國外土木工程材料實驗課教學特點及其對我國的啟示

高俊麗

摘要：通過介紹國外土木工程材料實驗課教學的經驗，并結合國內該課程實驗教學特點，文章探討了土木工程材料課程實驗教學改革，提出驗證性、綜合設計性和研究探索性三種實驗并存的教學模式，認為開放土木工程材料實驗室，建立完善的考核機制和及時更新實驗教學內容，這些措施能鍛煉學生獨立思考、主動實踐的能力，保證實驗效果，提高儀器設備的使用率，大力提升課程實驗教學水平。

關鍵詞：土木工程材料；實驗教學；綜合設計性；研究探索性；開放實驗室

中圖分類號：G6420；TU375文獻標志碼：A文章編號：10052909（2014）06005004土木工程材料實驗課是土建類專業的必修實驗課，也是一門實踐性和應用性都很強的實驗課程。目前，中國高校土木工程材料實驗教學中普遍存在內容多、課時少、學生多和實驗儀器少的現象。在這種情況下，如何保證教學質量，加強學生的動手能力，培養實踐能力強的建設人才，是土木工程材料實驗課教學改革的重要問題。在高等教育越來越國際化的趨勢下，通過借鑒國外高校的優秀經驗，提升中國高校土木工程材料實驗課教學水平，具有重要的現實意義。本文借鑒國外土木工程材料實驗課管理模型，分析國內土木工程實驗教學現狀，提出實驗教學改革具體措施，積極探索行之有效的實驗教學方法。

一、國外土木工程材料實驗教學的特點

（一）注重培養學生的獨立性

美國高校非常注重對學生獨立性的培養，在實驗過程中對學生的引導也很細致。教學過程中，他們將實驗教學分成三個階段：第一階段，實驗教師指導學生學習將要用到的實驗儀器，使學生掌握基本實驗技能和方法；第二階段，實驗教師通過引導和啟發的方式，指導學生利用已經掌握的基本知識和技能，制定最佳實驗方案；第三階段，學生根據制定好的實驗方案進行實驗，整個實驗過程中，實驗教師只在旁邊指點，以保證學生切實參與到實驗中。這種教學方式不僅能讓學生獨立思考、主動實踐，而且能保證實驗效果和實驗目的的實現[1]。美國和加拿大高校還注重綜合設計性實驗，他們每年定期舉辦混凝土船競賽。該競賽要求學生根據競賽題目的要求設計混凝土船，并要求50%以上的骨料需采用礦渣等廢棄材料，學生獨立完成混凝土船的計算分析、設計、制作等。這項活動不僅讓學生對混凝土所需基本材料性能有了清晰的認識，還提高了學生的動手操作能力和團隊合作能力[2]。

（二）建立開放式實驗室

德國漢堡大學實驗室全天向學生開放，有專業人員進行指導，并制定了嚴格的規章制度。實驗室中的儀器設備幾乎全用計算機控制，每個學生都有機會去學習操作各類儀器設備，且學生嚴格遵守各項規章制度。同時，他們的實驗課采用提問形式，教師和學生可以隨時互相提問，氣氛比較活躍。所提問題不僅涉及實驗課和理論課的內容，還涉及與之相關的拓展性知識。通過學生提問這種方式，培養了學生尋找和思考問題的能力，也有利于強化他們學習的深度和廣度，活躍學習氛圍，提高學生學習的積極性[3]。

（三）注重實驗結果分析

相對國內土木工程材料實驗課時偏少的情況，歐美國家高等學校實驗課時與理論課時的比例達到30%-40%，學生要花很多時間做實驗和寫報告。教師非常重視引導學生對實驗結果進行分析，這是國外實驗教學中非常值得借鑒的做法。教師引導學生思考如何準確獲取實驗參數，分析實驗現象，尤其重視對異常實驗結果的分析，幫助學生探求產生該現象的原因。

（四）注重實驗內容的更新

注重將最新的實驗方法、測試技術和儀器設備引進實驗教學中，實驗教師也積極主動地將科研成果轉化成實驗教學內容，按照更新的內容，及時修訂實驗指導書，讓學生及時了解、接觸新事物[4]。

二、國內土木工程材料實驗存在問題

目前，國內土木工程材料實驗課的教學質量和水平與國外大學相比還存在一定的差距，普遍存在重理論、輕實踐，重結果、輕過程的現象，這不利于培養學生的實踐能力和創新素質。歸納起來，國內土木工程材料實驗主要存在以下一些問題。

