OBE理念在土木工程材料實驗教學中的實踐與思考

曾 昊 何智海 梁超鋒

(紹興文理學院 土木工程學院，浙江 紹興 312000)

美國學者Spady在1994年提出，以成果為導向的教育(Outcome-Based Education，OBE)是把教育系統(tǒng)中的一切都集中圍繞在所有學生學習結束時能夠成功做到的去組織[1]。OBE理念強調(diào)以學生為真正的主體，重視學生在學習過程中能力的提高?！巴聊竟こ滩牧蠈嶒灐边@門實驗課程面向土木工程、工程管理等專業(yè)學生，是專業(yè)必修的基礎課程[2]。結合“土木工程材料”理論課程講授的時間，一般安排在學生入學后的第2學期，2019學年土木18級和工管18級共115名本科生學習了這門實驗課程。本文通過將OBE理念貫穿實驗教學，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，提高學生分析和解決問題的能力。

根據(jù)OBE理念，編寫2018年課程大綱時，確立了兩個課程目標，分別是：(1)使學生熟悉主要土木工程材料的技術要求，并具有對常用土木工程材料進行質(zhì)量鑒定的能力；(2)獲得實驗設計、數(shù)據(jù)分析與處理等常用數(shù)理統(tǒng)計方法的初步知識，為開展科學研究等工作打下必要的實驗技術基礎。從課程目標出發(fā)確立了改革的內(nèi)容，首先，改善實驗環(huán)境，學生數(shù)量不斷增加，與之對應的實驗場地、儀器設備數(shù)量有限，不對實驗室環(huán)境進行改善，勢必影響學生做實驗的積極性，也會影響實驗教學的質(zhì)量。其次，更新實驗內(nèi)容，將社會新需求和科研熱點與實驗項目結合，激發(fā)學生對實驗內(nèi)容的興趣，從而逐步引導學生自主設計實驗。最后，根據(jù)學生的特點引入互聯(lián)網(wǎng)和多媒體等信息技術手段，拓展實驗教學內(nèi)容的廣度和深度，延伸實驗教學和實驗空間，使之既適合教學，又適合自學，滿足學生的需求。

一、實驗課程現(xiàn)狀分析

(一)實驗室方面

工程材料實驗室原來分散在志廉樓、西大門和鵬程廠房，實驗項目如表1所示，表中序號1、2、3、5、7在志廉樓開展，4、6在西大門實驗室，8在鵬程廠房。原來由于實驗室面積有限，志廉樓的這幾個實驗集中在志廉樓121，導致同一個時間段只能開展一個實驗項目。同時，水泥實驗中用到的儀器不在同一個房間，上課時，學生往返各個房間，不便于學生觀察實驗現(xiàn)象。另外，水泥、混凝土實驗室使用的是常規(guī)的洗手池，清洗攪拌機之后，廢料容易沉淀，經(jīng)常堵塞下水道。

表1 實驗項目

(二)實驗教學方面

1.實驗安排

改革之前，土木和工管兩個專業(yè)7個班200多名學生的實驗課集中安排在一個學期，每周只安排兩天，每個班分成兩批進行實驗。原來是按照表1中的順序上課，理論課講一章，實驗課做相應的實驗。但由于7個班人數(shù)眾多以及實驗室資源緊張，每個班做完一次實驗，下一個實驗要隔一周才能做，很多理論課學過的知識已經(jīng)遺忘，不能達到理論及時聯(lián)系實際的實驗目的[3]，難以構建對這門課系統(tǒng)的知識體系。

同時，目前正式出版的實驗教材更新速度慢，新工藝和新設備沒有涵蓋。而且與我院大綱匹配度不高，教材中大多只有實驗過程，學生不知道需要測量哪些數(shù)據(jù)，以及如何根據(jù)規(guī)范對實驗結果進行判定。

