土木工程專業實驗教學改革與實踐研究

楊鳳等

摘要：

實驗教學是實施素質教育和創新型人才培養目標的重要教學環節。文章針對傳統實驗教學體系存在的問題，分析了其產生的原因，并基于培養學生的實踐能力和創新精神，在實驗教學內容的整合、實驗教學方法的改革以及新型實驗考核體系的建立等方面進行研究，提出了解決方案，建立了新型實驗教學體系。實踐證明，在新的實驗教學體系下，學生的動手能力，解決工程實際問題的能力明顯提高。

關鍵詞：教學體系； 教學模式；實驗教學內容；實驗考核體系

中圖分類號：G6420 文獻標志碼：A 文章編號：

10052909（2014）05011005

土木工程專業具有理論性強，實踐環節要求高的特點，而實驗教學是土木工程專業的重要組成部分。為了更好地迎合我國建筑行業的需要，提高學生的綜合素質，培養科學思維方式是土木工程專業實驗教學的主要發展方向。土木工程本科專業的主干實驗課程主要有材料力學、土木工程材料、土力學實驗、混凝土結構設計原理等。這些實驗課程不能形成獨立的實驗教學體系，驗證、單科性的實驗較多，綜合性、設計性、研究性的實驗內容少，實驗項目的設置和工程實踐結合不夠，未突出土木工程專業實驗教學的特點，不利于全面培養學生的實驗動手能力、綜合分析和解決問題能力[1]。因此，土木工程專業實驗教學體系改革是綜合性大學土木工程專業亟需解決的問題。

文章結合東華理工大學建筑工程學院土木工程實驗中心實際情況，分析實驗教學體系的現狀及存在的問題，對實驗教學體系進行改革。實踐證明，在新的實驗教學體系下，學生的動手能力，解決工程實際問題的能力明顯提高。

一、傳統實驗課程教學體系存在的問題

土木工程專業實驗教學是培養學生掌握基本科學實驗方法與技能，提高科學素質、動手能力與創新能力的主要手段之一，在培養創新人才中有著不可替代的作用。分析東華理工大學建筑工程學院土木工程實驗中心現狀，主要存在以下3個方面的問題。

（一）實驗項目與理論課聯系緊密，實驗內容交叉重復，缺乏實驗課程之間的關聯性

目前，大多數高等院校土木工程專業開設的實驗項目都穿插在理論課程中，相互之間缺乏關聯性，實驗形式單一，實驗內容陳舊，相關實驗分離。另外，由于傳統的實驗內容是理論課部分章節所涉及的單個實驗項目的內容，缺乏多學科性、多知識性、探索性以及開發性。學生只圍繞著一個個獨立的知識點做實驗，缺乏全過程的了解，有的實驗項目存在嚴重的重復現象。例如：土木工程材料、土力學與地基基礎的實驗項目內容都涉及顆粒分析實驗、土的密度實驗、含水率實驗等，土木工程材料、材料力學、混凝土結構設計原理等實驗項目內容都涉及鋼筋和混凝土等材料性質[2]。

另外，實驗課時偏少，特別是單獨的實驗課程開設比例偏低，不利于提高學生的工程實踐意識[3]。表1列出了2011版東華理工大學土木工程專業實踐教學計劃，從表1中可看出，大部分專業核心課的實驗學時數占課程的總學時比例偏低，如材料力學實驗占總學時比例為11%，土木工程材料為15%，結構力學為7%。這與歐美國家高等院校的30%～40%相比，差距很大，與其他兄弟院校20%的比例也有一定的差距。

（二）教學方法單一，驗證性、演示性試驗過多

大多數高等院校設置實驗課的內容比較陳舊，實驗條件差，驗證性、演示性實驗過多，且實驗教學中進行了理想化假設，與工程實際脫節。另外，由于大多數驗證性、演示性實驗都編有相應的實驗指導書，實驗時按照指導書上列出的實驗目的、實驗內容、實驗步驟操作即可。在實驗教學過程中教師的教學方法多為灌輸式，與學生之間缺少互動，學生動手操作機會較少，限制了學生發現問題和解決問題的研究空間以及學生的自主性和創新性的充分發揮[3]。

表1 2011版東華理工大學土木工程專業實踐教學計劃

（三）傳統的實驗成績評定過于單一、主觀性過強

實驗教學考核目的是檢查教學和實驗的效果，考核具有直觀性、實踐性、綜合性和創新性。然而在東華理工大學建筑工程學院實驗成績不單獨考核，往往是學生只要參加就有成績，實驗成績只要及格，就可以參加理論考試的平時成績評定，但是平時成績往往沒有實驗成績這一部分，有的課程總成績即使有實驗成績，但所占的比例也非常小。因此，實驗成績的作用即是調節課程及格率。其考核系統不能真正反映學生的實際表現，缺乏公平性。

