基于開放性實(shí)驗(yàn)的《土木工程材料》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革實(shí)踐

傅博+程臻赟

摘要：傳統(tǒng)土木工程材料課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)以演示性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，實(shí)驗(yàn)枯燥乏味，學(xué)生積極性差。通過課程改革研究，嘗試將開放性實(shí)驗(yàn)理論應(yīng)用于土木工程實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、評(píng)價(jià)方式和開放性實(shí)驗(yàn)室建設(shè)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，結(jié)果表明開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以有效開發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，拓寬知識(shí)面。

關(guān)鍵詞：土木工程材料實(shí)驗(yàn)；開放性實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）33-0105-03

《土木工程材料》作為土木工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，在各院校的土木工程、建筑學(xué)、建筑設(shè)計(jì)、交通工程、工程管理等土木與建筑類專業(yè)中均有開設(shè)。《土木工程材料》課程主要介紹土木工程中常用的土木工程材料的基本組成、材料性能、質(zhì)量要求、檢測(cè)方法，內(nèi)容包括無機(jī)氣硬性膠凝材料、水泥、砂漿、混凝土、砌筑材料和屋面材料、鋼材、合成高分子材料、瀝青材料、木材、絕熱材料、吸聲材料與隔聲材料、裝飾材料、新型防水材料、防火材料等。土木工程材料在土木工程建設(shè)中的地位突出，是目前建筑領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。并且《土木工程材料》課程是土木類專業(yè)學(xué)生本科階段所能接觸到的唯一一門針對(duì)工程材料的課程。學(xué)生通過學(xué)習(xí)《土木工程課程》課程，一方面可以學(xué)習(xí)和了解土木工程建設(shè)領(lǐng)域涉及的工程材料基本性能、檢測(cè)指標(biāo)及測(cè)試方法，為學(xué)生以后的工作奠定學(xué)科基礎(chǔ)；另一方面通過對(duì)工程新型材料的學(xué)習(xí)，可奠定從事建筑材料相關(guān)科學(xué)研究的基礎(chǔ)，有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的訓(xùn)練。

土木工程材料課程實(shí)驗(yàn)在《土木工程材料》課程中占用課時(shí)較多，是課程學(xué)習(xí)的重要輔助手段。其實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的主要是使學(xué)生熟悉土木工程材料性能測(cè)試的基本方法和相關(guān)的測(cè)試設(shè)備，提升學(xué)生實(shí)踐實(shí)訓(xùn)能力；針對(duì)具體材料能夠按照相關(guān)的國家、行業(yè)、地方標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程進(jìn)行材料質(zhì)量檢測(cè)；培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)?zāi)芰退剑岣邔W(xué)生獨(dú)立分析和解決問題的能力[1]。由于課程學(xué)時(shí)等因素的限制，目前“土木工程材料”實(shí)驗(yàn)教學(xué)大多還是僅針對(duì)基本測(cè)試儀器的使用方法，學(xué)生單個(gè)基本實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練[2]。一些先進(jìn)材料相關(guān)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容都無法在正常課時(shí)內(nèi)安排。基于這一現(xiàn)狀，筆者申報(bào)了北方民族大學(xué)教學(xué)改革研究項(xiàng)目“土木工程材料課程創(chuàng)新性改革與實(shí)踐研究”并獲立項(xiàng)支持。項(xiàng)目嘗試開展土木工程材料開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)。引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)課堂所學(xué)結(jié)合個(gè)人興趣自擬題目，編寫實(shí)驗(yàn)計(jì)劃書，并在老師的指導(dǎo)下利用業(yè)余時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這樣既滿足了土木專業(yè)課程教學(xué)的基本需求，又充分利用現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)手段和實(shí)驗(yàn)技術(shù)，強(qiáng)化了對(duì)新型材料及重要材料的測(cè)試技術(shù)的學(xué)習(xí)，豐富了材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系及內(nèi)容[3]。側(cè)重學(xué)生獨(dú)立實(shí)踐能力、提出問題并分析解決問題能力的培養(yǎng)，體現(xiàn)了我國高等教學(xué)改革的目標(biāo)要求。

