将科研项目引入土力学实验教学改革的研究与探索

时间：2024-04-25

姜兵?张玲玲

摘要：针对土力学实验教学现状，将科研项目引入课程教学，有效改革了土力学实验的教学内容、教学模式和教学方法，探讨了利用科研项目开展实验教学的方法和过程，并结合教学实例说明将科研项目引入土力学实验教学在提高教学质量、增强学生实践能力方面是可行的、有效的。

关键词：科研项目；土力学；实验教学；教土力学实验教学是土木工程专业教学的重要组成部分，是土力学课程学习中非常重要的实践性教学环节，是学生理解土力学基本概念、基本原理，探讨土力学工程应用的主要途径[1]。在培养学生的创新意识，实践动手能力，综合分析和解决问题的能力等方面有着理论课教学无法替代的作用[2]。

目前，工科高等教育的土力学实验教学，在内容上大多为验证性实验[3]，在学习方法上基本为学生在规定的时间内，按照老师讲解的实验步骤，使用实验室已规定的仪器设备，完成规定的实验内容。这种强调以教师为中心的教学模式，使得学生在教学过程中大部分时间处于被动接受状态，其主动性、积极性难以发挥，限制了学生的创新思维[4]。要改变当前的土力学实验教学现状，就要对土力学实验教学进行改革。而将科研项目引入土力学实验教学则是推进土力学实验教学改革，培养能与时代同步的创新型人才的值得探索的一种方法[5]。

1 分解科研项目，优化实验教学内容

1.1 传统的土力学实验教学内容

传统的土力学实验教学内容多以密度实验、含水量实验、液塑限实验、固结压缩实验等单纯验证性实验为主，设计型、创新型等综合性实验相对来说较少。在验证性实验教学中，要求学生熟悉仪器操作，了解实验规程，根据规范按部就班完成实验规定内容，以验证理论的正确性或达到理论的再现性。

这类实验项目繁琐，内容简单，且由于学时限制不同实验项目之间缺乏连贯性，致使学生完成实验之后，不能综合地对数据进行处理和分析，以评判土的性质和物理状态，更谈不上工程应用，教学效果不够理想。

1.2 渗入科研的创新型综合性实验教学内容

将教师科研项目引入土力学实验教学，教师可依据教学大纲要求，对科研项目进行分解，将部分科研成果融入实验教学内容，将单纯的验证性实验转化为设计型综合性实验，以增强教学内容的实践性和创新性。

科研项目《高填方加筋土路基的变形特征分析研究》要求通过土工实验对土工格栅加筋土路基填料的受力性能进行测试，提出在高频度重荷载条件下高填方加筋土路基不均匀沉降控制的关键技术以及确定相关的技术参数。西南科技大学土建学院土力学实验教学小组尝试将其分解并将土工格栅加筋土路基填料力学性能室内实验部分引入土力学实验教学内容，转化为设计型综合性实验“土工格栅对土强度指标的影响”。

该综合性实验要求学生通过设计、操作不同类型土工格栅加筋土的三轴压缩实验，对比实验结果，以此来分析土工格栅对土强度指标的影响。在这种情况下，学生不但可以达到熟悉操作仪器等验证性实验的目的，而且可以很好地激发学习兴趣和求知欲，使学生自觉地、有目的地、有计划地从某些方面培养自己的能力。

2 结合科研项目，改革实验教学模式

本科实验教学目的在于教会学生掌握实验手段，验证理论知识，并能够正确利用所学知识，开展理论思维，去验证和解决知识学习过程的问题，为进一步的科学探索和工程应用打下基础[6]。以教师为中心的传统教学模式使学生处于一种被动从属的地位，对实验缺乏主动性和积极性，甚至部分学生认为所学知识与工程实践脱节，为了完成实验任务而出现抄袭现象。

