高职“工程地质与土力学”课程实验教学研究

摘"要：土力学实验是“工程地质与土力学”课程的重要组成部分，对于培育学生创新能力和工程意识具有重要意义，但以往的实践教学存在课时不足、学生主观能动性低、与工程联系不紧密、实验报告同质化严重等问题。通过对多所职业院校开展土力学实验情况调研分析，提出线上线下混合式实验教学改革方法。借助超星学习通、虚拟仿真平台，扩大实验学习空间和场所，实现课前、课中、课后多阶段学习，依托在建工程项目，以任务驱动的手段调动实验学习的积极性，以期为高职院校“工程地质与土力学”课程实验教学与实践提供一些思路。

关键词：土力学实验；虚拟仿真；超星学习通；混合式实验教学

The"Research"on"Experimental"Teaching"of"the"\"Engineering"Geology"and

"Soil"Mechanics\""Course"in"Higher"Vocational"Education

Yao"Yao

College"ofTransportation"and"Surveying"and"Mapping"Engineering，Yangling"Vocational"and"Technical"College

ShaanxiYangling"712100

Abstract：Soil"mechanics"experiments"are"an"important"part"of"engineering"geology"and"soil"mechanics"courses，and"they"play"a"significant"role"in"fostering"students'"innovative"abilities"and"engineering"awareness.However，traditional"practical"teaching"has"faced"issues"such"as"insufficient"class"hours，low"student"initiative，weak"connection"with"engineering"practices，and"serious"homogenization"of"experimental"reports.Through"the"investigation"and"analysis"of"soil"mechanics"experiments"in"multiple"vocational"colleges，a"blended"experimental"teaching"reform"method"combining"online"and"offline"approaches"is"proposed.By"leveraging"platforms"like"Chaoxing"Xuedeng"and"virtual"simulation"platforms，the"experimental"learning"space"and"venues"are"expanded"to"achieve"multistage"learning"before，during，and"after"class.Relying"on"ongoing"engineering"projects"and"taskdriven"methods，the"initiative"for"experimental"learning"is"stimulated.This"is"expected"to"provide"some"ideas"for"the"reform"and"practice"of"experimental"teaching"in"the"\"Engineering"Geology"and"Soil"Mechanics\""course"in"vocational"colleges.

Keywords：Soil"Mechanics"Experiments；Virtual"Simulation；ChaoXing"Learning"App；Hybrid"Experimental"Teaching

随着移动互联网技术的迅猛发展，中国大学慕课、学堂在线、超星学习通等线上教学平台正在深刻改变着原有课堂教学的模式，其凭借碎片化的学习模式、丰富的学习资源、灵活的互动方式，很快在高校师生和社会群体中风靡开来。但仍然存在一些问题，比如学习者无法身临其境地进入课堂，教师难以获得学生的实际表现等。在第十一届“中国大学教学论坛”会议上，教育部副部长吴岩曾对金课的标准进行全方位解读，指出要打造“两性一度”的金课，必须把课堂教学作为主阵地，合理采用信息化技术手段，积极推进线上线下混合式教学改革［1］。为贯彻落实金课建设相关要求，本校岩土工程教研室积极探索混合式教学模式实现路径，并成功应用于“工程地质与土力学”课程中，目前已取得良好的效果。

1"土力学实验教学现状及问题

1.1"学生学情和课程现状分析

高职学生生源主要来自普招和三校学生，随着近年扩招，还录取了大量三校学生，造成整体素质水平参差不齐［23］，主要体现在以下几方面：（1）基础知识和逻辑能力不足，难以从事较长时间的学习工作，对于理论性知识的学习缺乏耐心和兴趣；（2）动手实践能力较强，对于工程实例具有明显兴趣，善于在实际工程应用中学习；（3）团队协作能力较差，缺乏沟通交流意识；（4）对教师依赖性较强，自我学习能力不足，缺乏独立思考的习惯；（5）缺乏吃苦耐劳的精神，遇到困难容易放弃。这些都给教学工作带来了一定的挑战性。