一、傳統(tǒng)土木工程材料課程實(shí)驗(yàn)組成

各高校《土木工程材料》課程實(shí)驗(yàn)占用學(xué)時(shí)基本在16學(xué)時(shí)左右。主要由8個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目組成，分別是：密度實(shí)驗(yàn)（真實(shí)密度、表觀密度、堆積密度）；水泥性能實(shí)驗(yàn)（水泥細(xì)度、水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、初、終凝結(jié)時(shí)間、安定性、膠砂強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)）；混凝土用砂石實(shí)驗(yàn)（密度、針片狀含量、壓碎指標(biāo)、篩分析實(shí)驗(yàn)）；混凝土和易性及強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)；建筑砂漿實(shí)驗(yàn)（砂漿沉入度、分層度、強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)）；普通燒結(jié)多孔磚實(shí)驗(yàn)（標(biāo)準(zhǔn)尺寸、強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)）；瀝青實(shí)驗(yàn)（針入度、延度、軟化點(diǎn)實(shí)驗(yàn)）；鋼材實(shí)驗(yàn)。重點(diǎn)圍繞土木工程材料相關(guān)的材料性質(zhì)、制樣方法、設(shè)備使用方法和結(jié)果處理等方面的知識(shí)普及展開實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

二、課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題

當(dāng)前各高校使用的《土木工程材料》教材都附錄了土木工程材料實(shí)驗(yàn)或者配套編寫了《土木工程材料實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》。所開設(shè)的實(shí)驗(yàn)依附于理論教學(xué)，教學(xué)重點(diǎn)圍繞在對(duì)理論知識(shí)的驗(yàn)證和實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練。具體現(xiàn)狀和問題集中在以下幾個(gè)方面：

1.《土木工程材料》課程以理論教學(xué)為主，實(shí)驗(yàn)教學(xué)僅作為輔助手段。理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)銜接不夠，學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)過程的理解較為抽象、片面。這樣的教學(xué)很難對(duì)學(xué)生以后的工作起到幫助。

2.由于學(xué)時(shí)及實(shí)驗(yàn)設(shè)備臺(tái)套數(shù)所限，實(shí)驗(yàn)教學(xué)往往都是大班或者大組進(jìn)行，無法保證讓每個(gè)學(xué)生都能親自操作設(shè)備。或者是小組成員各司其職，每個(gè)人只負(fù)責(zé)某個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)驗(yàn)工作，難以掌握實(shí)驗(yàn)整個(gè)過程。問題更為突出的是老師通常是集中整班對(duì)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行講解，很多學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)思想不重視，認(rèn)為設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，容易操作，根本不聽老師講解，結(jié)果最后無法正確處理細(xì)節(jié)，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)草草收?qǐng)觥＿€有部分學(xué)生雖然認(rèn)真聽了老師講解，了解了儀器操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟，但實(shí)際上并不清楚實(shí)驗(yàn)的具體目的和用途，機(jī)械地照搬實(shí)驗(yàn)任務(wù)指導(dǎo)書上的實(shí)驗(yàn)過程和步驟，按照流程完成既定實(shí)驗(yàn)，缺乏對(duì)實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)過程的深入認(rèn)識(shí)和思考。

3.雖然我國《土木工程材料》課程已開設(shè)多年，教學(xué)內(nèi)容也在不斷豐富更新。但與快速發(fā)展的材料技術(shù)相比，課程的教學(xué)內(nèi)容仍顯傳統(tǒng)、老套，不符合土木工程材料行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀。例如隨著社會(huì)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展所帶來的環(huán)境負(fù)荷日益加重，人們對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)不斷加強(qiáng)，提倡綠色環(huán)保建材，類似于粘土磚一類的墻材逐漸被各種新型墻材替代，然而我們的實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍然圍繞粘土磚進(jìn)行，沒有進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的更新。再比如隨著建筑技術(shù)的發(fā)展，對(duì)建筑質(zhì)量的要求越來越高，要求建筑材料具有良好的使用壽命，特別是建筑材料的耐久性、耐候性方面。所以，現(xiàn)代土木工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)除了對(duì)水泥、混凝土等材料進(jìn)行基本的工作性、強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)以外，還應(yīng)額外增加一些新的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，來適應(yīng)時(shí)代的需求和發(fā)展。

4.實(shí)驗(yàn)缺乏創(chuàng)新性。傳統(tǒng)的土木工程材料實(shí)驗(yàn)都是以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，按照既有實(shí)驗(yàn)流程展開。缺乏對(duì)學(xué)生自主實(shí)踐能力、科研能力以及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

