國(guó)外土木工程材料實(shí)驗(yàn)課教學(xué)特點(diǎn)及其對(duì)我國(guó)的啟示

高俊麗

摘要：通過(guò)介紹國(guó)外土木工程材料實(shí)驗(yàn)課教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合國(guó)內(nèi)該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)特點(diǎn)，文章探討了土木工程材料課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，提出驗(yàn)證性、綜合設(shè)計(jì)性和研究探索性三種實(shí)驗(yàn)并存的教學(xué)模式，認(rèn)為開(kāi)放土木工程材料實(shí)驗(yàn)室，建立完善的考核機(jī)制和及時(shí)更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，這些措施能鍛煉學(xué)生獨(dú)立思考、主動(dòng)實(shí)踐的能力，保證實(shí)驗(yàn)效果，提高儀器設(shè)備的使用率，大力提升課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平。

關(guān)鍵詞：土木工程材料；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；綜合設(shè)計(jì)性；研究探索性；開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室

中圖分類號(hào)：G6420；TU375文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：10052909（2014）06005004土木工程材料實(shí)驗(yàn)課是土建類專業(yè)的必修實(shí)驗(yàn)課，也是一門實(shí)踐性和應(yīng)用性都很強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)課程。目前，中國(guó)高校土木工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)中普遍存在內(nèi)容多、課時(shí)少、學(xué)生多和實(shí)驗(yàn)儀器少的現(xiàn)象。在這種情況下，如何保證教學(xué)質(zhì)量，加強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力，培養(yǎng)實(shí)踐能力強(qiáng)的建設(shè)人才，是土木工程材料實(shí)驗(yàn)課教學(xué)改革的重要問(wèn)題。在高等教育越來(lái)越國(guó)際化的趨勢(shì)下，通過(guò)借鑒國(guó)外高校的優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)，提升中國(guó)高校土木工程材料實(shí)驗(yàn)課教學(xué)水平，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文借鑒國(guó)外土木工程材料實(shí)驗(yàn)課管理模型，分析國(guó)內(nèi)土木工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀，提出實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革具體措施，積極探索行之有效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。

一、國(guó)外土木工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)

（一）注重培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立性

美國(guó)高校非常注重對(duì)學(xué)生獨(dú)立性的培養(yǎng)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)學(xué)生的引導(dǎo)也很細(xì)致。教學(xué)過(guò)程中，他們將實(shí)驗(yàn)教學(xué)分成三個(gè)階段：第一階段，實(shí)驗(yàn)教師指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)將要用到的實(shí)驗(yàn)儀器，使學(xué)生掌握基本實(shí)驗(yàn)技能和方法；第二階段，實(shí)驗(yàn)教師通過(guò)引導(dǎo)和啟發(fā)的方式，指導(dǎo)學(xué)生利用已經(jīng)掌握的基本知識(shí)和技能，制定最佳實(shí)驗(yàn)方案；第三階段，學(xué)生根據(jù)制定好的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)教師只在旁邊指點(diǎn)，以保證學(xué)生切實(shí)參與到實(shí)驗(yàn)中。這種教學(xué)方式不僅能讓學(xué)生獨(dú)立思考、主動(dòng)實(shí)踐，而且能保證實(shí)驗(yàn)效果和實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡膶?shí)現(xiàn)[1]。美國(guó)和加拿大高校還注重綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，他們每年定期舉辦混凝土船競(jìng)賽。該競(jìng)賽要求學(xué)生根據(jù)競(jìng)賽題目的要求設(shè)計(jì)混凝土船，并要求50%以上的骨料需采用礦渣等廢棄材料，學(xué)生獨(dú)立完成混凝土船的計(jì)算分析、設(shè)計(jì)、制作等。這項(xiàng)活動(dòng)不僅讓學(xué)生對(duì)混凝土所需基本材料性能有了清晰的認(rèn)識(shí)，還提高了學(xué)生的動(dòng)手操作能力和團(tuán)隊(duì)合作能力[2]。

