創(chuàng)新型實驗在工程材料教學中的應用

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摘要：文章首先分析了木工程材料課程實驗教學存在的問題，其次提出了創(chuàng)新型實驗在土木工程材料課程實驗教學中的應用措施，再次總結(jié)了創(chuàng)新型實驗在土木工程材料課程實驗教學中的應用成果，最后指出了創(chuàng)新型實驗在土木工程材料課程實驗教學中應用應注意的問題。

關鍵詞：創(chuàng)新型實驗；土木工程材料課程；實驗教學

一、土木工程材料課程實驗教學存在的問題

（一）實驗課程缺乏邏輯性與關聯(lián)性

西藏大學土木工程材料課程教學大綱中，總學時54學時，其中實驗學時16學時，內(nèi)容主要包括材料基本性質(zhì)實驗、鋼筋拉伸和彎曲性能實驗、水泥實驗、混凝土用骨料實驗、普通混凝土實驗、砂漿實驗、砌墻磚實驗等。以上實驗項目均按事先分配的學時單獨分散進行。由于該課程理論課與實驗課各自獨立，課程本身內(nèi)容繁多，各知識點相對瑣碎，加之各實驗項目零散安排，缺乏邏輯性和關聯(lián)性，又以演示性和驗證性為主。學生雖然對實驗課興趣濃厚，但因分不清主次，難于構建系統(tǒng)的知識體系，導致學生對課程學習失去興趣，不主動思考和實踐。

（二）實驗偏重于驗證性，實驗結(jié)果難以避免抄襲現(xiàn)象

由于土木工程材料實驗條件、實驗時間和組織管理上的限制，大多數(shù)高校的土木工程材料的實驗內(nèi)容仍以驗證性為主，設計性、綜合性、研究性實驗較少[3]。學生在實驗操作過程中，只是單純地重復實驗報告中的操作步驟，實驗結(jié)果千篇一律，無法杜絕學生實驗報告數(shù)據(jù)處理過程中的抄襲現(xiàn)象。

（三）實驗內(nèi)容固定且陳舊

雖然實驗教學逐步在向“基礎型實驗—綜合型、設計型實驗—創(chuàng)新型實驗”過渡[4]。但由于存在“三個脫節(jié)”的問題，即實驗項目設置與工程脫節(jié)、課程內(nèi)容及實驗項目與行業(yè)指導和規(guī)范脫節(jié)、實驗內(nèi)容的單一性知識訓練與工程實踐所需的綜合性知識應用脫節(jié)[5]。土木工程材料課程內(nèi)容涵蓋氣硬性膠凝材料、水泥、混凝土等十幾大類材料，可以說是紛亂龐雜，包羅萬象，而實驗教學內(nèi)容相對固定，最新研究技術和實驗方法的知識不斷更新，目前實驗項目的設置不利于畢業(yè)后工程實際的應用，無法實現(xiàn)課程實驗內(nèi)容的與時俱進。

二、創(chuàng)新型實驗在土木工程材料課程實驗教學中的應用措施

（一）整合實驗項目內(nèi)容

以混凝土耐久性為主線，將材料基本性能實驗、水泥實驗、瀝青實驗、砂石骨料實驗、普通混凝土實驗、瀝青混合料實驗這些獨立實驗進行整合，借鑒“翻轉(zhuǎn)課堂”的思路，采用“實驗翻轉(zhuǎn)”原理，講解混凝土耐久性最新研究成果和研究方法，激發(fā)學生對混凝土耐久性研究的興趣[6]。學生針對此提出疑問，確定研究方向，學生思考分析，提出研究解決問題的實驗方案，實驗課上采用學生實驗方案中的原材料，進行原材料的基本性能實驗、根據(jù)實驗方案進行混凝土配合比設計和試件制作，經(jīng)養(yǎng)護后進行混凝土耐久性實驗，最終驗證對混凝土耐久性某一方面問題的疑惑。

（二）成立興趣小組，實行研究項目責任制

首先，成立興趣小組規(guī)則。學生根據(jù)自己的興趣愛好選擇混凝土耐久性實驗方向，由提出興趣方向的人擔任組長，興趣相投的同學加入作為其成員，每組5～6人，和組長簽訂研究責任制，組長對整個項目的實施負總責，明確組長和組員的權利和義務。其次，建立成績考核制度。對擔任組長者期末成績加5分作為獎勵，根據(jù)項目實施情況，對期末成績中占比20%的實驗成績按組長和實驗指導教師打分取平均值，予以加分。最后，發(fā)放興趣小組啟動資金。給每個實驗小組發(fā)放項目啟動資金，用于購買原材料、實驗用具等物品，實驗項目結(jié)束后用票據(jù)和余款進行賬目對接。

（三）促進獨立自主實驗和導師指導制相結(jié)合

在各興趣小組項目實施過程中采用階段性驗收和成果性驗收兩種方式進行驗收指導。各小組制定實驗方案后由指導教師指導改進，確認后方可進行實驗。從原材料購買、實驗儀器設備的準備，實驗過程的操作，實驗項目的測試，實驗數(shù)據(jù)的整理分析和處理，項目小論文的撰寫全過程均事前、事中和事后指導，即每次行動之前由小組組長向指導教師報告擬采取的做法，指導教師給出意見和建議，實施過程中指導教師在一旁觀察，出現(xiàn)問題及時糾正，每次實驗后實驗報告均由指導教師驗收。讓學生大膽獨立嘗試，出現(xiàn)疑問和問題及時與指導教師溝通，凸顯學生實驗項目的主人翁地位，學生在模擬科研項目研究的實踐過程中使其受到實際科研訓練。