2.實驗項目

實驗項目大多是驗證性的，學生只是照著教材把實驗做一遍，沒有任何對比和分析，實驗報告大同小異[4]，比如，水泥實驗中制備膠砂試樣，所有班級的學生采用的是同一種無任何外加劑的配合比；同時，由于土木工程材料領域的新材料、新工藝發(fā)展迅速，而目前設置的實驗項目還是以傳統(tǒng)的土木工程材料為主，內(nèi)容滯后[5]，沒有與最新的科研和社會需求相結合，比如，混凝土實驗還是制備普通混凝土，目前科學研究的熱點——再生混凝土、透水混凝土和泡沫混凝土等沒有涉及。這些都讓學生覺得內(nèi)容枯燥，沒有應用價值，很難激發(fā)學生學習的興趣和主動學習的積極性。

3.教學方式

傳統(tǒng)上課模式是學生通過預習課本中對實驗的描述，上課聽教師講課，接著開始做實驗。由于教材里對實驗都是描述性的文字，使得學生對實驗沒有一個直觀的認識。來上課時，由于大部分學生是第一次看到實驗儀器，很難將教材上的關于儀器描述與儀器實際操作結合起來，很多都是對著課本做實驗，更不會思考如何設計實驗[6]。另外，00后的大學生更加適應移動端使用，這對傳統(tǒng)的教學方法有一定的沖擊，如何結合互聯(lián)網(wǎng)+手段開展本實驗課值得思考。

二、OBE實驗教學的實踐

(一) 改善實驗室硬件環(huán)境

借助2018年學院實驗中心裝修調(diào)整機會，結合專業(yè)認證持續(xù)改進的要求，對工程材料實驗室的現(xiàn)狀進行改善。調(diào)整之后，實驗室面積擴大了將近兩倍。同時，根據(jù)實驗項目確定每個實驗分室功能，將不同實驗項目的實驗設備放在相應房間，實現(xiàn)了兩個班級在同一時間同時開展不同實驗項目，充分利用了實驗設備。另外，將西大門和鵬程廠房中的實驗設備根據(jù)功能并到新分配的實驗室中，使工程材料實驗室集中在志廉樓東首一樓，設計圖紙如圖1所示。而且新規(guī)劃了標準養(yǎng)護室、沉淀池和材料準備室，提升了實驗的規(guī)范性，調(diào)整前后實驗室對比如表2所示。在設備方面，報廢陳舊設備，采購新設備，盡量滿足3個學生為一組操作一臺套實驗設備。

(二)改革實驗教學

1.實驗安排

將工管和土木專業(yè)的實驗課分別安排在春季學期和秋季學期，使得每個學期只有土木或者工管一個專業(yè)在上這門實驗課，保證實驗教學質(zhì)量。本實驗課的重點和難點是混凝土實驗，因此，2019學年第2學期將實驗課安排在理論課講完混凝土這章之后，這樣可以在第一堂實驗課時，幫助學生根據(jù)已學的理論知識將本課程中各個實驗項目聯(lián)系起來，構建系統(tǒng)知識體系。同時，由于水泥實驗時間太長，兩批學生難以在規(guī)定的課內(nèi)完成，所以將其拆分成3學時的水泥實驗-1(細度、標準稠度用水量、凝結時間和安定性)和1學時的水泥實驗-2(水泥膠砂成型以及強度測定)，并將混凝土實驗盡量安排在課程早期，以便在期末考試之前測定其28天強度[7]。而且，實驗室面積擴大之后，使得同一時間兩個班同時開展實驗成為可能，從表3可以看出在連續(xù)7周時間內(nèi)兩個班完成了所有實驗。

另外，根據(jù)新編寫的大綱，自編了與大綱匹配的實驗指導書，并加入最新規(guī)范，同時在每個章節(jié)后附上每個實驗需要記錄的數(shù)據(jù)表格以及根據(jù)規(guī)范判定數(shù)據(jù)的結果，讓學生更有針對性地了解每個實驗過程以及行業(yè)規(guī)范要求。