为了改变土力学实验教学现状，必须对其教学模式进行改革。将科研项目与实验教学相结合就是一个很好的解决方法。教师将科研成果或成熟的技术通过开放式实验或大学生创新实验的方式融入土力学实验教学，并采用提问式、启发式、讨论式和研究式等多种教学手段，引导学生查阅文献，了解要研究的课题，并在此基础上大胆提出自己的实验研究方案以及解决问题的不同实验方法，共同完成教学任务和目标。

以开放性设计实验“红层填料的改良实验”为例，该实验来源于科研项目“川渝地区不同地基土的处治技术研究”，以四川绵阳地区红层填料为研究对象，以工程应用为出发点，要求学生通过查阅文献和土力学实验相结合的方法，对具有崩解性的红层填料进行改良，并优选出适合于四川地区红层填料且技术可行、经济合理的改良方案。在“工程实际应用”的因素督导下，学生感到所学知识能学以致用，对所研究问题的积极性得到大幅度提高。与此同时，为了启发学生对红层填料进行多方案改良，实验项目进行之前，教师可针对红层填料的特性，将目前广泛使用的红层填料的改良技术及方法对学生进行介绍及引导。

3 依托科研项目，改进实验教学方法

实践类课程的目的在于培养学生的独立思考能力、创新能力和工程实践能力，为后续的专业技术工作打下基础。目前大多数传统的土力学实验教学方法依然为“老师教，学生学”的填鸭式教学，即在教师示范指导下，学生依据实验原理、方法、步骤等，将实验项目按部就班完成，实验课一结束，实验教学任务即便完成。传统的教学方法造成的直接后果就是学生过早遗忘所学知识，失去了实践课程预期的效果和意义。

将科研项目融入土力学实验教学，在教学中突出“科研项目”这一主题，通过实际工程应用实践将学生的积极主动性充分调动起来。依托科研项目，教师围绕科研项目相关课题组织和开展土力学实验教学。在实验教学过程中，教师可以有针对性地对学生进行启发和指导，让学生体验、感悟、处理、探究实验项目中存在的问题，使之相对独立地完成与课程相关的“科研项目”，来达到解决实际问题的能力。这样不仅可以在很大程度上提高土力学实验的教学效果，而且可以督促学生通过查阅文献、相互探讨、实验验证等手段，开拓自己的创造性思维，真正培养具有创新性的应用型人才，满足社会发展的需要。

4 结束语

通过教学实例说明将科研项目融入土力学实验教学，有效推进了土力学实验教学改革，并取得了一定的成绩和效果，具体表现在：

（1）理论与工程实践相结合，使学生所学知识学以致用，充分调动了学生学习的积极性，使学生从被动式学习变为主动式学习，在很大程度上改善了教学效果；

（2）通过亲自参与实验整个过程，学生的科研素质、动手能力和综合运用知识的能力得到了显著提高；

（3）学生在实验教学过程中，针对问题不断提出新的思路和解决方法，不但培养了学生的创新思维，对我们的教学和科研工作也具有一定的参考价值；

（4）科研项目的渗入，不但可以提高实验教师队伍的专业素质，而且由于学生学习兴趣的提高，教师对实验的重视度提升，在一定程度上也推进了土力学实验教学的改革。

参考文献

[1] 时伟，章伟，董攀.“土工实验课”改革的探索[J].中国冶金教育， 2007（2）： 36-38.

[2]郑运桃.土力学实验教学改革刍议[J].青海大学学报（自然科学版）， 2010（2）： 92-95.

[3]姜兵.土力学实验教学改革研究[J].科技信息， 2011（1）： 92-95.

[4]卜迟武，杨绮云，徐克非，孙智慧.结合科研项目，提高实验教学质量[J].实验室研究与探索， 2010（7）： 270-271.

[5] 娄国充，王树栋，叶朝良.土力学实验教学改革与教学模式研究[J].石家庄铁道学院学报（社科版）， 2009（2）： 106-108.