土力學(xué)試驗(yàn)教學(xué)的革新思考
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1.試驗(yàn)內(nèi)容及目的。眾所周知，土力學(xué)是研究土體應(yīng)力、應(yīng)變、強(qiáng)度、滲流以及穩(wěn)定性的一門學(xué)科。大學(xué)本科階段土力學(xué)課程需要講授經(jīng)典土力學(xué)理論，如滲透理論、固結(jié)理論、抗剪強(qiáng)度理論、土壓力理論等，這些理論是土力學(xué)教學(xué)內(nèi)容的重要組成部分。因此，與之相關(guān)的必選教學(xué)試驗(yàn)包括：（1）物理性質(zhì)試驗(yàn)，包括密度、含水量、塑限、液限、顆粒分析等；（2）土的力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)，包括固結(jié)（壓縮）試驗(yàn)、剪切試驗(yàn)等。通過土工試驗(yàn)，可以使學(xué)生豐富感性知識(shí)，擴(kuò)大眼界，驗(yàn)證、鞏固并加深所學(xué)理論。同時(shí)，可以明確土工試驗(yàn)的作用、重要性和成果的條件性。通過親自動(dòng)手進(jìn)行試驗(yàn)操作，可以使學(xué)生熟悉試驗(yàn)設(shè)備，掌握必要的試驗(yàn)技術(shù)，培養(yǎng)試驗(yàn)研究的基本技能和獨(dú)立工作能力。
2.試驗(yàn)教學(xué)的重要性。土是自然、歷史的產(chǎn)物，因此，土的形成年代、形成環(huán)境和形成條件的不同，使得土的性質(zhì)不僅區(qū)域性強(qiáng)，而且具有很強(qiáng)的個(gè)性。土力學(xué)試驗(yàn)是認(rèn)識(shí)和解釋土的性質(zhì)的有效途徑，也是取得具體設(shè)計(jì)參數(shù)的常用手段。在土力學(xué)教學(xué)中，土的物理力學(xué)性質(zhì)、土工原理和概念只有通過教學(xué)試驗(yàn)才能被學(xué)生牢固掌握。所以，試驗(yàn)在土力學(xué)課程教學(xué)中具有極其重要的作用，是土力學(xué)課程教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。
常規(guī)試驗(yàn)教學(xué)的組織與安排
目前，根據(jù)土力學(xué)教學(xué)大綱，一般院校的土力學(xué)試驗(yàn)安排八學(xué)時(shí)，共需進(jìn)行四個(gè)常規(guī)試驗(yàn)，即土的基本物理指標(biāo)的測定、顆粒分析試驗(yàn)、固結(jié)試驗(yàn)及剪切試驗(yàn)。每個(gè)試驗(yàn)安排兩個(gè)學(xué)時(shí)。多年以來，土力學(xué)試驗(yàn)一直是根據(jù)理論課教學(xué)的講課進(jìn)度，將各個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目安排到相關(guān)理論教學(xué)完成后的教學(xué)過程當(dāng)中。根據(jù)筆者的教學(xué)實(shí)踐，這種分散開設(shè)土力學(xué)試驗(yàn)的方式存在一定的問題。首先，學(xué)生不能接觸到試驗(yàn)的全過程。由于每個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目均安排兩個(gè)學(xué)時(shí)，使得一些試驗(yàn)的前期準(zhǔn)備工作必須在課前完成，學(xué)生才能在規(guī)定的兩學(xué)時(shí)試驗(yàn)課內(nèi)完成必做的試驗(yàn)操作環(huán)節(jié)，獲得相應(yīng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。例如：顆分試驗(yàn)中懸液的配置、剪切試驗(yàn)中待剪試樣的制備，都需要試驗(yàn)室教師在課前完成。學(xué)生在試驗(yàn)中只能進(jìn)行幾個(gè)主要的操作環(huán)節(jié)，并不能參與試驗(yàn)的全過程，使得學(xué)生在本科階段無法全面掌握整個(gè)土力學(xué)試驗(yàn)的內(nèi)容。同時(shí)，試驗(yàn)技能得不到提高，印象也不深刻。這一弊端在巖土工程專業(yè)碩士研究生做土力學(xué)試驗(yàn)時(shí)暴露無遺，幾乎所有學(xué)生都不知道如何制備試驗(yàn)土樣。
除此之外，分散開設(shè)土力學(xué)試驗(yàn)也不利于培養(yǎng)學(xué)生綜合分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力。分散開設(shè)試驗(yàn)使得學(xué)生在每次試驗(yàn)結(jié)束后，只能單獨(dú)測得土的物理性質(zhì)指標(biāo)或力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，無法對(duì)土的性質(zhì)進(jìn)行全面評(píng)價(jià)。如果試驗(yàn)室各次試驗(yàn)準(zhǔn)備的土樣不一致，就會(huì)使各試驗(yàn)項(xiàng)目的結(jié)果之間缺乏連續(xù)性，那么就無法培養(yǎng)和提高學(xué)生綜合分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力。而在未來的工程實(shí)踐中，畢業(yè)生面對(duì)大量的實(shí)際土工勘測數(shù)據(jù)時(shí)，必須具備綜合分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力，才能全面掌握?qǐng)龅赝恋男再|(zhì)，并據(jù)此進(jìn)行土木工程的設(shè)計(jì)和施工。因此，有必要對(duì)四個(gè)必做的土力學(xué)常規(guī)試驗(yàn)進(jìn)行整理，通過合理安排試驗(yàn)的時(shí)間和順序，避免上述問題的發(fā)生。
試驗(yàn)教學(xué)改革及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)