2.實驗項目

現(xiàn)實中已經(jīng)很少單獨使用水泥，但在傳統(tǒng)的水泥實驗-2中還是讓所有的學生按照同樣的配比(如表4中編號1所示)，不加任何其他摻合料進行實驗。本次改革根據(jù)目前建筑垃圾回收利用的研究熱點，結合學院教師科研項目“廢棄纖維增強再生微粉水泥基復合材料性能的試驗研究”，引入新的實驗材料：再生混凝土粉、再生磚粉和再生纖維，對水泥實驗-2進行改革，配合比如表4所示。將班級學生分成兩批，每批學生分成4個組，每組3～4名學生，4個組分別做表中編號1～4的配合比，28天之后測定強度。并引入相關課題的研究生協(xié)助本科生分析實驗結果[8]。通過這種方式，彌補了傳統(tǒng)實驗中沒有涉及的內(nèi)容，開闊了學生的視野，有助于提高本科生的分析能力，為后續(xù)高年級做畢業(yè)設計或者科研項目做準備[9]。

圖1 工程材料實驗室設計圖

表3 2019學年第2學期實驗安排表

表4 水泥實驗-2配合比

3.教學方式

隨著智能手機的全面普及，學生在課堂上玩手機成為普遍現(xiàn)象。如何增強教學活動對學生的吸引力，收住學生玩手機的心，不如因勢利導，把手機變成輔助學習的工具，用手機打敗手機。因此，本課程引進超星學習通軟件，將傳統(tǒng)的實驗教學模式—先教后練(預習—講解—操作—寫報告—評分)改革為先學后教。課前，教師將實驗操作視頻上傳超星平臺；學生通過手機客戶端觀看視頻等學習資料進行預習，這有助于學生利用碎片化時間進行泛化學習并提前熟悉設備操作步驟，同時教師可以通過平臺后臺的統(tǒng)計功能對學生預習情況實現(xiàn)有效監(jiān)控。

三、實施成效

改革后的教學模式在土木和工管2018級學生中實踐后，取得了良好的教學效果。尤其是科研項目的引入激發(fā)了學生學習的興趣。從學生的反饋來看，相比原來按照實驗步驟把實驗做一遍，學生對通過結合科研項目的方式更加滿意，他們認為這樣不僅能了解目前的研究熱點，還真正運用所學知識解決實際問題，達到學以致用。同時，促進學生深入思考，比如，在水泥實驗-2中，學生通過在水泥基材料中摻加廢棄纖維、再生微粉等建筑垃圾研究其對強度的影響，課程結束之后，有學生就提出摻入這些材料后，是不是只對強度有影響，其他性能比如抗氯離子滲透性、抗碳化性、干燥收縮等如何變化，還有哪些建筑垃圾可以被再利用作為礦物摻合料摻入水泥基材料中等等，激發(fā)了學生進一步探索的求知欲。

四、實踐過程中存在的問題及對策

(一)學生自主學習效果不佳

有相當一部分學生課前沒有完成平臺上觀看預習視頻的學習任務，直到上課開始提問，學生才去預習觀看。究其原因是現(xiàn)在的大學生都是從高中高考進入大學，一直是通過教師提要求去完成任務，習慣被動學習。進入大學之后，學生還沒有養(yǎng)成自主學習的習慣。針對這種情況，在后續(xù)的實踐過程中，每節(jié)課課前在平臺上給學生發(fā)放學習任務清單，內(nèi)容包括：實驗目的，預習思考題和預習后產(chǎn)生的疑問，從而讓學生有目的地進行預習。另外在開始上課時，發(fā)放小測驗，檢查學生預習效果，預習思考題和測驗的成績將作為平時成績的一部分[10]。

(二)對創(chuàng)新項目缺乏循序漸進的引導

此次創(chuàng)新水泥實驗-2前，缺乏再生混凝土粉、再生纖維和再生磚粉等相關背景知識的介紹。同時，學生習慣了驗證性實驗，對創(chuàng)新性實驗缺乏進一步分析數(shù)據(jù)的能力。針對這種情況，后續(xù)創(chuàng)新實驗項目，擬先引導學生查閱文獻，了解研究者在這方面都做了哪些研究，得出了哪方面的結論，從而預測實驗結果，有了一定的理論基礎，再去做實驗，對比自己的實驗結果與預期結果[11]。另外，擬結合更多本院教師的研究課題，不斷更新實驗項目，逐漸提高學生科研能力，讓學生在實踐中接受新事物、了解新需求、掌握新知識、學會新技能。