土力学综合性实验教学探索与实践*

徐根洪

0 引言

土力学是一门实验性很强的学科,土力学实验与土工测试技术在工程实践中十分重要,土力学中的很多基础理论是通过试验建立的,土工实验为土力学理论的发展提供了重要的依据[1]。土力学综合性实验的设计与开设是减少土力学实验课中的一些验证性实验,将以往零散单一的实验构成实用性强的综合性实验。通过改进实验类型、开设方式,让学生明确土物理力学性质的复杂性;锻炼和提高学生动手能力、操作技能,启发学生创新思维,为培养应用型的专业技术人才打下良好的基础。

1 土力学实验课的特点

土是自然界中性质最为复杂多变的物质之一。土力学实验课有两大特点:1)其不同于其他单纯验证性实验,每一个实验项目都是实际工程中必做的项目,其实验结果可直接应用于工程设计和施工。2)每个实验项目虽有其各自的独立性,但从总体上看又是环环相扣、密切相关的[2]。土力学实验教学着重培养学生运用已学到的知识,独立分析、解决工程实际问题的能力、探索创新能力以及组织、管理等综合能力。

2 土工实验教学现状剖析

2.1 不完整的实践环节削弱学生的认知能力和操作水平

由于采取分散开设,每个实验项目均安排两个学时,使部分实验项目在规定的时间内难以完成。对此,实验教师往往在课前先做大量“准备”工作,如颗粒分析试验、击实试验、直剪试验等,实验前就先配好悬液,准备好土样和待剪试样,在课堂上只能进行几个环节的操作,学生对实验的整体性、连续性不了解,做完一个实验学生不但对实验原理一知半解,甚至对实验的内容也不知所以,不利于学生认知能力和操作水平的提高。

2.2 分散实验的数据不利于培养学生综合分析能力

土力学验证性实验项目一般都是验证某一章节范围内的理论,采取比较分散的开设方式,割裂了课程理论知识之间各部分知识之间的联系。这种根据理论课的讲授进度,将数个实验项目穿插到理论教学过程的方法,一次实验只能测得一个试样的某个物理力学性质指标,而该试样的其他指标还需等待下一次实验项目中测得[4],而实际上由于打开的土样不易原状保存等原因,多数情况下该样的其他指标被放弃。而学生很难把一个试样经多次课测得的多个指标综合起来,全面分析,因而各实验项目之间的联系严重脱节。若实验室为各次实验课准备的试样土质不一致的话,更会使各实验项目的结果之间缺少连续性,不利于培养和提高学生综合分析实验数据的能力。

2.3 以教师为主体的教学方式不利于培养学生的独立思维能力

教师设计好的实验常将学生的思路局限在实验现象的观察上,而缺乏对细节和意外现象的关注,这种习惯对今后从事科学研究和新事物的探索非常不利。学生只要机械地按操作步骤和要求做完实验就能获得实验结果,实验过程中学生始终处于被动的学习状态,这既不利于培养学生的思维能力和综合能力,也不利于提高学生学习的主动性和积极性。

3 综合性实验的体现

3.1 实验类型及时间调整

土力学综合性实验是建立在验证性实验的基础上,是土力学实验中有一定内在联系的实验组成。我们将目前的实验类型进行调整,见表1,可以看出,调整前实验类型全部属于验证性实验,而调整后只保留了2个验证性实验,其他的与增加的三轴压缩试验则整合成一个综合性实验。综合性实验时间,可采取集中在某一段时间内进行或全天开放实验室,让学生自主选择实验时间。

表1 实验类型调整前后对比

3.2 实验的设计和方法

1)设置一个具有综合性的题目。如:××工程岩土测试成果及分析。指导教师给出实验方向、实验室现有的设备仪器及其技术指标,从土样的制备到方案设计、实验分析试剂的配制、仪器操作和各实验项目的分析,由学生自己完成,充分发挥学生的主观能动性,使之将所学的专业理论知识用于实践中。然后根据实验数据写一篇综合性的实验报告。

2)分组实验。对实验班级进行分组,全班分成3个大组(以45人为例),每个大组又细分成3个小组,每个小组4人～5人,每组选出一名组长作为与教师的联系人,班长任总负责,一个大组做同一个检测区域的不同样品的平行实验,3个大组各抽取工地一个区域的土样。

3)实验项目内容。土力学综合实验项目由学生从常规的土比重试验、含水量试验、界限含水率试验、固结试验等单项实验自选交叉进行,然后在各项试验成果之间进行校核。

4)实验室开放和管理。为适应综合性实验的要求,实验室对学生进行开放,对于在课内未完成实验的学生,可在课余时间在实验室继续完成实验,若采用学生自主选择实验时间,则需全天开放实验室,配备好指导教师,制定有效的管理方法。

5)实验成绩的评定。取得实验数据后,要求学生对实验数据进行整理分析、讨论,独立完成实验报告。报告的内容须包括实验的原始记录和计算图表,按综合性实验的要求写出完整的实验报告。教师在评定实验成绩时,主要根据学生的报告质量和所得出的实验结果综合评定成绩。

4 有效指导

1)指导教师对项目的认识。首先指导教师应向地质勘察单位咨询,明确待测土样工程的项目性质,通过野外鉴别,基本掌握有关土的特性,搞清楚该工程测试项目的实践作用,在数据处理中可能采用哪几种计算方法,这些方法需要用哪些性质指标等,实验前向学生介绍。有条件将学生带到勘察施工现场,实地了解有关土的性质,增加学生的感性认识。

2)学生实验准备的检查。实验指导教师在实验前要检查学生的实验准备情况,提出与实验要求相关的问题,或直接抽查学生的实验准备资料。教师从中可以掌握学生的实验意图,在实验前保证学生对实验内容的理解。

3)解决问题,不包办代替。综合性实验学生有机会参与每个实验的全过程。教师对学生提出的问题和遇到的困难给予必要的帮助,但不具体参与到学生实验中去。这既锻炼了学生的动手能力,又使他们对整个实验全面系统的了解,激发学生的实验创新思维。

4)重视实验成果综合分析。实验结束后给学生以充裕的时间分析、讨论实验数据,寻找一些内在的联系和规律。有时存在实验结果与理论不吻合,指导教师应告知学生严格尊重实验数据,然后分析原因。总之,教师要有一定的开放性思维,要求学生重视实验成果综合分析,这是实验中不可忽视的,也是综合实验教学能力培养的关键所在。

5 结语

1)确立素质教育,培养应用型人才的思想。大胆创新,突破传统的教学模式,在教学内容的设置和形式上进行大胆改革,才能使综合性实验教学取得良好的效果;

2)为了适应综合性实验教学的需要,必须开放实验室及制订相应的实验室管理制度,这样才能保证综合性实验的顺利进行;

3)综合性实验教学对指导教师提出了较高的要求,实验教师必须具备工程实践知识和牢固的实验技能,在指导过程中教师需要有高度的责任感和敬业奉献精神;

4)综合性实验,给学生独立设计和完成一个实验提供平台,可增强学生动手能力及分析解决问题的能力,能使学生受到一次科学实验全过程的训练,体验科学实验的严谨性和奉献性,为实现我校“高级应用型人才”的培养目标而践行。

[1] 侍 倩.土工试验与测试技术[M].北京:化学工业出版社,2005.

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