菜單式開放性土木工程材料課程的實驗教學平臺構建

耿飛　解建光　桂敬能

摘要：

基于土木工程材料課程實驗教學改革中存在的一些突出問題，提出一種菜單式開放性課程實驗教學模式。從實驗教學項目庫建設、實驗大綱編制和項目實施管理等方面論述了實驗教學平臺構建的原則、方法和措施，可實現(xiàn)平臺自身建設和發(fā)展的良性循環(huán)，將開放性實驗項目落到實處，對學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)具有重要的實踐價值。

關鍵詞：開放性實驗項目；土木工程材料課程；實驗教學平臺

中圖分類號：TU521；G6423文獻標志碼：A文章編號：

10052909（2018）02010303

土木工程材料課程是南京航空航天大學交通土建和建筑工程兩個專業(yè)的核心基礎課，其實驗教學為12學時，主要包含混凝土用砂石性能、水泥膠砂強度、鋼筋拉伸彎曲、普通混凝土性能（工作性和抗壓強度）、燒結普通磚和瀝青三大指標等6個方面的實驗。目前主要以操作性實驗為主，僅針對某單一目標展開，讓學生觀察實驗現(xiàn)象以增強對課程內(nèi)容的認知，缺乏綜合性、設計性、探索性和前沿性實驗的設計，在培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維、提高分析問題能力方面尤顯不足，難以激發(fā)學生對工程技術問題的求知欲和探究欲，更難讓學生體會到“攻堅克難”的樂趣。因此，探索切實可行的土木工程材料課程實驗教學新模式，對“雙創(chuàng)”型專業(yè)人才的培養(yǎng)具有重要的實踐價值。

基于南京航空航天大學土木工程材料實驗教學大綱的基本要求，圍繞學校道路與鐵道工程專業(yè)碩士點和博士點的培養(yǎng)方向，從專業(yè)教師科研項目中凝練實驗教學題目，建立項目庫以供學生自由選擇，逐步形成完善的開放性實驗教學平臺，全面培養(yǎng)學生的理解能力、分析能力和思維創(chuàng)新能力。

一、 國內(nèi)土木工程材料課程實驗教學現(xiàn)狀

很多高校已對土木工程材料課程實驗教學進行了改革探索，以適應不同階段對土木和交通等領域人才培養(yǎng)的要求。重慶大學王沖[1]等分析了不同土木工程專業(yè)的材料共性問題和個性要求，提出針對建筑工程、隧道與地下工程、道路橋梁工程等不同專業(yè)的實際應用需求，以提升學生素質為目的進行土木工

程材料課程建設。同濟大學郭曉璐[2]等通過引入典型工程案例，設計適合課堂講授的項目，形成項目式教學法，實現(xiàn)“以課本為中心”到“以項目為中心”的轉變。汕頭大學李庚英[3]等按照CDIO工程教育模式，對傳統(tǒng)實驗教學方式進行改革，按照材料設計—實驗檢驗—改進提高的CDIO過程，最終寫出研發(fā)報告，并全班演示，從而培養(yǎng)學生動手、表達、文字寫作和團隊協(xié)作能力。東南大學龐超明[4]等通過設立材料科學基礎、材料制備、性能測試、材料分析技術、專業(yè)方向綜合實驗、畢業(yè)論文設計等實驗課程，在教學中逐層推進，實現(xiàn)實驗教學的獨立性和系統(tǒng)性。華中科技大學張長清[5]等在原來基本教學實驗基礎上，開發(fā)了一系列綜合型設計性創(chuàng)新實驗項目。將土木工程材料課程單項實驗內(nèi)容設計為多方案實驗，并將這些實驗項目發(fā)布到網(wǎng)絡平臺供學生選擇，實驗興趣小組由學生自由組合（不分專業(yè)、不分年級），實驗課外進行，時間與指導教師協(xié)商確定，盡可能發(fā)揮學生的學習自主性。桂林理工大學趙勝華[6]等開展了“開放性實驗”教學，闡述了教學實施的具體過程，并通過實驗案例分析該教學方法對學生能力培養(yǎng)的影響。

