普通高校土木工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索

倪振強(qiáng)

摘要：實(shí)驗(yàn)教學(xué)有著獨(dú)特和不可替代的教育功能，但目前普通高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果令人堪憂。文章通過分析土木工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀，對(duì)目前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系進(jìn)行了反思。以聊城大學(xué)土木工程專業(yè)為例，從單獨(dú)開設(shè)課程、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法創(chuàng)新及內(nèi)容改革和實(shí)驗(yàn)考核評(píng)價(jià)機(jī)制三方面著手，對(duì)普通高校土木工程材料的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了深入探索。

關(guān)鍵詞：土木工程材料；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；方法創(chuàng)新；內(nèi)容改革

中圖分類號(hào)：G64242 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：10052909（2017）02011504

土木工程材料是土木工程類專業(yè)學(xué)生必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，教學(xué)目的在于配合其他專業(yè)課程，為專業(yè)設(shè)計(jì)和施工提供設(shè)計(jì)參數(shù)，也為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)提供必要的基礎(chǔ)知識(shí)。因?yàn)槠鋵?shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)就成為重要的教學(xué)形式。特別是在這門課程開設(shè)時(shí)，學(xué)生還沒開始學(xué)習(xí)材料力學(xué)，對(duì)材料的力學(xué)機(jī)理認(rèn)識(shí)不足。單純依靠課堂講解，難以理解事物的本質(zhì)和內(nèi)在聯(lián)系。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)，一是可以讓學(xué)生直接觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，從感性上了解材料的技術(shù)性能。再者，實(shí)驗(yàn)操作鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力，為日后從事實(shí)際工程和科研工作奠定了良好的技能基礎(chǔ)[1-3]。

然而，由于我國(guó)社會(huì)發(fā)展的特點(diǎn)，我國(guó)高等教育一直是“重理論，輕實(shí)踐”，不重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)。普通高校更是存在實(shí)驗(yàn)教學(xué)理論缺乏，教學(xué)隊(duì)伍薄弱，實(shí)驗(yàn)設(shè)備落后等現(xiàn)狀[4]。針對(duì)這種情況，文章以聊城大學(xué)土木工程專業(yè)為例，對(duì)普通高校土木工程材料的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了深入探索。

一、土木工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

隨著現(xiàn)代土木工程建設(shè)的飛速發(fā)展，應(yīng)用型的高校人才受到就業(yè)市場(chǎng)的歡迎。既有扎實(shí)的專業(yè)理論知識(shí)，又有良好的動(dòng)手實(shí)踐能力，是土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)的方向。在國(guó)家提出高效率教學(xué)、減輕學(xué)生負(fù)擔(dān)號(hào)召的背景下，各高校不斷壓縮基礎(chǔ)專業(yè)課程總量，減少實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)功能受到極大限制[5-8]。因此，在現(xiàn)有條件下如何進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使其發(fā)揮獨(dú)特和不可替代的

教育功能，就成為本課程教學(xué)改革的一個(gè)重要課題。目前，土木工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題主要有以下幾個(gè)方面。

（1）實(shí)驗(yàn)教學(xué)淪為理論課的附庸品[9]。大學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)組織形式可分為三類，即課程中附屬的實(shí)驗(yàn)教學(xué)、單獨(dú)開設(shè)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和學(xué)生自選的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)多為第一類教學(xué)，知識(shí)的傳授主要來源于課堂教學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)處于從屬地位。根據(jù)調(diào)查，多數(shù)高校土木工程材料理論課為40學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)包含在理論課當(dāng)中，為10～12學(xué)時(shí)。實(shí)驗(yàn)課程考核比例一般為課堂成績(jī)的20～30%。這種教學(xué)組織形式，不能制定宏觀而又具體明確的實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)計(jì)劃，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)成為理論教學(xué)的附庸或輔助手段。

