基于實踐創新能力的《土木工程材料》開放性實驗教學探究

牛龍龍++張士萍++徐奮強++錢靜

摘 要：培養學生實踐創新能力，實踐教學是最有效的措施。本文以開放性實驗為切入點，從開放性實驗項目設置以及實施過程等方面，論述了開放性實驗對土木工程材料實驗課程的優化探究，對激發學生積極主動學習，培養學生工程實踐和創新能力有重要作用。

關鍵詞：土木工程材料 開放性實驗 實踐創新能力

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）10（a）-0226-03

Abstract： Practical teaching is the most effective way to cultivate students ability of engineering practice and innovation. The paper probe intoopen experimental teaching of civil engineering material from contents and implementation process ofopen experimental，which helpful to inspire students active learning and train engineering practice and innovation ability.

Key Words： Civil Engineering Materials； Open Experimental； Engineering Practice and innovation ability

土木工程材料是土木工程專業中重要專業基礎課之一，是學習土木工程施工技術，混凝土結構設計等課程的基礎。土木工程材料實驗是理論聯系實踐的重要環節[1]，通過土木工程材料實驗課的學習，能夠更好地認識理解土木工程材料的性質及其應用，提高學生的感性認識，為以后專業課的學習及工程實習奠定基礎；同時，實驗教學能夠很好地激發學生學習興趣，培養學生動手實踐能力與嚴謹的科學態度以及獨立思考、創新思維和解決問題的能力。

在實際實驗教學中，多數高校的土木工程材料實驗教學模式表現為“灌輸式”，教師根據大綱要求，講解實驗目的，實驗操作步驟；學生根據要求“規范”地進行試驗，不能有效地激發學生學習興趣和創新欲望，學生也不能夠積極主動地接受知識，進行思維的拓展與創新訓練。實驗教學以演示性和驗證性實驗為主，主要是驗證理論的正確性或達到理論再現性的目的，不能充分發揮學生的動手操作能力以及實踐能力的培養[2]。同時，實驗項目內容之間缺少聯系，孤立的實驗之間不能把土木工程材料知識之間有機地統一，學生不能深入地認識實驗項目的意義；尤其是與后續的一些專業課以及工程實踐教學中的相互交叉與滲透性較差，面對工程問題時束手無策，不利于學生對知識內在統一認識與應用，從而阻礙了學生創新能力的發展。

為滿足培養具有實踐能力和創新能力的卓越人才要求，改變傳統的實驗教學模式，優化實驗教學，開放性實驗教學應運而生。所謂開放性實驗教學，是在科學的實驗思想體系指導下，打破傳統實驗教學在實驗時間、空間、內容和教學方法等各方面的束縛，充分發揮學生的主觀能動性，根據所學知識自主設計實驗并完成實驗，培養學生科學研究過程中嚴謹認真的態度、鍛煉學生工程實踐能力和探究解決問題能力的一種實驗教學體系[3-4]。本文以開放性實驗為切入點，以培養學生創新實踐能力為落腳點，開展土木工程材料實驗教學模式的優化設計，這種教學設計在內容與過程中以學生為主導，重在培養學生的工程實踐能力與創新能力。通過探究土木工程材料開放性實驗教學的優化設計，從而為土木工程材料實驗教學改革奠定基礎。

1 開放性實驗項目設置

開放性實驗的實驗內容不是學生想怎么做實驗就怎么做實驗，漫無目的、天馬行空地進行試驗；也不是單純的驗證性實驗，重復實驗，驗證理論，而是在老師的指導下，有針對性、有計劃地培養學生的工程實踐能力和創新能力，引導學生積極主動地進行實驗，充分提高學生的實驗技能，加深對理論知識的理解，拓寬知識體系。開放性實驗的設計原則，是始終以學生為主體的自主探索為出發點，以把握基礎知識與前沿發展的內在統一聯系為落腳點，以培養創新實踐能力的全面素質為目標。主要從以下幾個方面設計開放性實驗項目。