在土木工程材料課程實驗教學活動中，往往會存在以下幾點問題，制約相關實驗的可持續(xù)開展。

（1）實驗教學平臺經(jīng)費的問題。通常每門課程的實驗教學經(jīng)費是固定且有限的，計劃外的實驗項目時常會因為缺乏耗材、夾具或模具等而不能順利實施。

（2）教師和學生的常態(tài)化互動問題。教師不僅要承擔相應的課程教學任務，還要從事科學研究，尤其是土木工程專業(yè)，與工程現(xiàn)場應用的結合較多。學生在選定一個開放性實驗項目后，會因為自身不善交流的性格、不熟悉設備操作以及難以獲得教師實踐指導等，在實驗過程中舉步維艱，逐步磨滅探索和求知的激情。

（3）實驗教學的評價機制問題。學生大多按照學校教學計劃的安排開展專業(yè)學習，比較習慣“灌輸式”的教學方法。如果學生從事的開放性實驗項目不能與課程學分、評優(yōu)評獎等有機結合，則難以形成一種自發(fā)機制，更不能發(fā)揮循循善誘、啟迪思維的作用。

二、土木工程材料課程實驗教學項目庫建設

當前土木工程專業(yè)碩士點有巖土工程、結構工程、防災減災工程及防護工程、橋梁與隧道工程、道路與鐵道工程共5個，所涉及的材料制備、測試和分析等實驗技術側重點差異較大，內(nèi)容各有不同。在篩選項目時，結合土木工程材料的最新發(fā)展方向，以材料基本性能與工程應用特性為核心，以培養(yǎng)學生的工程概念與工程材料應用能力為導向，將實驗項目分為專業(yè)型和綜合型兩種。前者側重于“點”，后者偏向于“面”，讓學生在材料制備和性能上進行橫向或縱向的設計。具體基于以下幾個原則：

（1） 項目源于教師科研課題原則，以保證經(jīng)費充足。項目內(nèi)容不求大而全，但應具有啟發(fā)性，由專業(yè)教師提供給實驗室教師，商榷后在院系的實驗平臺網(wǎng)站上進行更新，項目的有效期至少為一學期，且項目庫數(shù)量只增不減。倘若教師的科研課題結題，則應及時對其當初設定的項目備注說明，盡量引導學生不予選擇。如學生仍堅持選定某個項目，則建議以此實驗項目為背景，申報學校和學院的大學生自由探索計劃項目，以期獲得資助并順利實施。

（2）項目實行“三維”管理原則，以保證順利實施。專業(yè)教師作為指導人，負責和學生探討實驗方案設計，提供相應的實驗經(jīng)費；實驗室教師作為協(xié)調人，負責實驗場所和儀器設備的安排，并指導學生熟練安全地使用儀器設備；研究生作為聯(lián)系人，在學生團隊有需求的時候提供配合，并督促實驗項目的有序實施。

（3）項目實行過程記錄和考核原則，以保證達到效果。學生在項目實施過程中，應及時拍照、記錄整理和分析數(shù)據(jù)，形成實驗報告，上傳至實驗教學網(wǎng)絡平臺。由3位專業(yè)教師組成的評審小組對實驗報告進行評定。

文章以拋磚引玉的方式，僅結合道路與鐵道工程專業(yè)，探討土木工程材料課程實驗教學項目庫的建設。在已承擔的國家“十二五”科技支撐計劃項目“鄉(xiāng)土特色保護與傳承技術研究與示范”中，涉及農(nóng)村生態(tài)化道路（重點是透水路面）的建設與示范，針對這個主題可提煉出很多實驗項目，比如，不同骨料級配對透水混凝土孔隙率的影響、孔隙率對透水混凝土人行道面透水系數(shù)的影響、不同骨料級配對透水混凝土抗壓強度的影響、孔隙率對透水混凝土人行道面抗壓強度或抗折強度的影響、水泥類型和摻量對透水混凝土抗壓強度的影響，等等。專業(yè)教師可從某一項研究內(nèi)容中拆分出若干個小塊作為一個項目，著重讓學生分析材料的組成、結構及其性能之間的關系，逐步建立實驗項目庫。因專業(yè)教師原本就對項目研究內(nèi)容進行過細致的分析，指導學生時更得心應手。作為聯(lián)系人的研究生，如果能獲得本科生團隊的大力支持，也更容易完成課題研究，可謂一舉多得。

