiàn)學生專業(yè)知識應用、工程能力提升、技術創(chuàng)新的協(xié)調發(fā)展。為實現(xiàn)理論教學與實際工程的聯(lián)系，僅靠幾個學時實驗課還是不夠的，為了建立實驗是聯(lián)系理論知識與工程應用的橋梁，以此達到實驗通過理論知識指導實際工程，把工程應用設計性實驗作為土力學實驗課不可缺失的重要部分。

2.1 工程實驗設計方案

（1）首先，實驗指導教師要做好實際工程實驗設計方法，然后，選取工程實驗所用的試樣，最后得到的實驗數(shù)據(jù)是指導什么樣的實際工程，試驗指導教師應該清楚實驗參數(shù)分布范圍，實驗過程中會出現(xiàn)什么情況。例如，進行實驗的試樣是作為地基沉降使用，還是作為基坑開挖使用，還是作為邊坡防護使用，還是作為滲透使用等等，就具體工程來說，對于在學生頭腦里沒有這種概念。因此，實驗指導教師不僅要有一個廣泛的知識面，還要有一個具體的取樣場地，無論是施工現(xiàn)場還是本校的實踐基地。

（2）實驗前，由指導教師帶隊在工程現(xiàn)場勘查取樣，結合實驗規(guī)程及地基基礎設計規(guī)程初步判斷有關土的特征，根據(jù)工程地質勘察手段及現(xiàn)場搓條法粗淺估計土的液塑限特征。然后將學生帶到現(xiàn)場實地了解有關土的性質，使學生在實驗前有一個膚淺的感性認識。例如，膨脹土具有地壓縮性，遇水膨脹失水干縮，多裂隙性，軟粘土的高壓縮性和低強度等等，同時向學生講解某類土是實驗時具有什么特征。

（3）在帶領學生勘察試樣之后，把工程實驗設計計劃交給學生。學生根據(jù)工程實驗設計取樣，然后回去大致考慮實驗所涉及的相關知識。為了解決某個工程問題，教師首先要把實驗目標告訴學生，最終要解決那些實際工程項目，然后學生根據(jù)目標進行實驗，學生應該知道在數(shù)據(jù)處理中可能采用土力學中的理論方法，這些方法需要用哪些土力學指標，指標又是怎么通過實驗得到的，然后，在了解土力學實驗的目的和用途的基礎上，選擇測定這些指標進而解決實際工程，最后完成工程實驗設計方案。

2.2 具體實施計劃

目前土力學實驗項目是單獨分開的，例如，以2課時為單位，每批次在8課時時間內必須完成密度、含水率實驗（2課時），土的液、塑限實驗（2課時），土的固結實驗（2課時），土體剪切實驗（2課時），各個實驗相互獨立沒有必然的聯(lián)系，這樣各個實驗造成了斷層沒有銜接。土體的物理、力學指標間有一定的相互聯(lián)系，例如，土的液塑限特征可以判斷土的性質，知道土體的類別我們又可以大概清楚它的相對密度、壓縮性滲透性和力學特征，如何讓各個實驗項目之間進行利用，是設計性實驗的教學改革［4］。

首先，對于單獨開設的實驗項目變成集中授課，而又不能在臨期末進行實驗。其次，精心安排實驗批次及時間、通過設計性案例把2～3個土力學實驗項目整合到一起進行實驗，呈現(xiàn)出土力學實驗項目之間的相關性。例如，設計題目：某建筑一獨立基礎面積為11.1m*9.0m，埋深0.5m，作用在基礎底面準永久組合壓力p=300kPa，計算各土層壓縮模量，通過實驗所得數(shù)據(jù)計算基礎中心點沉降。這時候給學生設計出實驗項目：學生應該知道這個設計涉及到實驗項目是密度含水率實驗、相對密度實驗及固結實驗。實驗數(shù)據(jù)得到后學生應該去查閱土力學教材，通過理論知識及實驗數(shù)據(jù)學生應該能解決實際工程問題，就本設計而言學生通過實驗數(shù)據(jù)及理論知識能夠計算出基礎中心的最終沉降值。通過此次實驗學生更加理解了理論知識的重要性以及如何解決實際工程問題，所以通過設計實驗學生可以發(fā)現(xiàn)：實驗、理論知識及工程應用密不可分，理論知識指導實際工程應用，實驗是實現(xiàn)應用的橋梁，對于教學指導老師來說實現(xiàn)了三位一體的教學模式。對于學生為了解決實際工程問題不得不認真思考和精心準備，從而增加了他們的好奇心及積極性。