1.1 深化拓展課程實驗

土木工程材料課程實驗是基礎性實驗，是學生熟悉實驗儀器設備和掌握試驗操作方法的過程[5]，是學生深化感性認識的關鍵環節，是學生獨立進行科學探索的必要準備。然而由于課程學時、性質等原因的限制，土木工程材料課程實驗無法滿足學生今后在工程實踐的需要，也無法適應對創新能力的要求。開放性實驗在課程實驗的基礎上要克服其不足，緊密聯系實驗教學內容，深化拓展課程實驗。例如由于課程時間緊張，課程中只用了一種方法測試混凝土拌合物工作性，可以使用多種方法測試不同類型的混凝土拌合物工作性，并通過外加劑或摻合料對混凝土拌合物工作性能的影響實驗，使學生掌握混凝土拌合物工作性的測試方法，深入理解混凝土拌合物工作性的影響因素；測試不同尺寸的混凝土試件，闡述試塊尺寸對混凝土強度測試的影響；通過特殊模具（例如堆土模板，燃燒模板）深化模具內涵，使學生深入理解模具的要求及使用過程中的注意事項，更深層次的理解“支模-澆注”。

深化拓展課程實驗“把握一個核心，抓好兩個基礎，掌握多種應用”的基本思路和方法，即以方法為核心，以基本原理和操作過程為決定和影響實驗的內外因，以掌握實驗方法的選擇和工程應用為目標。本著這樣的基本思路，將材料的性質和使用在實驗的基礎上有機地聯系起來，使教學內容渾然一體[6]。同時通過深化拓展課程實驗，使學生全面了解實驗方法的優缺點，深入地理解材料的性質和使用，不僅加強了學生的工程實踐能力，也培養學生的創新精神。

1.2 開發設計綜合實驗endprint

綜合性實驗是培養學生工程實踐能力和創新能力的有效措施，讓學生根據自己的興趣，激發學生積極性，主動性，進而自主設計實驗。從學生自主設計土木工程材料實驗可以全面地系統的了解土木工程材料在土木工程應用過程中的要點，不僅能培養學生扎實的基本技能與實踐能力，而且能有效地提高學生的綜合素質。

土木工程材料實驗作為一門專業基礎實驗課，與許多專業課程有著密切的聯系，例如，混凝土結構設計原理、土木工程施工技術等。為能夠與相關課程的合理銜接，使其發揮橋梁作用，引導學生設計開放性實驗項目，不再局限于本門課，而是在土木工程大學科的背景下，從而使知識達到融會貫通。例如從土木工程施工技術要求入手，把混凝土施工與混凝土拌合物工作性、耐久性相結合，設計某一工況下混凝土施工對混凝土拌合物工作性與耐久性的要求，從而更好地理解各科課程之間的聯系，建立完整統一的學科的知識體系。也可以根據學生所學內容和專業方向，結合自己興趣，設計一個綜合性試驗，激發學習的積極主動性，系統理解水泥基材料的性質及應用。例如水泥基制品制作實驗，從制品形狀與模具選擇到實驗材料的選取，配合比的設計，成型，養護，脫模以及外觀處理等進行整體統籌設計，把學到的知識進行了整合，對知識進行了梳理，使學生自主探究知識的內在聯系。

1.3 參與探究科研實驗

通過參與教師科研項目，學生在原有的實驗規范操作基礎上，更深入了解實驗方法的理論基礎，進而大膽嘗試新的實驗操作方法，強化學科的基本知識；教師的科研課題也反映工程領域學科發展方向和趨勢，使學生了解最新的科研信息，也能夠在教師的影響下，培養學生嚴謹認真的態度，提高實踐能力，增強創新意識。例如發光混凝土，自修復混凝土等功能性，智能型材料的實驗研究，不僅使學生能夠掌握好基礎知識，也能夠擴展學生的視野，同時通過實驗也鍛煉了學生的工程實踐能力，激發學生的創新能力。工程實際案例可以讓學生零距離地了解到實際工程的情況，通過混凝土工程破壞的分析檢測等項目，讓學生更深入地認識材料的性質和使用。

