《土木工程材料》實驗教學(xué)改革
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摘要：在傳統(tǒng)的《土木工程材料》實驗教學(xué)中，演示性、驗證性實驗占據(jù)著主導(dǎo)地位。這兩種實驗教學(xué)方式，雖然是學(xué)生掌握專業(yè)基礎(chǔ)知識的重要途徑，但是不利于培養(yǎng)其應(yīng)用知識的能力和創(chuàng)新意識。然而，《土木工程材料》實驗的教學(xué)內(nèi)容相對固定，其教學(xué)改革更多應(yīng)當(dāng)從教學(xué)形式上著手，開放性、設(shè)計性實驗的引入，將傳統(tǒng)實驗教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行更新調(diào)整，采用開放性的實驗開設(shè)方案和綜合性的實驗?zāi)Ｊ?；并且在此基礎(chǔ)上同步優(yōu)化實驗教學(xué)資源配置，多管齊下以提高實驗教學(xué)質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：開放性實驗；土木工程；課程實驗；教學(xué)改革
1《土木工程材料》實驗課程的內(nèi)容組成
《土木工程材料》是在建工類專業(yè)中廣泛開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，其教學(xué)模式十分成熟，內(nèi)容體系也相對穩(wěn)定。通常，其實驗課程包含以下項目：一是材料的密度實驗，通常包括絕對密度、表觀密度和堆積密度三部分的測定。二是水泥的性能實驗，主要包括水泥的細(xì)度、密度測試；標(biāo)準(zhǔn)稠度水泥凈漿的制備；水泥的體積安定性測試；水泥膠砂強(qiáng)度測試等實驗項目。三是混凝土骨料實驗，主要包括砂的顆粒級配；石子骨料的顆粒級配及雜質(zhì)含量等內(nèi)容。四是混凝土配合比設(shè)計與校核，包括新拌混凝土和易性測試與混凝土抗壓強(qiáng)度測試。除上述四大類實驗之外，還可根據(jù)課時和專業(yè)性質(zhì)的不同開設(shè)砂漿類實驗、砌塊類實驗、鋼材類實驗和瀝青類實驗等項目。
2《土木工程材料》實驗教學(xué)的現(xiàn)狀分析
《土木工程材料》的教學(xué)包括理論與實驗兩大部分，理論課與大多數(shù)工學(xué)專業(yè)的基礎(chǔ)課程相同采用大班授課的教學(xué)模式而實驗課則采用了分組教學(xué)的模式。實驗課程體系主要依據(jù)各版本教材附帶的土木工程材料實驗指導(dǎo)書，結(jié)合不同專業(yè)的特點與課程內(nèi)容側(cè)重進(jìn)行制定。作為理論教學(xué)的重要補(bǔ)充，《土木工程材料》課程的實驗教學(xué)一直以注重學(xué)生的實際操作能力為首要任務(wù)，旨在讓學(xué)生通過實驗課程基本掌握基礎(chǔ)建筑材料實驗的操作方式與實驗儀器設(shè)備的使用方法。因此，目前在《土木工程材料》的實驗教學(xué)內(nèi)容當(dāng)中，較為基礎(chǔ)的驗證性、演示性實驗占據(jù)了較多課時，以重復(fù)訓(xùn)練來提高學(xué)生對實驗操作和儀器設(shè)備的熟悉程度，學(xué)生在實驗過程中的獨立思考較少，且消耗課時量相對較多。同時，對于儀器臺套數(shù)相對不足的高校，驗證性、演示性實驗和小班教學(xué)的結(jié)合就意味著多批次、簡單重復(fù)的實驗課程。對于開展實驗相對靠后的批次的學(xué)生而言，對實驗項目的新鮮度和對實驗項目的興趣都會在一定程度上減弱，不利于學(xué)生對專業(yè)知識的吸收，并且影射出教學(xué)資源合理公平配置的問題。實驗課程分組小班教學(xué)，是我國高校體系中公認(rèn)的合理形式，不管一所高校實驗室配置高低與否，儀器設(shè)備的種類是否齊全，數(shù)量多寡，都應(yīng)該摸索出適合自身的模式以解決實驗課程高質(zhì)量開展的問題。在當(dāng)前的實驗教學(xué)過程中，最突出的問題是簡單化、重復(fù)性的實驗內(nèi)容既難以持續(xù)引起學(xué)生的興趣，又無法讓學(xué)生得到充分的思維訓(xùn)練。教師在進(jìn)行實驗前的講解難以引起學(xué)生的足夠重視，費時費力且收效甚微。學(xué)生在聽講之后對于實驗操作的一些細(xì)節(jié)處理依然不能準(zhǔn)確領(lǐng)會。在實驗過程中，大多數(shù)學(xué)生依然停留在“依葫蘆畫瓢”的簡單模仿階段，對于實驗原理和實驗結(jié)果的分析思考明顯不足。在新工科和應(yīng)用型專業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的大背景下，建工類作為典型的工學(xué)專業(yè)，其課程改革迫在眉睫。隨著建筑工業(yè)的不斷發(fā)展，高校建工類專業(yè)的教學(xué)同樣與時俱進(jìn)、不斷革新。