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一、傳統(tǒng)教學(xué)模式的特點(diǎn)

傳統(tǒng)的土工試驗(yàn)采用分散教學(xué)的方法，一般分散在理論教學(xué)過(guò)程中，內(nèi)容主要包括密度、含水率、液塑限、固結(jié)、直剪試驗(yàn)等，一般為8個(gè)學(xué)時(shí)。傳統(tǒng)教學(xué)模式主要特點(diǎn)有：

（一）內(nèi)容有限且分散

除清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)等高校開(kāi)設(shè)自選實(shí)驗(yàn)和演示現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)外，一般高校只開(kāi)設(shè)以上必選試驗(yàn)項(xiàng)目，內(nèi)容有限且分散。傳統(tǒng)的教學(xué)模式屬于“灌輸式”教學(xué)，強(qiáng)調(diào)教會(huì)學(xué)生各個(gè)指標(biāo)的測(cè)定方法，而分散的教學(xué)模式割裂了各個(gè)指標(biāo)之間的聯(lián)系，不利于學(xué)生對(duì)基本概念的理解；傳統(tǒng)模式過(guò)于注重“是什么”和“怎么做”，忽略了“為什么”的引導(dǎo)，缺乏對(duì)指標(biāo)的物理意義、作用等方面的分析和總結(jié)，沒(méi)有給學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)造性的空間。

（二）實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師不足

由于學(xué)生人數(shù)較多，而實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師有限，一般每個(gè)指導(dǎo)教師同時(shí)指導(dǎo)30名左右的學(xué)生完成試驗(yàn)。有的學(xué)校要求理論授課老師參與到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，但指導(dǎo)教師仍相對(duì)不足，教學(xué)效果得不到保障。

（三）學(xué)生參與積極性差

傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，土工試驗(yàn)只是土力學(xué)課程的一部分，學(xué)生對(duì)土工試驗(yàn)的重視程度嚴(yán)重不足，很多學(xué)生并沒(méi)有親自動(dòng)手操作；試驗(yàn)完成后只是按照老師教的方法完成試驗(yàn)報(bào)告，沒(méi)有總結(jié)和思考。從實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、實(shí)施到分析總結(jié)，學(xué)生的主動(dòng)性和積極性都沒(méi)有得到發(fā)揮。因此，這樣的土工試驗(yàn)僅僅只是完成任務(wù)，無(wú)法達(dá)到預(yù)期的鞏固理論知識(shí)、鍛煉動(dòng)手能力的效果，更不用說(shuō)實(shí)踐與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

二、新型教學(xué)模式

針對(duì)以上傳統(tǒng)土工試驗(yàn)教學(xué)模式的特點(diǎn)，提出以下教學(xué)模式。

（一）將土工試驗(yàn)作為單獨(dú)必修課

改變傳統(tǒng)土工試驗(yàn)為土力學(xué)課程組成部分的現(xiàn)狀，將土工試驗(yàn)設(shè)置為單獨(dú)的必修課，以此增強(qiáng)學(xué)生對(duì)土工試驗(yàn)的重視程度。必修課分為兩部分，即常規(guī)指標(biāo)測(cè)試和綜合性試驗(yàn)。常規(guī)指標(biāo)即前述必選試驗(yàn)，采用視頻演示和實(shí)驗(yàn)室內(nèi)操作等相結(jié)合的方式，讓學(xué)生熟悉各常規(guī)指標(biāo)的測(cè)試方法。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)操作時(shí)，將學(xué)生分為5個(gè)一組，每組配至少1名老師或研究生指導(dǎo)。土的滲透特性、強(qiáng)度特性、變形特性并稱為土的三大特性。將三大特性分解為若干個(gè)專題，形成綜合性試驗(yàn)。土木工程相關(guān)專業(yè)的科研項(xiàng)目一般都以土力學(xué)為基礎(chǔ)，因此這些專題還可結(jié)合教師的科研項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)置，讓教師和所指導(dǎo)的研究生都參與到土工試驗(yàn)教學(xué)中來(lái)，以此增強(qiáng)土工試驗(yàn)教學(xué)師資。將研究生作為土工試驗(yàn)輔助教師，還可對(duì)鍛煉研究生的綜合素質(zhì)起到積極作用。還可將大的綜合性試驗(yàn)分解為若干個(gè)子題，供學(xué)生選擇。