三、基于開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革探索

開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)指的是在時(shí)間、空間和教學(xué)內(nèi)容上完全對(duì)學(xué)生開放，打破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的課堂教學(xué)時(shí)空概念，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生掌握基本知識(shí)、基本技能。開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的良好思維和創(chuàng)新能力。實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生不斷創(chuàng)設(shè)新的問題情境，從問題的提出到尋求解決的思路、方法和設(shè)想，都是獨(dú)立完成，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的探索中發(fā)現(xiàn)新事物、追求新知識(shí)，發(fā)展演繹能力和分析想象能力，由此提高概括能力和歸納推理能力，在實(shí)踐中應(yīng)用已學(xué)過的內(nèi)容，有利于夯實(shí)基本技能，深化對(duì)知識(shí)的理解[4]。課題所進(jìn)行土木工程材料開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索主要圍繞開放性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、開放性實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、課程評(píng)價(jià)方式三個(gè)方面展開。

（一）結(jié)合科研、工程實(shí)踐以及學(xué)科競(jìng)賽的多元化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容改革

學(xué)生在完成《土木工程材料》相應(yīng)章節(jié)的理論學(xué)習(xí)并完成原有課程實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，要求并鼓勵(lì)學(xué)生參與開放性實(shí)驗(yàn)。科研、工程實(shí)踐類開放性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是老師根據(jù)工程實(shí)際問題及相關(guān)內(nèi)容的科研前沿問題提出實(shí)驗(yàn)題目，假設(shè)情景并提出需要解決的問題。或者是學(xué)生根據(jù)自己的個(gè)人興趣結(jié)合參與教師的科研項(xiàng)目，自主提出的實(shí)驗(yàn)題目。在老師的指導(dǎo)下完成并細(xì)化實(shí)驗(yàn)方案，按照既定的實(shí)驗(yàn)方案開展實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括：選擇實(shí)驗(yàn)原材料、確定實(shí)驗(yàn)方法，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這種形式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠幫助學(xué)生發(fā)揮主觀能動(dòng)性，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新思維，強(qiáng)化學(xué)生的綜合素養(yǎng)。以參加學(xué)科競(jìng)賽為目的的開放性實(shí)驗(yàn)主要包括綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。目前，全國性的土木工程材料類學(xué)科競(jìng)賽主要有兩個(gè)，一是“全國大學(xué)生混凝土材料設(shè)計(jì)大賽”，大賽從2010年開始舉辦，每兩年舉辦一次，面向全國各高校大學(xué)生，由教育部無機(jī)非金屬材料專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)、中國混凝土與水泥制品協(xié)會(huì)教育與人力資源委員會(huì)、全國高等學(xué)校建筑材料學(xué)科研究會(huì)共同主辦。大賽期間，大賽通過理論作業(yè)和實(shí)踐操作的方式，從混凝土原材料、配合比設(shè)計(jì)、混凝土測(cè)試方法以及對(duì)特殊混凝土特點(diǎn)和配置技術(shù)方面設(shè)置賽題。二是全國混凝土設(shè)計(jì)大賽，大賽從2010年開始舉辦，每年舉辦一次，由中國混凝土與水泥制品協(xié)會(huì)主辦，邀請(qǐng)各地混凝土生產(chǎn)龍頭企業(yè)、高等院校參加。相關(guān)學(xué)科競(jìng)賽的舉辦有利于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高了學(xué)習(xí)興趣，有利于混凝土行業(yè)創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)。

（二）開放性實(shí)驗(yàn)考評(píng)方式探索

要保證開放性實(shí)驗(yàn)作用效果，單靠學(xué)生個(gè)人興趣還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。建立建全科學(xué)合理可操作的配套考評(píng)方式，很大程度上能夠有效提升開放性實(shí)驗(yàn)作用。建全考評(píng)方式就是要將傳統(tǒng)的終結(jié)性評(píng)價(jià)改為過程性評(píng)價(jià)與終結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合。考評(píng)內(nèi)容涵蓋開放性實(shí)驗(yàn)選題、制定實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)過程實(shí)施、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析及實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫等各環(huán)節(jié)。課題通過系統(tǒng)研究及兩輪開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索，逐漸完善和豐富開放性實(shí)驗(yàn)的考評(píng)辦法，并制定了如表1所示的北方民族大學(xué)土木工程材料課程開放性實(shí)驗(yàn)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)踐結(jié)果表明，相應(yīng)評(píng)價(jià)方式較能全面地考察學(xué)生開放性實(shí)驗(yàn)的綜合能力和水平，并能顯著提高學(xué)生參與開放性實(shí)驗(yàn)的積極性。

（三）開放性實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)

