摘 要：在改变传统实验教学模式的情况下，设计性土力学实验教学方法提高了实验教学质量，增强了学生对土力学实验的学习兴趣，增加了学生对土的工程性质的认识与掌握，提高了学生的实践能力与自身创造力。通过工程案例设计，学生在学习理论的基础上以实验教学为桥梁把理论教学与工程应用连接起来，做到三位一体的教学模式。
关键词：实验教学模式；设计性土力学实验；三位一体
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.19.214
0 引言
“学以致用”是南京工程学院的校训，所以注重实践教学是南京工程学院的办学理念。而土力学是一门实践性、经验性较强的力学学科，在土力学理论教学中实践教学是学习中非常重要的环节，土是经过亿万年的风化沉积固结而成，结构复杂多变。根据不同的含水率，密实度，固结历史等特点具有其独特的工程特性。土力学的实践教学过程是非常重要的，尤其是培养学生的动手能力、观察能力、工程实践能力以及创新思维能力。根据工程要求进行设计性试验，学生通过各种土工试验现象，依据理论教学学生可以充分认识土的物理特征、力学特征。学生在学习理论的基础上，通过实践教学及工程应用从而达到土力学实践教学三位一体的教学模式 [1]。
1 目前土力学实践教学现状
1.1 实验课程安排现状
实验课是连接理论教学与实际工程应用的载体，实验课的最终目标是培养学生能够利用实验设备及实验试样或者原状土来证明理论教学结论，或者是利用实验设备得到某个试样实验参数，是学生主动的去利用实验设备根据要求创新、发现、实现的过程。所以，实验课必须以学生为主动，教师起辅助作用，而目前并不是这样，有的实验课教师亲自动手做学生只是个观众。因此，实验教学必须紧紧围绕以学生为主动教师为辅助讲解、激发学生动手兴趣的核心开展教学工作[2-3]。南京工程学院在实验教学方面虽取得一定成绩，但也存在一些弊端。目前，理论教学一直是土力学主要部分，而实验教学滞后于理论教学，实验课与理论课出现“断层”状态，即等理论课上完之后才能进行实验教学，理论课上完之后已经到期末考试，学生全部心思在复习土力学理论课，无学分制的实验课导致学生在思想上认为理论课学习比实验课重要，实验是实验，理论是理论造成互不相干。
1.2 实验目标不明确
很多教师只知道实验目的而不知道实验目标，说的确切一点是实验所服务的实际工程应用。理论课上教师向学生解释为什么做这个实验，实验目的是什么，实验最终目标是什么，服务于什么实际工程，看似很简单的问题，某些教师的做法可能比较粗浅。例如，土力学实验课上，实验专职教师一开始就介绍实验内容、实验原理及实验目的，或者教师亲自动手直接进行设备的演示操作或者按照实验报告宣读，这时候学生可能早已忘记学习的理论知识，或者没有任何印象，有的教师甚至一边讲试验内容和目的一边进行演示操作，把操作设备及实验对象或者是实验要得到什么参数作为重点提示的内容，最后只要把学生的实验报告填满就算交差了，这种敷衍行为不可取。而对于如何通过这个实验的操作学生可以提升何种能力、针对某种实验设备目前在工程界是否具有先进性、今后需要哪些改进、实验数据在工程实际中有何应用解决哪些问题、以及如何通过实验数据把理论知识和实际工程连接起来，对于这类涉及能力培养和实践理性提升的内容，实验指导教师很少提及。
1.3 理论与实验、实践工程脱节
实验是手、脑并用的过程，是利用理论知识指导实际工程的技能。理论知识指导实践，实践验证、充实并拓展理论。目前实验课安排模式为依托理论课模式、但是在实验过程中又不全面提到学过的理论知识，一味的追求为实验而实验，学生也是一味的追求为交报告而实验，而在实验时间安排上也相对独立，甚至与理论课进度无关联，从而造成理论与实验脱节。对于通过实验利用理论知识指导实际工程应用，实验指导教师更是鲜有提及。例如，液塑限实验：大家都知道实验目的是判断土类别、软硬程度，但是很少有教师提及判断土的类别之后如何指导实际工程应用。所以造成实验理论知识与实际工程应用严重脱节。