（二）集中時(shí)間開(kāi)展綜合性試驗(yàn)

為避免土工試驗(yàn)分散的不利影響，采用集中時(shí)間開(kāi)展綜合性試驗(yàn)的方法。每個(gè)班以3周為一個(gè)周期錯(cuò)開(kāi)開(kāi)課，以免造成設(shè)備和人員緊張的現(xiàn)象。在一個(gè)周期內(nèi)，集中在上午、下午或晚上的時(shí)間開(kāi)展試驗(yàn)。將一個(gè)班分為若干組，每組5人左右，每組選定一個(gè)子題。綜合性試驗(yàn)周期分為三個(gè)階段完成工作：第一段3~4天為試驗(yàn)準(zhǔn)備階段，主要任務(wù)是小組選定子題并初步確定試驗(yàn)方案；第二段10天左右為試驗(yàn)實(shí)施階段，包括完善試驗(yàn)方案、按照試驗(yàn)方案開(kāi)展試驗(yàn)；第三段7天左右為試驗(yàn)結(jié)果分析階段，主要任務(wù)是將試驗(yàn)成果總結(jié)為試驗(yàn)報(bào)告，并匯報(bào)展示。

（三）注重研究成果的整理

針對(duì)每個(gè)周期結(jié)束時(shí)的各小組的匯報(bào)情況和指導(dǎo)老師的意見(jiàn)與建議，每組對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步分析，對(duì)試驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行完善。學(xué)期結(jié)束時(shí)，將所有學(xué)習(xí)土工試驗(yàn)課程的小組集中在一起再次匯報(bào)，根據(jù)研究成果和匯報(bào)情況集體評(píng)分。將專題試驗(yàn)周期內(nèi)的成績(jī)作為平時(shí)成績(jī)，將學(xué)期末集中匯報(bào)的成績(jī)作為期末成績(jī)。按平時(shí)成績(jī)和期末成績(jī)給出總評(píng)成績(jī)。

（四）后期實(shí)踐活動(dòng)

除了土工試驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)以外，學(xué)生大四下學(xué)期還設(shè)有畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。另外，很多高校還設(shè)置有大學(xué)生科研項(xiàng)目等活動(dòng)，鼓勵(lì)學(xué)生參加開(kāi)展科學(xué)研究。這些活動(dòng)都是土工試驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的有益補(bǔ)充。通過(guò)土工試驗(yàn)課程中綜合性試驗(yàn)的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠初步具備一定的科研能力，為畢業(yè)設(shè)計(jì)和其他科研活動(dòng)打下了良好的基礎(chǔ)。同時(shí)，教師在指導(dǎo)綜合性試驗(yàn)的過(guò)程中，還可發(fā)掘表現(xiàn)優(yōu)秀、有潛質(zhì)的學(xué)生，在畢業(yè)設(shè)計(jì)和其他科研活動(dòng)中加強(qiáng)指導(dǎo)，進(jìn)一步提高學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力。以湖北工業(yè)大學(xué)為例，我校開(kāi)展了大學(xué)生科研基金項(xiàng)目、“凌云計(jì)劃”項(xiàng)目等，鼓勵(lì)大學(xué)生參與課外學(xué)術(shù)科技活動(dòng)。單“凌云計(jì)劃“項(xiàng)目，全校每年就有400多名學(xué)生參與到老師的科研項(xiàng)目中。在土工實(shí)驗(yàn)課程中，通過(guò)綜合性試驗(yàn)的完成，可增強(qiáng)學(xué)生和老師之間學(xué)術(shù)上的了解。在后期畢業(yè)設(shè)計(jì)和科研活動(dòng)等實(shí)踐時(shí)，老師可以根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)進(jìn)行針對(duì)性地指導(dǎo)，而學(xué)生在后期實(shí)踐活動(dòng)選題時(shí)方向性也會(huì)更加明確。

