新工科背景下地方高校土力學實驗教學探析

張李楊，郝英奇，馬 巍，何夕平

（安徽建筑大學 土木工程學院，安徽 合肥 230601）

土力學是“土力學與基礎工程”課程的簡稱，是土木、水利、地質等類專業的專業基礎核心課程之一，在培養建設工程基礎建設方面的專業人才具有極其重要的作用。在世界高等教育面臨新機遇、新挑戰之際，教育部推行“新工科”建設[1]，促使已經站在新的歷史起點我國高等學校的教育改革，更加需要加快建設和發展新工科。高等教育大眾化階段，地方高校在人才培養、服務區域經濟建設和社會發展中扮演著重要角色，對區域的轉型升級、產業輻射帶動和經濟發展發揮著重要作用，是新工科建設的不可或缺的力量[2]。

安徽建筑大學根據“新工科”建設的基本理念，立足地方高校服務面向，積極融入滬蘇浙皖“長三角”地區創新發展體系，主動適應區域經濟和社會發展的需求[3]，對土力學實驗教學課程做出了教學改革嘗試，為相關專業課程的建設發展提供了借鑒。

1 面向新工科的土工實驗教學理念

教育部在推動“新工科”建設工作過程中，形成了“復旦共識”“天大行動”“北京指南”等三份重要文件[4-6]。從“新工科”建設的三份綱領性文件來看，隨著新興的工業革命席卷全球，學科交互融合不斷加深，人工智能、大數據、物聯網等新的技術出現，產業布局發生重大變化，對人才的能力需求也隨之發生相應的改變[7]?！靶鹿た啤苯ㄔO是我國高等改革的重大戰略需要，反映了國家在工程教育發展方面的新思維、新方式，對促進以新技術、新業態、新模式為特點的循環綠色經濟發展[8]具有十分重要的意義。

“新工科”建設背景下，高等院校應主動作為，建設服務國家戰略、滿足產業行業需求，面向未來發展需要的工程類專業[9]。土木、水利、地質等類學科專業不僅支撐了國家基礎工程建設的快速發展，而且還在部分領域助力國家重大戰略的實現。面對新工科建設，對為國家基礎工程建設作出較大貢獻的此類專業，應賦予社會主義核心價值觀教育，致力培養專業基本功扎實、有全球視野、具有實踐能力、創新能力，能適應快速變化和解決復雜問題能力的工程技術人才[10]。

土力學實驗教學著力培養學生通過實驗，鞏固所學的土力學理論知識，提高分析問題解決工程問題的能力?！靶鹿た啤苯ㄔO背景下，學校的土力學實驗教學理念是：落實立德樹人根本任務，圍繞知識體系和課程能力要求，契合人才培養目標，培養學生的工程意識，提高解決工程問題的能力，努力培養新時代合格土木工程類、礦山建設類等領域工程技術人才。學校土力學實驗的教學理念如圖1所示。

圖1 土力學實驗的教學理念

2 地方高校土力學實驗教學存在的主要問題

2.1 工程理念培養不足

土力學實驗課程一般包含土的工程分類、物理狀態試驗、壓縮固結試驗、三軸壓縮試驗等主要內容。傳統的實驗教學是先學習理論知識，然后通過實驗操作來感悟和理解知識點[11]?；静蛔兊耐亮W實驗帶有程序化或觀摩性質的課程，偏離了土力學實驗教學理念，從而不能較好地培養大學生的工程能力和綜合應用能力。調研還發現，部分地方高校對實驗教學環節重視不夠，土力學理論教學與實踐教學脫離、實踐教學時間被壓縮，沒有足夠的實驗教學讓學生觀察土、實驗土和思考土，導致了土力學實驗的科學性缺失。

2.2 土力學實驗課“弱化”問題

土力學實驗過程存在著“弱化”傾向。土力學實驗教學時，通常先由實驗指導教師進行實驗演示和實驗講解等教學活動，然后學生再被分組進行實驗、獲得實驗數據并完成實驗報告。從實驗教學過程來看，是教師先“做”實驗，學生再做；從實驗報告看，學生基本上按照給定的要求及格式完成實驗數據的填寫及相關內容，使得實驗變成了簡單的“走過場”，學生尚未感受到土力學實驗的實質，不能夠做到實踐和理論并重，與實驗教學目的相違背。

2.3 土力學實驗報告內容重復、考核簡單

“新工科”建設已經成為國內高等學校的教學改革和發展方向，為了更好地培養學生的工程素養和實踐創新能力，如何設置合理的土力學實驗教學以及實驗報告內容和形式，依然是土力學實驗教學急需解決的問題。大部分地方高校實驗教學一段時期內處于“教師演示，學生觀察”或“少數學生動手，多數學生旁觀”的狀態，實驗報告的格式與內容多年不變，這種情形同樣存在于學校的土力學課程實驗教學中[12]。

在土力學實驗課程考核環節，考核的內容及評價標準主要依賴于實驗報告。由于實驗報告的內容和形式都是先前給定，這種考核方式既不能衡量學生的真實水平，也不利于培養其創新能力和實踐能力。

