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一、土力學實驗課的特點
由于土體材料的多樣性和特殊性，在實際工程中往往需要進行大量的實驗來測定土的基本工程性質(zhì)，包括物理指標(如含水率、干密度、孔隙率)和力學參數(shù)(如摩擦角、內(nèi)聚力等)，土的物理、力學參數(shù)是建筑物基礎設計和邊坡加固設計的主要依據(jù)。土力學是一門在實踐中不斷發(fā)現(xiàn)規(guī)律和總結規(guī)律的學科，其理論體系與工程實踐有著密切聯(lián)系。例如實驗方法是實際工程中確定土體分類、力學特性、壓縮性質(zhì)等的主要方法，為此我國制定了相應的土工實驗方法標準。另外，隨著我國人口的增加，地下空間的開發(fā)利用被提到意識日程中了，在此背景下地下工程得到了迅猛發(fā)展，隨之而來的是更多、更復雜的與巖土相關工程問題急需要解決，而實驗手段是解決這些工程問題的一個重要方法之一。借助土力學實驗課，學生能夠掌握標準土工實驗方法，并且通過實驗數(shù)據(jù)分析土的物理、力學性質(zhì)，為日后參與復雜工程項目或者從事科研工作打下良好的基礎。
二、土力學實驗課教學中存在問題的分析
一是，在土力學實驗課中，往往將學生分組進行實驗，每組5人，在以往的實驗課中發(fā)現(xiàn)每個組的學生在實驗過程中會有人忙于實驗、有人什么也不做只是袖手旁觀，而最后成績是以小組實驗報告為評分依據(jù)，組內(nèi)所有學生分數(shù)一樣，造成做與不做實驗的學生成績都一樣的結果，這樣的評價方式勢必會造成消極影響，同時有失公正。二是，由于近年來學校不斷擴招本科生，學生人數(shù)不斷增加而實驗室教師人數(shù)沒有按比例增加，實驗室場地、實驗設備也沒有相應地增加且設備陳舊更新較慢，例如對于那些常規(guī)的實驗儀器，每個小組可以分配一臺進行實驗，但是由于教師人數(shù)有限，在指導學生實驗過程中，不能同時回答所有學生的問題，有時會延緩某些小組的實驗進程，影響學生的實驗進程和積極性。而對于像三軸儀這樣比較貴重的儀器，一般土工實驗室只有1—2臺，不能夠滿足本科教學的需要，在實驗過程中學生圍在一起觀看教師在三軸儀上進行的演示實驗，學生沒有親自動手的機會。三是，任課教師和學生對實驗課的重視程度不高，傳統(tǒng)的教學模式以課堂教學為主，實驗教學往往處于從屬地位，實驗教學被看成課堂理論教學的輔助手段。另外，目前在本科課程中多數(shù)的實驗課部分不計入到課程的最后成績中，也不計學分，這樣就使很多學生認為只要理論課學好就可以獲得好成績、做不做實驗都無所謂。有些學生甚至不愿意參加實驗課而選擇逃課，或在實驗課開始時教師點名之后就離開了。偶爾還會發(fā)現(xiàn)實驗報告有抄襲現(xiàn)象，實驗課難以實現(xiàn)其初始目的，即學生沒有得到應有的技能訓練，反而形成了一些不良習慣，如觀察實驗現(xiàn)象不仔細、數(shù)據(jù)記錄不真實和不規(guī)范、處理實驗數(shù)據(jù)不嚴謹和不科學等。四是，土工實驗以基礎性實驗為主，按照實驗課計劃，每個小組實驗的內(nèi)容一樣，學生是按部就班地根據(jù)實驗要求和操作步驟進行。這種模式下培養(yǎng)的學生思維有一定的局限性，缺乏創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力，難以適應現(xiàn)代社會對全面復合型工程技術人才的需要。