三、以“土的滲透特性”綜合性試驗(yàn)為例

（一）子題設(shè)定

假設(shè)一個(gè)班30人，初步指定3大組分別進(jìn)行土的強(qiáng)度、變形和滲透三大綜合性試驗(yàn)專題，每個(gè)綜合性試驗(yàn)專題大約有10人參加。首先將所有學(xué)生集中，講解三大試驗(yàn)專題的主要內(nèi)容；然后劃分小組，針對(duì)某一專題講解子題的主要內(nèi)容。滲透特性是土體非常重要的工程性質(zhì)，滲透系數(shù)的影響因素包括土粒特性（粒徑大小及級(jí)配、孔隙比、礦物成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造）和流體特性（水的動(dòng)力粘滯系數(shù)，飽和度）等。結(jié)合筆者的國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“滲濾液與土相互作用機(jī)理及裂隙襯墊材料防滲性能研究”和“固結(jié)過(guò)程非飽和黏性土孔隙結(jié)構(gòu)演化規(guī)律及其對(duì)水力特性影響機(jī)制”等，設(shè)置“土的滲透特性”綜合性試驗(yàn)專題。根據(jù)滲透系數(shù)的影響因素，該綜合性試驗(yàn)專題下設(shè)“礦物成分對(duì)黏土滲透性的影響”、“土樣含水率及干密度對(duì)黏土滲透性的影響”、“流體特性對(duì)黏土滲透性的影響”和“非飽和黏性土滲透性”等子題。將專題、子題及相應(yīng)的試驗(yàn)任務(wù)書告知學(xué)生，供學(xué)生選擇。

（二）試驗(yàn)準(zhǔn)備

試驗(yàn)準(zhǔn)備階段的主要任務(wù)是小組選定子課題并初步確定試驗(yàn)方案。將滲透特性綜合性試驗(yàn)專題的學(xué)生分為若干小組，分別完成該專題下的子題。學(xué)生完成選題后，首要的任務(wù)是讓學(xué)生弄清楚相關(guān)概念，并布置初步確定試驗(yàn)方案的任務(wù)。為弄清楚滲透特性相關(guān)的基本概念，采用提問(wèn)的方法。例如：什么是土的滲透系數(shù)？為什么要研究土的滲透系數(shù)？滲透性能與變形和強(qiáng)度有什么關(guān)系？如何得到土的滲透系數(shù)？各種滲透系數(shù)測(cè)量方法有什么優(yōu)缺點(diǎn)？同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生自己提問(wèn)，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。提出問(wèn)題并布置任務(wù)后，要求學(xué)生自己尋找答案、確定試驗(yàn)方案。給學(xué)生詳細(xì)講解查閱文獻(xiàn)及相關(guān)規(guī)范的方法，以及確定試驗(yàn)方案的方法。

（三）試驗(yàn)實(shí)施

完善學(xué)生給出的初步試驗(yàn)方案，指導(dǎo)學(xué)生制定詳細(xì)的試驗(yàn)方案。要求學(xué)生遵循《土工試驗(yàn)規(guī)程》等規(guī)范的規(guī)定，嚴(yán)格操作，完成試驗(yàn)。以“礦物成分對(duì)黏土滲透性的影響”子題為例，要完成這個(gè)子題，學(xué)生需要開(kāi)展的試驗(yàn)主要有：擊實(shí)試驗(yàn)、含水率和干密度測(cè)試、變水頭滲透試驗(yàn)等。每一種試驗(yàn)都有老師或研究生指導(dǎo)，隨時(shí)答疑。

