管窺土木工程材料實(shí)驗(yàn)的層次化

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一、土木工程材料實(shí)驗(yàn)的層次化教學(xué)模式

(一)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的層次化

三峽大學(xué)建筑材料實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)土木工程、水利工程、工程管理及建筑學(xué)等專業(yè)的土木工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)。原有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在諸多不足，經(jīng)過近2年實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的實(shí)踐，現(xiàn)階段該課程的實(shí)驗(yàn)采用層次化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)按實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分為兩個(gè)層次:一是驗(yàn)證性、設(shè)計(jì)性及少量綜合性實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容對應(yīng)于教學(xué)大綱的范圍，是課程學(xué)習(xí)的基本要求，此處統(tǒng)稱為基本性實(shí)驗(yàn)，如表1所示;二是綜合性、設(shè)計(jì)性及創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，其內(nèi)容或是課程重點(diǎn)或難點(diǎn)的綜合運(yùn)用，或?qū)儆诋?dāng)前相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)或研究趨勢，亦或源于科研項(xiàng)目，并與教學(xué)密切相關(guān)的工程技術(shù)問題等，統(tǒng)稱為創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，如表所示2。第二層次的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)適合學(xué)有余力，且有繼續(xù)學(xué)習(xí)和一定研究興趣的學(xué)生，為選做實(shí)驗(yàn)。

(二)教學(xué)組織與實(shí)施

1．基本性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)組織與實(shí)施第一層次的實(shí)驗(yàn)即基本性實(shí)驗(yàn)對應(yīng)于教學(xué)大綱的要求，可以按照原教學(xué)模式執(zhí)行教學(xué)組織與實(shí)施，在教學(xué)組織與實(shí)施過程中應(yīng)注意兩個(gè)教學(xué)原則和三點(diǎn)教學(xué)方法。其中，“兩個(gè)原則”一是把實(shí)驗(yàn)的主動性交還給學(xué)生;二是注重激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，將學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)由被動轉(zhuǎn)向主動，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較、自主選擇實(shí)驗(yàn)方法、提問引導(dǎo)等教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生對基本性實(shí)驗(yàn)的興趣。

2．創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)組織與實(shí)施第二層次的實(shí)驗(yàn)，即創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)組織與實(shí)施方案，主要包括學(xué)生的遴選、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師的確定兩方面。學(xué)生的遴選即是如何確定參與創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的學(xué)生。遴選時(shí)不僅應(yīng)考慮學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)與能力，也要綜合實(shí)驗(yàn)室相關(guān)設(shè)備的實(shí)際情況。為了保障取得較理想的教學(xué)質(zhì)量與效果，應(yīng)適當(dāng)控制選做本層次實(shí)驗(yàn)的學(xué)生人數(shù)。從教學(xué)實(shí)踐看，每學(xué)期開展第二層次實(shí)驗(yàn)的項(xiàng)目數(shù)以4～6項(xiàng)為宜，最高不超過8項(xiàng)，同時(shí)限定每名學(xué)生最多可選實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為2項(xiàng)。這樣，既能保障實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行(儀器設(shè)備數(shù)量充足、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師到位)，又能取得較滿意的教學(xué)效果。參與該層次實(shí)驗(yàn)的學(xué)生比例從2011年秋季學(xué)期的15%增加到2013年春季學(xué)期的37%。今后，隨著實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的逐步完善(設(shè)備、師資隊(duì)伍等)，這一比例也將逐步提高。但考慮到創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)對學(xué)生能力的要求以及教學(xué)效果等情況，教學(xué)團(tuán)隊(duì)的全體4名教師認(rèn)為其比例最高不宜超過60%。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師的確定應(yīng)考慮實(shí)驗(yàn)室專任教師與理論課教師的課程安排等情況，原則上以任課教師為主、實(shí)驗(yàn)室專任教師為輔進(jìn)行共同指導(dǎo)。如有特殊情況(上課時(shí)間沖突等)，則應(yīng)由全體教學(xué)團(tuán)隊(duì)人員協(xié)商解決，或安排在周末學(xué)生無課的時(shí)段，以保證創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的順利進(jìn)行。

