基于室内模型实验视频的《土力学》基本理论教学方法研究

刘文化 李吴刚 孙秀丽 贾哲敏

【摘 要】《土力学》具有理论性、实践性强的特点，《土力学》课程的课堂效果直接影响学生对土力学知识的掌握程度。本文根据《土力学》课程的特点，将室内模型实验录制成视频，基于室内模型实验录像引出《土力学》的基本原理和理论，达到激发学生的学习兴趣和改善教学质量的目的。

【关键词】土力学;室内模型实验;视频

【中图分类号】TU43       【文献标识码】A

【文章编号】2095-3089（2019）18-0032-01

引言

《土力学》是土木工程学科中一门非常重要的专业课，是学生毕业后从事岩土工程相关工作时不可或缺的基础工具。随着我国近年来大型工程的不断开展，对深基坑支护、超软土地基处理以及超长隧道开挖等岩土工程问题的解决提出了更高要求，同时也对相关工程技术人员的土力学知识和基础提出了更高的需求。因此，提高《土力学》课程的教学质量、效率以及启发学生的创新思维，将成为《土力学》课堂教学追求的新的主题。

《土力学》的一些基本原理及理论，如达西定律、抗剪强度理论、土压力理论等大都是通过实验建立的。传统的《土力学》教学对基本原理和理论的讲解多采用抽象的理论介绍为主，采用教师讲、学生听、填鸭式、满堂灌的教学方法，不能激发学生的学习兴趣及热情，不利于学生对土力学基本原理及理论的理解和掌握。通过实验环节，可以增强学生的感性认识、动手能力、巩固所学的理论知识，了解土力学相关指标参数测试的基本原理和技能，同时还可以增强学生思考问题、解决问题的能力。然而，《土力学》课程包含较多的基本原理和理论，若对每一个基本原理和理论均采用实验教学的方法则会对教学课时和实验设备及实验室面积等提出很高的要求。这种理想与现实之间的矛盾要求必须进行《土力学》教学课程改革。

一、《土力学》室内模型实验视频教学的意义

《土力学》同土木工程其他专业课程一样，具有很强的理论性和实践性。空洞的理论教学不利于学生对基本原理的理解和掌握，学生普遍感到理论枯燥、生澀难懂、学习难度大、知识点多。而适当的穿插室内模型实验于基础知识点之中，通过一个真实的、具体的模型实验引出基本原理和理论，能够激发学生的学习热情，培养学生分析问题和解决问题的能力，加深学生对基本原理与理论的理解，提高学生将理论知识应用于工程实践中的能力。

课堂中通过学生自己动手进行室内模型实验，引导学生对实验结果进行分析和探索，引出基本原理和理论，课程效果好，但前提条件是必须要有足够的实验课时和先进、充足的实验仪器设备，且实验室面积也应达到一定的规模，这限制了该方法的推广。因此，将部分室内模型实验录制成视频，在讲解每个基本原理及理论之前组织学生观看室内模型实验视频，通过对室内模型实验内容的提炼，引出科学问题并引导学生积极思考、探索，最后引出相关的基本理论和原理。一个室内模型实验视频突出一个主题，这样可以使学生有身临其境的感觉，有助于激发学生分析问题、解决问题的能力。基于室内模型实验的土力学基本理论教学方法能够使每个学生都充当岩土工程探索的实践者，以“当事人”的身份去分析和处理模型实验中反映的问题，加深对基本原理和理论的理解，从而达到学以致用的目的。此方法既吸收了采用室内模型实验教学的优点，又在一定程度上改善了直接采用室内模型实验开展课程教学对课时、实验条件的依赖性。因此，开展基于室内模型实验视频的《土力学》理论教学方法与应用研究对优化教学目标、激发学生的学习兴趣与热情和改善教学质量具有很积极作用。

二、室内模型实验视频在《土力学》课程教学中的应用

本节以土的渗透破坏这一节为例，探讨室内模型实验视频在《土力学》课程教学中的应用。图1为土的渗透破坏实验装置示意图。实验装置主要部分为一个上端有溢流口的圆柱形直立有机玻璃圆筒，下部放置碎石，碎石上放有一块多孔滤网，滤网上放置颗粒级配均匀的细粉砂土。直立圆筒底部连接一储水器，储水器与气压源相连，用于施加压力。在图1的实验中，随着储水器中的压力不断增大，圆柱形直立有机玻璃圆筒中的细粉砂颗粒群逐渐发生悬浮、移动（流砂现象）。通过将该室内模型实验录制成视频并通过多媒体课件将视频展示给学生，引导学生发现视频中的实验现象，分析实验现象产生的原因，引出渗流力和渗透破坏的基本原理，激发了学生的学习热情，加深了学生对渗透破坏基本原理的理解，改善了课堂效果。

三、结论

基于室内模型实验视频的《土力学》基本理论教学方法既吸收了采用室内模型实验教学的优点，又在一定程度上改善了直接采用室内模型实验开展课程教学对课时、实验条件的依赖性。学生根据室内模型实验视频中反映出的工程问题，提出解决问题的方案，提炼出相关土力学问题的基本原理，不仅培养了学生的思维和创新能力，更调动了学生在学习过程中的积极性和主动性，有助于提高学生发现问题和自主学习的能力，使他们具有更为广阔的视野、扎实的专业基础以及工程实践能力。

参考文献

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作者简介：刘文化（1987-），男，博士，副教授，主要从事岩土工程与工程材料方面的教学与研究工作。

基金项目：江南大学本科教育教学改革研究项目（JG2017079）。