（二）建立開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)室

德國(guó)漢堡大學(xué)實(shí)驗(yàn)室全天向?qū)W生開(kāi)放，有專業(yè)人員進(jìn)行指導(dǎo)，并制定了嚴(yán)格的規(guī)章制度。實(shí)驗(yàn)室中的儀器設(shè)備幾乎全用計(jì)算機(jī)控制，每個(gè)學(xué)生都有機(jī)會(huì)去學(xué)習(xí)操作各類儀器設(shè)備，且學(xué)生嚴(yán)格遵守各項(xiàng)規(guī)章制度。同時(shí)，他們的實(shí)驗(yàn)課采用提問(wèn)形式，教師和學(xué)生可以隨時(shí)互相提問(wèn)，氣氛比較活躍。所提問(wèn)題不僅涉及實(shí)驗(yàn)課和理論課的內(nèi)容，還涉及與之相關(guān)的拓展性知識(shí)。通過(guò)學(xué)生提問(wèn)這種方式，培養(yǎng)了學(xué)生尋找和思考問(wèn)題的能力，也有利于強(qiáng)化他們學(xué)習(xí)的深度和廣度，活躍學(xué)習(xí)氛圍，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性[3]。

（三）注重實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

相對(duì)國(guó)內(nèi)土木工程材料實(shí)驗(yàn)課時(shí)偏少的情況，歐美國(guó)家高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)課時(shí)與理論課時(shí)的比例達(dá)到30%-40%，學(xué)生要花很多時(shí)間做實(shí)驗(yàn)和寫報(bào)告。教師非常重視引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，這是國(guó)外實(shí)驗(yàn)教學(xué)中非常值得借鑒的做法。教師引導(dǎo)學(xué)生思考如何準(zhǔn)確獲取實(shí)驗(yàn)參數(shù)，分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，尤其重視對(duì)異常實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，幫助學(xué)生探求產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因。

（四）注重實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的更新

注重將最新的實(shí)驗(yàn)方法、測(cè)試技術(shù)和儀器設(shè)備引進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)教師也積極主動(dòng)地將科研成果轉(zhuǎn)化成實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，按照更新的內(nèi)容，及時(shí)修訂實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，讓學(xué)生及時(shí)了解、接觸新事物[4]。

二、國(guó)內(nèi)土木工程材料實(shí)驗(yàn)存在問(wèn)題

目前，國(guó)內(nèi)土木工程材料實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)質(zhì)量和水平與國(guó)外大學(xué)相比還存在一定的差距，普遍存在重理論、輕實(shí)踐，重結(jié)果、輕過(guò)程的現(xiàn)象，這不利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新素質(zhì)。歸納起來(lái)，國(guó)內(nèi)土木工程材料實(shí)驗(yàn)主要存在以下一些問(wèn)題。

（一）實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容陳舊

土木工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容陳舊體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較為陳舊，教學(xué)內(nèi)容沒(méi)有跟上時(shí)代發(fā)展的步伐。如僅有涉及黃砂、石子、水泥、鋼筋和混凝土等材料的基本性能實(shí)驗(yàn)，沒(méi)有相關(guān)新材料、新理念、新技術(shù)的實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，由于缺乏交叉學(xué)科的學(xué)習(xí)，學(xué)生掌握的知識(shí)沒(méi)有深度和廣度，這在一定程度上影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。二是實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式較為陳舊。由于受到實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、教學(xué)經(jīng)費(fèi)等的限制，目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)高校土木工程材料實(shí)驗(yàn)課仍以演示性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書要求被動(dòng)地、機(jī)械地驗(yàn)證所學(xué)理論，學(xué)生缺乏主動(dòng)性和創(chuàng)新性。

（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核機(jī)制不合理

盡管土木工程材料這門課是土木工程專業(yè)學(xué)生的必修課，學(xué)生只有完成了實(shí)驗(yàn)課并取得了合格的成績(jī)，才能參加土木工程材料這門課的正式考試。但由于現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件的限制，學(xué)生分組人數(shù)較多，只有愿意學(xué)習(xí)的學(xué)生才會(huì)認(rèn)真按照教師要求做實(shí)驗(yàn)，其他學(xué)生則等著抄寫同組學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)是依據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告來(lái)評(píng)定的，同一組學(xué)生分?jǐn)?shù)相差不多，實(shí)驗(yàn)成績(jī)不能真實(shí)反映學(xué)生實(shí)驗(yàn)的狀態(tài)，以致學(xué)生上實(shí)驗(yàn)課積極性不高。

同時(shí)，受大環(huán)境影響，實(shí)驗(yàn)教師工作未能得到應(yīng)有重視，實(shí)驗(yàn)教師工作熱情不高。實(shí)驗(yàn)教師考核是一碗水端平，只要正常出勤，份內(nèi)工作不出差錯(cuò)，考勤就是滿分。但另一方面，高校制定的高級(jí)專業(yè)技術(shù)職務(wù)崗位考核制度，又明確提出高級(jí)實(shí)驗(yàn)師崗位應(yīng)具備一定的科研水平和能力，需要申請(qǐng)國(guó)家級(jí)項(xiàng)目或省部級(jí)項(xiàng)目，要在本學(xué)科核心期刊上發(fā)表較高水平的文章，這就導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教師不得不將工作的重心轉(zhuǎn)移到科研上，以致輕視了實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