二、 產生原因

土木工程專業是高校中理論性和實踐性都很強的專業之一，它不僅要求學生具有扎實的力學理論知識，還需具備很強的工程實踐能力。在實驗教學過程中，如何提高學生的工程實踐能力是高等工科院校土木工程專業面臨的一個重要課題。然而針對目前土木工程專業實驗課程教學現狀

，主要存在兩方面問題[4]。

一方面表現為實驗教學得不到應有的重視，教師的積極性不高。實驗教學從屬于理論教學，是理論結果的驗證和演示，是課程教學的輔助和補充。學校給予實驗員的待遇也相對較低，再者有些高等院校實驗員人數偏少，教學任務繁重，例如：東華理工大學土木工程實驗中心南昌、撫州兩個校區僅擁有專職實驗員2名，大部分實驗課都是由這2名實驗員完成，偶爾由專業課教師兼職輔助上實驗課。實驗室管理人員沒有得到應有的重視，其工作的積極性不高，尤其是本科實驗教學方面，實驗管理人員更愿意將工作重心放在科研課題上。

另一方面實驗條件較差，學生的學習積極性不高。由于實驗室面積和實驗經費的原因，實驗儀器設備陳舊，臺套數偏少，即使有些院校購買了新設備，學院也沒有充分考慮教學方面，而是重點考慮科研設備。實驗條件偏差，導致實驗課開出率有時達不到100%，甚至做培養計劃時，考慮到設備問題，有些必要的實驗項目被取消。因此，大多數高等院校開設的實驗課時偏少，特別是單獨的實驗課程開設比例偏低，學時偏少，而且實驗項目與理論課聯系緊密，實驗內容交叉重復，缺乏實驗課程之間的關聯性。endprint

三、解決方案

文章依據本校建筑工程學院土木工程專業教學體系存在的主要問題，對其進行改革，提出解決方案。

（一）實驗教學內容的整合，新教學大綱的編制

筆者依托“土木工程專業實驗課程教學改革與實踐的研究”江西省教改項目，課題組成員對教學內容進行了整合及歸類，構建了新的土木工程實驗課程體系圖（圖1）。依托新教學體系編制新的實驗教學大綱與實驗教材，保證實驗項目數量和學時數。學生在學習過程中，掌握必要的實驗方法，基本實驗設備的操作技能，正確分析實驗結果，培養學生嚴謹的科學作風。整合后的土木工程實驗課程教學體系，要求學生掌握的以下三個基本內容。

（1）基本知識和基本技能：掌握經緯儀、水準儀、砂漿攪拌儀等儀器、設備基本使用方法，以及制作砂漿、混凝土試塊等基本技能?；谡鎸嵐こ糖榫埃煜すこ淘囼灅藴省?/p>

（2）開放性實驗：掌握設計測繪方案、混凝土配合比設計等綜合型、設計型實驗。鼓勵學生參與實際工程檢測，熟悉工程案例，具備實驗方案設計能力，應用專業知識解決工程實際問題的能力。

（3）創新性實驗：結合課外科技競賽、大學生實踐創新項目、教師科研項目，初步培養學生的科研能力。

圖1 土木工程實驗課程教學體系框架

（二）實驗教學方法的改革

實驗教學是實施素質教育的重要環節，更具直觀性、實踐性、綜合性、創造性。基于傳統實驗教學方法，對其進行改革[5]。

1.利用現代化教學手段，豐富教學內容

由于土木工程實驗具有周期長，耗材量大，部分實驗危險性大的特點，導致大多數高校采取教師演示，學生跟著重復練習的教學模式。對多媒體教學手段利用相對較少，不能滿足對學生動手能力、創新能力培養的要求。利用多媒體教學可改善教學效果。例如，教師提前制作和收集相關的實驗動畫和錄像，通過課堂播放，引導學生觀察實驗現象。另外，開發計算機模擬實驗軟件，可以展現相應的實驗效果動畫，生動再現土木工程實驗過程中的性能變化。這些動畫和錄像具有逼真、生動、多次反復利用等優點，節省時間，又可達到預期實驗效果，實驗課堂在時間和空間上都得到有效延展。