3 面向新工科的土力學實驗教學探索

3.1 修訂實驗教學大綱，重構實驗模塊

學校的土力學實驗面向土木工程、城市地下空間工程、勘察技術與工程、地質工程等專業開設?！靶鹿た啤北尘跋?，學生不僅需要有扎實的土力學專業基礎理論知識，還要求具備相關課程知識、融合學習和應用創新能力[13]。土力學實驗課程的教學目的是加深學生對土力學理論知識的理解與掌握，著力培養大學生的工程實踐能力以及創新能力。

“新工科”背景下的教學理念應貫穿實驗教學過程中。在課程實驗中設置能夠引導或啟發大學生思考的土的物理力學特性等相關問題，培養學生發現問題和解決問題的能力。學校根據培養目標，調整土力學實驗教學大綱，圍繞知識體系和能力要求，將土力學課程實驗設置了三個模塊，將理論課和實驗課同時展開，做到理論與實踐相互促進。設置的三個模塊概括為“性質”、“狀態”和“性能”，每個模塊嵌入相應的實驗項目。實驗模塊見表1。

表1 土力學實驗教學模塊表

通過這三個模塊的設置，學生了解三個模塊之間的關系，對土力學實驗內容有了清晰的認識。

3.2 轉變教師角色，創新教學方式

面向“新工科”建設，教師由知識傳授者，轉變為教學的指導者、引導者。土力學課程實驗教學過程中采用體驗式、研討式教學和“翻轉課堂”，讓學生參與實驗教學的全過程。隨著“互聯網+”的快速發展，采用線上、線下結合的方式，將傳統實驗課程教學與“翻轉課堂”相聯合?！胺D課堂”在實驗教學內容組織上，貫串三個實驗模塊的知識點和聯系，采用實驗任務設計、問題設計等方式，加深和鞏固土力學的基本概念和理論。在體驗式和研討式教學中，學生們交流討論，相互提出問題，自己動手解決問題，提高了大學生的工程實踐能力及綜合應用能力。如在經過土的剪切實驗教學后，學生能夠分析確定地基承載力、邊坡強度、基坑穩定性等工程問題。

3.3 結合工程建設，授學生以漁

實驗教學過程中，實驗指導教師從“準備、過程、結束”的三個環節提出要求，學生做到全員全過程響應，用眼觀土，用手觸土，用心思土。從土力學實驗的第一節課開始，要求學生學會現場識別取土地點，采選土樣，進行實驗之前的土樣烘干、打碎、去除雜質等前期準備工作；實驗過程，要求學生全員動手操作，感受土體的黏性、形變、粒徑等特征，認知土壤含水量以及液限、塑限等物理狀態量；實驗結束，學生對實驗結果進行總結歸納，提出問題、查閱資料和聯系實際解決問題。學生能夠從全過程中清晰土樣樣品的來源和制作過程，對有些概念如液塑限就有了比較直觀的感受，能夠明晰土力學實驗的嚴肅性和科學性，并能和其他相關知識點建立起聯系。學校對學生土力學實驗課程的實踐能力及創新能力培養體現在土樣選取、制作裝樣、設備操作、分析數據和獨立完成實驗報告等。隨著合肥大都市建設的發展，學生在實驗中有些土樣來自城市建設工程，這又促使學生查閱工程建設有關資料和思考問題，既培養了實踐能力、分析問題能力，又提高了工程素養。

3.4 改革考核方式，側重創新與實踐能力考核

實驗考試設置了側重創新與實踐能力的考評方式?？己嗽u價分為四個方面：第一方面為實驗室行為表現，觀察學生遵守實驗室紀律，實驗過程中是否存在懶散、嬉戲打鬧等行為。第二方面為實驗團結協作能力，主要考察“準備、過程、結束”三環節學生主動積極動手、交流表達與共同協作情況，培養團隊意識。第三方面能力為實踐能力，考核學生實驗過程觀察能力、實驗數據獲取能力等，對問題的分析和解釋，做到學以致用。第四方面為創新能力，通過實驗報告的完成，主要察看學生發現問題和解決問題能力、應用基礎理論能力、邏輯推理能力、歸納總結能力等。

考核評價指標的組成見表2。

4 面向新工科的土力學實驗教學效果

修訂的土力學實驗教學大綱，從2018級“大土建”類本科專業開始實施。對2018級、2019級土木工程、地質工程等專業學生進行調查，學生綜合評教滿意度達到92.9分。2017級與2018、2019級本科生的土力學實驗與課程總成績見圖2。從圖2來看，改革調整后的平均實驗成績較改革前提高了7.6%，總成績較課程改革前增加了11.4%。說明改革后的實驗教學促使學生的學習能力得到了明顯提升。

圖2 土力學實驗與總成績

5 結語

“新工科”建設背景下，各高等學校都重視對創新型人才的培養，充分發揮實驗教學在人才培養方面的重要作用。安徽建筑大學教學實踐效果表明，通過實驗模塊的重構、教學方式改革及實驗考核評價革新，大大激發了大學生們對土力學與基礎工程課程的學習興趣，培養了學生實踐能力和創新能力，提高了學生的工程思維能力和解決工程問題能力。