加强土工实验室建设 提高教学科研水平

樊铭京

山东农业大学水利土木工程学院 山东泰安 271000

土力学、土力学与地基基础、土质学与土力学、工程地质与土力学是土木工程、水利水电工程、交通工程等专业的重要技术基础课程。这些课程主要是研究地表及一定深度范围内岩石和土的物理化学指标、工程力学特性的，工程建成以后对作为地基岩石和土的应力、应变、强度、稳定性、渗透性的影响变化及力学性能，为各类构筑物、建筑物的规划设计、建设施工提供力学理论计算依据，确保各类构筑物、建筑物不发生倾斜、开裂、基础断裂、地基滑动、不均匀沉陷、地基液化失效、坡面滑动等各种地基基础工程事故，使其在设计年限内安全可靠地正常使用。土工实验是上述几门课程的重要组成部分，它是通过仪器设备按规范测试确定岩石和土的物理和力学指标。实践性教学环节与课程理论教学并重对于教学是重要的，对于生产和科研更是关键技术环节。

我校水利土木学院已有58年的办学历史，办学初期就设置了水利水电工程专业、土木工程专业、道路与桥梁专业，并建立了土工实验室。50多年来为山东省乃至全国培养了数万名水利土木类专业技术人才，为国家和社会做出了应有的贡献。近10年来，随着国民经济持续发展和GDP稳步增长，土木、水利、交通等工程也伴随社会发展呈现迅猛发展的态势。全国大部分高等院校设置了土木类专业，以满足社会对土木类专业人才的需求。这对土工类高等教育发展既是机遇也是挑战，也对土工实验室扩建及仪器设备更新和实验室教学管理改革提出了新的要求。

1 加强实验室建设

1.1 实验室原有状况

我校原有土工实验室面积小、仪器设备种类少、同类型仪器设备台件数也少，仪器设备仅有69台套，实验室面积仅有100平方米，可摆放的仪器设备有限，教师备课只能挤在一个角落里。因此学生没有同时动手做实验的机会，基本是学生轮流做或部分学生做、部分学生看。一些必须开设的实验项目经常是用1～2台仪器做演示，大部分学生围着看。简陋的条件很难培养学生对土力学的兴趣，更谈不上对土力学理论的深刻理解和操作技能的训练，也就适应不了社会对应用型人才需求和学术型人才培养的要求。

1.2 扩面积和增设备

为适应社会发展需求，学校进行了以理论联系实际、强化学生操作技能训练、促进科研水平提高为目标的实验教学改革。十几年来学校投入1000余万元，首先扩大实验室面积，1998～1999年由原来100平方米扩大到200平方米；淘汰了陈旧落后的仪器设备，更新增添了新的实验设备种类和数量共130余台套，同种类仪器设备由原来的3～4台增加到15～20台。每班学生人数约30人，最多35人，这样一个班全体学生在做实验时可2人合用1台仪器，2人1组既可商量讨论互相配合又有动手操作的机会。

2007～2012年实验室面积又从200平方米扩大到600平方米，新购置了土工实验土工微机数据采集处理系统30台套，MC-3型核子密度湿度仪3台，SDT-10型微机控制电液伺服土动三轴实验机2套，USD-10微机控制非饱和土三轴实验机2套，有力地促进了土力学理论及实验教学适应社会需求，支撑了教师科研和研究生的培养以及对土力学学科发展的跟踪。

2 实验教学及管理改革措施

我校土木、水利和交通3个专业的学生实验课只有6～10个学时(总学时一般为36～54个)，周末及节假日实验室仪器设备处于闲置状态。为此实验室报请学校领导同意，在确保教学大纲规定的实验教学学时不变前提下实验室对外开放，承担设计院所送检勘探土样的测试。同时要求学生以土力学课程实习的形式参与其中的实验测试工作，规定每个学生累积参与时间不少于20小时，参与实验工作的业绩计入土工实验课成绩。

实验室鼓励有热情有兴趣的学生和有勤工俭学需求的学生申请参与对外承担的土样测试工作。参与形式多样化：可以寒暑假参与，可以在学期间的周日和晚上参与，也可以课余零星时间参与。从参与的学生中选出责任心强的作为组长和副组长，负责参与学生的考勤、工作分派、津贴发放和向责任教师沟通汇报等。

所有土力学教师除在教研室备课、上课外，平时均在实验室工作。身兼数职：课堂及实验室教学、科研实验测试、对外技术服务等。

实验室设备数量及完好情况、水电及门窗等安全责任人为实验中心主任，直接负责人为专职实验教师。实验室内及门口均装有视频监控，记录保存每天实验室监控画面，硬盘容量可存半年图像数据资料。教师都有实验室钥匙，学生仅组长和副组长有钥匙，以方便进出和加班，实验室实行24小时开放。