目前，土工實驗所采用的教學模式雖然適合大多數(shù)中等水平學生，但對于那些有創(chuàng)新天賦的優(yōu)秀學生來說這些常規(guī)性的實驗可能過于簡單，因此在制定實驗教學計劃時除了保留具有代表性的基礎驗證性實驗外，應該考慮增加一些綜合性、設計性和研究型的實驗項目，在實驗內(nèi)容的制定上可以讓這些學生充分發(fā)揮主動性，參與設計或自主設計綜合性、研究型的實驗項目。五是，在實驗中遇到一些難點問題或?qū)嶒灲Y果與預期結果有差異時，常規(guī)做法是實驗室教師找到解決辦法或做出解釋，學生只是被動聽教師的講解。而筆者認為，這種情況教師最好作為一個旁觀者，觀察學生做實驗，讓他們學會自己對一些實驗現(xiàn)象做分析，然后引導他們找到正確的答案，借此培養(yǎng)他們嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和解決問題的能力。
三、土力學實驗課的改革措施
1．面對本科生擴招的實際情況，增加實驗室的師資和儀器設備的投入
鑒于目前本科生擴招學生人數(shù)增加而實驗室教師師資不足、儀器設備數(shù)量有限和老舊的現(xiàn)狀，學校應該制定相應政策，增加實驗室?guī)熧Y數(shù)量、提升實驗課在教學環(huán)節(jié)中的地位;并在硬件設施上應該增加投入，擴大實驗室規(guī)模，增加和更新已有的儀器設備，為提高實驗教學質(zhì)量創(chuàng)造有力條件。
2．改革傳統(tǒng)的實驗教學模式，充分發(fā)揮學生的自主性和創(chuàng)新性
從傳統(tǒng)的“以實驗指導書設定的固定實驗內(nèi)容為標準和以教師指導為主”的'實驗教學模式逐步轉(zhuǎn)化為“以學生為主體、以教師為輔導”的模式中來。在實驗中以學生為主，從實驗項目的設計到實驗過程的實施，學生是主體，實驗教師可以提供一些參考意見，以觀察者的身份進行適當?shù)妮o導。在新的教學模式中，除了保留一些固定的基本實驗項目以外，還應該增加一些能夠激發(fā)學生的創(chuàng)新意識的實驗內(nèi)容，而這些實驗內(nèi)容學生可以發(fā)揮創(chuàng)造力自行設計，也可以和專業(yè)任課教師一起討論后進行設計。這種主動參與的過程，有助于鼓勵學生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。
3．提高實驗教學地位，改變現(xiàn)有實驗課成績的評價方式
傳統(tǒng)的教學模式以理論教學為主，無論任課教師還是學生對實驗課的重視程度遠不如對課堂理論教學的重視，認為理論教學與實驗教學之間是主從關系，所以在課程的最終成績評價中實驗課成績所占的比例很低或者不占分數(shù)，這種思維會影響實驗課的教學質(zhì)量，失去實驗教學的意義，培養(yǎng)出成績優(yōu)秀的學生中有可能出現(xiàn)眼高手低、高分低能的現(xiàn)象。因此，在評價方式上進行改革是提高實驗課教學質(zhì)量、培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的有效途徑之一。例如加大實驗學時，增加實驗課成績在專業(yè)課程總成績中所占的比例，或者實驗課單獨考試。在實驗課考試中，可以有具體儀器操作，又有數(shù)據(jù)處理、實驗結果分析等，在實驗課考試中重點考核學生動手能力和分析解決實際問題的能力。
4．引入研究生助教機制，發(fā)動研究生參與本科實驗教學