2. 開放式實驗室教學

有些學生在高質量、高效率完成必修實驗教學任務后，如對進一步的實驗研究有興趣，可以在規定時間內，進行開放式實驗教學管理。將開放式教學模式應用于土木工程實驗室。圖2顯示部分學生在實驗室獨立完成實驗。通過研究發現這種教學方法滿足了學生求知、探索和創新的欲望，對學生的動手能力有極大的提高。

圖2 學生在現場動手做實驗

（三）新型實驗考核體系的建立

針對東華理工大學建筑工程學院考核系統不能真正反映學生的真實表現，缺乏公平性等問題，提出能全面反映學生學習水平的新型實驗考核體系，改革后的考核測評體系如表2所示[6]。

表2 實驗教學考核測評體系

四、結語

文章結合東華理工大學建筑工程學院土木工程實驗中心實際情況，分析了傳統實驗課程教學體系存在的問題及產生原因，并在實驗教學內容整合、實驗教學大綱和實驗教材編排、實驗教學方法改革、實驗考核體系建立等方面提出解決方案。實踐證明，在新的實驗教學體系下，學生的動手能力、解決工程實際問題的能力明顯提高。

參考文獻：

[1]陳友蘭，譚菊香.土木工程專業《結構試驗》課實驗教學改革探討[J].長沙鐵道學院學報：社會科學版，2006，7（2）：75-76；

[2]龔平，湯蓉.土木工程專業實驗教學的現狀分析與創新構想[J].中國科教創新導刊，2009（29）：15.

[3]陳奕柏，楊東全，韓建剛，等.地方高校土木工程專業實驗教學內容體系改革實踐[J].高等建筑教育，2013，22（1）：138-140.

[4]賴震環.土木工程實驗教學改革與實踐.實驗室研究與探索[J].2010，29（11）：319-321.

[5]楊艷敏.構建地方高校土木工程專業結構實驗教學模式[J].實驗室研究與探索，2008，27（10）：122-124.

[6]馬雪云.基于學生能力培養的動物生物學實驗考核體系建設[J].高等教育研究，2008，25（4）：62-64.

Experimentation teaching reform and practice of civil engineering specialty

YANG Fenga， LIU Junb， GAO Jinhea， LIN Sirena

（a.School of Civil Engineering； b.School of Nuclear Engineering and Geophysics， East China Institute of Technology， Nanchang 330013， P. R. China）

Abstract：

Experimental teaching is an important part of the teaching step in the implementation of quality education and in the cultivation of innovative talents. Due to the problems existed in traditional experimental teaching system， analyzed the reason in this paper. In order to cultivate students practical ability and innovative spirit， experimental teaching contents were organized，except that，the research was conducted on aspects of the reform of experimental teaching mode， the establishment of a new experimental evaluation system， etc. Based on the research， solutions were proposed to establish a new experimental teaching system. Practice proved that new experimental teaching system can improve students capability of operating and solving the practical engineering problems.

Keywords： teaching system； teaching mode； experimental teaching contents； experimental evaluation system

（編輯 周 沫）endprint

三、解決方案

文章依據本校建筑工程學院土木工程專業教學體系存在的主要問題，對其進行改革，提出解決方案。

（一）實驗教學內容的整合，新教學大綱的編制

筆者依托“土木工程專業實驗課程教學改革與實踐的研究”江西省教改項目，課題組成員對教學內容進行了整合及歸類，構建了新的土木工程實驗課程體系圖（圖1）。依托新教學體系編制新的實驗教學大綱與實驗教材，保證實驗項目數量和學時數。學生在學習過程中，掌握必要的實驗方法，基本實驗設備的操作技能，正確分析實驗結果，培養學生嚴謹的科學作風。整合后的土木工程實驗課程教學體系，要求學生掌握的以下三個基本內容。

（1）基本知識和基本技能：掌握經緯儀、水準儀、砂漿攪拌儀等儀器、設備基本使用方法，以及制作砂漿、混凝土試塊等基本技能?；谡鎸嵐こ糖榫?，熟悉工程試驗標準。

（2）開放性實驗：掌握設計測繪方案、混凝土配合比設計等綜合型、設計型實驗。鼓勵學生參與實際工程檢測，熟悉工程案例，具備實驗方案設計能力，應用專業知識解決工程實際問題的能力。