（一）實驗教學內容陳舊

土木工程材料實驗教學內容陳舊體現在兩個方面，一是實驗內容較為陳舊，教學內容沒有跟上時代發展的步伐。如僅有涉及黃砂、石子、水泥、鋼筋和混凝土等材料的基本性能實驗，沒有相關新材料、新理念、新技術的實驗。同時，由于缺乏交叉學科的學習，學生掌握的知識沒有深度和廣度，這在一定程度上影響了學生的學習興趣。二是實驗教學方式較為陳舊。由于受到實驗場地、教學經費等的限制，目前國內大多數高校土木工程材料實驗課仍以演示性、驗證性實驗為主，學生在教師的指導下按照實驗指導書要求被動地、機械地驗證所學理論，學生缺乏主動性和創新性。

（二）實驗教學考核機制不合理

盡管土木工程材料這門課是土木工程專業學生的必修課，學生只有完成了實驗課并取得了合格的成績，才能參加土木工程材料這門課的正式考試。但由于現有實驗條件的限制，學生分組人數較多，只有愿意學習的學生才會認真按照教師要求做實驗，其他學生則等著抄寫同組學生的實驗結果。學生實驗成績是依據學生實驗報告來評定的，同一組學生分數相差不多，實驗成績不能真實反映學生實驗的狀態，以致學生上實驗課積極性不高。

同時，受大環境影響，實驗教師工作未能得到應有重視，實驗教師工作熱情不高。實驗教師考核是一碗水端平，只要正常出勤，份內工作不出差錯，考勤就是滿分。但另一方面，高校制定的高級專業技術職務崗位考核制度，又明確提出高級實驗師崗位應具備一定的科研水平和能力，需要申請國家級項目或省部級項目，要在本學科核心期刊上發表較高水平的文章，這就導致實驗教師不得不將工作的重心轉移到科研上，以致輕視了實驗教學。

（三）實驗教學時間難以安排

土木工程材料課課時較少，部分高校實驗課是在課外完成的。而土木工程材料實驗內容繁多，實驗周期長。有些實驗需要學生多次前往實驗室，如混凝土性能實驗，初期需要制作混凝土試塊，放入養護室養護一天后拆模，繼續養護28天后，才能測定其抗壓強度，整個實驗完成下來，學生需要前往實驗室3次。同時，由于學生人數較多，所選課程不一樣，課外時間也不一致，這樣就較難協調統一課外時間，導致部分學生上課時間有沖突，影響實驗教學的正常進行[5]。

三、實驗教學改革的幾點做法

為了改變傳統土木工程材料實驗教學中存在的問題，有必要對現有實驗教學模式進行改革，以增加學生的積極性和創新性。

（一）構建多模式實驗教學體系

在扎實打好科學實驗基本功的基礎上，鼓勵學生進行創新。從原來僅有單一的驗證性實驗，逐步過渡到驗證性實驗、綜合設計性實驗、探索研究性實驗三種實驗同時開展[6]。

驗證性實驗主要是針對教學大綱要求的基本實驗，如水泥性能實驗、混凝土立方體抗壓強度實驗等。通過這些基礎實驗，加深學生對課本知識的理解，掌握儀器設備的操作技能。這些實驗可以先讓學生自己預習實驗視頻和實驗指導書，再在教師指導下完成，這些都是土木工程材料實驗課的基本功。

綜合設計性實驗則是驗證性實驗的進一步深入，如混凝土配合比設計實驗。實驗教師只需提供混凝土配合比的設計要求和實驗材料，學生可有多種設計方案，只要說明設計依據和原則即可。學生要想完成這個實驗，必須先將相關理論概念理解透徹，如基準配合比、砂率、水灰比等，以及這些概念在配合比設計中所起的作用。混凝土配合比實驗還要制作混凝土試塊，該試塊需要在標準養護室養護28天才能判斷其強度是否達到要求。如果不能達到抗壓強度要求，還需要調整混凝土配合比，再重新進行實驗。該實驗對里砂、石子、水泥等材料性能，以及這些材料之間的搭配關系要進行綜合考慮，這就要求學生在整個實驗過程中要將各方面因素考慮周全，學生之間須相互配合。通過綜合設計性實驗，能使學生更加直觀地理解各材料的性能，為今后的工作打下堅實的基礎。