（四）總結(jié)實驗教學改革評價結(jié)果

對參與課程改革的師生采用訪談法和調(diào)查問卷法進行評價統(tǒng)計，對實施過程中出現(xiàn)的問題進行總結(jié)，記錄各方面的建議和意見，對今后創(chuàng)新型實踐教學在土木工程材料實驗課程教學應用進行優(yōu)化。

三、創(chuàng)新型實驗在土木工程材料課程實驗教學中的應用成果

普通高等教育回歸工程教育，這就決定了課程教學改革應側(cè)重學生實踐能力的培養(yǎng)，而創(chuàng)新型實踐教學正是學生工程實踐能力的培養(yǎng)。通過對課程建設中存在問題的深入分析，嚴格按照教育部明確要求創(chuàng)新教育教學方法，進一步強調(diào)學生創(chuàng)新精神和實踐能力培養(yǎng)的要求，經(jīng)過采用混凝土耐久性創(chuàng)新型實驗對土木工程材料實驗教學進行研究與改革，取得了一些成效，具體如下。第一，實驗課程體系建設方面，根據(jù)創(chuàng)新教育教學方法要求，按照土木工程行業(yè)相關標準和規(guī)范，將原有的六個驗證性實驗進行整合，設計目的性的創(chuàng)新型實驗，以混凝土耐久性為例，構建混凝土耐久性系統(tǒng)完整的實驗體系，完善了土木工程材料實驗課程體系。第二，加強學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，根據(jù)混凝土耐久性最新研究技術和實驗方法的知識講解和更新，實現(xiàn)實驗項目的設置與創(chuàng)新能力培養(yǎng)相適應；實現(xiàn)課程內(nèi)容與時俱進，開闊學生的專業(yè)視野，實現(xiàn)單一性知識訓練到前沿知識應用的過渡。第三，通過混凝土耐久性創(chuàng)新型實驗項目，教師根據(jù)實驗項目的特點、學生的基礎和興趣，使學生加入興趣小組進行初步實驗，對今后申報大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目提供了基礎數(shù)據(jù)支撐。自開展創(chuàng)新型實驗以來，依托于土木工程材料實驗課程的前期數(shù)據(jù)研究和興趣愛好，興趣小組成員成功申報國家級、自治區(qū)級和校級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目各一項。使學生實實在在地體會到理論所學與科研實際的結(jié)合，提高了學生的動手能力，增強了學生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力。第四，單純從實驗教學方面分析取得的成效。①實驗項目數(shù)量和時間：原本計劃16學時的6個實驗項目，采用創(chuàng)新型實驗后，各興趣小組自愿進行了10～20個實驗項目。②認知改變：課堂上理論知識最多給學生展示材料的照片和視頻，改革后，學生利用課外時間深入建筑材料市場切實認識土木工程材料，掌握其分類和鑒別的基本方法，并掌握了大量第一手資料。③實驗深度：改革前大都是驗證性實驗，現(xiàn)通過混凝土耐久性為主線，將實驗項目的內(nèi)容深化到前沿。④能力培養(yǎng)：社交能力，在興趣小組水泥購買過程中，得到西藏高爭水泥廠的高度認可和大力幫助，達成口頭合作協(xié)議，該單位愿意無償提供水泥供學生實驗使用，并與學校簽訂了產(chǎn)學研合作和實習就業(yè)基地；協(xié)調(diào)能力、數(shù)據(jù)處理和論文撰寫能力均有了一定的提高。

四、創(chuàng)新型實驗在土木工程材料課程實驗教學中應用應注意的問題

在本次改革進行過程中，需要注意的內(nèi)容如下。一是學生基礎知識薄弱，數(shù)據(jù)處理和分析問題能力有待提高。二是部分儀器設備閑置時間較長，年久失修，導致無法正常使用，嚴重影響了實驗進度，建議配置專職實驗教師，定期對實驗設備進行檢修。三是筆者所在學校地處西部偏遠地區(qū)，當?shù)亟ㄖ牧鲜袌錾蠈嶒炗迷牧先狈?，購買成本較高，甚至部分材料運費高達材料購買價格的5～6倍，如將創(chuàng)新型實驗在土木工程材料實驗教學中長期開展，則需充足的資金保障。四是在高海拔地區(qū)實際進行混凝土耐久性實驗，得出的實際數(shù)據(jù)與某些已發(fā)表的論文數(shù)據(jù)偏差較大，筆者認為應反復實驗印證，切實得出不同環(huán)境下混凝土耐久性數(shù)據(jù)。總之，在土木工程材料課程實驗教學中，增加創(chuàng)新型實驗可以凸顯學生實驗項目的主人翁地位，讓學生在這種模擬科研項目研究的實踐過程中受到實際科研訓練，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和動手能力。

參考文獻：

[1]楊楓,羅才松.《土木工程材料》實驗教學的思考與改革實踐[J].長沙鐵道學院學報(社會科學版),2010,11(3):108-109.

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[3]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(1):116-118,128.

[4]李書進,厲見芬.土木工程材料課程實踐教學探討[J].高等建筑教育,2008(3):121-123.

[5]蔣慧,黃小林,王榮,等.基于“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的土木工程材料課程實踐教學研究[J].高等建筑教育,2014,23(4):152-154.

[6]楊迎春.“翻轉(zhuǎn)課堂”在土木工程材料課程中的應用[J].山東農(nóng)業(yè)工程學院學報,2016,33(11):26-29.

作者：蔣明芳 臧亞美 單位：西藏大學工學院資源與土木工程系