（3）創新性實驗：結合課外科技競賽、大學生實踐創新項目、教師科研項目，初步培養學生的科研能力。

圖1 土木工程實驗課程教學體系框架

（二）實驗教學方法的改革

實驗教學是實施素質教育的重要環節，更具直觀性、實踐性、綜合性、創造性。基于傳統實驗教學方法，對其進行改革[5]。

1.利用現代化教學手段，豐富教學內容

由于土木工程實驗具有周期長，耗材量大，部分實驗危險性大的特點，導致大多數高校采取教師演示，學生跟著重復練習的教學模式。對多媒體教學手段利用相對較少，不能滿足對學生動手能力、創新能力培養的要求。利用多媒體教學可改善教學效果。例如，教師提前制作和收集相關的實驗動畫和錄像，通過課堂播放，引導學生觀察實驗現象。另外，開發計算機模擬實驗軟件，可以展現相應的實驗效果動畫，生動再現土木工程實驗過程中的性能變化。這些動畫和錄像具有逼真、生動、多次反復利用等優點，節省時間，又可達到預期實驗效果，實驗課堂在時間和空間上都得到有效延展。

2. 開放式實驗室教學

有些學生在高質量、高效率完成必修實驗教學任務后，如對進一步的實驗研究有興趣，可以在規定時間內，進行開放式實驗教學管理。將開放式教學模式應用于土木工程實驗室。圖2顯示部分學生在實驗室獨立完成實驗。通過研究發現這種教學方法滿足了學生求知、探索和創新的欲望，對學生的動手能力有極大的提高。

圖2 學生在現場動手做實驗

（三）新型實驗考核體系的建立

針對東華理工大學建筑工程學院考核系統不能真正反映學生的真實表現，缺乏公平性等問題，提出能全面反映學生學習水平的新型實驗考核體系，改革后的考核測評體系如表2所示[6]。

表2 實驗教學考核測評體系

四、結語

文章結合東華理工大學建筑工程學院土木工程實驗中心實際情況，分析了傳統實驗課程教學體系存在的問題及產生原因，并在實驗教學內容整合、實驗教學大綱和實驗教材編排、實驗教學方法改革、實驗考核體系建立等方面提出解決方案。實踐證明，在新的實驗教學體系下，學生的動手能力、解決工程實際問題的能力明顯提高。

參考文獻：

[1]陳友蘭，譚菊香.土木工程專業《結構試驗》課實驗教學改革探討[J].長沙鐵道學院學報：社會科學版，2006，7（2）：75-76；

[2]龔平，湯蓉.土木工程專業實驗教學的現狀分析與創新構想[J].中國科教創新導刊，2009（29）：15.

[3]陳奕柏，楊東全，韓建剛，等.地方高校土木工程專業實驗教學內容體系改革實踐[J].高等建筑教育，2013，22（1）：138-140.

[4]賴震環.土木工程實驗教學改革與實踐.實驗室研究與探索[J].2010，29（11）：319-321.

[5]楊艷敏.構建地方高校土木工程專業結構實驗教學模式[J].實驗室研究與探索，2008，27（10）：122-124.

[6]馬雪云.基于學生能力培養的動物生物學實驗考核體系建設[J].高等教育研究，2008，25（4）：62-64.

Experimentation teaching reform and practice of civil engineering specialty

YANG Fenga， LIU Junb， GAO Jinhea， LIN Sirena

（a.School of Civil Engineering； b.School of Nuclear Engineering and Geophysics， East China Institute of Technology， Nanchang 330013， P. R. China）

Abstract：

Experimental teaching is an important part of the teaching step in the implementation of quality education and in the cultivation of innovative talents. Due to the problems existed in traditional experimental teaching system， analyzed the reason in this paper. In order to cultivate students practical ability and innovative spirit， experimental teaching contents were organized，except that，the research was conducted on aspects of the reform of experimental teaching mode， the establishment of a new experimental evaluation system， etc. Based on the research， solutions were proposed to establish a new experimental teaching system. Practice proved that new experimental teaching system can improve students capability of operating and solving the practical engineering problems.

Keywords： teaching system； teaching mode； experimental teaching contents； experimental evaluation system

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三、解決方案

文章依據本校建筑工程學院土木工程專業教學體系存在的主要問題，對其進行改革，提出解決方案。

（一）實驗教學內容的整合，新教學大綱的編制

筆者依托“土木工程專業實驗課程教學改革與實踐的研究”江西省教改項目，課題組成員對教學內容進行了整合及歸類，構建了新的土木工程實驗課程體系圖（圖1）。依托新教學體系編制新的實驗教學大綱與實驗教材，保證實驗項目數量和學時數。學生在學習過程中，掌握必要的實驗方法，基本實驗設備的操作技能，正確分析實驗結果，培養學生嚴謹的科學作風。整合后的土木工程實驗課程教學體系，要求學生掌握的以下三個基本內容。