3 教學內容與方法改革

（1）工程性實驗設計內容要考慮3個要點：第一，緊扣實驗目的。每個實驗都要有相應的實驗目的，也是實驗指南具體指實驗要得到那些參數(shù)。第二，實驗內容與理論教學相對應。在理論教學的過程中教師要多引導學生認識實驗，重視實驗，多講解實驗與工程的相關性，而不是輕視實驗內容，不要認為實驗部分實驗課時再講。第三，實驗要與實際工程相對應。實驗教學的最終目標是培養(yǎng)學生解決實際工程問題的能力，在這個授課框架下，要求實驗指導教師設計實際工程，如果有條件的話可以聯(lián)系實際工程單位，盡量做到實驗所用試樣來源于實際工程，這樣會更直接反映工程的實際問題，令實驗更有趣味，更具現(xiàn)實意義。（2）實踐教學方法的研究是實驗教學研究的根本，同樣的實驗內容，教學方法不同，教學結果可能相差較大。三位一體的實踐教學改革，仍然以學生為核心的教育方法，以工程設計性實驗為前提引導學生解決問題，激發(fā)學生的學習鉆研知識的興趣。通過案例設計，三位一體的實驗教學改革學生基本掌握了實驗技能和養(yǎng)成良好的實驗習慣，學生在實驗過程中能夠發(fā)現(xiàn)問題，提高學生實驗分析問題、解決問題的能力。在條件允許的情況下，在教學過程中多采取提問式、啟發(fā)式、引導式、多媒體、網(wǎng)絡實驗教學錄像及環(huán)境教學等方式方法［5］。（3）改變實驗指導技巧，土力學實驗指導不能重復理論課，而是強調實驗的注意事項和提供一些實驗的經(jīng)驗及實驗參數(shù)的篩選。對學生而言，土力學的理論知識在課堂上已經(jīng)聽過一遍，重點講授理論知識在實驗中所發(fā)揮的作用及如何把實驗數(shù)據(jù)應用到實際工程；把握分析實驗數(shù)據(jù)及工程應用。實驗數(shù)據(jù)得到后，指導教師多給學生時間分析、討論實驗數(shù)據(jù)，最后利用理論知識解決實際工程問題［6］。

4 結束語

學以致用是南京工程學院本科人才培養(yǎng)的綱領，而工程實驗教學更是應用型人才培養(yǎng)的體現(xiàn)。設計性土力學實驗教學方法提高了學生對土力學實驗教學的學習興趣，增加了學生對土的工程性質的認識與掌握，提高了學生的實踐能力與動手能力，通過實驗教學與實際工程拓寬了理論知識的應用，從而實現(xiàn)了教學、實驗、工程應用的三位一體的實踐教學模式。

［1］李廣信.土力學的學科特點和土力學教育與教學［C］.第一屆全國土力學教學研討會論文集，2006∶27-32.

［2］李國安.當前高校實驗教學過程中存在的問題和對策［J］.麗水學院學報，2007（03）∶118-120.

［3］柏祖進，吳青娥.提高學生實踐能力方法探討［J］.中國電力教育，2010（03）∶160-161.

［4］周莉等.應用型人才培養(yǎng)的土力學實驗教學模式改革與實踐.黑龍江高教研究，2014（03）∶168-170.

［5］呂念玲等.對當前高校實驗教學的觀察與思考［J］.實驗技術與管理，2014，6（31）∶179-182.

［6］劉建新，張新華.綜合性土力學實驗教學模式的研究［］J.實驗科學與技術，2005，6（24）∶65-67.

基金：南京工程學院教改項目，項目號201326； 南京工程學院校級高等教育研究課題 項目號2014ZC28 。

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.19.214

張德恒，男，碩士在讀博士，長期從事實踐教學與研究。