《土木工程材料》課程作為建工類專業(yè)較為早期開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，理應(yīng)在改革的過程走在前列，作為試點。以其實驗課教學(xué)為例，傳統(tǒng)的實驗項目需要保留，以保證學(xué)生對基礎(chǔ)知識的充分掌握；同時需結(jié)合當(dāng)下行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，在保持教學(xué)內(nèi)容體系相對穩(wěn)定的前提下突破局限性，對傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行開放性、設(shè)計性地再度開發(fā)。并結(jié)合建筑節(jié)能、綠色建筑、建筑材料質(zhì)量檢驗檢測等行業(yè)熱點，將基礎(chǔ)實驗組合為能夠完成特定行業(yè)工作的系列實驗；在實驗結(jié)果、待測樣本、實驗方案設(shè)計等方面引入開放性方案，提高學(xué)生的主關(guān)能動性和完成實驗內(nèi)容的難度，以達(dá)到深化教學(xué)內(nèi)涵，提高教學(xué)質(zhì)量的目的。
3開放性實驗教學(xué)的改革策略研究
開放性實驗簡單來說就是以任務(wù)為導(dǎo)向，將單個基礎(chǔ)實驗項目進(jìn)行有機(jī)組合，形成一個可以完成某一工程實踐的綜合性實驗任務(wù)；并通過變更實驗條件和結(jié)果要求等方式將其設(shè)計為開放性實驗。從而對傳統(tǒng)教學(xué)的模式和概念進(jìn)行打破，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，對于促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新思維和綜合應(yīng)用能力的發(fā)展意義重大。較為進(jìn)階的開放性實驗教學(xué)設(shè)計甚至可以在教學(xué)過程中，將應(yīng)用情境設(shè)定完善，由學(xué)生通過分析問題，提出自己的思路并自主設(shè)計實驗方案，從頭至尾完整解決工程問題。通過上述的實驗探索，將有助于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與研究意識、工程素養(yǎng)的建立；并在夯實基礎(chǔ)知識和技能的基礎(chǔ)上，加深對專業(yè)知識的理解，提高應(yīng)用能力。
3.1采用多元化實驗內(nèi)容教學(xué)的方式并將實驗課程與大學(xué)生科研以及學(xué)科競賽相結(jié)合
教師在《土木工程材料》的理論知識與實驗操作基礎(chǔ)進(jìn)行講解后，即可組織學(xué)生應(yīng)根據(jù)進(jìn)行開放性實驗的任務(wù)布置與方案設(shè)計，在對實驗任務(wù)進(jìn)行全面分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行實驗項目的組合，隨后進(jìn)行方案論證，確定可行的實驗流程。而實驗的任務(wù)的布置則可以跟目前高校第二課堂中進(jìn)行得如火如荼得大學(xué)生科研和各類學(xué)科競賽結(jié)合起來。在這個基礎(chǔ)上，結(jié)合教師的指導(dǎo)，對實驗方案進(jìn)行計劃，通過對實驗材料和實驗方法進(jìn)行檢驗，在實驗數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行實驗報告的撰寫。既在充分發(fā)揮學(xué)生得主觀能動性，又能對學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新思維的綜合訓(xùn)練。在開放性實驗的任務(wù)設(shè)置過程中，融入學(xué)科競賽的內(nèi)容，將第一課堂與第二課堂有機(jī)結(jié)合，提升了學(xué)生對專業(yè)課學(xué)習(xí)的積極性，又能使學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)知識的同時在賽事活動中有所斬獲。
3.2實驗室管理制度的優(yōu)化支撐
