土木工程類土力學(xué)實驗教學(xué)的探討

徐德龍 南京工程高等職業(yè)學(xué)校

1 引言

《土力學(xué)》作為土木工程專業(yè)學(xué)生必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，具有非常強(qiáng)的實踐性，其實驗是必不可少的教學(xué)環(huán)節(jié)。

2 工程教育認(rèn)證對實驗教學(xué)的要求

專業(yè)目標(biāo)的能力要求包括土木工程技術(shù)的基本應(yīng)用能力、明確土木工程力學(xué)問題的基本概念、相對熟練的計算、分析和實驗?zāi)芰Φ韧聊竟こ虒嶋H問題的解決能力。為特定工程合理選擇土木工程材質(zhì)，應(yīng)用測量的基本原理，利用測量儀器熟練地進(jìn)行一般工程測量和施工放樣。具有開發(fā)土木工程技術(shù)基礎(chǔ)實驗計劃、獨(dú)立完成實驗以及整理、統(tǒng)計和分析實驗數(shù)據(jù)的功能。

3 土木工程專業(yè)土力學(xué)實驗教學(xué)現(xiàn)狀剖析

3.1 實驗教學(xué)內(nèi)容簡單陳舊

因為課上的時間有限，我校在現(xiàn)階段的土木工程專業(yè)設(shè)置的土力學(xué)實驗類型一般有：（1）土的含水比例、土的密度、土粒的相對密度等一些物理性的實驗檢測；（2）土的抗剪能力、壓縮系數(shù)等力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的檢測。以上實驗操作運(yùn)用于教學(xué)中時，其優(yōu)勢為操作性強(qiáng)、實驗用時較短，而缺點(diǎn)就是內(nèi)容單調(diào)、老套、與目前實際中工程項目建設(shè)聯(lián)系性小，對現(xiàn)代化社會科技的進(jìn)步?jīng)]有體現(xiàn)，所以，不益于同學(xué)們綜合素質(zhì)的提升，如同學(xué)們的動手操作能力、自主分析能力、排除問題的能力。跟嚴(yán)重的，甚至因為課上時間太短故意縮短實驗的時長，很多實驗減少了觀察時間、減少了實驗的步驟、或者在上課以前老師先操作了幾個步驟，從而降低實驗課的教學(xué)成效。

3.2 實驗教學(xué)手段單一

通常情況下的實驗教學(xué)流程為：老師預(yù)先進(jìn)行總結(jié)講解實驗的內(nèi)容、實驗的方法、實驗的要求，在進(jìn)行操控的關(guān)鍵點(diǎn)的講解時，在進(jìn)行相關(guān)的實驗操作；接著把同學(xué)們進(jìn)行分組，一般3～4人為一組，由組內(nèi)人員進(jìn)行合作依照實驗指導(dǎo)書中的步驟，實行實驗的操作、數(shù)據(jù)記載、式樣制備；然后同學(xué)們依照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)填寫實驗報告，在進(jìn)行實驗操作的過程中老師應(yīng)進(jìn)行指導(dǎo)。一般來講這種實驗課程，使得一些同學(xué)就是不事先做預(yù)習(xí)準(zhǔn)備也能夠完成實驗操作。在進(jìn)行實驗期間，有很多同學(xué)只能作為旁觀者進(jìn)行觀察，只有少部分同學(xué)進(jìn)行了實驗的操作，這時旁觀的學(xué)生只能用其他學(xué)生的數(shù)據(jù)來完成實驗報告，更有甚者直接全套搬來使用。

4 土木工程類土力學(xué)實驗教學(xué)的探討

4.1 改變教學(xué)模式

在過去的教授方式中主要采取的是演示法，就是由老師來進(jìn)行演示學(xué)生則在旁觀測，主要是以老師的教授為重點(diǎn)，而現(xiàn)在需要進(jìn)行觀點(diǎn)的轉(zhuǎn)換，應(yīng)該以同學(xué)們的學(xué)作為重點(diǎn)。老師在進(jìn)行實驗課程以前需要先為學(xué)生安排預(yù)習(xí)的任務(wù)，認(rèn)識到實驗的目的、意義和基礎(chǔ)內(nèi)容；在課上進(jìn)行教授時需應(yīng)用引領(lǐng)式與啟迪式教學(xué)，以此強(qiáng)化同學(xué)們的動手能力和自主探索的能力；待到實驗完成以后，教師應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)同學(xué)們對實驗所得訊息實施整合、分析，同時綜合有關(guān)工程情況寫出結(jié)論。在進(jìn)行實驗之前，老師應(yīng)當(dāng)選取重點(diǎn)問題對同學(xué)們提問，啟發(fā)同學(xué)們進(jìn)行思索，提示同學(xué)們在進(jìn)行實驗時需要注意那些關(guān)鍵點(diǎn)。在進(jìn)行實驗期間能夠分組實施探討，對于實驗的表象說說自身的想法，指引同學(xué)們進(jìn)行自主思索，如果同學(xué)們說出了錯誤的觀點(diǎn)，老師需要做的就是引領(lǐng)同學(xué)進(jìn)行深入、細(xì)致的思索，從而得出正確的結(jié)論，如此不但能夠提升同學(xué)們對實驗課程的學(xué)習(xí)興趣，同時將同學(xué)們的學(xué)習(xí)方式由被動轉(zhuǎn)換為主動，提升了學(xué)習(xí)的效率。