在土力學實驗課中，由于實驗室?guī)熧Y不足，為了保證教學質(zhì)量在實驗教學實踐中采用研究生助教助管的方式讓研究生參與指導本科實驗。研究生助教制度在國外大學中有悠久的歷史，在國內(nèi)也有許多成功的經(jīng)驗。在土力學的實驗課中研究生發(fā)揮了重要作用，每一個實驗小組分配一臺儀器，一名研究生負責一臺儀器并向使用該儀器的小組演示儀器的具體操作方法，這種模式能夠及時發(fā)現(xiàn)和解決每個實驗小組中出現(xiàn)的操作問題。歷年的經(jīng)驗表明，這是解決師資不足、保證實驗教學質(zhì)量的一個行之有效的方法。對研究生而言，參與教學環(huán)節(jié)也是培養(yǎng)領導才能和管理技能、鍛煉口頭表達和溝通能力的一個機會。
5．開放實驗室，引入教學型實驗與科研項目相結合的機制
教學型實驗是以基礎性實驗為主，注重訓練學生操作實驗儀器的規(guī)范性和培養(yǎng)學生嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，而研究型實驗注重對學生創(chuàng)新性科學思維的培養(yǎng)和開發(fā)，是一種提升。在土力學實驗課中，除了認識性、驗證性的基礎性實驗外，還應該考慮與專業(yè)教師的科研項目相結合，為那些高年級本科生中成績優(yōu)秀、對科研有極大興趣的學生提供參與科學研究的機會，開放實驗室為他們提供所需的實驗條件，以實驗室為平臺、以科研項目為依托進行科研訓練。學生可以研究助理的身份幫助教師完成科研課題中的一部分內(nèi)容，同時培養(yǎng)鍛煉自身的科研思維，提高運用理論知識解決科學問題的能力。另外，本科生實驗課以外的時間儀器設備多處于閑置狀態(tài)，如果能夠與研究項目相結合，不僅可以大大提高實驗儀器的使用效率，而且為培養(yǎng)高層次研究型創(chuàng)新人才創(chuàng)造有利條件。
6．多種改革方法并用，有效提高實驗課的教學質(zhì)量
在以往的土力學實驗課中每個班級、每個實驗小組采用同一種土體樣本加工的試件進行實驗，由于這些試件各項物理參數(shù)和力學性質(zhì)基本一樣，在實驗過程中發(fā)現(xiàn)個別小組有相互抄襲數(shù)據(jù)的現(xiàn)象，并且很難杜絕這種現(xiàn)象的發(fā)生。針對這種情況在今后的試驗中可以選取多種類型的土體樣本，每組隨機分配由不同土樣制作的試件，這樣可以有效地避免相互抄襲數(shù)據(jù)的現(xiàn)象。實驗室中有一些數(shù)量極少、價格比較貴的實驗儀器，如土工三軸壓縮儀，無法安排本科生進行實際操作，以往的做法是教師進行演示操作和講解，但是由于學生人數(shù)很多大家圍擠在一起觀看時，后面的學生看不見也聽不見教師的演示與講解，教學效果比較差。針對這種情況，可以采取在教師演示的基礎上配合播放實驗視頻資料等方法進行教學。隨著信息技術的迅猛發(fā)展，可以建立虛擬實驗室并引入虛擬化實驗教學模式。虛擬實驗室是建立在網(wǎng)絡上的一個開放的實驗平臺，實驗者可以不受場地和時間的限制依據(jù)實驗大綱或者根據(jù)自己的需要和興趣，利用虛擬實驗室的模型庫自行設計實驗步驟和實驗方法，這種模式是對傳統(tǒng)實驗教學模式的補充和完善，可以在未來實驗教學中發(fā)揮重要作用。由于針對本科生土力學實驗課的設備資源是有限的，在實驗教學環(huán)節(jié)中可以考慮與其他實驗室聯(lián)合起來，實現(xiàn)資源共享，更好地完成實驗教學任務。例如國家重點實驗室資金投入多、設備精良，可以嘗試讓大學生利用國家重點實驗室設備開展一些綜合性和研究性土力學實驗，解決土力學實驗室設備力量不足的問題，這樣不但有助于完成教學任務，還可以拓展學生眼界、激發(fā)學生對科學研究的興趣、培養(yǎng)學生求學進取的精神。
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