應(yīng)用型本科院校土木工程材料實驗教學(xué)改革

摘要：基于應(yīng)用型本科院校的人才培養(yǎng)目標(biāo)，分析土木工程材料實驗的現(xiàn)狀和問題，并以職業(yè)、行業(yè)發(fā)展為導(dǎo)向，提出加強(qiáng)開放實驗彌補(bǔ)課程基礎(chǔ)實驗的不足，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探索能力，保持理論教學(xué)和實驗室操作要求的一致性，完善實驗室建設(shè)等土木工程材料實驗教學(xué)改革措施。

關(guān)鍵詞：建筑材料；實驗教學(xué)；開放實驗

中圖分類號：TU5-4文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1005-2909（2012）05-0114-04

應(yīng)用型本科院校主要為地方或區(qū)域經(jīng)濟(jì)建設(shè)與社會發(fā)展服務(wù)，為提高人才職業(yè)競爭力，除了培養(yǎng)少量研究型和技能型人才外，把面向生產(chǎn)、管理、服務(wù)一線的應(yīng)用型人才培養(yǎng)放在首位[1]，更要注重社會化與個性化的統(tǒng)一[2-3]。土木工程材料實驗作為土木工程專業(yè)實踐教學(xué)的一部分，要打破原有局限，構(gòu)建從課堂內(nèi)系統(tǒng)、綜合的實驗操作到課外開放的自助式實踐訓(xùn)練，形成演示性、驗證性、設(shè)計性、綜合性、研究性、應(yīng)用性的多層次實驗體系[4]，以體現(xiàn)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。

一、土木工程材料實驗組成

土木工程材料實驗除了土木工程材料課程基礎(chǔ)實驗外，還包括部分學(xué)生為參加學(xué)科競賽而進(jìn)行的實驗，或者與畢業(yè)論文相關(guān)的實驗以及為了創(chuàng)新科研而開展的開放實驗。

（一）課程基礎(chǔ)實驗

各高校土木工程材料實驗大致10～18學(xué)時，主要包括土木工程材料課程常規(guī)實驗項目，如材料的密度、表觀密度實驗；水泥性能實驗（標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時間、膠砂強(qiáng)度測試）；混凝土用砂石實驗（表觀密度、篩分析）；混凝土和易性實驗；混凝土強(qiáng)度實驗；砂漿性能實驗；瀝青實驗（針入度、延度、軟化點）。雖然各高校都要求課內(nèi)開設(shè)一定比例的綜合性或設(shè)計性實驗，但受到實驗學(xué)時數(shù)、實驗設(shè)備和實驗場地的限制成效一般。（二）學(xué)科競賽實驗

學(xué)科競賽以綜合性、設(shè)計性實驗為主。從2010年開始，“全國大學(xué)生混凝土設(shè)計大賽”每兩年舉辦一次，面向全國各高校大學(xué)生，由全國高等學(xué)校建筑材料學(xué)科研究會主辦。大賽期間，各參賽隊現(xiàn)場進(jìn)行混凝土設(shè)計（包括根據(jù)現(xiàn)場材料和混凝土工作性進(jìn)行調(diào)整）、試件成型、快速養(yǎng)護(hù)、性能測試等實際操作，并對試驗結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和設(shè)計方案修正。比賽最后階段，各隊根據(jù)評委會的提問進(jìn)行陳述答辯。此外，全國混凝土設(shè)計大賽從2010年開始，每年舉辦一次，邀請各地混凝土生產(chǎn)龍頭企業(yè)、高等院校參加。2011年的大賽主題為“輕質(zhì)與高強(qiáng)：普通混凝土強(qiáng)度和容重設(shè)計”，設(shè)計思想為“以最低容重實現(xiàn)設(shè)計強(qiáng)度”。這類大賽的舉辦促進(jìn)了課堂理論與實驗實踐相結(jié)合，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，提高了對所學(xué)知識的綜合運(yùn)用能力，不僅檢驗了學(xué)生對現(xiàn)代混凝土材料科學(xué)和制備技術(shù)的掌握程度，也促進(jìn)了混凝土行業(yè)創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)。

