基于信息化手段的土工实验教学探索
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作者:廖燕 刘勇
摘 要：为了解决学生对理论知识与实验实践的认知脱节，利用现代信息技术和信息资源，科学地安排土工实验教学过程的各个环节和要素，以实现实验教学过程的优化。应用信息技术建立信息环境，获取、利用信息资源，培养学生合理利用信息的能力，提高学生的学习兴趣，从而优化实验教学效果。
关键词：实验实践 认知脱节 信息技术 优化实验
中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）01（a）-0221-03
Abstract： In order to solve the problem of students'cognitive disconnection between theoretical knowledge and experimental practice， we use modern information technology and information resources to scientifically arrange the various links and elements of the geotechnical experimental teaching process in order to realize the optimization of the experimental teaching process.Information technology is applied to establish information environment， acquire and utilize information resources， cultivate students'ability to use information reasonably， and improve students' interest in learning， so as to optimize the experimental teaching effect.
Key Words： Experimental practice; Cognitive disconnection; Information technology; Optimization experiment
1 實验的意义
1.1 实验在科学研究中的意义
实验在科学发展中的重要作用是已毋庸置疑。可以说，没有实验，就不会有现代科学技术，在某种意义上也就不可能有现代社会。
科学实验是科学理论的源泉。综观自然科学的整个发展历史，任何一个科学理论的建立和发展都离不开科学实验的佐证。他们或则是直接建立在科学家们大量实验现象的发现、观察和探索之上;或者是学者提出了大胆的设想或理论模型，或在演绎的基础上提出了理论的预言;但是不论这样的理论看起来是多么合理，在数学上又完美无缺，但是在得到实验验证之前，它仍不能成为科学的定论。因此我们说，科学理论正确与否必须接受实验的检验。
1.2 实验在教育教学中的意义
实验教学是指实践性教学的一种组织形式。学生利用仪器设备，在人为控制条件下，引起实验对象的变化，通过观察、测定和分析，获得知识与发展能力。在基础课和专业课中广泛应用。其目的不仅验证书本知识，更着重于培养学生正确使用仪器设备，进行测试、调整、分析、综合和设计实验方案、编写实验报告等能力。
1.3 实验在社会服务中的意义
土木工程建设方面，实验不仅用于建筑材料的质量检查，而且对施工质量的检查验收起做重要作用。在医疗卫生方面，实验对人体的病理进行分析，对病人的病情有比较清楚的认识，从而做到对症下药。总之，实验在我们日常生活有重要作用。无论是高职院校还是本科院校及科研机构，有效地开展实验教学，让大家真正掌握实验的目的、原理及方法等就显得尤为重要。
2 土工实验教学在高校的开展现状
土工试验是土力学中的基本内容，实验土力学是土力学的一个重要分支，土工试验是土木工程学习中必须掌握的基本实验[1]。由于现场试验原状土的结构性，土工问题的诸多影响因素是现场原位试验、室内试验和工程原型监测成为工程实践中不可缺少的一部分。
土工试验之所以重要性，是因为只有通过试验才能揭示土作为一种碎散多相地质材料的一般和特有的力学性质;只有对具体土样的试验，才能揭示不同类型、不同产地、不同状态的不同力学性质，特别是对于非饱和图、区域性与、人工复合土等;试验是确定各种理论和工程设计参数的基本手段，试验是验证各种理论的正确性以及实用性的重要手段;足尺试验、模型试验可以验证土力学理论和数值分析计算结构的合理性，也是认识和解决实际工程问题的重要手段;原位试验、原位监测直接为土木工程服务，同时使数值计算的反算和实现信息化施工的重要依据。
