基于工程教育认证的土木工程模型试验教学探索

丁九龙+党发宁+徐文娟

摘 要：工程教育認证引导和推动实践教学的改革，文章针对土木工程专业理论与工程实践并重的特征，将与工程实践紧密结合的模型试验引入土木工程专业实践教学体系中，并以土力学实验教学为例进行分析，弥补现有课程体系中试验内容与工程实际结合不紧密的缺失，并对土木工程实践教学进行改革。模型试验教学强调以学生为中心，提高学生应用知识的能力、团结协作能力和学习能力，并为学生的长远发展奠定良好的科学研究与工程实践基础。

关键词：工程认证；实践教学；土木工程

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2017）11-0011-02

一、专业认证下土木工程实践课程的特点

我国于2013年被接纳为《华盛顿协议》签约成员。表明我国工程教育的质量得到了国际社会的认可，标志着我国工程教育及其质量保障迈出了重大步伐[1]。高等教育专业认证是新形势下国家加快世界一流大学和一流学科建设的重要组成部分[2]。国内高校纷纷以专业认证为契机，加快自身学科建设与专业建设。土木工程专业评估依据的是《全国高等学校土木工程专业评估（认证）文件》，在相关文件的专业目标中分别从知识、能力、素质三个方面对教学过程提出要求，特别是能力和素质的培养离不开实践教学，提出具有解决实际工程能力与具备土木工程师的基本素质，在人才培养过程中更加注重对学生实践能力的训练与培养。实践教学是完成这一要求的重要教学环节，工程教育认证把对实践教学环节的考查放在突出位置，培养学生的工程应用能力。

本文以土木工程专业中重要的一门专业基础课程土力学为例进行分析，土力学是土木工程、水利水电工程、地质工程和采矿工程等工科专业的一门非常重要的专业基础课[3]。土力学课程中的渗流理论、变形理论及强度理论三大基本理论都是从工程实践中提炼总结而来的。可见，土力学具有很强的工程实践背景。因此，在土力学教学中，需要土力学理论与实验相结合，特别是与工程实践相结合，增强学生对土力学工程实践意义的认识。

现有的土力学试验课程大多按照土的密度、含水率、液塑限、渗透、固结及直接剪切试验进行安排。而以上试验项目之间没有较好的连贯性，造成学生无法有效地对以上试验数据进行综合分析和应用，对于土力学的工程应用缺乏较为全面的理解。同时，现有的试验均是对土力学中重要理论进行验证，缺乏对土力学中理论的工程应用类试验，造成学生的学习兴趣不高，不利于其对土力学的基本概念及原理的掌握。这种脱离工程背景的教学方法，造成学生对试验指标在工程中的应用缺乏了解。虽然上课时给学生强调一些指标工程意义，但是，缺少与土力学的应用如挡土墙、土压力及地基承载力等土力学的应用相关内容的试验。无法发挥学生主观能动性，也不能很好地培养学生工程分析问题及解决问题的能力。

二、基于工程认证教育的模型试验教学现状

新形势下工程教育强化实践教学环节，注重学生知识、能力、素质协调发展，使得原来的教学模式发生转变：从知识课堂向能力课堂转变、从重学轻思向学思结合转变、从重教轻学向教主于学转变[4]。为了适应工科教育的改革的趋势，目前工科类高校积极参与工程教育专业认证，在工程教育认证中遵循三个基本理念：成果导向、以学生为中心、持续改进。这些理念对引导和促进专业建设与教学改革、保障和提高工程教育人才培养质量至关重要[5]。而目前的土力学试验的安排，以土力学教师为中心而不是以学生为中心，不符合工程教育专业认证的要求，特别是土力学试验安排中并没有把土力学的应用引入到土力学实验教学中，对学生的工程能力的培养与提高作用不强。在工程教育认证要求中强调的是知识整合而不是知识割裂。传统土力学试验中只强调某个物理力学性质指标，实际上是将土力学整个知识结构体系被人为地切割成了一些小的单元，每个单元成为一个相对独立、界限清晰的知识单元，这些知识单元之间的联系被弱化了，学生的学习往往是“只见大树，不见森林”。而工程专业认证下的工程教育强调知识的整合，是以知识（能力）结构出发反向设计，使课程体系支撑知识结构，进而使整个课程的学习都与知识（能力）结构相呼应，进而使学生对整个土力学课程体系有宏观的把握，使得能力与知识协同提高[6]。因此，为了满足新形势下工程教育专业认证对学生发展的要求，对土力学试验教学进行改革，增设基于设计型综合性的模型实验，增强教学内容的实践性和创新性，以满足工程教育认证形式下对工程教育实践环节所提出的新的要求。