1.4 学生的实验参与度有待提升
虽然土木工程实验中心发展较晚，但是也基本满足学校师生的应用。但是随着增开新的专业以及学生的扩招，土工实验室目前存在不小的压力，相对设备不足，每个班级的土力学实验都要分批次进行，对于45人左右的班级，一般分为4～6组，一台设备有8人左右，实验教师讲解完毕各组人独立完成动手部分，这样就造成有的学生只是“观察员”身份，有的人就继承了别人的成果，分组造成的后果是想动手的没有设备，不愿动手的更加依赖动手能力强的学生。
1.5 实验教学方法与教学手段落伍
土力学是一门比较专业的基础课，基于土力学专业性较强，所以理论教学是土力学实验教学的传统，因此照本宣科实验指导书仍然是它的弊端，传统教学土力学实验仍然是验证性与演示性。《土力学实验指导书》是从《土工试验规程》摘录而来，从而土力学实验教学显得生硬、条框，有的公式及理论比较难理解等缺点。另外，面对生硬的仪器设备及看不懂的原理，学生的亲自动手试验及主动性被打击殆尽。多数学生表示只能看着实验指导书上的操作步骤一步一步的往下做，走哪里算哪里，错了再改。目前教学手段落伍，教学方法死板，学生没有学习的积极性和主动性。
2 实验教学手段改革与实践
为了培养工程类的应用型人才，土力学实验教学必须转变教学理念，是实验教学改革的关键，土力学实验教学，以培养学生通过实验及理论教学能在实际工程应用为目标，实现学生专业知识应用、工程能力提升、技术创新的协调发展。为实现理论教学与实际工程的联系，仅靠几个学时实验课还是不够的，为了建立实验是联系理论知识与工程应用的桥梁，以此达到实验通过理论知识指导实际工程，把工程应用设计性实验作为土力学实验课不可缺失的重要部分。
2.1 工程实验设计方案
（1）首先，实验指导教师要做好实际工程实验设计方法，然后，选取工程实验所用的试样，最后得到的实验数据是指导什么样的实际工程，试验指导教师应该清楚实验参数分布范围，实验过程中会出现什么情况。例如，进行实验的试样是作为地基沉降使用，还是作为基坑开挖使用，还是作为边坡防护使用，还是作为渗透使用等等，就具体工程来说，对于在学生头脑里没有这种概念。因此，实验指导教师不仅要有一个广泛的知识面，还要有一个具体的取样场地，无论是施工现场还是本校的实践基地。
（2）实验前，由指导教师带队在工程现场勘查取样，结合实验规程及地基基础设计规程初步判断有关土的特征，根据工程地质勘察手段及现场搓条法粗浅估计土的液塑限特征。然后将学生带到现场实地了解有关土的性质，使学生在实验前有一个肤浅的感性认识。例如，膨胀土具有地压缩性，遇水膨胀失水干缩，多裂隙性，软粘土的高压缩性和低强度等等，同时向学生讲解某类土是实验时具有什么特征。
（3）在带领学生勘察试样之后，把工程实验设计计划交给学生。学生根据工程实验设计取样，然后回去大致考虑实验所涉及的相关知识。为了解决某个工程问题，教师首先要把实验目标告诉学生，最终要解决那些实际工程项目，然后学生根据目标进行实验，学生应该知道在数据处理中可能采用土力学中的理论方法，这些方法需要用哪些土力学指标，指标又是怎么通过实验得到的，然后，在了解土力学实验的目的和用途的基础上，选择测定这些指标进而解决实际工程，最后完成工程实验设计方案。
2.2 具体实施计划
目前土力学实验项目是单独分开的，例如，以2课时为单位，每批次在8课时时间内必须完成密度、含水率实验（2课时），土的液、塑限实验（2课时），土的固结实验（2课时），土体剪切实验（2课时），各个实验相互独立没有必然的联系，这样各个实验造成了断层没有衔接。土体的物理、力学指标间有一定的相互联系，例如，土的液塑限特征可以判断土的性质，知道土体的类别我们又可以大概清楚它的相对密度、压缩性渗透性和力学特征，如何让各个实验项目之间进行利用，是设计性实验的教学改革[4]。