為確保開放性實(shí)驗(yàn)及考評(píng)的順利開展，課題在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方面也進(jìn)行了初步的探索。內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)室資源的配置、實(shí)驗(yàn)師資隊(duì)伍建設(shè)和科學(xué)規(guī)范的管理制度建設(shè)。主要考慮并解決了以下幾個(gè)問題。

1.建立開放性實(shí)驗(yàn)室規(guī)章制度。開放性實(shí)驗(yàn)室使用頻率高，使用設(shè)備多，為保證開放性實(shí)驗(yàn)室正常運(yùn)行，提高安全系數(shù)，制度建設(shè)就顯得非常重要。目前，我校土木工程材料開放性實(shí)驗(yàn)室已制定的規(guī)章制度包括：《開放性實(shí)驗(yàn)室預(yù)約制度》、《開放性實(shí)驗(yàn)室管理辦法》、《開放性實(shí)驗(yàn)室使用登記表》、《開放性實(shí)驗(yàn)室設(shè)備借用辦法》、《開放性實(shí)驗(yàn)室安全管理制度》，同時(shí)在學(xué)生參加開放性實(shí)驗(yàn)前組織對(duì)相關(guān)的規(guī)章制度進(jìn)行學(xué)習(xí)。這些管理辦法的制定和實(shí)施為開放性實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行奠定了良好的基礎(chǔ)。通過對(duì)所建立制度的推廣試用，隨時(shí)進(jìn)行修改，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)體系范圍內(nèi)逐步形成制度化、常規(guī)化的開放性實(shí)驗(yàn)工作模式。

2.靈活調(diào)整開放性實(shí)驗(yàn)室開放時(shí)間。鑒于實(shí)驗(yàn)中心實(shí)驗(yàn)教師人員較少的現(xiàn)狀，招聘在讀的碩士研究生進(jìn)行專項(xiàng)培訓(xùn)，讓這些研究生作為助管參與到開放性實(shí)驗(yàn)室的管理和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)工作中，確保開放性實(shí)驗(yàn)室的開放時(shí)間，隨時(shí)解答學(xué)生疑問，幫助學(xué)生克服實(shí)驗(yàn)過程中遇到的困難，并隨時(shí)處理實(shí)驗(yàn)室可能出現(xiàn)的突發(fā)狀況。同時(shí)，為保證實(shí)驗(yàn)室有序運(yùn)行，嚴(yán)格按照《開放性實(shí)驗(yàn)室預(yù)約制度》要求學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃提前預(yù)約，預(yù)約成功后方可按照預(yù)約時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

四、開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革效果與總結(jié)

《土木工程材料》課程內(nèi)容繁雜，各章節(jié)主要針對(duì)不同材料的介紹，學(xué)生學(xué)習(xí)主要了解掌握不同材料的組成及性能參數(shù)，思考、計(jì)算的內(nèi)容較少，內(nèi)容相對(duì)枯燥，導(dǎo)致以往學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高，教學(xué)效果不理想。增設(shè)開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科研及工程實(shí)際相結(jié)合，經(jīng)過兩輪的教學(xué)實(shí)踐，結(jié)果表明開放性實(shí)驗(yàn)對(duì)提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、發(fā)揮主觀能動(dòng)性，具明顯的改善效果。但同時(shí)，項(xiàng)目實(shí)施過程中也發(fā)現(xiàn)，要保證開放性教學(xué)的順利實(shí)施，需要相關(guān)單位在實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)地建設(shè)、實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)方面積極跟進(jìn)。同時(shí)，開放性實(shí)驗(yàn)雖然是以學(xué)生為主體，但教師以及實(shí)驗(yàn)室工作人員的工作量仍然很重，如果能將這部分工作量進(jìn)行認(rèn)定，對(duì)于提高老師積極性將會(huì)起到極大的促進(jìn)作用。

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Experimental Teaching Reform of "Civil Engineering Materials" Course Based on Open Experiment

FU Bo，CHENG Zhen-yun

（School of Civil Engineering，Beifang Univesity of Nationality，Yinchuan，Ningxia 750021，China）

Abstract：The traditional experiment teaching of civil engineering materials is based on demonstration and verification experiment，the experiment is boring and the students' enthusiasm is poor. Through the study of curriculum reform，and try to open application test theory in civil engineering experiment，to adjust and optimize the way and construction of open laboratory experiment contents，evaluation results show that the effective development of students' learning initiative open experimental teaching，broaden their knowledge.

Key words：civil engineering materials experiment；open experiment；experiment teaching method