正常的土力学试验课程外通过开放式试验或大学生创新试验的方式引入土力学模型试验教学，通过设定一定的研究方向，引导学生查阅文献，了解要研究的课题，并在试验前进行分小组总结汇报，然后结合已有的模型试验设备，制定相关实验方案，共同完成教学任务和目标。在整个过程中，学生根据土力学课程理论，以学生为中心，以所要解决的实际问题为导向，以试验教师为指导的方式进行。满足工程教育专业认证的成果导向、以学生为中心、持续改进的要求。

三、土木工程模型试验教学的改进策略

试验类课程的目的不仅仅是让学生对课程核心理论的加深掌握，还在于培养学生的独立思考能力、创新能力和工程实践能力，为学生的后续发展奠定良好的专业基础。改变目前试验教师讲解、演示，学生比猫画虎的以教师为中心的教育模式，建立以学生发现问题、收集资料与信息、制定方案、解决问题的以学生为中心的试验教学模式。在此过程中学生的能力与知识协同提高。本文以自主研制挡土墙—地基承载力综合试验仪开展模型试验为例。

为了对在土力学中有着重要工程应用的挡土墙土压力理论与地基承载力理论进行直观的研究，开发了一套土压力地基—地基承载力联合模型试验仪。

图1 土力学综合应用试验仪原理图

在这个仪器中，左侧动力装置及测量装置，与常规直接剪切试验中动力与测量类似，地基承载力加载装置与固结试验中固结仪中荷载加载装置类似。通过对学生介绍仪器的过程中引导学生将前期所做的土力学中固结试验和直接剪切试验仪器的原理进行回顾，在此过程中引导学生将知识与能力的迁移运用，锻炼了学生的联想与知识迁移运用的能力。endprint

在进行模型试验前，以常见与土力学中挡土墙破坏和地基变形的工程事故为切入点，如高速公路挡土墙破坏实例、地基不均匀沉降实例，引导学生查阅相关文献资料，分小组将和工程事故相关的土力学挡土墙破坏与地基承载力破坏机理查出，并利用土压力—地基承载力联合模型试验仪根据机理演示出不同类型土压力下挡土墙的应力与所产生的破坏形式和地基上的应力超过其承载力下所产生破坏类型。

在整个模型试验的过程中，试验教师抛出工程问题，学生根据土力学相关知识查阅文献，分析可能产生的原因，然后设计模型试验进行验证分析，最后处理数据和模型试验所展现的破坏规律。其中模型试验中土的含水率的配置、干密度的设置、常规力学参数的求取如压缩系数、压缩模量、抗剪强度等，由教师辅助，学生为主体进行的。此综合实验避免了将土力学知识通过单个试验分割，有效地将知识体系连接起来，注重了课程知识的整體性和整合性。在整个模型试验的过程中，以学生为中心，根据学生自身的特点与潜质以及他们在小组中承担的角色不同，协同配合完成试验，提高了学生的团结协作能力和解决实际问题的能力。同时在实验过程中将学习成绩不同的学生进行搭配，让学生持续地挑战自己，为做出成果而合作学习。团队之间的相互协作，让学习能力较强者变得更强，使学习能力较弱者得到提升。

为了响应工程认证教育对实践教学的新要求，将模型试验引入到土木工程实践实验教学中，教学实践表明，以学生为中心的教学方法，对于提高学生对知识的整合、运用知识解决实际问题的能力、激发学习兴趣与学习的能力、科学探索的能力及科学素养的培养都具有重要的意义，是培养创新型人才的重要途径。

参考文献：

[1]顾晓薇，王青，邱景平等.基于工程教育专业认证的采矿工程专业本科学生毕业要求建设[J].教育教学论坛，2015，（47）.

[2]金德水，吴朝晖.建设世界一流大学须发挥优势彰显特色[J].中国高等教育，2015，（22）.

[3]谢定义，陈存礼，胡再强.试验土工学[M].高等教育出版社，2011：7-11.

[4]李志义.解析工程教育专业认证的成果导向理念[J].中国高等教育，2014，（17）.

[5]申天恩，斯蒂文·洛克.论成果导向的教育理念[J].高校教育管理，2016，（5）.

[6]李志义，朱泓，刘志军等.用成果导向教育理念引导高等工程教育教学改革[J].高等工程教育研究，2014，（2）.endprint