在引入開放性實驗的同時，為了保證實驗室的正常運行和管理規(guī)范，需要對實驗室管理制度進(jìn)行相應(yīng)的修訂與優(yōu)化。首先通過對實驗室的規(guī)章制度進(jìn)行規(guī)范，在當(dāng)前開放性實驗室的建設(shè)過程中，由于設(shè)備使用的頻率較高，為了提升實驗室的安全系數(shù)應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)土木工程制度的規(guī)范。通過進(jìn)行管理辦法、使用登記表以及各種實驗器材借用情況的完善，并帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行實驗室規(guī)范方法的學(xué)習(xí)，從而為實驗室的運行奠定基礎(chǔ)，通過推廣開放型制度對于其中出現(xiàn)的問題進(jìn)行修改，以此來促進(jìn)開放型實驗室的制度化和規(guī)范化。根據(jù)不同的課程進(jìn)行設(shè)置，在管理制度規(guī)范的基礎(chǔ)上促進(jìn)教學(xué)課程的順利進(jìn)行。在對管理制度進(jìn)行優(yōu)化的同時，對實驗內(nèi)容和實驗?zāi)Ｊ竭M(jìn)行更新，在實驗變革的基礎(chǔ)上促進(jìn)對于創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。在管理制度和相關(guān)體制變革的基礎(chǔ)上，促進(jìn)整體的發(fā)展。對于實驗室的人才培訓(xùn)制度、考核制度等相關(guān)管理制度也要進(jìn)行明確，確保整體改革工作的順利進(jìn)行。對當(dāng)前形勢下土木工程教學(xué)中的問題進(jìn)行調(diào)整和處理，從而促進(jìn)實驗室管理制度的優(yōu)化。
3.3實驗室開放模式的改革
在現(xiàn)階段開放性實驗室的設(shè)置中，對于一部分基礎(chǔ)性操作，應(yīng)該采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式進(jìn)行。通過對原理以及相關(guān)操作規(guī)范進(jìn)行講解，確保學(xué)生能夠盡快掌握相關(guān)土木工程的實驗方法。對于一部分設(shè)計性較強(qiáng)的土木工程試驗項目，可以采用開放式的教學(xué)方式進(jìn)行整體學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)，在滿足學(xué)生個性化發(fā)展的同時對學(xué)生的基礎(chǔ)進(jìn)行鞏固。在此基礎(chǔ)上可以進(jìn)行仿真開放實驗室的設(shè)置，通過對虛擬儀器進(jìn)行應(yīng)用，在傳統(tǒng)教學(xué)和虛擬教學(xué)相結(jié)合的同時使土木工程的學(xué)生能夠在網(wǎng)絡(luò)平臺中教學(xué)結(jié)合，從而促進(jìn)復(fù)雜實驗項目的完成。同時可以進(jìn)行第二課堂的建立，通過對土木工程教學(xué)課堂進(jìn)行創(chuàng)新建設(shè)，對學(xué)校的相關(guān)閑置實驗器材進(jìn)行建設(shè)，使學(xué)生能夠進(jìn)行自主實驗，以此來提升提后教學(xué)的效果和質(zhì)量。對于實驗教師來說，人員較少，應(yīng)進(jìn)行人員的招聘并進(jìn)行專項培訓(xùn)。隨后，對于這些培訓(xùn)人員進(jìn)行工作內(nèi)容的明確，對于在實驗過程中學(xué)生出現(xiàn)問題的狀況，進(jìn)行及時的解決和處理，在實驗進(jìn)行過程中，甚至可能會出現(xiàn)突發(fā)狀況，因此，要對人員的素質(zhì)進(jìn)行保障。
4開放性實驗教學(xué)改革探索總結(jié)
《土木工程材料》是一門內(nèi)容較為龐雜且隨著工程技術(shù)與行業(yè)發(fā)展不斷融入新材料、新技術(shù)的學(xué)科，教學(xué)內(nèi)容體系總體穩(wěn)定又相對靈活。學(xué)生的識記工作量較大，對各章節(jié)內(nèi)容之間的相關(guān)性與該門課程的整體掌握有一定困難。開放性實驗的引入可以在一定程度上解決這一問題，通過綜合性任務(wù)將課程的主干內(nèi)容串聯(lián)融合并結(jié)合工程實踐的實際情況，讓學(xué)生了解到自己所學(xué)知識究竟如何產(chǎn)生價值；既提高了學(xué)生的積極性和成就感，又切實將驗證性、演示性實驗融入了綜合性教學(xué)當(dāng)中，避免了簡單的重復(fù)。開放性實驗教學(xué)充分突出了學(xué)生在大學(xué)學(xué)習(xí)中的主體地位，教師更多作為實驗方案與實驗結(jié)論合理性的審核者和評估者，有利于充分利用教學(xué)資源，同時提升學(xué)生和教師的綜合素質(zhì)，杜絕“依葫蘆畫瓢”的復(fù)制模式。教師不再告訴學(xué)生應(yīng)該如何做，而是由學(xué)生自己決定如何利用現(xiàn)有實驗室資源解決問題。在此模式下，《土木工程材料》的實驗教學(xué)將拜托傳統(tǒng)的枯燥和重復(fù)，也對任課教師專業(yè)知識素養(yǎng)提出了新的要求，是新工科和建筑類專業(yè)“應(yīng)用型專業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展”大背景下十分值得貫徹且成效可期的教學(xué)改革模式。
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作者：文泉霖 胡利超 王俊燁 單位：內(nèi)江師范學(xué)院建筑工程學(xué)院