（2）實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法單一，內(nèi)容陳舊。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)步驟一般是教師制定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容→學(xué)生預(yù)習(xí)→實(shí)驗(yàn)演示→現(xiàn)場(chǎng)操作→填寫報(bào)告，這種教學(xué)方法比較保守和僵化。實(shí)驗(yàn)前教師準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)設(shè)備和材料，排除了可能出現(xiàn)的問題和障礙，每一個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟都詳細(xì)講解和示范，這種教學(xué)方式束縛了學(xué)生的想象和思維，羈絆了學(xué)生探索的腳步。況且由于學(xué)生基數(shù)大，實(shí)驗(yàn)教學(xué)多為分組進(jìn)行，分組人數(shù)多，漠視了學(xué)生的主體性，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課程中的主體地位無(wú)法實(shí)現(xiàn)，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的積極性嚴(yán)重受挫。

在教學(xué)內(nèi)容上，實(shí)驗(yàn)限于教材的內(nèi)容，并且多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，綜合和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)較少。操作較簡(jiǎn)單，學(xué)習(xí)完全處于被動(dòng)狀態(tài)，機(jī)械記憶數(shù)據(jù)，缺少思考。實(shí)驗(yàn)缺乏全局性，各實(shí)驗(yàn)課程之間前后脫節(jié)，簡(jiǎn)單重復(fù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象嚴(yán)重，更談不上探索創(chuàng)新。

（3）實(shí)驗(yàn)考核評(píng)價(jià)不夠合理。傳統(tǒng)的考核機(jī)制里，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績(jī)往往只憑借一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告來評(píng)價(jià)。因?yàn)榉纸M進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)雷同較多，無(wú)法判斷到底誰(shuí)在吃“大鍋飯”。而且單憑實(shí)驗(yàn)報(bào)告，也無(wú)法了解學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的掌握情況，更無(wú)法了解學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的學(xué)以致用情況。

二、 土木工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)反思

有效教學(xué)可以定義為：教師在科學(xué)教育價(jià)值觀的指導(dǎo)下，采用科學(xué)的教學(xué)方法和手段，達(dá)到預(yù)期效果。教學(xué)的有效性包含教學(xué)效率、教學(xué)效果和教學(xué)效益三方面的內(nèi)容，其關(guān)鍵在于教學(xué)效益，即學(xué)生是否能夠在學(xué)習(xí)過程中提高、完善和發(fā)展。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的不僅僅是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐技能，或去驗(yàn)證、創(chuàng)新理論知識(shí)，而是要培養(yǎng)學(xué)生未來工作或科研的思維習(xí)慣。

那么我們?cè)撊绾稳?shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)呢？很顯然，目前的土木工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)很難達(dá)到這個(gè)要求。從教師層面講，職業(yè)素養(yǎng)、技能水平等影響了教學(xué)質(zhì)量；從學(xué)生方面講，學(xué)習(xí)態(tài)度、理解能力等影響了學(xué)習(xí)質(zhì)量。此外一些外界的環(huán)境因素，對(duì)教學(xué)有效性也產(chǎn)生了影響。因此，如何有效進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)成為一個(gè)亟需解決的問題，需要對(duì)目前的教學(xué)進(jìn)行改革。

三、土木工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

聊城大學(xué)作為一所普通二本高校，師資力量相對(duì)有限，設(shè)備水平比較落后。在這種情況下，建筑工程學(xué)院對(duì)土木工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了一系列改革和創(chuàng)新，并取得了較好的效果。

（一） 單獨(dú)開設(shè)課程

將土木工程材料實(shí)驗(yàn)單獨(dú)開設(shè)課程，建立自己的獨(dú)立地位。按照人才培養(yǎng)目標(biāo)，以實(shí)驗(yàn)?zāi)芰橹骶€，優(yōu)化教學(xué)方法和內(nèi)容，發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)功能的科學(xué)性課程體系。這有助于實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平的提高，也對(duì)教師和學(xué)生提出了更高的要求。單獨(dú)設(shè)課，課程將直接納入學(xué)校的考核系統(tǒng)，教師需投入更大的時(shí)間和精力來提升教學(xué)質(zhì)量，學(xué)生因?yàn)閷W(xué)分的存在，也會(huì)產(chǎn)生學(xué)習(xí)的動(dòng)力。同時(shí)，教師在制定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和計(jì)劃時(shí)也更加靈活，可以根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)和興趣開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