（三）科研實踐類開放實驗

開放實驗既有教師提供的選題，也有學(xué)生自主選題。學(xué)生參加開放實驗的目的各不相同，或憑個人興趣，或為參與教師科研課題，也有純粹為了拿科研創(chuàng)新學(xué)分，但開放實驗是課程基礎(chǔ)實驗一種不可或缺的拓展和補(bǔ)充形式，可幫助學(xué)生形成創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維，提高專業(yè)技能、技術(shù)創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。以土木工程材料為選題做畢業(yè)論文的學(xué)生一般都需要圍繞研究課題開展實驗，完成實驗方案、實驗步驟、實驗原材料選擇、實驗方法確定、實驗操作、測試結(jié)果與分析全過程。浙江省面向大學(xué)生的“新苗計劃”就是以課題資助的形式鼓勵大學(xué)生在校期間開展科技創(chuàng)新。

二、土木工程材料實驗存在的問題

（一）課程基礎(chǔ)實驗學(xué)時欠缺

土木工程材料課程基礎(chǔ)實驗以演示性和驗證性實驗為主，且目前標(biāo)準(zhǔn)教學(xué)班人數(shù)均超過30人，甚至達(dá)到60人，實驗場地、實驗設(shè)備臺套數(shù)難以滿足教學(xué)要求難。演示性實驗效果不佳，無法給學(xué)生留下深刻的感性認(rèn)識。而目前各高校對課堂實驗部分都要求綜合性或設(shè)計性實驗必須占到一定的比例，綜合性或設(shè)計性實驗往往持續(xù)較長時間，且所占學(xué)時較多，容易影響其他課程實驗內(nèi)容在教學(xué)計劃學(xué)時內(nèi)的完成。

（二）課程實驗內(nèi)容不足以體現(xiàn)行業(yè)發(fā)展和職業(yè)導(dǎo)向

隨著能源的日益緊張以及對能源戰(zhàn)略的重視，新型建筑材料不斷更新，土木工程材料不斷向綠色化、復(fù)合化、多功能化發(fā)展。工業(yè)廢渣在混凝土中被資源化利用；各類高效外加劑在混凝土中廣泛使用；傳統(tǒng)墻體圍護(hù)結(jié)構(gòu)粘土磚被新型墻體材料如加氣混凝土、輕質(zhì)小型混凝土砌塊、粉煤灰砌塊、GRC板等所取代，節(jié)能材料迅速發(fā)展，而大多數(shù)應(yīng)用型本科院校并未開設(shè)相關(guān)實驗測試內(nèi)容。

土木工程材料尤其是鋼筋混凝土材料的耐久性得到了越來越多的重視，耐久性成為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的一個主要內(nèi)容，也是課堂教學(xué)的主要內(nèi)容之一。學(xué)生除了需要鞏固對水泥、混凝土、鋼材等結(jié)構(gòu)工程材料基本性能檢測外，還需要加強(qiáng)建筑工程材料耐久性和工程特殊要求性能等領(lǐng)域的試驗檢測，主要包括：抗凍融、抗水滲透、抗氯離子滲透、收縮實驗、早期開裂、混凝土碳化、混凝土中鋼筋銹蝕、抗硫酸鹽侵蝕、堿骨料反應(yīng)等。

（三）實驗創(chuàng)新性不足

由于課程基礎(chǔ)實驗部分學(xué)時受限，需要完成的實驗教學(xué)內(nèi)容較多，創(chuàng)新較困難。開放實驗?zāi)壳俺Ｒ越處煍M定題目為主，學(xué)生自主選題很少，且選題范圍不夠廣泛，創(chuàng)新無從談起。

實驗報告是對知識體系的充分體現(xiàn)，通過確定實驗方案、了解操作程序、描述和分析實驗結(jié)果，達(dá)到提高學(xué)生分析和解決問題能力的目的。但目前大多數(shù)高校土木工程材料課程實驗都有配套的實驗指導(dǎo)書及實驗報告本，學(xué)生做完課程實驗只需填寫實驗設(shè)備、實驗結(jié)果即可，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，嚴(yán)重影響了開放實驗、畢業(yè)實習(xí)、畢業(yè)論文階段時實習(xí)報告、論文報告的獨(dú)立撰寫。同時因為網(wǎng)絡(luò)化，學(xué)生筆頭表達(dá)能力直線下降，獨(dú)立撰寫的實驗報告質(zhì)量很難滿足要求。

