基于實(shí)踐創(chuàng)新能力的《土木工程材料》開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)探究

牛龍龍++張士萍++徐奮強(qiáng)++錢靜

摘 要：培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力，實(shí)踐教學(xué)是最有效的措施。本文以開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)為切入點(diǎn)，從開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置以及實(shí)施過(guò)程等方面，論述了開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)對(duì)土木工程材料實(shí)驗(yàn)課程的優(yōu)化探究，對(duì)激發(fā)學(xué)生積極主動(dòng)學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力有重要作用。

關(guān)鍵詞：土木工程材料 開(kāi)放性實(shí)驗(yàn) 實(shí)踐創(chuàng)新能力

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）10（a）-0226-03

Abstract： Practical teaching is the most effective way to cultivate students ability of engineering practice and innovation. The paper probe intoopen experimental teaching of civil engineering material from contents and implementation process ofopen experimental，which helpful to inspire students active learning and train engineering practice and innovation ability.

Key Words： Civil Engineering Materials； Open Experimental； Engineering Practice and innovation ability

土木工程材料是土木工程專業(yè)中重要專業(yè)基礎(chǔ)課之一，是學(xué)習(xí)土木工程施工技術(shù)，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等課程的基礎(chǔ)。土木工程材料實(shí)驗(yàn)是理論聯(lián)系實(shí)踐的重要環(huán)節(jié)[1]，通過(guò)土木工程材料實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)，能夠更好地認(rèn)識(shí)理解土木工程材料的性質(zhì)及其應(yīng)用，提高學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，為以后專業(yè)課的學(xué)習(xí)及工程實(shí)習(xí)奠定基礎(chǔ)；同時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠很好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力與嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度以及獨(dú)立思考、創(chuàng)新思維和解決問(wèn)題的能力。

在實(shí)際實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，多數(shù)高校的土木工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式表現(xiàn)為“灌輸式”，教師根據(jù)大綱要求，講解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，?shí)驗(yàn)操作步驟；學(xué)生根據(jù)要求“規(guī)范”地進(jìn)行試驗(yàn)，不能有效地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新欲望，學(xué)生也不能夠積極主動(dòng)地接受知識(shí)，進(jìn)行思維的拓展與創(chuàng)新訓(xùn)練。實(shí)驗(yàn)教學(xué)以演示性和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，主要是驗(yàn)證理論的正確性或達(dá)到理論再現(xiàn)性的目的，不能充分發(fā)揮學(xué)生的動(dòng)手操作能力以及實(shí)踐能力的培養(yǎng)[2]。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容之間缺少聯(lián)系，孤立的實(shí)驗(yàn)之間不能把土木工程材料知識(shí)之間有機(jī)地統(tǒng)一，學(xué)生不能深入地認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的意義；尤其是與后續(xù)的一些專業(yè)課以及工程實(shí)踐教學(xué)中的相互交叉與滲透性較差，面對(duì)工程問(wèn)題時(shí)束手無(wú)策，不利于學(xué)生對(duì)知識(shí)內(nèi)在統(tǒng)一認(rèn)識(shí)與應(yīng)用，從而阻礙了學(xué)生創(chuàng)新能力的發(fā)展。

為滿足培養(yǎng)具有實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的卓越人才要求，改變傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)運(yùn)而生。所謂開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，是在科學(xué)的實(shí)驗(yàn)思想體系指導(dǎo)下，打破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在實(shí)驗(yàn)時(shí)間、空間、內(nèi)容和教學(xué)方法等各方面的束縛，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，根據(jù)所學(xué)知識(shí)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并完成實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究過(guò)程中嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的態(tài)度、鍛煉學(xué)生工程實(shí)踐能力和探究解決問(wèn)題能力的一種實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系[3-4]。本文以開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)為切入點(diǎn)，以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力為落腳點(diǎn)，開(kāi)展土木工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的優(yōu)化設(shè)計(jì)，這種教學(xué)設(shè)計(jì)在內(nèi)容與過(guò)程中以學(xué)生為主導(dǎo)，重在培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力。通過(guò)探究土木工程材料開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而為土木工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革奠定基礎(chǔ)。