“工程地质与土力学”是土建专业大类的一门专业基础课，是一门理论性和实践性都很强的课程。课程内容分为工程地质和土力学两部分，其主要任务是培养学生在野外识别矿物与岩石的能力，使学生掌握常见地质构造，能够阅读地质勘察报告和相关地质图，掌握土的物理性质指标和土力学实验检测的技能，能够分析土的渗透、变形和强度特性，解决实际工程中与土有关的工程问题［46］。其中，土力学实验是课程体系中重要组成环节，与理论教学相辅相成、互为补充，实验内容依据土工实验规程，主要设置有室内实验和现场原位测试实验。为满足专业培养综合型人才的需要，该课程的课时不断被压缩，尤其是实验课时，根本无法满足学生短时间内掌握土力学实验检测的能力。所以仅靠课堂的时间，学生很难实现完全掌握的目的。因此迫切需要拓宽实验学习场所和空间，打造线上线下混合式实验教学手段［7］。

1.2"土力学实验教学内容

通过对多所高等职业院校调研发现，目前土力学实验主要以综合性实验为主［8］，一般均会开设土的颗粒分析实验、土的密度实验、土的含水率实验、土的液塑限实验和土的压缩实验，只有部分院校会增设土的剪切实验、土的击实实验和土的渗透实验，基本不会开展现场原位实验。同时，不同专业的实验项目完全一致，没有体现专业本身对于人才培养的相关要求。

1.3"主要问题

随着土力学实验教学改革的不断深入探索与实践，实验实训条件和师资力量已经得到很大的改善，但还有一些问题亟须解决［910］，主要有以下几点。

1.3.1"实验缺乏工程背景

实验项目的开展与工程项目的联系不够紧密，学生并不清楚开展实验的真实目的，对于能解决什么样的工程实际问题更是知之甚少，导致学生对于整个实验过程缺乏思考。

1.3.2"实验教学手段匮乏

由于实验场所和仪器设备的限制，土力学实验每组学生数量众多，分工又相对固定，部分学生未能亲自动手操作。虚拟仿真技术、人工智能、在线慕课等教学手段在具体实验教学中的应用较少。

1.3.3"实验考核体系不健全

学生以小组为单位协同开展实验，难以区分出每位学生实际操作的优劣，实验报告内容同质化严重，书写规范性不足。实验考核评价受教师主观性影响较重，难以客观有效地评价学生的实验成绩。

2"土力学实验课程改革

2.1"实验教学设计

课前，教师借助超星学习通在线平台发布实验教学资源，学生阅读实验资料明晰实验原理和实验目的，同时观看教师提前录制好的实验操作视频，对于实验过程有一个初步的了解。接着教师引入具体的工程案例，学生在实际工程项目的驱动下打开虚拟仿真平台进行完整的实验操作。课上，学生进入实验室亲自动手做实验，在教师的指导下解决实际操作中所遇到的问题，并完成实验数据的记录。课后，学生再次进入虚拟仿真平台，将本次实验所有数据输入，等待系统进行结果的校对，无误后生成实验报告。

2.2"实验教学手段

建立虚拟仿真平台和超星学习通在线平台，将单一的线下实验手段转向线上线下混合式实验教学模式，充分构建课前预实验段、课上主实验段和课后拓展实验段的多维度学习空间，打破实验学习场所和时间的限制，将线上和线下实验的优势有机结合起来。

教师在超星学习通班级群内发布实际工程案例，引导学生进行思考并讨论，强调如何运用所学知识和技能解决相关工程实际问题。同时指出实验的目的不仅是观察实验现象和记录实验数据，更重要的是培养工程实践能力，服务于实际工程案例。如固结实验开展前，通过引入地基土不均匀沉降导致建筑物开裂甚至倒塌的案例，关联土的压缩性和变形计算等相关知识点，借助固结实验测量土的压缩变形量，进而从根本上解决地基变形工程问题。