（四）開放實驗效果不良

開放實驗效果難以彰顯，主要表現(xiàn)在：大多數(shù)學(xué)生參加開放實驗帶有一定的盲目性和被動性，較少考慮提高自身的實踐操作能力和科研能力，這既受高等教育不良風(fēng)氣的影響，又與部分學(xué)生急功近利的思想有關(guān)。真正意義上的實驗室“開放”程度還不到位，學(xué)生并不能隨時進(jìn)出實驗室，實驗室的整體管理水平與應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)不協(xié)調(diào)，實驗指導(dǎo)教師與理論授課教師對實驗操作或規(guī)程要求不一致。

三、土木工程材料實驗教學(xué)改革措施

（一）加強(qiáng)開放實驗，彌補(bǔ)課程基礎(chǔ)實驗的不足

高等教育的大眾化和普及化，使應(yīng)用型人才培養(yǎng)途徑多元化、復(fù)合化[5]，越來越多的土木工程畢業(yè)生將逐漸由設(shè)計單位轉(zhuǎn)向施工、監(jiān)理、房產(chǎn)、質(zhì)檢等部門，這對學(xué)生的實踐操作技術(shù)要求更高。從建筑材料市場和企業(yè)看，國內(nèi)的合資和外資建材企業(yè)越來越多，本土的材料行業(yè)小企業(yè)不斷發(fā)展，需要越來越多的銷售、檢測人才。根據(jù)行業(yè)和職業(yè)需求，為培養(yǎng)學(xué)生的工程能力，開放實驗應(yīng)涵蓋土木工程材料制備和加工、宏觀微觀性能檢測、質(zhì)量評定等方面，以小組為單位進(jìn)行選題，加強(qiáng)學(xué)生動手能力、創(chuàng)新合作能力、社會責(zé)任感的培養(yǎng)。

部分選擇繼續(xù)攻讀碩士學(xué)位的學(xué)生，需要以綜合性實驗或設(shè)計型實驗為核心，通過創(chuàng)新型實驗項目培養(yǎng)其綜合研究能力。如了解材料微觀形貌，水泥基材料不同水化階段的物相形成、作用機(jī)理，礦物摻合料的作用及粉末材料細(xì)度等先進(jìn)測試技術(shù)，加深對綜合熱分析儀、掃描電鏡、激光粒度分析儀、壓汞法孔結(jié)構(gòu)測定儀等儀器設(shè)備的認(rèn)識和了解，奠定基本的科研實踐技能。

針對土木工程材料的發(fā)展趨勢，在課堂理論教學(xué)中要貫徹土木工程可持續(xù)發(fā)展理念[6]，不斷完善傳統(tǒng)的土木工程材料測試內(nèi)容，以滿足工程實際需要。把開展礦物摻和料、減水劑、膨脹劑、混凝土耐久性、保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)等測試內(nèi)容納入開放實驗范疇。

（二）提倡科學(xué)探索，提高學(xué)生創(chuàng)新能力

要加強(qiáng)綜合應(yīng)用能力和科研訓(xùn)練，將實踐教育與科研訓(xùn)練相結(jié)合，建立科研促實驗教學(xué)的模式，激發(fā)學(xué)生的科學(xué)探索精神和創(chuàng)新意識[7-8]。教師通過科研及時掌握本學(xué)科的最新動態(tài)以及社會對人才培養(yǎng)的要求，更新教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合行業(yè)熱點開發(fā)開放實驗選題，將最前沿的工程技術(shù)成果及時引入本科實驗教學(xué)，使實驗內(nèi)容更具前沿性、設(shè)計性、研究性，創(chuàng)新性。

在實驗教學(xué)中強(qiáng)化科學(xué)精神的培養(yǎng)，從科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)性、法規(guī)權(quán)威性、工程技術(shù)創(chuàng)新性等方面啟發(fā)和促進(jìn)學(xué)生科學(xué)世界觀的形成。鼓勵學(xué)生在教師設(shè)定的開放實驗大框架下自行設(shè)計實驗方案，規(guī)范實驗操作流程，實事求是地記錄實驗數(shù)據(jù)，詳細(xì)記錄實驗過程中出版的異常并客觀理性分析，獨(dú)立撰寫實驗報告。對于隨意變更、篡改實驗結(jié)果的現(xiàn)象可實行一票否決制，取消實驗成績或重做實驗。