4.2 完善實驗教學(xué)內(nèi)容，增加實驗教學(xué)種類

通常來講可以將土力學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容分為3大類：驗證性、綜合性、設(shè)計性。驗證性的實驗重點(diǎn)在于提升同學(xué)們對土工儀器的操控技能，同時提高對理論要點(diǎn)的認(rèn)識和了解；綜合性實驗通常是由幾項單獨(dú)的實驗組合而成，同學(xué)們在精通土工儀器的操作方式后，可以受到整體的鍛煉，把重點(diǎn)知識進(jìn)行鏈接，對部分難點(diǎn)重點(diǎn)實行更為深刻的探究；設(shè)計性實驗則需要同學(xué)們不但精通儀器的操作，還需要對相關(guān)理論知識有著細(xì)致化的了解，可以自主的進(jìn)行一整套實驗的設(shè)計，同時能夠通過實際操作來進(jìn)行證明。當(dāng)前，土力學(xué)實驗教學(xué)模式大都為驗證性實驗，為了使同學(xué)們的全面技能能夠達(dá)標(biāo)于工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求，該次實驗教學(xué)特將綜合性與設(shè)計性實驗添加進(jìn)來。試驗的情況如表1。

表1 試驗內(nèi)容

其間綜合性實驗關(guān)于土的工程項目歸類，同學(xué)們必須依照土的顆粒形式再綜合使用級配、液性和塑性指數(shù)情況，再配合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對土實施分類與名字確定。其中級配實驗與液塑實驗屬于驗證型實驗不會提高學(xué)時，在驗證性實驗中所得的土的信息數(shù)據(jù)可以有效運(yùn)用到綜合性實驗中，使得土性數(shù)據(jù)不單單是不同的個體，實現(xiàn)了綜合知識的目標(biāo)。設(shè)計性實驗的重要性在于能夠培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立自主的進(jìn)行實驗的創(chuàng)設(shè)，提升其對科研工作的創(chuàng)新意識和興趣。本校在各個學(xué)年中均會舉行本科生科技創(chuàng)新大賽，同學(xué)們可以自主選擇題目，在實驗室老師的指點(diǎn)中運(yùn)用設(shè)計性實驗進(jìn)行課題的研究。

4.3 實驗教學(xué)與可視化教學(xué)融合

通過將實驗與可視化兩類方式進(jìn)行綜合運(yùn)用，不但能夠提高科研的水準(zhǔn)，還能夠提升教學(xué)的成效。大學(xué)老師根據(jù)有關(guān)的科研范疇著重于學(xué)科先進(jìn)情況，同時進(jìn)行實踐。在進(jìn)行教學(xué)的過程中，還能夠把其帶入教學(xué)課程中，使得同學(xué)們能夠有效的知曉學(xué)習(xí)的課業(yè)所在的領(lǐng)域，提升對課業(yè)的了解和把握，也提高了對科研的興趣。此方式還能夠運(yùn)用到土木工程專業(yè)的課程和研究中，例如Hajialilue-Bonab等人研究制作了一組小型的物力模型實驗裝備，該試驗需要在松軟的沙土上實施水平荷載下的樁與土互相作用實驗。在通過水平方向增加載樁期間，需要在同一時間內(nèi)在側(cè)邊與模型的頂端為數(shù)字圖像拍照。然后利用粒子圖片測速（PIV）這類直觀的方式，通過數(shù)字圖片來取得樁周砂土的形變與應(yīng)變。通過PIV的解析，將擁有圓錐形狀的三維應(yīng)變楔實行繪圖，將應(yīng)變楔的方程推翻，同時經(jīng)過應(yīng)力-應(yīng)變極限平衡解析得出了樁的側(cè)邊荷載情況。按照具有差異性的裝土特征預(yù)算出各個樁的側(cè)邊承重強(qiáng)度。運(yùn)用以上實驗和直觀性綜合的方式，能夠?qū)崿F(xiàn)科研帶動教學(xué)，同時提升同學(xué)們的學(xué)習(xí)積極性。

4.4 改革效果評價

經(jīng)過對土力學(xué)實驗教學(xué)進(jìn)行創(chuàng)新和優(yōu)化，在很大程度上提升了同學(xué)們學(xué)習(xí)的自主性，同時也轉(zhuǎn)變了同學(xué)們以往的（重理論輕實驗）的想法，改為對實驗和理論同樣重視的效果，同學(xué)們對工程的理解有了更好的提升，實驗教學(xué)收效也有了很大進(jìn)步，同時調(diào)動起了同學(xué)們對科研探求的熱情，目前每個學(xué)年均有12到16名同學(xué)參加土力學(xué)創(chuàng)作實驗，同學(xué)們的綜合應(yīng)用實力與創(chuàng)新的實力均有了明顯的提升，為教育具有創(chuàng)新能力的人才奠定了基礎(chǔ)。

5 結(jié)束語

現(xiàn)在應(yīng)用型人才的發(fā)展需要越來越提高學(xué)生的自主創(chuàng)新能力，新的土力學(xué)實驗課程應(yīng)該提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的實踐能力，加深學(xué)生對土力學(xué)實驗工程應(yīng)用意義的理解。隨著土力學(xué)系的發(fā)展，土力學(xué)的實驗課程改革也將不斷改善。