聊城大學(xué)建工學(xué)院的做法是，將土木工程材料獨(dú)立設(shè)置課程，共16個(gè)學(xué)時(shí)，1個(gè)學(xué)分。獨(dú)立后的實(shí)驗(yàn)課程安排在理論課程結(jié)束之后，比較連貫，通過實(shí)際操作，學(xué)生不僅能將理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)相互聯(lián)系，同時(shí)也能加深印象、強(qiáng)化概念。而且獨(dú)立設(shè)置后的課程不僅僅限于課本要求的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，增加了較多選作的綜合和提高型實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。這為感興趣和學(xué)有余力的學(xué)生提供了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和發(fā)揮空間，有助于其科研意識(shí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

（二） 教學(xué)方法創(chuàng)新、內(nèi)容改革

在傳統(tǒng)教學(xué)方法中，學(xué)生是以教師、指導(dǎo)書為“程序”，在詳細(xì)的步驟下機(jī)械進(jìn)行操作。這種教學(xué)方法直接抹殺了學(xué)生的創(chuàng)造力，也消磨了學(xué)生的熱情，教學(xué)有效性非常低。針對(duì)這種情況，我們對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)方法進(jìn)行了創(chuàng)新。

（1）實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備工作不再是單純的演示，而是利用數(shù)值仿真技術(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行模擬。讓學(xué)生接觸力學(xué)，并產(chǎn)生通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證的想法。如利用ANSYS軟件對(duì)鋼筋混凝土板受彎破壞進(jìn)行數(shù)值模擬，利用ANSYS的動(dòng)畫捕捉功能，將其破壞過程制作成動(dòng)畫在課堂上播放，觀察材料的破壞情況和變形情況。使學(xué)生思考這種破壞模式的產(chǎn)生機(jī)理，從而使學(xué)生從本質(zhì)上認(rèn)識(shí)其破壞機(jī)理，并對(duì)力學(xué)學(xué)習(xí)產(chǎn)生興趣。

（2）轉(zhuǎn)變教師角色，減少示范，不再逐一講解。只講明實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵點(diǎn)和注意事項(xiàng)，以幫助者和協(xié)作者的身份來啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生。

（3）由于課時(shí)有限，單憑上課時(shí)間難以滿足實(shí)驗(yàn)要求。因此開放實(shí)驗(yàn)室，保證了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)時(shí)間，此外材料與設(shè)備的開放，也利于學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)室的掌握，熟知其功能。興趣小組成員利用課余時(shí)間，發(fā)揮主觀能動(dòng)性，獨(dú)立開發(fā)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，完成了多篇實(shí)驗(yàn)報(bào)告和論文。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容過于固定，以常規(guī)、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，缺乏綜合和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，既無(wú)法調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，也限制了學(xué)生的創(chuàng)新能力?；诖?，結(jié)合土木工程專業(yè)的特點(diǎn)，將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整和改革。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目調(diào)整。將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為必做和選修兩部分，其中必做部分包括4個(gè)實(shí)驗(yàn)，選修部分包括6個(gè)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)，在必做內(nèi)容的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生自主再選擇幾項(xiàng)選修實(shí)驗(yàn)，滿足了不同學(xué)生的需求。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容改革。同一實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，設(shè)計(jì)多個(gè)實(shí)驗(yàn)方案。比如鋼筋實(shí)驗(yàn)，教學(xué)大綱是低碳鋼的拉伸實(shí)驗(yàn)。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)時(shí)，選擇工程常用的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ鋼筋和冷加工的鋼筋。通過觀察其拉力-變形曲線，來對(duì)比不同鋼筋的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率值。又比如水泥膠砂強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，通過選用不同的水泥，來對(duì)比各種水泥之間性能的差異。這樣，我們就將簡(jiǎn)單的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了延伸，加深了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的印象，取得良好的教學(xué)效果。

（三） 實(shí)驗(yàn)考核評(píng)價(jià)