（三）改進(jìn)教學(xué)環(huán)節(jié)，改善實驗效果

1.重視實驗準(zhǔn)備

盡可能結(jié)合理論教學(xué)，提前布置實驗任務(wù)，使學(xué)生全面了解實驗方案的設(shè)計、實驗誤差的分析及實驗結(jié)果的處理方法。對于開放實驗，更要重視實驗?zāi)康暮蛯嶒炦^程，結(jié)合理論知識和常規(guī)數(shù)據(jù)處理辦法，綜合分析實驗機(jī)理和實驗結(jié)果，并提煉出實驗結(jié)論或解決思路。2010年全國高校大學(xué)生混凝土設(shè)計大賽，雖然各組都采用同樣的原材料和實驗條件，由于配合比設(shè)計和調(diào)整方法不同，和易性、試塊強(qiáng)度及經(jīng)濟(jì)性差別很大，只有對相關(guān)知識點融會貫通，掌握混凝土強(qiáng)度、和易性、耐久性、經(jīng)濟(jì)性的各項影響因素，才有可能進(jìn)行正確熟練的設(shè)計和操作。

2.保持課堂理論教學(xué)與實驗操作要求的一致性

課堂理論授課教師與實驗指導(dǎo)教師對相關(guān)實驗內(nèi)容、實驗規(guī)范、操作要求的掌握和理解必須一致，以免造成理論學(xué)習(xí)和實驗操作的脫節(jié)，避免實驗室過程中實驗操作的隨意性。實驗員和實驗指導(dǎo)教師開展的科研實踐相對較少，且以指導(dǎo)課程基礎(chǔ)實驗為主，隨著開放實驗的增加，需要經(jīng)常組織業(yè)務(wù)培訓(xùn)。新采購的設(shè)備要及時提供相應(yīng)的到貨培訓(xùn)，對于一些高端的精密儀器設(shè)備，應(yīng)建立有效的專人負(fù)責(zé)制度和完善的登記使用與維護(hù)制度。

3.加強(qiáng)實驗室建設(shè)和開放式管理

在滿足課程實驗教學(xué)基礎(chǔ)上補(bǔ)充部分科研設(shè)備，開創(chuàng)先進(jìn)的實驗教學(xué)條件，以保證畢業(yè)論文、學(xué)科競賽、開放實驗等過程對實驗設(shè)備、實驗室用房及輔助配套設(shè)施的要求。同時，要進(jìn)一步提高資產(chǎn)管理規(guī)范化、實驗教學(xué)信息化、網(wǎng)絡(luò)化水平，使學(xué)生能隨時預(yù)約并方便地開展實驗，提高儀器設(shè)備共享程度和利用率。學(xué)校除不斷加大對硬件設(shè)施的投入力度，建設(shè)校內(nèi)實驗室外，還可利用校外實踐基地，建立校企共享實驗室，既可保證教學(xué)實驗條件，又能降低學(xué)校成本。

四、結(jié)語

根據(jù)行業(yè)發(fā)展和就業(yè)需求，土木工程材料實驗要與應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)相吻合。合理組織土木工程材料課程基礎(chǔ)實驗、學(xué)科競賽、開放實驗和創(chuàng)新實踐，以構(gòu)成演示性、驗證性、設(shè)計性、綜合性、研究性、應(yīng)用性的多層次實驗體系。在保證課程基礎(chǔ)實驗的前提下，要加強(qiáng)開放實驗，強(qiáng)化實驗室建設(shè)和管理，保持課堂理論教學(xué)與實驗室操作要求的一致性，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探索精神，以實現(xiàn)土木工程材料實驗教學(xué)改革的取得成效。

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Experimental teaching reform of civil engineering materials in application-

oriented universities and colleges

ZHANG Yunlian

（School of Civil Engineering and Architecture， Zhejiang University of Science and

Technology， Hangzhou 310023， Zhejiang Province， P. R. China）

Abstract： Based on the talents cultivating goal of application-oriented universities and colleges， the status and problems of experimental teaching of civil engineering materials were analyzed. According to the career and industry oriented principle， the proposed reform approaches were strengthening open tests to complement the shortage of basic experimental programs， cultivating students ability of scientific exploration， keeping the consistency of requirements between the theoretical teaching and laboratorial operation， and improving the construction of laboratory.

Keywords：civil engineering materials； experimental teaching； open test； application-oriented； reform

（編輯梁遠(yuǎn)華）