1 開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置

開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不是學(xué)生想怎么做實(shí)驗(yàn)就怎么做實(shí)驗(yàn)，漫無(wú)目的、天馬行空地進(jìn)行試驗(yàn)；也不是單純的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證理論，而是在老師的指導(dǎo)下，有針對(duì)性、有計(jì)劃地培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，充分提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，加深對(duì)理論知識(shí)的理解，拓寬知識(shí)體系。開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)原則，是始終以學(xué)生為主體的自主探索為出發(fā)點(diǎn)，以把握基礎(chǔ)知識(shí)與前沿發(fā)展的內(nèi)在統(tǒng)一聯(lián)系為落腳點(diǎn)，以培養(yǎng)創(chuàng)新實(shí)踐能力的全面素質(zhì)為目標(biāo)。主要從以下幾個(gè)方面設(shè)計(jì)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

1.1 深化拓展課程實(shí)驗(yàn)

土木工程材料課程實(shí)驗(yàn)是基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，是學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備和掌握試驗(yàn)操作方法的過(guò)程[5]，是學(xué)生深化感性認(rèn)識(shí)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行科學(xué)探索的必要準(zhǔn)備。然而由于課程學(xué)時(shí)、性質(zhì)等原因的限制，土木工程材料課程實(shí)驗(yàn)無(wú)法滿足學(xué)生今后在工程實(shí)踐的需要，也無(wú)法適應(yīng)對(duì)創(chuàng)新能力的要求。開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)在課程實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上要克服其不足，緊密聯(lián)系實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，深化拓展課程實(shí)驗(yàn)。例如由于課程時(shí)間緊張，課程中只用了一種方法測(cè)試混凝土拌合物工作性，可以使用多種方法測(cè)試不同類型的混凝土拌合物工作性，并通過(guò)外加劑或摻合料對(duì)混凝土拌合物工作性能的影響實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生掌握混凝土拌合物工作性的測(cè)試方法，深入理解混凝土拌合物工作性的影響因素；測(cè)試不同尺寸的混凝土試件，闡述試塊尺寸對(duì)混凝土強(qiáng)度測(cè)試的影響；通過(guò)特殊模具（例如堆土模板，燃燒模板）深化模具內(nèi)涵，使學(xué)生深入理解模具的要求及使用過(guò)程中的注意事項(xiàng)，更深層次的理解“支模-澆注”。

深化拓展課程實(shí)驗(yàn)“把握一個(gè)核心，抓好兩個(gè)基礎(chǔ)，掌握多種應(yīng)用”的基本思路和方法，即以方法為核心，以基本原理和操作過(guò)程為決定和影響實(shí)驗(yàn)的內(nèi)外因，以掌握實(shí)驗(yàn)方法的選擇和工程應(yīng)用為目標(biāo)。本著這樣的基本思路，將材料的性質(zhì)和使用在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)，使教學(xué)內(nèi)容渾然一體[6]。同時(shí)通過(guò)深化拓展課程實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生全面了解實(shí)驗(yàn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，深入地理解材料的性質(zhì)和使用，不僅加強(qiáng)了學(xué)生的工程實(shí)踐能力，也培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。

1.2 開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)endprint

綜合性實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的有效措施，讓學(xué)生根據(jù)自己的興趣，激發(fā)學(xué)生積極性，主動(dòng)性，進(jìn)而自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。從學(xué)生自主設(shè)計(jì)土木工程材料實(shí)驗(yàn)可以全面地系統(tǒng)的了解土木工程材料在土木工程應(yīng)用過(guò)程中的要點(diǎn)，不僅能培養(yǎng)學(xué)生扎實(shí)的基本技能與實(shí)踐能力，而且能有效地提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

土木工程材料實(shí)驗(yàn)作為一門專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課，與許多專業(yè)課程有著密切的聯(lián)系，例如，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、土木工程施工技術(shù)等。為能夠與相關(guān)課程的合理銜接，使其發(fā)揮橋梁作用，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，不再局限于本門課，而是在土木工程大學(xué)科的背景下，從而使知識(shí)達(dá)到融會(huì)貫通。例如從土木工程施工技術(shù)要求入手，把混凝土施工與混凝土拌合物工作性、耐久性相結(jié)合，設(shè)計(jì)某一工況下混凝土施工對(duì)混凝土拌合物工作性與耐久性的要求，從而更好地理解各科課程之間的聯(lián)系，建立完整統(tǒng)一的學(xué)科的知識(shí)體系。也可以根據(jù)學(xué)生所學(xué)內(nèi)容和專業(yè)方向，結(jié)合自己興趣，設(shè)計(jì)一個(gè)綜合性試驗(yàn)，激發(fā)學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性，系統(tǒng)理解水泥基材料的性質(zhì)及應(yīng)用。例如水泥基制品制作實(shí)驗(yàn)，從制品形狀與模具選擇到實(shí)驗(yàn)材料的選取，配合比的設(shè)計(jì)，成型，養(yǎng)護(hù)，脫模以及外觀處理等進(jìn)行整體統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，把學(xué)到的知識(shí)進(jìn)行了整合，對(duì)知識(shí)進(jìn)行了梳理，使學(xué)生自主探究知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系。