（1）基本知識和基本技能：掌握經緯儀、水準儀、砂漿攪拌儀等儀器、設備基本使用方法，以及制作砂漿、混凝土試塊等基本技能?；谡鎸嵐こ糖榫?，熟悉工程試驗標準。

（2）開放性實驗：掌握設計測繪方案、混凝土配合比設計等綜合型、設計型實驗。鼓勵學生參與實際工程檢測，熟悉工程案例，具備實驗方案設計能力，應用專業知識解決工程實際問題的能力。

（3）創新性實驗：結合課外科技競賽、大學生實踐創新項目、教師科研項目，初步培養學生的科研能力。

圖1 土木工程實驗課程教學體系框架

（二）實驗教學方法的改革

實驗教學是實施素質教育的重要環節，更具直觀性、實踐性、綜合性、創造性?；趥鹘y實驗教學方法，對其進行改革[5]。

1.利用現代化教學手段，豐富教學內容

由于土木工程實驗具有周期長，耗材量大，部分實驗危險性大的特點，導致大多數高校采取教師演示，學生跟著重復練習的教學模式。對多媒體教學手段利用相對較少，不能滿足對學生動手能力、創新能力培養的要求。利用多媒體教學可改善教學效果。例如，教師提前制作和收集相關的實驗動畫和錄像，通過課堂播放，引導學生觀察實驗現象。另外，開發計算機模擬實驗軟件，可以展現相應的實驗效果動畫，生動再現土木工程實驗過程中的性能變化。這些動畫和錄像具有逼真、生動、多次反復利用等優點，節省時間，又可達到預期實驗效果，實驗課堂在時間和空間上都得到有效延展。

2. 開放式實驗室教學

有些學生在高質量、高效率完成必修實驗教學任務后，如對進一步的實驗研究有興趣，可以在規定時間內，進行開放式實驗教學管理。將開放式教學模式應用于土木工程實驗室。圖2顯示部分學生在實驗室獨立完成實驗。通過研究發現這種教學方法滿足了學生求知、探索和創新的欲望，對學生的動手能力有極大的提高。

圖2 學生在現場動手做實驗

（三）新型實驗考核體系的建立

針對東華理工大學建筑工程學院考核系統不能真正反映學生的真實表現，缺乏公平性等問題，提出能全面反映學生學習水平的新型實驗考核體系，改革后的考核測評體系如表2所示[6]。

表2 實驗教學考核測評體系

四、結語

文章結合東華理工大學建筑工程學院土木工程實驗中心實際情況，分析了傳統實驗課程教學體系存在的問題及產生原因，并在實驗教學內容整合、實驗教學大綱和實驗教材編排、實驗教學方法改革、實驗考核體系建立等方面提出解決方案。實踐證明，在新的實驗教學體系下，學生的動手能力、解決工程實際問題的能力明顯提高。

參考文獻：

[1]陳友蘭，譚菊香.土木工程專業《結構試驗》課實驗教學改革探討[J].長沙鐵道學院學報：社會科學版，2006，7（2）：75-76；

[2]龔平，湯蓉.土木工程專業實驗教學的現狀分析與創新構想[J].中國科教創新導刊，2009（29）：15.

[3]陳奕柏，楊東全，韓建剛，等.地方高校土木工程專業實驗教學內容體系改革實踐[J].高等建筑教育，2013，22（1）：138-140.

[4]賴震環.土木工程實驗教學改革與實踐.實驗室研究與探索[J].2010，29（11）：319-321.

[5]楊艷敏.構建地方高校土木工程專業結構實驗教學模式[J].實驗室研究與探索，2008，27（10）：122-124.

[6]馬雪云.基于學生能力培養的動物生物學實驗考核體系建設[J].高等教育研究，2008，25（4）：62-64.

Experimentation teaching reform and practice of civil engineering specialty

YANG Fenga， LIU Junb， GAO Jinhea， LIN Sirena

（a.School of Civil Engineering； b.School of Nuclear Engineering and Geophysics， East China Institute of Technology， Nanchang 330013， P. R. China）

Abstract：

Experimental teaching is an important part of the teaching step in the implementation of quality education and in the cultivation of innovative talents. Due to the problems existed in traditional experimental teaching system， analyzed the reason in this paper. In order to cultivate students practical ability and innovative spirit， experimental teaching contents were organized，except that，the research was conducted on aspects of the reform of experimental teaching mode， the establishment of a new experimental evaluation system， etc. Based on the research， solutions were proposed to establish a new experimental teaching system. Practice proved that new experimental teaching system can improve students capability of operating and solving the practical engineering problems.

Keywords： teaching system； teaching mode； experimental teaching contents； experimental evaluation system

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