三、 土木工程材料課程實驗教學大綱編制

菜單式開放性的土木工程材料課程實驗教學大綱由專業(yè)教師制定，應突出實驗目的和教學目標，具有啟發(fā)性，但不強調具體實驗過程和步驟，不列舉原材料、配合比、制備工藝和性能測試方法。大綱主要模塊包含四點內(nèi)容：（1）項目背景，簡單介紹項目的來源、理論和應用價值；（2）實驗目的和目標，說明實驗擬解決的關鍵問題和實現(xiàn)的技術指標；（3）實驗進度和計劃，擬定方案設計、實驗條件準備、試件制作與測試、數(shù)據(jù)計算和分析、實驗報告撰寫等環(huán)節(jié)的具體時間安排；（4） 技術規(guī)程和設計規(guī)范。

開放性實驗教學大綱編寫完畢后提交實驗室教師，在網(wǎng)站上公示，以供學生選擇。

四、土木工程材料課程實驗教學平臺運作

土木工程材料課程實驗教學平臺構建和運行的主要流程如圖1所示。

在院系網(wǎng)站上建立土木工程材料課程實驗教學網(wǎng)絡平臺，有條件的可以編制相應APP。學生登錄后，根據(jù)專業(yè)方向和興趣，進行項目菜單和具體題目的選擇。項目指導教師可重點支持大三或大四學生擔任項目組長，組長應具有良好的實踐操作和組織協(xié)調能力。鼓勵學生跨年級甚至跨專業(yè)組隊，每組3～5人，利用課外或課內(nèi)時間進行項目的設計和實施，指導教師跟蹤項目進展，觀察實驗效果，并由實驗指導委員會進行評價和定級，給予學生相應的課外實踐學分。

五、結語

土木工程材料是土木交通專業(yè)領域的專業(yè)基礎課程。通過菜單式開放性實驗教學平臺的構建，能促進培養(yǎng)模式的可持續(xù)發(fā)展，實現(xiàn)專業(yè)拓展和理論學習的統(tǒng)一，并為學生提供范圍開闊、內(nèi)容詳實、技術突出的實踐機會，增進師生的交流互動，提升學生對專業(yè)技術問題的分析和解決能力。參考文獻：

[1]王沖，吳建華，劉芳. 面向不同專業(yè)需求的土木工程材料課程建設探討[J].高等建筑教育， 2015， 24（6）：58-61.

[2]郭曉璐， 孟凡杰， 伍亮. 項目式教學法在材料制備與檢測課程教學中的應用[J].高教學刊， 2016（5）：89-90.

[3]李庚英， 趙曉華， 熊光晶. “土木工程材料”CDIO模式的設計與實現(xiàn)[J].高等工程教育研究， 2009（5）：41-43.

[4]龐超明， 張亞梅， 梅建平， 等. 土木工程材料專業(yè)獨立實驗教學體系的構建與實踐[J].高校實驗室工作研究， 2015（4）：11-13.

[5]張長清， 金康寧. 土木工程材料創(chuàng)新實驗教學改革的探討與實踐[J].高等建筑教育， 2003，12（4）：73-75.

[6]趙勝華， 陳慕杰， 陳宜虎， 等. 土木工程材料開放性實驗實踐研究[J].教育教學論壇，2013（5）：246-247.

Abstract：

Based on some prominent problems in teaching and teaching reform about experiment of civil engineering materials， this paper proposes a menulike open platform for experimental teaching mode， which discusses the principles， methods and measures for the construction of platform from the aspects of construction of experimental teaching project library， compilation of experimental program， project implementation management and etc. It can realize a benign circle of its own construction and development to make its beneficial effects take root， as well as its great practical value of the cultivation of students creative ability.

Keywords： openness experiment project； civil engineering materials course； experimental teaching platform

（編輯周沫）