土力學(xué)的許多經(jīng)典理論都是通過試驗(yàn)獲得的，因此，強(qiáng)化試驗(yàn)教學(xué)對(duì)提高土力學(xué)教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力至關(guān)重要。在招生數(shù)量不斷增加的情況下，首先應(yīng)該堅(jiān)持土力學(xué)試驗(yàn)單班進(jìn)行，每3~4人一組，保證人人動(dòng)手。教師應(yīng)編寫與試驗(yàn)配套的試驗(yàn)指導(dǎo)書和試驗(yàn)報(bào)告冊(cè)，引導(dǎo)學(xué)生做好試驗(yàn)預(yù)習(xí)。同時(shí)教學(xué)課上講解試驗(yàn)原理，試驗(yàn)課上講解儀器設(shè)備和操作要領(lǐng)。試驗(yàn)結(jié)束后，學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和試驗(yàn)分析。通過試驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生可以加深對(duì)土力學(xué)基本知識(shí)的理解，從而大大提高土力學(xué)教學(xué)質(zhì)量，并為創(chuàng)新能力的培養(yǎng)打下良好的基礎(chǔ)。為此，土力學(xué)試驗(yàn)教學(xué)改革可以從以下兩個(gè)方面入手。
1.整合傳統(tǒng)試驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，改善常規(guī)試驗(yàn)教學(xué)效果。取消分散開設(shè)試驗(yàn)的傳統(tǒng)方式，將相互聯(lián)系的試驗(yàn)重新整合，集中開設(shè)土力學(xué)試驗(yàn)課程。即：將土的物理力學(xué)指標(biāo)試驗(yàn)和顆粒分析試驗(yàn)、室內(nèi)快速壓縮試驗(yàn)和剪切試驗(yàn)分別集中在連續(xù)的四個(gè)學(xué)時(shí)內(nèi)進(jìn)行，將多個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目穿插進(jìn)行。這樣就可以將含水量、重度等基本物理性質(zhì)與土的變形及強(qiáng)度指標(biāo)的測定綜合在一起，引導(dǎo)學(xué)生分析不同試驗(yàn)指標(biāo)的聯(lián)系，從而提高試驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的效果和質(zhì)量，增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手試驗(yàn)?zāi)芰?，激發(fā)學(xué)生綜合分析問題和解決問題的能力。
2.開設(shè)設(shè)計(jì)型、綜合型試驗(yàn)。設(shè)計(jì)型、綜合型試驗(yàn)開設(shè)的目的是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力，提高學(xué)生運(yùn)用多種知識(shí)和手段解決問題的能力。教師可以引導(dǎo)部分優(yōu)秀學(xué)生選擇試驗(yàn)題目，或者結(jié)合巖土工程方向教師的科研課題設(shè)計(jì)綜合型試驗(yàn)。整個(gè)試驗(yàn)從查找資料、設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案、儀器設(shè)備的選用、土樣的制備、實(shí)際操作直至結(jié)論分析以及試驗(yàn)報(bào)告撰寫，全部由學(xué)生獨(dú)立完成。指導(dǎo)教師需提出目的和任務(wù)，對(duì)試驗(yàn)原理和方法把關(guān)，指導(dǎo)排除試驗(yàn)設(shè)備故障，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)收，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并完成試驗(yàn)報(bào)告。上述試驗(yàn)安排在學(xué)生業(yè)余時(shí)間，不與課堂教學(xué)沖突，將大大提高土工試驗(yàn)儀器和設(shè)備利用率。
通過上述教學(xué)改革，土力學(xué)試驗(yàn)的教學(xué)效果得到了大大的改善。由于時(shí)間上的集中，使學(xué)生對(duì)試驗(yàn)內(nèi)容有了全面地了解，提高了學(xué)生的試驗(yàn)操作水平，同時(shí)也增強(qiáng)了學(xué)生綜合分析問題、全面分析土體性質(zhì)的能力。通過參與設(shè)計(jì)型和綜合型試驗(yàn)項(xiàng)目，還培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)際工程意識(shí)以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)。這對(duì)于學(xué)生在畢業(yè)后更好地融入實(shí)際工作打下了良好的基礎(chǔ)。
結(jié)語
提高土力學(xué)試驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力是土力學(xué)試驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐的重要課題。土力學(xué)試驗(yàn)教學(xué)必須使學(xué)生意識(shí)到試驗(yàn)的最終成果就是為實(shí)際土木工程的設(shè)計(jì)和施工提供可靠依據(jù)，是實(shí)際工程中必不可少的。而且由于土是自然、歷史的產(chǎn)物，不同場地的地基的土性質(zhì)不同，這就要求每一個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目的操作都必須準(zhǔn)確無誤。因此，通過土力學(xué)的試驗(yàn)教學(xué)改革，才能切實(shí)培養(yǎng)和提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，達(dá)到最佳的教學(xué)效果。（本文作者：劉熙媛、徐東強(qiáng)、韓紅霞、肖成志、李雨潤 單位：河北工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院）