（三）實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間難以安排

土木工程材料課課時(shí)較少，部分高校實(shí)驗(yàn)課是在課外完成的。而土木工程材料實(shí)驗(yàn)內(nèi)容繁多，實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)。有些實(shí)驗(yàn)需要學(xué)生多次前往實(shí)驗(yàn)室，如混凝土性能實(shí)驗(yàn)，初期需要制作混凝土試塊，放入養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)一天后拆模，繼續(xù)養(yǎng)護(hù)28天后，才能測(cè)定其抗壓強(qiáng)度，整個(gè)實(shí)驗(yàn)完成下來(lái)，學(xué)生需要前往實(shí)驗(yàn)室3次。同時(shí)，由于學(xué)生人數(shù)較多，所選課程不一樣，課外時(shí)間也不一致，這樣就較難協(xié)調(diào)統(tǒng)一課外時(shí)間，導(dǎo)致部分學(xué)生上課時(shí)間有沖突，影響實(shí)驗(yàn)教學(xué)的正常進(jìn)行[5]。

三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的幾點(diǎn)做法

為了改變傳統(tǒng)土木工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題，有必要對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式進(jìn)行改革，以增加學(xué)生的積極性和創(chuàng)新性。

（一）構(gòu)建多模式實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

在扎實(shí)打好科學(xué)實(shí)驗(yàn)基本功的基礎(chǔ)上，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新。從原來(lái)僅有單一的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，逐步過(guò)渡到驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、探索研究性實(shí)驗(yàn)三種實(shí)驗(yàn)同時(shí)開(kāi)展[6]。

驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)主要是針對(duì)教學(xué)大綱要求的基本實(shí)驗(yàn)，如水泥性能實(shí)驗(yàn)、混凝土立方體抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)等。通過(guò)這些基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，加深學(xué)生對(duì)課本知識(shí)的理解，掌握儀器設(shè)備的操作技能。這些實(shí)驗(yàn)可以先讓學(xué)生自己預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)視頻和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，再在教師指導(dǎo)下完成，這些都是土木工程材料實(shí)驗(yàn)課的基本功。

綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)則是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的進(jìn)一步深入，如混凝土配合比設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)教師只需提供混凝土配合比的設(shè)計(jì)要求和實(shí)驗(yàn)材料，學(xué)生可有多種設(shè)計(jì)方案，只要說(shuō)明設(shè)計(jì)依據(jù)和原則即可。學(xué)生要想完成這個(gè)實(shí)驗(yàn)，必須先將相關(guān)理論概念理解透徹，如基準(zhǔn)配合比、砂率、水灰比等，以及這些概念在配合比設(shè)計(jì)中所起的作用。混凝土配合比實(shí)驗(yàn)還要制作混凝土試塊，該試塊需要在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)28天才能判斷其強(qiáng)度是否達(dá)到要求。如果不能達(dá)到抗壓強(qiáng)度要求，還需要調(diào)整混凝土配合比，再重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)對(duì)里砂、石子、水泥等材料性能，以及這些材料之間的搭配關(guān)系要進(jìn)行綜合考慮，這就要求學(xué)生在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要將各方面因素考慮周全，學(xué)生之間須相互配合。通過(guò)綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，能使學(xué)生更加直觀地理解各材料的性能，為今后的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

研究創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)可由實(shí)驗(yàn)教師提供一些題目，學(xué)生也可自帶題目，實(shí)驗(yàn)教師為學(xué)生提供技術(shù)指導(dǎo)等全方位服務(wù)。學(xué)生要熟悉國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)，選取自己感興趣的課題，通過(guò)自主學(xué)習(xí)、自主設(shè)計(jì)、自主實(shí)施，充分展示學(xué)生自身的專業(yè)綜合素質(zhì)。這種實(shí)驗(yàn)以實(shí)際研究課題中的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為內(nèi)容，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生參加實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生受到實(shí)際科研訓(xùn)練。

