土力學試驗教學的革新思考論文
土力學試驗內(nèi)容及其重要性
1.試驗內(nèi)容及目的。眾所周知，土力學是研究土體應力、應變、強度、滲流以及穩(wěn)定性的一門學科。大學本科階段土力學課程需要講授經(jīng)典土力學理論，如滲透理論、固結理論、抗剪強度理論、土壓力理論等，這些理論是土力學教學內(nèi)容的重要組成部分。因此，與之相關的必選教學試驗包括：（1）物理性質(zhì)試驗，包括密度、含水量、塑限、液限、顆粒分析等；（2）土的力學性質(zhì)試驗，包括固結（壓縮）試驗、剪切試驗等。通過土工試驗，可以使學生豐富感性知識，擴大眼界，驗證、鞏固并加深所學理論。同時，可以明確土工試驗的作用、重要性和成果的條件性。通過親自動手進行試驗操作，可以使學生熟悉試驗設備，掌握必要的試驗技術，培養(yǎng)試驗研究的基本技能和獨立工作能力。
2.試驗教學的重要性。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，而且具有很強的個性。土力學試驗是認識和解釋土的性質(zhì)的有效途徑，也是取得具體設計參數(shù)的常用手段。在土力學教學中，土的物理力學性質(zhì)、土工原理和概念只有通過教學試驗才能被學生牢固掌握。所以，試驗在土力學課程教學中具有極其重要的作用，是土力學課程教學的重要環(huán)節(jié)。
常規(guī)試驗教學的組織與安排
目前，根據(jù)土力學教學大綱，一般院校的土力學試驗安排八學時，共需進行四個常規(guī)試驗，即土的基本物理指標的測定、顆粒分析試驗、固結試驗及剪切試驗。每個試驗安排兩個學時。多年以來，土力學試驗一直是根據(jù)理論課教學的講課進度，將各個試驗項目安排到相關理論教學完成后的教學過程當中。根據(jù)筆者的教學實踐，這種分散開設土力學試驗的方式存在一定的問題。首先，學生不能接觸到試驗的全過程。由于每個試驗項目均安排兩個學時，使得一些試驗的前期準備工作必須在課前完成，學生才能在規(guī)定的兩學時試驗課內(nèi)完成必做的試驗操作環(huán)節(jié)，獲得相應的試驗數(shù)據(jù)。例如：顆分試驗中懸液的配置、剪切試驗中待剪試樣的制備，都需要試驗室教師在課前完成。學生在試驗中只能進行幾個主要的操作環(huán)節(jié)，并不能參與試驗的全過程，使得學生在本科階段無法全面掌握整個土力學試驗的內(nèi)容。同時，試驗技能得不到提高，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試驗時暴露無遺，幾乎所有學生都不知道如何制備試驗土樣。
除此之外，分散開設土力學試驗也不利于培養(yǎng)學生綜合分析試驗數(shù)據(jù)的能力。分散開設試驗使得學生在每次試驗結束后，只能單獨測得土的物理性質(zhì)指標或力學性質(zhì)指標，無法對土的性質(zhì)進行全面評價。如果試驗室各次試驗準備的土樣不一致，就會使各試驗項目的結果之間缺乏連續(xù)性，那么就無法培養(yǎng)和提高學生綜合分析試驗數(shù)據(jù)的能力。而在未來的工程實踐中，畢業(yè)生面對大量的實際土工勘測數(shù)據(jù)時，必須具備綜合分析試驗數(shù)據(jù)的能力，才能全面掌握場地土的性質(zhì)，并據(jù)此進行土木工程的設計和施工。因此，有必要對四個必做的土力學常規(guī)試驗進行整理，通過合理安排試驗的時間和順序，避免上述問題的發(fā)生。
試驗教學改革及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)
土力學的許多經(jīng)典理論都是通過試驗獲得的，因此，強化試驗教學對提高土力學教學質(zhì)量、培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力至關重要。在招生數(shù)量不斷增加的情況下，首先應該堅持土力學試驗單班進行，每3~4人一組，保證人人動手。教師應編寫與試驗配套的試驗指導書和試驗報告冊，引導學生做好試驗預習。同時教學課上講解試驗原理，試驗課上講解儀器設備和操作要領。試驗結束后，學生獨立進行試驗數(shù)據(jù)處理和試驗分析。通過試驗教學環(huán)節(jié)，學生可以加深對土力學基本知識的理解，從而大大提高土力學教學質(zhì)量，并為創(chuàng)新能力的培養(yǎng)打下良好的基礎。為此，土力學試驗教學改革可以從以下兩個方面入手。
1.整合傳統(tǒng)試驗教學內(nèi)容，改善常規(guī)試驗教學效果。取消分散開設試驗的傳統(tǒng)方式，將相互聯(lián)系的試驗重新整合，集中開設土力學試驗課程。即：將土的物理力學指標試驗和顆粒分析試驗、室內(nèi)快速壓縮試驗和剪切試驗分別集中在連續(xù)的四個學時內(nèi)進行，將多個試驗項目穿插進行。這樣就可以將含水量、重度等基本物理性質(zhì)與土的變形及強度指標的測定綜合在一起，引導學生分析不同試驗指標的聯(lián)系，從而提高試驗教學環(huán)節(jié)的效果和質(zhì)量，增強學生的動手試驗能力，激發(fā)學生綜合分析問題和解決問題的能力。
2.開設設計型、綜合型試驗。設計型、綜合型試驗開設的目的是激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的設計創(chuàng)新能力，提高學生運用多種知識和手段解決問題的能力。教師可以引導部分優(yōu)秀學生選擇試驗題目，或者結合巖土工程方向教師的科研課題設計綜合型試驗。整個試驗從查找資料、設計試驗方案、儀器設備的選用、土樣的制備、實際操作直至結論分析以及試驗報告撰寫，全部由學生獨立完成。指導教師需提出目的和任務，對試驗原理和方法把關，指導排除試驗設備故障，對試驗結果進行驗收，指導學生進行數(shù)據(jù)處理并完成試驗報告。上述試驗安排在學生業(yè)余時間，不與課堂教學沖突，將大大提高土工試驗儀器和設備利用率。
通過上述教學改革，土力學試驗的教學效果得到了大大的改善。由于時間上的集中，使學生對試驗內(nèi)容有了全面地了解，提高了學生的試驗操作水平，同時也增強了學生綜合分析問題、全面分析土體性質(zhì)的能力。通過參與設計型和綜合型試驗項目，還培養(yǎng)了學生的實際工程意識以及嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L。這對于學生在畢業(yè)后更好地融入實際工作打下了良好的基礎。
結語
提高土力學試驗教學質(zhì)量、培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力是土力學試驗教學改革與實踐的重要課題。土力學試驗教學必須使學生意識到試驗的最終成果就是為實際土木工程的設計和施工提供可靠依據(jù)，是實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，這就要求每一個試驗項目的操作都必須準確無誤。因此，通過土力學的試驗教學改革，才能切實培養(yǎng)和提高學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力，達到最佳的教學效果。
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