研究創新性實驗可由實驗教師提供一些題目，學生也可自帶題目，實驗教師為學生提供技術指導等全方位服務。學生要熟悉國內外研究動態，選取自己感興趣的課題，通過自主學習、自主設計、自主實施，充分展示學生自身的專業綜合素質。這種實驗以實際研究課題中的實驗項目為內容，應引導學生參加實驗，使學生受到實際科研訓練。

通過這一系列的改革，不僅能讓學生掌握基本操作技能，也讓學生了解最新行業動態，錘煉科研能力。

（二）制定科學合理的考核體系

提高實驗課時與理論課時的比例，從原來僅在課外上實驗課，提高到實驗課時與理論課時比例達20%-30%。建立全面考核機制，考核內容涵蓋學生實驗選題、實驗方案、實驗過程、試驗報告和實驗結果等各個環節，每一項考核內容所占分值如圖1所示，對每一項考核內容要有具體評分標準。鼓勵學生在實驗中有所創新，對有創見的學生，成績可以適當提高。

每年對實驗教師進行國內外先進知識與技術的相關培訓，以保證實驗教師工作水平的不斷提高。在產學研項目的支持下，鼓勵實驗教師多與企業聯系，與建筑相關企業結對，建立長期穩定的生產實訓基地。引導實驗教師積極了解新建筑材料、新實驗方法、新理論等，并把實驗教師的培訓成績、與企業的結對情況、實驗創新等作為晉升和考核實驗教師的一項內容。只有教師能力提高了，才能最終保證教學質量。

（三）建立開放式實驗室

將土木工程材料實驗室建設為開放式實驗室。開放實驗室涉及實驗室資源的配置、實驗師資隊伍建設和科學規范的管理制度建設[7]。主要需要解決以下幾個問題。

第一，開放性實驗室允許學生在網上進行預約，預約成功后按照預約時間進行實驗。學生依據實驗教學要求，獨立設計實驗方案并獨立完成實驗。實驗教師負責審核學生設計的實驗方案，解答學生疑問，幫助學生克服實驗過程中遇到的困難，并隨時處理可能出現的突發事件。這一辦法能解決學生實驗課時沖突的問題。

第二，建立嚴格的規章制度。學生由于對儀器設備操作不熟悉，有時難免操作不規范，使實驗受到影響。因此除了有實驗教師在旁邊及時輔導外，還必須建立完整的規章制度并嚴格執行。

第三，鑒于實驗教師人員較少的情況，可對高年級優秀生或者研究生進行專項訓練，讓這些學生作為助教參與到開放實驗室的管理和教學指導工作中來，以切實保證教學質量。

開放實驗室為學生提供了一個自由開放的實驗環境，充分發揮了學生的主體作用，同時也使實驗室容量大幅度提高，也提高了實驗設備的使用率。

（四）及時更新實驗內容

根據學科發展和社會需求，及時開展對實驗教學內容的研究與更新，積極把科研成果轉化成實驗項目，力爭每年更新實驗項目數達到總實驗項目的4%。

四、結語

借鑒國外土木工程材料實驗教學經驗，為國內土木工程材料實驗課教學的推進提供決策依據，為制定人才培養方案提供理論和實踐依據。通過一系列的改革，旨在使土木工程材料實驗教學能幫助學生更好地掌握理論知識，并能靈活地運用，鍛煉學生的動手能力和獨立解決問題的能力。通過引導學生大量自主的學習，使學生對土木工程材料這門課有更加深入的認識，明白學好一門專業需要掌握綜合性的知識。

參考文獻：

[1]于文馨，李佩芝，程艷娟. 從美國大學工科實驗教學中獲得的啟示[J]. 吉林工學院學報，2002，23（2）：59-60.

[2]王勃，楊艷敏，郭靳時. 國外土木工程專業創新人才培養研究[J]. 東南大學學報：哲學社會科學版，2012（14）， 增刊：65-66.

[3]張洋. 借鑒國外經驗改進實驗教學[J]. 實驗室研究與探索，2002，21（6）：37-38.

[4]龍春陽.國外高校實驗教學改革的經驗、特點及啟示[J].實踐實驗教學2009（146）：137-138.

[5]丁鑄， 孫坤， 劉偉，等. 土木工程材料實驗教學組織與實施[J].實驗技術與管理，2008，25（1）：116-118，128.

[6]張春玉，陳勇，左敬巖，等.土木工程專業實驗教學改革與實踐[J].實驗技術與管理，2008，25（1）：116-118，128.

[7]胡焜， 柳艷杰. 土木工程專業實驗教學改革與學生素質培養的探討[J]. 山西建筑，2014，40（10）：268-269.