虚拟仿真线上平台依托计算机技术实现物理系统空间的真实模拟，其中虚拟仿真实验平台严格按照实验室标准构建模型，真实再现现场实验教学场景。土力学实验虚拟仿真平台是面向师生、课程融合、聚焦创新的线上教学平台，平台内提供了土力学课程主要的综合性实验和创新实验。基于虚拟仿真平台，将各项实验相互关联，层层递进，帮助学生建立土力学实验整体性思维。在仪器外观的选择上也更加贴近实物，给学生营造出一种做游戏的氛围，学生进入实验平台完成交互式操作，运用各种实验仪器完成实验过程。虚拟仿真平台主要功能包括多媒体演示和实验模拟程序两部分。多媒体演示功能通过播放实验动画，使学生提前了解实验原理和过程。实验模拟程序将每个实验项目细分为实验仪器的选用、实验过程的操作、实验数据的生成、计算结果的导入、计算结果的核对等主要环节。通过一整套流程下来，学生能够更清楚地了解到每次实验所采用的仪器设备，实验具体怎么开展。同时，因为系统会随机生成不同的原始数据，这就要求每位学生必须亲自动手进行计算，强化了学生数据处理的能力。

2.3"实验课程项目设计

在充分考虑实验条件和学时的基础上，针对不同专业的特点，对原有实验课程项目进行整合和优化，引入创新类实验。要求学生在完成全部综合类实验的基础上，选修一门创新类实验，用以提高动手能力，培养创新意识。具体内容详见表2。

2.4"实验考核评价体系

合理的实验考核体系对于精准量化学生实验成绩和激发学习热情起到关键作用。从线上学习、实验操作、实验报告和实验拓展，借助虚拟仿真平台和超星学习通生成后台数据，以过程性评价和结果性评价结合的方式，实现全过程全阶段综合评定。其中，线上学习以视频学习时长与进度、签到及登录次数、虚拟仿真平台登录及使用情况为准，占比20%；实验操作主要根据课堂实验参与度、数据记录以及实验完成效果来评定，占比50%；实验报告根据报告书写规范性、数据处理合理性来评定，占比20%；实验拓展则以实验总结、工程启发为评分依据，占比10%。

结语

土力学实验在“工程地质与土力学”课程体系中占有重要地位，对于培育学生理论结合实际、实践创新的能力具有很好的效果。通过分析目前土力学实验存在的问题，基于虚拟仿真在线开放平台，构建线上线下混合式教学模式，重构课程实验项目设计，优化课程实验考核评价体系。目前，该课程教学改革在本校已经开始应用，通过后台数据分析发现学生学习兴趣和成绩相较过去都有了显著提升，教学改革初见成效。

参考文献：

［1］新时代高等教育的变革与创新：专访教育部高教司司长吴岩［J］.中国新闻传播研究，2019（1）：6775.

［2］刘述丽.高职工程地质与土力学课程教学方法探讨［J］.科教导刊，2015，8（5）：8586.

［3］杨二静，胡涛.高职工程地质与土力学项目化课程的探索与实践［J］.黄河水利职业技术学院学报，2010，22（2）：6667.

［4］王丽琴，党发宁.《土力学》课程混合式教学改革的探索与实践［J］.水利与建筑工程学报，2022，20（1）：211214.

［5］张晓德，王述红，郝玉玲，等.土力学课程实验教学改革与实践［J］.实验室科学，2020，23（3）：133135.

［6］刘艳，郭恒宁，徐明，等.基于虚拟仿真等方法的土力学实验教学改革［J］.实验室科学，2017，20（3）：105107.

［7］梁桥，邹洪波，刘杰.线上线下混合式教学改革实践：以“土力学与地基基础”课程为例［J］.教育教学论坛，2021，11（2）：6972.

［8］张艳美，栾雅琳，王斌.基于能力培养的土力学综合性实验设计与实践［J］.实验技术与管理，2018，35（3）：206208.

［9］黎桉君，汪时机，李贤.多元混合式土力学实验教学改革研究［J］.高等建筑教育，2021，30（6）：119167.

［10］孙文静，刘珂，张孟喜，等.互联网+虚拟仿真在土力学实验教学中的应用初探［J］.实验室研究与探索，2018，37（1）：181185.

作者简介：姚尧（1996—"），男，汉族，陕西眉县人，硕士，助教，研究方向：岩土工程。