通過(guò)這一系列的改革，不僅能讓學(xué)生掌握基本操作技能，也讓學(xué)生了解最新行業(yè)動(dòng)態(tài)，錘煉科研能力。

（二）制定科學(xué)合理的考核體系

提高實(shí)驗(yàn)課時(shí)與理論課時(shí)的比例，從原來(lái)僅在課外上實(shí)驗(yàn)課，提高到實(shí)驗(yàn)課時(shí)與理論課時(shí)比例達(dá)20%-30%。建立全面考核機(jī)制，考核內(nèi)容涵蓋學(xué)生實(shí)驗(yàn)選題、實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、試驗(yàn)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)結(jié)果等各個(gè)環(huán)節(jié)，每一項(xiàng)考核內(nèi)容所占分值如圖1所示，對(duì)每一項(xiàng)考核內(nèi)容要有具體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中有所創(chuàng)新，對(duì)有創(chuàng)見(jiàn)的學(xué)生，成績(jī)可以適當(dāng)提高。

每年對(duì)實(shí)驗(yàn)教師進(jìn)行國(guó)內(nèi)外先進(jìn)知識(shí)與技術(shù)的相關(guān)培訓(xùn)，以保證實(shí)驗(yàn)教師工作水平的不斷提高。在產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目的支持下，鼓勵(lì)實(shí)驗(yàn)教師多與企業(yè)聯(lián)系，與建筑相關(guān)企業(yè)結(jié)對(duì)，建立長(zhǎng)期穩(wěn)定的生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)基地。引導(dǎo)實(shí)驗(yàn)教師積極了解新建筑材料、新實(shí)驗(yàn)方法、新理論等，并把實(shí)驗(yàn)教師的培訓(xùn)成績(jī)、與企業(yè)的結(jié)對(duì)情況、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新等作為晉升和考核實(shí)驗(yàn)教師的一項(xiàng)內(nèi)容。只有教師能力提高了，才能最終保證教學(xué)質(zhì)量。

（三）建立開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)室

將土木工程材料實(shí)驗(yàn)室建設(shè)為開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)室。開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室涉及實(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)[7]。主要需要解決以下幾個(gè)問(wèn)題。

第一，開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室允許學(xué)生在網(wǎng)上進(jìn)行預(yù)約，預(yù)約成功后按照預(yù)約時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。學(xué)生依據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求，獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)教師負(fù)責(zé)審核學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案，解答學(xué)生疑問(wèn)，幫助學(xué)生克服實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到的困難，并隨時(shí)處理可能出現(xiàn)的突發(fā)事件。這一辦法能解決學(xué)生實(shí)驗(yàn)課時(shí)沖突的問(wèn)題。

第二，建立嚴(yán)格的規(guī)章制度。學(xué)生由于對(duì)儀器設(shè)備操作不熟悉，有時(shí)難免操作不規(guī)范，使實(shí)驗(yàn)受到影響。因此除了有實(shí)驗(yàn)教師在旁邊及時(shí)輔導(dǎo)外，還必須建立完整的規(guī)章制度并嚴(yán)格執(zhí)行。

第三，鑒于實(shí)驗(yàn)教師人員較少的情況，可對(duì)高年級(jí)優(yōu)秀生或者研究生進(jìn)行專項(xiàng)訓(xùn)練，讓這些學(xué)生作為助教參與到開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室的管理和教學(xué)指導(dǎo)工作中來(lái)，以切實(shí)保證教學(xué)質(zhì)量。

開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室為學(xué)生提供了一個(gè)自由開(kāi)放的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，充分發(fā)揮了學(xué)生的主體作用，同時(shí)也使實(shí)驗(yàn)室容量大幅度提高，也提高了實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用率。

（四）及時(shí)更新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

根據(jù)學(xué)科發(fā)展和社會(huì)需求，及時(shí)開(kāi)展對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的研究與更新，積極把科研成果轉(zhuǎn)化成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，力爭(zhēng)每年更新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)達(dá)到總實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的4%。

四、結(jié)語(yǔ)

借鑒國(guó)外土木工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，為國(guó)內(nèi)土木工程材料實(shí)驗(yàn)課教學(xué)的推進(jìn)提供決策依據(jù)，為制定人才培養(yǎng)方案提供理論和實(shí)踐依據(jù)。通過(guò)一系列的改革，旨在使土木工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)能幫助學(xué)生更好地掌握理論知識(shí)，并能靈活地運(yùn)用，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力和獨(dú)立解決問(wèn)題的能力。通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生大量自主的學(xué)習(xí)，使學(xué)生對(duì)土木工程材料這門課有更加深入的認(rèn)識(shí)，明白學(xué)好一門專業(yè)需要掌握綜合性的知識(shí)。

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