3 促进了教学科研提高

3.1 教学效果突出

实验室物质条件的改善和管理上的对外开放，使学生感受到原来普通泥巴砂砾石块蕴含那么多的知识学问，从而提高了学习兴趣，强化了动手能力，使学生由原来枯燥的被动学习变为积极主动地学习，对土力学理论普遍掌握得扎实，学习成绩也大幅提高，同时对土力学及土工实验的重要性认识更加深刻；对外承担一定量的土工实验，开创了学生课程实习条件，提供了勤工俭学和兴趣学习岗位，增加了学校师生与外部同行业的联系机会，也了解到行业需求和学科发展的趋势。

据统计，10年来有30余名学生因在土工实验室参与过实验工作，认识了土力学学科意义，培养了兴趣，先后考取“211”院校岩土方向的硕士及博士研究生；还有几十名有土工实验室工作经历的本科毕业生就业于地质勘探和土建施工单位，很快适应工作并成为业务骨干。

3.2 科研成绩显著

3.2.1 构建新的土工实验教学内容体系

从土工实验的工程应用性入手，减少验证性实验，增加设计性、综合性实验。如在做土的液限和塑限实验时，如果液限较高，就要考虑它有可能是膨胀土。《岩土工程基本术语标准》(CB/T 50279-98)对膨胀土定义为：富含亲水矿物并具有显著的吸水膨胀和失水收缩特性的高液限黏土。一般情况下，膨胀土的承载力较高，但浸水承载力衰减较大，具有吸水膨胀、失水收缩和反复胀缩变形、干缩裂隙发育等特性，性质极不稳定，对工程安全影响特别大。对膨胀土就要增加胀缩性指标的测定，包括自由膨胀率实验、膨胀率实验、膨胀力实验、收缩实验等。实习学生特别是研究生参与该项测试工作意义很大，有的研究生在教师指导下，深入查阅膨胀土文献资料，增加实验内容和实验次数，较好地完成了硕士毕业论文。

3.2.2 积极利用新型综合性仪器设备开展教学与科研工作

如新添置的土工实验微机数据采集处理系统，集数据采集和处理于一体，可进行常规实验、部分综合性实验和设计性实验，只需通过计算机操作就能完成实验测试、图表曲线绘制、实验报告编制等。

新进的MC-3型核子密度湿度仪，可快速准确地测量各种土、沥青混凝土等建筑材料的密度和含水量。还可测沥青混凝土空隙率，仪器内设有微处理器，一般情况下只需输入测量计数时间(或测量要求的精度)和被测材料室内实验的最大密度，按启动键即可很快测量读出测量深度、日期、计数时间和测量结果：湿容重、水分重、干密度、百分含水率、百分压实率、百分孔隙率等。

新进的SDT-10型微机控制电液伺服土动三轴实验机，主要用于岩石、砂土、岩浆的轴向压力和侧向压力的强度实验、土动力学实验，还可用于测定细粒土和砂土的总抗剪强度和有效抗剪强度参数的实验。还可根据排水条件的不同完成不固结不排水剪实验、固结不排水剪实验、固结排水剪实验。内置实验软件在WindowsXP/2000中文环境下工作，具有强大的数据处理功能，实验条件和实验数据结果自动存盘，显示并打印符合国家相关标准规范的实验曲线、表格和报告等。USD-10微机控制非饱和土三轴实验机，是通过3～4个圆柱形试样分别在不同的恒定周围压力(即小主应力 3)下，施加轴向压力〔即主应力差(1-3)〕，进行剪切直至破坏，测定土的抗剪强度，然后根据摩尔-库仑理论，求得抗剪强度参数，对细粒土和砂土求得总抗剪强度和有效抗剪强度参数等。

这些新仪器设备的投入使用，为教师承担横向课题和申报纵向课题搭建了较高的科研技术平台，如承接的国家电网泰山蓄能电站地基勘探土样测试、京沪高速公路泰安段路基勘探土样测试和济南许多高层建筑地基勘探土样测试等，委托方正是看到学校教师严谨求实的工作作风和先进综合的仪器设备才来委托的。教师通过这些实验项目再加上一些自己的研究思路，可很好地指导研究生做课题论文和进行科学研究，使本科和研究生教学、科学研究和对外技术服务互相促进、相得益彰。

近10年来笔者积极参与工作，获益匪浅，先后与其他教师发表论文20余篇，编写土力学及土工实验指导教材2部，申请科研经费120余万元。科研成果获山东省科技进步二等奖2次，三等奖1次。

4 结束语

十余年来，学校在土工实验室的持续投入，搭建了较高的科研技术平台，又进行了有效的实验室教学管理改革，极大促进了学生兴趣培养和技能训练，提高了应用型人才和学术型人才的教学培养水平；同时也极大促进了教师技术服务能力和科研创新水平的提高，通过努力也取得了一些成绩。实践启示我们，伴随社会经济的不断发展，教学仪器设备的硬件和教学管理改革的软件也要同步发展。

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