3．創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程管理第二層次的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目屬于選修實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，通常由若干名學(xué)生，如3～5人組成實(shí)驗(yàn)小組，多數(shù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都要求學(xué)生自行查閱文獻(xiàn)，經(jīng)交流討論、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案后再開展實(shí)驗(yàn)。這一過程既能提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)其創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，也可鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。但是，團(tuán)隊(duì)合作給少數(shù)只為混學(xué)分的學(xué)生提供了可乘之機(jī)。另一方面，由于創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)沒有固定的實(shí)驗(yàn)課時(shí)間，且實(shí)驗(yàn)總學(xué)時(shí)數(shù)也不能事先預(yù)定，這就要求指導(dǎo)教師應(yīng)在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中，實(shí)施過程性評價(jià)方法，加強(qiáng)過程管理和監(jiān)督。

4．創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的成績評定目前我校土木工程材料課程成績由考試成績、平時(shí)成績及實(shí)驗(yàn)成績等三部分構(gòu)成，各部分所占權(quán)重依次為70%、20%、10%。開設(shè)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)后，課程成績的評定既要對學(xué)生有一定的激勵，又應(yīng)避免出現(xiàn)學(xué)生為提高成績而一哄而上、爭相選做第二層次實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象。教學(xué)實(shí)踐中，根據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)態(tài)度、實(shí)驗(yàn)進(jìn)展及完成效果等情況，采用“優(yōu)、良、中、合格、不合格”共五檔進(jìn)行評定，并據(jù)此酌情額外增加學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績。比如，當(dāng)?shù)诙哟螌?shí)驗(yàn)的成績?yōu)椤皟?yōu)”時(shí)，可額外增加該生的實(shí)驗(yàn)成績10分，并按相應(yīng)權(quán)重計(jì)入課程總成績。

(三)教學(xué)模式與方法層次化的實(shí)驗(yàn)

教學(xué)新模式要求改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式和教學(xué)手段，以學(xué)習(xí)為中心，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容層次化，充分利用現(xiàn)代化的教學(xué)手段。教師應(yīng)改變自己的教學(xué)角色，確立為“學(xué)”而“教”的思想，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，始終以學(xué)生為中心，確保學(xué)生的主體地位。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容層次化可以最大限度地調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，并有利于培養(yǎng)其創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。教師應(yīng)充分利用多媒體、網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代化教學(xué)手段進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，如制作多媒體電子教案、CAI課件以及建立課程網(wǎng)站等，方便學(xué)生提前預(yù)習(xí)和自學(xué)，既能提高實(shí)驗(yàn)效率和教學(xué)質(zhì)量，又可以開拓和豐富學(xué)生的視野與知識面。

二、層次化教學(xué)模式長期有效的保障措施

開展創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的教學(xué)，不僅能夠加強(qiáng)學(xué)生對相關(guān)內(nèi)容的理解和把握，而且還能使學(xué)生較好地把握相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)、研究趨勢，掌握新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)或新方法，更重要的是能夠逐步培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力和研究興趣，有利于培養(yǎng)復(fù)合型人才，這也是三峽大學(xué)土木工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的主要目的。為保證創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的長期穩(wěn)定運(yùn)行，必須采取相應(yīng)的保障措施。

(一)確定合適的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

創(chuàng)新性層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)的首要工作是選題。選題要有創(chuàng)造性的因素，最好能解決一個(gè)較為復(fù)雜的技術(shù)問題，以便使學(xué)生得到較全面的訓(xùn)練。選題應(yīng)該優(yōu)先選擇源于科研項(xiàng)目，并與教學(xué)密切相關(guān)的工程技術(shù)問題，使學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間通過努力基本上能完成任務(wù)，從而鞏固、加深和擴(kuò)大學(xué)生的專業(yè)知識面，增強(qiáng)工作技能以及創(chuàng)造性。此外，為保證創(chuàng)新性層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)的長期運(yùn)行，創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目應(yīng)不斷推陳出新。從實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐看，采取了如下途徑確定第二層次的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目:引入反映相關(guān)領(lǐng)域研究熱點(diǎn)、研究趨勢，以及實(shí)驗(yàn)新技術(shù)與新方法的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容作為創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，采用與建材相關(guān)的大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目(國家級、省級和校級)、大學(xué)生挑戰(zhàn)杯競賽科技項(xiàng)目，以及學(xué)校設(shè)立的大學(xué)生求索創(chuàng)新項(xiàng)目等，另有少量創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目結(jié)合教師的科研項(xiàng)目設(shè)置。