（四）試驗(yàn)結(jié)果分析

要求學(xué)生按照規(guī)范的方法及時(shí)整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)的問(wèn)題。對(duì)于“礦物成分對(duì)黏土滲透性的影響”子題，要求學(xué)生給出礦物成分與黏土滲透性的定量關(guān)系，并能初步分析滲透性變化規(guī)律的機(jī)理。還可以給出引申分析的主題，如基于試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步分析“如何利用黏土的低滲透性進(jìn)行防滲”等，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生思考。最后，將分析和討論得到的結(jié)果整理成完整的研究報(bào)告，并做出PPT展示。

四、教學(xué)效果

通過(guò)綜合性試驗(yàn)的實(shí)施，最大的優(yōu)勢(shì)是發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，讓學(xué)生對(duì)土力學(xué)知識(shí)形成整體、感性的認(rèn)識(shí)，起到培養(yǎng)實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的作用。仍以“礦物成分對(duì)黏土滲透性的影響”子題為例，采用在天然黏土中摻入膨潤(rùn)土等方法改變黏土的粒度組成和礦物成分，可讓學(xué)生加深理解粒度組成、礦物成分等概念，以及顆分和液塑限等相關(guān)試驗(yàn)方法；試驗(yàn)土樣屬于重塑土，滲透試驗(yàn)制樣時(shí)要控制土樣的含水率和干密度，可讓學(xué)生熟悉含水率和干密度的概念及測(cè)量方法，以及最優(yōu)含水率、最大干密度的概念及擊實(shí)試驗(yàn)方法；滲透試驗(yàn)時(shí)土樣需要飽和，可讓學(xué)生熟悉土樣飽和方法，以及飽和度的概念和計(jì)算方法；黏土滲透試驗(yàn)采用變水頭試驗(yàn)方法，可讓學(xué)生學(xué)習(xí)變水頭試驗(yàn)原理和試驗(yàn)方法；滲透試驗(yàn)完成后，要得到滲透系數(shù)與礦物成分的定量關(guān)系，可讓學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析方法等等。因此，一個(gè)子題試驗(yàn)的實(shí)施不是得到無(wú)聯(lián)系的獨(dú)立指標(biāo)，而是一個(gè)相互關(guān)聯(lián)的指標(biāo)體系；能夠讓學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。以上土工試驗(yàn)教學(xué)模式只是初步的改革設(shè)想。目前，筆者基于湖北工業(yè)大學(xué)大學(xué)生科研基金項(xiàng)目、“凌云計(jì)劃”項(xiàng)目等，提出“垃圾滲濾液對(duì)黏土力學(xué)性質(zhì)的影響”綜合性試驗(yàn)專題，指導(dǎo)土木工程與建筑學(xué)院11交通1班的5名學(xué)生完成了該試驗(yàn)項(xiàng)目。學(xué)生利用一個(gè)多月的課余時(shí)間，在老師與研究生的指導(dǎo)和幫助下，進(jìn)行了蒸餾水、苯酚和氯化鈣溶液作用下黏土的固結(jié)、直剪和三軸試驗(yàn)，發(fā)表核心期刊論文《模擬滲濾液作用下壓實(shí)黏土的力學(xué)性質(zhì)》。在該研究工作中，較大地提升了學(xué)生對(duì)土力學(xué)基本概念的理解能力，有利于學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)和工作態(tài)度的培養(yǎng)，學(xué)生的實(shí)踐與創(chuàng)新能力都得到了鍛煉和提高。在此工作基礎(chǔ)上，項(xiàng)目的主要完成人毛帥同學(xué)的畢業(yè)論文《廢舊輪胎改性黏土襯墊材料的可行性初探》被評(píng)為湖北工業(yè)大學(xué)和湖北省優(yōu)秀本科畢業(yè)論文。

作者：何俊 陶高梁 莊心善 單位：湖北工業(yè)大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院