首先，对于单独开设的实验项目变成集中授课，而又不能在临期末进行实验。其次，精心安排实验批次及时间、通过设计性案例把2～3个土力学实验项目整合到一起进行实验，呈现出土力学实验项目之间的相关性。例如，设计题目：某建筑一独立基础面积为11.1m*9.0m ，埋深0.5m ，作用在基础底面准永久组合压力p=300kPa ，计算各土层压缩模量，通过实验所得数据计算基础中心点沉降。这时候给学生设计出实验项目：学生应该知道这个设计涉及到实验项目是密度含水率实验、相对密度实验及固结实验。实验数据得到后学生应该去查阅土力学教材，通过理论知识及实验数据学生应该能解决实际工程问题，就本设计而言学生通过实验数据及理论知识能够计算出基础中心的最终沉降值。通过此次实验学生更加理解了理论知识的重要性以及如何解决实际工程问题，所以通过设计实验学生可以发现：实验、理论知识及工程应用密不可分，理论知识指导实际工程应用，实验是实现应用的桥梁，对于教学指导老师来说实现了三位一体的教学模式。对于学生为了解决实际工程问题不得不认真思考和精心准备，从而增加了他们的好奇心及积极性。
3 教学内容与方法改革
（1）工程性实验设计内容要考虑3个要点：第一，紧扣实验目的。每个实验都要有相应的实验目的，也是实验指南具体指实验要得到那些参数。第二，实验内容与理论教学相对应。在理论教学的过程中教师要多引导学生认识实验，重视实验，多讲解实验与工程的相关性，而不是轻视实验内容，不要认为实验部分实验课时再讲。第三，实验要与实际工程相对应。实验教学的最终目标是培养学生解决实际工程问题的能力，在这个授课框架下，要求实验指导教师设计实际工程，如果有条件的话可以联系实际工程单位，尽量做到实验所用试样来源于实际工程，这样会更直接反映工程的实际问题，令实验更有趣味，更具现实意义。（2）实践教学方法的研究是实验教学研究的根本，同样的实验内容，教学方法不同，教学结果可能相差较大。三位一体的实践教学改革，仍然以学生为核心的教育方法，以工程设计性实验为前提引导学生解决问题，激发学生的学习钻研知识的兴趣。通过案例设计，三位一体的实验教学改革学生基本掌握了实验技能和养成良好的实验习惯，学生在实验过程中能够发现问题，提高学生实验分析问题、解决问题的能力。在条件允许的情况下，在教学过程中多采取提问式、启发式、引导式、多媒体、网络实验教学录像及环境教学等方式方法[5]。（3）改变实验指导技巧，土力学实验指导不能重复理论课，而是强调实验的注意事项和提供一些实验的经验及实验参数的筛选。对学生而言，土力学的理论知识在课堂上已经听过一遍，重点讲授理论知识在实验中所发挥的作用及如何把实验数据应用到实际工程；把握分析实验数据及工程应用。实验数据得到后，指导教师多给学生时间分析、讨论实验数据，最后利用理论知识解决实际工程问题[6]。
4 结束语
学以致用是南京工程学院本科人才培养的纲领，而工程实验教学更是应用型人才培养的体现。设计性土力学实验教学方法提高了学生对土力学实验教学的学习兴趣，增加了学生对土的工程性质的认识与掌握，提高了学生的实践能力与动手能力，通过实验教学与实际工程拓宽了理论知识的应用，从而实现了教学、实验、工程应用的三位一体的实践教学模式。
参考文献：
[1]李广信.土力学的学科特点和土力学教育与教学[C].第一届全国土力学教学研讨会论文集，2006：27-32.
[2]李国安.当前高校实验教学过程中存在的问题和对策[J].丽水学院学报，2007（03）：118-120.
[3]柏祖进，吴青娥.提高学生实践能力方法探讨[J].中国电力教育，2010（03）：160-161.
[4]周莉等.应用型人才培养的土力学实验教学模式改革与实践.黑龙江高教研究，2014（03）：168-170.
[5]吕念玲等.对当前高校实验教学的观察与思考[J].实验技术与管理，2014，6（31）：179-182.
[6]刘建新，张新华.综合性土力学实验教学模式的研究[]J.实验科学与技术，2005，6（24）：65-67.
基金：南京工程学院教改项目，项目号201326； 南京工程学院校级高等教育研究课题 项目号2014ZC28 。
作者简介：张德恒，男，硕士在读博士，长期从事实践教学与研究。