所以，土力学的研究和土工实践从来都不能脱离土工实验工作，它是深入认识和发展完善理论和计算的正确途径。
2.1 传统土工实验教学模式
当前，高职及本科院校土工实验从土力学与地基基础中分离出来，形成一门单独的实践性课程。有些高校将土工实验设置依附于“土力学与地基基础”课程，先讲理论后进行实验教学，将理论与实验脱离开来，严重影响教学效果[2]。甚至有的高校为了其他课程安排，随意压缩实验课程学时及内容，只让学生做简单的实验，或者进行一些设备的认识就结束。以我校为例，建筑工程技术专业的土工实验跟随土力学进度，但是独立开课，实验课时为6～8学时。由于土工实验有其自身的特殊性，实验过程有诸多的不确定因素，比如土工实验前试样的制备，实验结束后含水量的测定，这些都不能拘泥于2学时或3学时内完成。如果实验时实验老师没有事先准备试样，需要同学们动手制备，那么这样的学时就远远不够。仓促的时间会造成学生对实验过程、实验原理及实验技巧能得不到提高，这些是我从事土工实验教学感得教学安排最不合理的地方。 2.2 土工实验教学方法单一
各高校开展土工实验大都是教师对实验目的与要求、实验仪器讲解、实验原理、实验步骤与方法、實验数据分析与小结等进行讲解，演示实验操作过程，同学们在旁边观看[2-3]。殊不知对一个实验过程相对复杂的试验，无论你怎么样讲解与演示操作，同学们都无法很好地将实验操作步骤了然于心，而且这样的实验教学还枯燥乏味。一堂实验课下来，同学们能够独立操作完成实验全过程的人少之又少，根本达不到教学效果。
3 信息化手段在土工实验教学中的应用
3.1 信息化条件下土工实验教学方案设计
由于高校重理论轻实验，采用传统的教学模式。学生被动学习，很难激发学生的学习兴趣。为达到较好教学效果，教师利用信息化手段将QQ、微信、蓝墨云等平台结合起来，使土工实验课程更佳生动形象直观，让枯燥的实验课更具趣味性。具体土工实验教学实施方案如图1所示。
3.2 土工实验前的准备工作
实验课提前一天，理论课教师将土体三相指标的概念及计算题通过QQ、微信或蓝墨云等网络平台发给学生，通过学生的测试结果分析大家对相关知识的掌握情况，得出相应成绩，并将统计好的成绩发给实验教师。实验教师准备器材制备试样，并将实验的基本要求、实验目的与内容、实验原理、实验仪器使用、实验步骤及方法、实验数据分析，以及实验过程的操作视频等通过网络平台发布给学生，让大家实验课前熟悉实验相关内容，真正做到实验操作前心中有数。实验教师根据学生对理论知识的掌握情况和实验内容的熟悉情况，进行实验课前准备情况的成绩打分。
3.3 实验课堂的开展
教师组织学生3～5人分组，并根据实验要求、目的与内容、实验原理、实验步骤与方法、实验数据分析以及操作视频等方面的内容进行相互提问，并互评打分。教师对土工实验要求、实验目的与内容、实验原理、实验仪器使用及注意事项、实验步骤及方法、实验数据分析等方面进行系统讲解，然后开展演示实验。组织学生分组进行实验，每组抽出一名学生对改组操作实验全程录制视频，然后各组交换视频并结合实验教师发布的操作视频进行比较，相互打分并说明不足之处。教师在多媒体上播放规范的操作视频，对学生的操作视频进行点评并打分，最后以上五部分按照1∶1∶1∶1∶1的比例汇总成绩，得出各小组的最终实验成绩。
4 利用信息化条件下的实验教学效果
通过这一年的信息化实验教学，学生对土工实验课程的学习积极性有很大提高，学生也逐渐重视并喜欢上实验，有通过土工实验解决地基及边坡工程问题的想法和激情。从被动学习到主动探索的大转变，利用信息化对土工实验进行教学，让学生们自主学习，积极动手，对学生们的创新能力和解决实际问题的能力有较大的提高。具体体现见表1。
通过两种实验教学模式的效果分析可知，利用信息化教学手段，学生优秀、良好所占比例大幅度提高，合格及不合格比例显著降低，数据分析结果见图2所示。
5 结语
通过信息化教学手段，充分利用QQ、微信、蓝墨云及多媒体等网络平台，对学生土工实验的课前、课中及课后的有效控制，教学效果显著，具体体现在以下几个方面：
（1）学生对实验课的积极性、主动性有较大提高，实验专注度增强。
（2）学生的动手能力、自主学习、独立分析和解决问题的能力有所增强。
（3）与传统实验教学模式比较，信息化实验教学模式下学生成绩明显提高。
由此可见，信息化教学在其他枯燥乏味的实验教学是可以推广应用的。
参考文献
[1] 赵明华.土力学与地基基础[M].3版.武汉：武汉理工大学出版社，2009.
[2] 余玲玲.土工实验教学模式改革的思索[J].高校实验室工作研究，2014（4）：29-31.
[3] 付贵海，邓宗伟，周斌，等.基于学生创新能力培养的土工实验教学改革[J].中国冶金教育，2013（3）：60-61.
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