2 開放性實驗實施

開放性實驗實施中以學生自學能力培養為核心，注重自我發現，引導學生分析問題、解決問題。開放性實驗實施前，從實驗立項、文獻資料的查閱及設計思路都由學生自主完成，允許學生作品的個性化設計和想法，教師只負責大致方向的把握與指導，具體的問題均由學生自己通過學習理解與掌握，并嚴格要求學生，根據所學內容和資料閱讀，完成實驗研究內容、選用儀器設備、材料的準備、實驗的步驟、預期結果等實驗方案的撰寫。試驗過程中遇到問題，啟發學生認真觀察實驗細節，詳細記錄實驗結果，自主發現、解決實驗過程中的問題，以過程為核心，以結果為向導的模式，讓學生重在總結發現知識的規律性。實驗結束后，依據觀察到的實驗現象和記錄的實驗結果，進行小組討論，根據所學知識和自主查找相關文獻分析問題原因，并設計實驗解決問題或提出深化實驗的方法，最后形成總結報告或者論文。開放性實驗實施過程中各個環節流程如圖1所示。

實驗結果與考核的評定以過程與綜合能力為核心，多層面、全方位地評價學生學習成績，建立以綜合素質為主形式多樣的考核方式。學生自己擁有知識的選擇權和決定權，不同的學生在實驗過程中可以學習不同的知識，因人而異，用于解決所面臨的問題，學生的知識與教師的目標知識必然會存在差異，因此對實驗學習成果的評價不再關注對知識的掌握熟練程度，而是關注和考察學生是否學習了自己需要的、能解決問題的知識[7]。考核方式不僅僅只是實驗設計構思和實驗成果的考核，是對整個實驗過程綜合考核，主要包括以下幾個方面：（1）思維能力。主要評價學生設計的實驗創新性，實驗方案的撰寫規范性、邏輯性以及文獻的批判總結性。（2）實驗操作能力。實驗儀器設備使用的規范性，操作熟悉程度及儀器的選擇是否合適等。（3）解決問題能力。發現問題與解決問題的方法和能力。（4）科學思想。實驗理解的程度，實驗過程的態度以及團隊合作精神。通過綜合考核方式，給學生以更多的時間和空間去建立完善自己的知識結構體系，根據自己的情況，自主鍛煉工程實踐能力，積極主動地進行創新活動。

3 結語

通過開放性實驗優化了土木工程材料實驗教學，提高了課程教學的效果和質量，也要加強相應課程的改革，建立新型的人才培養學科體系；以學生為主體的自主設計開放性實驗，激發了學生主動學習的積極性，培養了學生發現問題，解決問題的能力和創新意識，也應建立與之相適應的開放性實驗平臺，有效開展學生創新實踐活動；開放性實驗教學模式，培養了學生的工程實踐能力和創新能力，為以后更好地適應工作打下堅實的基礎，同時也應積極打造具有創新理念和豐富實踐知識的教師資源團隊建設，以保證工程實踐和創新能力人才的培養。

參考文獻

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[3] 王新風.高師微生物學科開放性實驗教學模式的建構[J].當代教育論壇，2006（6）：104-105.

[4] 霍洪媛，劉煥強，蓋占方.《土木工程材料》課程綜合開放性試驗實踐環節設計研究[J].河南建材，2008（1）：19-20.

[5] 孫家國，谷艷玲.基于創新創業能力的土木工程專業實踐教學體系探究[J].高等建筑教育，2016，25（4）：126-129.

[6] 張利，薛斌.基于工程實踐能力培養的土木工程材料課程教學內容優化設計研究與實踐[A].Proceedings of 2011 AASRI Conference on Applied Information Technology[C].2011（7）：224-226.

[7] 張長清，魏小勝，李國衛.探究式學習在土木工程材料教學中的應用[J].建筑教育，2010，19（6）：102-105.endprint