(二)經(jīng)費(fèi)來源和相關(guān)配套政策

創(chuàng)新性層次的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目所用原料、藥品及儀器運(yùn)轉(zhuǎn)與維修費(fèi)用等經(jīng)費(fèi)開支，都應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)配套與完善，以形成長效機(jī)制?？梢酝ㄟ^申請國家級、省級、校級等各級各類創(chuàng)新項(xiàng)目或科技項(xiàng)目，如大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目、挑戰(zhàn)杯競賽項(xiàng)目、三峽大學(xué)設(shè)立的大學(xué)生求索創(chuàng)新活動及其他項(xiàng)目，或從教師的科研項(xiàng)目中設(shè)置第二層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目等形式來獲取經(jīng)費(fèi)支持。2011年秋季至2013年春季共四個(gè)學(xué)期的教學(xué)實(shí)踐中，第二層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)來源于國家自然科學(xué)基金、湖北省教育廳科學(xué)研究項(xiàng)目各1項(xiàng)、湖北省大學(xué)生挑戰(zhàn)杯競賽項(xiàng)目1項(xiàng)、三峽大學(xué)設(shè)立的大學(xué)生求索創(chuàng)新活動2項(xiàng)、教學(xué)研究項(xiàng)目2項(xiàng)，以及其他橫向項(xiàng)目等。

(三)健全和完善實(shí)驗(yàn)室管理制度

建立健全實(shí)驗(yàn)室各項(xiàng)保障機(jī)制，包括條件保障、激勵約束機(jī)制和監(jiān)督機(jī)制等。條件保障方面，要繼續(xù)加大實(shí)驗(yàn)室建設(shè)力度，完善實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備等硬件設(shè)施。建筑材料實(shí)驗(yàn)經(jīng)過自2009年秋以來的累次建設(shè)投入，實(shí)驗(yàn)設(shè)備、場地及環(huán)境等都得到顯著改善，完全滿足表1、表2所列項(xiàng)目對實(shí)驗(yàn)室硬件設(shè)施的要求。在激勵約束機(jī)制方法方面，制定和完善了相關(guān)管理政策，如:對參與創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的學(xué)生在綜合測評時(shí)適當(dāng)加分，指導(dǎo)教師評職稱時(shí)優(yōu)先推薦等。不僅吸引學(xué)生參與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，還鼓勵教師參與第二層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

(四)加強(qiáng)過程控制

指導(dǎo)教師要加強(qiáng)對創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的過程控制。制定相應(yīng)管理制度和方法，采用中期答辯和評估、定期召開小組匯報(bào)和討論會等方式進(jìn)行嚴(yán)格、規(guī)范、科學(xué)的管理，對第二層次實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的教學(xué)進(jìn)行有效監(jiān)督與控制。定期召開小組會議可以了解實(shí)驗(yàn)進(jìn)度，并以實(shí)驗(yàn)方案方法的完善、指導(dǎo)等方面開展討論，檢查學(xué)生實(shí)驗(yàn)日志、實(shí)驗(yàn)的收獲或思考內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)分析報(bào)告等，對前期工作作出評價(jià)，提出具體建議，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)小組按進(jìn)度完成預(yù)定任務(wù)。中期檢查是創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教學(xué)過程的重要環(huán)節(jié)，院(系)組織相關(guān)教師對項(xiàng)目實(shí)施中期檢查，可以使學(xué)生相互學(xué)習(xí)借鑒，而專家的評價(jià)起到診斷、督促、啟發(fā)、指導(dǎo)作用。建立并實(shí)施以過程為導(dǎo)向的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目評價(jià)體系，同時(shí)配套相應(yīng)的激勵機(jī)制，包括設(shè)立創(chuàng)新學(xué)分、綜合測評加分或推薦免試研究生加分、資助等措施，營造了良好的學(xué)習(xí)氛圍，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新熱情。實(shí)踐表明，加強(qiáng)過程控制是開展第二層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)、保證教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵一環(huán)，通過加強(qiáng)對實(shí)驗(yàn)過程的監(jiān)督管理，取得了較好的教學(xué)效果。