實(shí)驗(yàn)考核是衡量學(xué)生學(xué)習(xí)有效性的方法，也是最終的成績(jī)依據(jù)，因此考評(píng)方法應(yīng)當(dāng)全面、準(zhǔn)確和客觀，對(duì)實(shí)驗(yàn)課的每個(gè)階段都要進(jìn)行嚴(yán)格的考核。然而，僅僅依靠出勤、實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告來評(píng)價(jià)的方式不盡合理。學(xué)生確實(shí)把實(shí)驗(yàn)做好了，但會(huì)不會(huì)應(yīng)用，在過去的評(píng)價(jià)系統(tǒng)中無(wú)法體現(xiàn)。由于學(xué)生缺少實(shí)踐鍛煉，對(duì)實(shí)際問題思考過少，理論脫離實(shí)際，即使身邊的簡(jiǎn)單現(xiàn)象也無(wú)法做出科學(xué)解釋。雖然做過實(shí)驗(yàn)，但面對(duì)實(shí)踐中的小問題也束手無(wú)策，成為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的悲哀。

因此，在實(shí)驗(yàn)考核評(píng)價(jià)中，我們加入了應(yīng)用這一條。具體操作方法是讓學(xué)生從周圍的環(huán)境中發(fā)現(xiàn)問題，并找到通過實(shí)驗(yàn)的解決之道。通過應(yīng)用小論文的方式提交，設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案來解決這個(gè)問題，由教師做出評(píng)價(jià)。雖然這些方案比較簡(jiǎn)單，而且有很多不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)拇嬖?，但是作為本科生已是學(xué)以致用的良好途徑。

比如有的學(xué)生發(fā)現(xiàn)同樣是混凝土路面，下雨時(shí)不同部位其滲水情況不同。思考原因——在路基質(zhì)量相同的條件下，有可能是混凝土施工過程中不同部位施工水平不均造成的滲透性不同。提出實(shí)驗(yàn)方案——制作兩組抗?jié)B試件，同樣的材料及配合比，一組人工振搗成型且施工水平一般，一組機(jī)械振搗成型且施工質(zhì)量較高，進(jìn)行抗?jié)B實(shí)驗(yàn)，比較結(jié)果。

有的學(xué)生發(fā)現(xiàn)在國(guó)家全面禁止使用焙燒黏土磚的同時(shí)，很多工地仍在使用，并稱之為“黃河淤泥黏土磚”。思考原因——黃河淤泥黏土磚原材料取自黃河淤泥，與一般的黏土磚不同，淤泥中可能存在較多的有機(jī)質(zhì)，其力學(xué)性能值得懷疑。提出實(shí)驗(yàn)方案——隨機(jī)抽取兩組焙燒黏土磚，一組是黃河淤泥黏土磚，一組是一般黏土磚，進(jìn)行抗壓和抗折實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行對(duì)比。

最終的考核評(píng)價(jià)：

實(shí)驗(yàn)成績(jī)=出勤（10%）+實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)（30%）+實(shí)驗(yàn)報(bào)告（30%）+應(yīng)用小論文（30%）。

四、 結(jié)語(yǔ)

土木工程材料實(shí)驗(yàn)課是土木工程專業(yè)學(xué)生直觀認(rèn)識(shí)建筑材料、了解其技術(shù)性能的重要途徑，對(duì)于培養(yǎng)創(chuàng)新應(yīng)用型土木工程專業(yè)人才意義非凡。但目前在普通高校的教學(xué)中，由于教學(xué)理念偏頗，師資力量薄弱和實(shí)驗(yàn)資源限制等問題，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)陳舊落后，脫離實(shí)踐，失去了應(yīng)有的教育意義。

文章以聊城大學(xué)建筑工程學(xué)院的土木工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)為背景，以實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性為基礎(chǔ)，從課程設(shè)置、教學(xué)方法與內(nèi)容、考核評(píng)價(jià)三個(gè)方面，探索了普通二本院校土木工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與創(chuàng)新。試圖在當(dāng)前條件有限的情況下，最大功效地發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效益，并提高教師和學(xué)生的素質(zhì)，實(shí)現(xiàn)真正意義上的教學(xué)相長(zhǎng)。

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Abstract： Experimental teaching has a unique and irreplaceable educational function， but the effect of college teaching experiment is worrying. Through the analysis of civil engineering materials experimental teaching status， the present experimental teaching system was reflected. Taking the civil engineering specialty of Liaocheng University as an example， from independent course， innovation of experimental teaching method and content reform， experimental evaluation mechanism explores the experimental teaching of civil engineering materials in college.

Keywords： civil engineering materials；experiment teaching；method innovation；content reform

（編輯 周 沫）