(五)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)師資隊(duì)伍的建設(shè)

建設(shè)一支責(zé)任心強(qiáng)、業(yè)務(wù)過硬的師資隊(duì)伍，是搞好實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，提高教學(xué)質(zhì)量的基本保證，也是適應(yīng)高校培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才的需要。通過相關(guān)政策與制度，吸引教師積極參與實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作，同時(shí)支持他們參加各類實(shí)驗(yàn)技能培訓(xùn)，增強(qiáng)業(yè)務(wù)能力，使其能勝任不斷推陳出新的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教學(xué)。目前，學(xué)校和學(xué)院均制定了相關(guān)政策，要求教師積極參與實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，經(jīng)常參加相關(guān)的實(shí)驗(yàn)技能和業(yè)務(wù)能力培訓(xùn)，并將這兩點(diǎn)作為教師職稱申報(bào)時(shí)的必備條件之一。目前執(zhí)行情況良好，促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的師資建設(shè)。

三、層次化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐效果

經(jīng)過2011年秋季學(xué)期至2013年春季學(xué)期共4個(gè)學(xué)期的教學(xué)實(shí)踐，取得的效果表現(xiàn)為以下3方面。

(1)提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，加深知識理解，擴(kuò)展知識體系。學(xué)生根據(jù)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和要求，自己查閱相關(guān)資料，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最后以書面報(bào)告或小論文的形式進(jìn)行交流，使學(xué)生得到全面、綜合的實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練。同時(shí)，更深入地了解和探討實(shí)踐與理論的異同，加深了相關(guān)知識的理解與掌握，擴(kuò)展了知識體系。

(2)通過采取各種激勵和條件保障措施，營造了促進(jìn)學(xué)生積極主動學(xué)習(xí)的氛圍，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新熱情，取得了較好的效果。2011年秋開始實(shí)施土木工程材料層次化實(shí)驗(yàn)教學(xué)以來，在2012年成功申報(bào)2項(xiàng)校級求索創(chuàng)新活動項(xiàng)目(2010級土木工程專業(yè)學(xué)生)，2013年開展的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“摻磷渣活性粉末混凝土的制備”獲湖北省第九屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽二等獎。同時(shí)，學(xué)生依托創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在國際會議上公開發(fā)表學(xué)術(shù)論文2篇:《粉磨時(shí)間對磷渣粉活性的影響》于2012年11月發(fā)表在兩岸四地高性能混凝土國際研討會論文集，

(3)學(xué)生掌握了自主學(xué)習(xí)方法和能力，培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和能力。學(xué)生在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)過程中，逐步學(xué)習(xí)和掌握解決問題的方法，同時(shí)，培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)合作精神和能力。

四、結(jié)語

實(shí)踐教學(xué)是高等院校提高學(xué)生實(shí)踐技能，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力和職業(yè)適應(yīng)能力的重要手段。土木工程材料實(shí)驗(yàn)實(shí)行層次化的教學(xué)模式，不僅促使學(xué)生熟練掌握相關(guān)理論知識，補(bǔ)充和深化知識、拓寬知識面，而且通過開設(shè)第二層次的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，還能使學(xué)生較好地把握相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)、研究趨勢，熟悉新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)或新方法，更重要的是，逐步培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力和研究興趣，有利于培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。以三峽大學(xué)“土木工程材料”實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革為例，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目分為基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)兩個(gè)層次，從教學(xué)項(xiàng)目的層次化、教學(xué)組織與實(shí)施、教學(xué)方法等方面，闡述了“土木工程材料”實(shí)驗(yàn)的層次化教學(xué)模式，提出了實(shí)現(xiàn)該教學(xué)模式長效機(jī)制的保障措施，涉及實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目選題、經(jīng)費(fèi)來源、過程化管理、實(shí)驗(yàn)室管理制度及實(shí)驗(yàn)教學(xué)的師資建設(shè)等5個(gè)方面。

作者：彭艷周 劉冬梅 朱喬森 袁曉露 單位：三峽大學(xué)土木與建筑學(xué)院