1.3 參與探究科研實(shí)驗(yàn)

通過(guò)參與教師科研項(xiàng)目，學(xué)生在原有的實(shí)驗(yàn)規(guī)范操作基礎(chǔ)上，更深入了解實(shí)驗(yàn)方法的理論基礎(chǔ)，進(jìn)而大膽嘗試新的實(shí)驗(yàn)操作方法，強(qiáng)化學(xué)科的基本知識(shí)；教師的科研課題也反映工程領(lǐng)域?qū)W科發(fā)展方向和趨勢(shì)，使學(xué)生了解最新的科研信息，也能夠在教師的影響下，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的態(tài)度，提高實(shí)踐能力，增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)。例如發(fā)光混凝土，自修復(fù)混凝土等功能性，智能型材料的實(shí)驗(yàn)研究，不僅使學(xué)生能夠掌握好基礎(chǔ)知識(shí)，也能夠擴(kuò)展學(xué)生的視野，同時(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)也鍛煉了學(xué)生的工程實(shí)踐能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力。工程實(shí)際案例可以讓學(xué)生零距離地了解到實(shí)際工程的情況，通過(guò)混凝土工程破壞的分析檢測(cè)等項(xiàng)目，讓學(xué)生更深入地認(rèn)識(shí)材料的性質(zhì)和使用。

2 開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)實(shí)施

開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)實(shí)施中以學(xué)生自學(xué)能力培養(yǎng)為核心，注重自我發(fā)現(xiàn)，引導(dǎo)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題。開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)實(shí)施前，從實(shí)驗(yàn)立項(xiàng)、文獻(xiàn)資料的查閱及設(shè)計(jì)思路都由學(xué)生自主完成，允許學(xué)生作品的個(gè)性化設(shè)計(jì)和想法，教師只負(fù)責(zé)大致方向的把握與指導(dǎo)，具體的問(wèn)題均由學(xué)生自己通過(guò)學(xué)習(xí)理解與掌握，并嚴(yán)格要求學(xué)生，根據(jù)所學(xué)內(nèi)容和資料閱讀，完成實(shí)驗(yàn)研究?jī)?nèi)容、選用儀器設(shè)備、材料的準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)的步驟、預(yù)期結(jié)果等實(shí)驗(yàn)方案的撰寫。試驗(yàn)過(guò)程中遇到問(wèn)題，啟發(fā)學(xué)生認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，詳細(xì)記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，自主發(fā)現(xiàn)、解決實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的問(wèn)題，以過(guò)程為核心，以結(jié)果為向?qū)У哪Ｊ?，讓學(xué)生重在總結(jié)發(fā)現(xiàn)知識(shí)的規(guī)律性。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，依據(jù)觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和記錄的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行小組討論，根據(jù)所學(xué)知識(shí)和自主查找相關(guān)文獻(xiàn)分析問(wèn)題原因，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)解決問(wèn)題或提出深化實(shí)驗(yàn)的方法，最后形成總結(jié)報(bào)告或者論文。開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)實(shí)施過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)流程如圖1所示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與考核的評(píng)定以過(guò)程與綜合能力為核心，多層面、全方位地評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)，建立以綜合素質(zhì)為主形式多樣的考核方式。學(xué)生自己擁有知識(shí)的選擇權(quán)和決定權(quán)，不同的學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可以學(xué)習(xí)不同的知識(shí)，因人而異，用于解決所面臨的問(wèn)題，學(xué)生的知識(shí)與教師的目標(biāo)知識(shí)必然會(huì)存在差異，因此對(duì)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)成果的評(píng)價(jià)不再關(guān)注對(duì)知識(shí)的掌握熟練程度，而是關(guān)注和考察學(xué)生是否學(xué)習(xí)了自己需要的、能解決問(wèn)題的知識(shí)[7]?？己朔绞讲粌H僅只是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)構(gòu)思和實(shí)驗(yàn)成果的考核，是對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程綜合考核，主要包括以下幾個(gè)方面：（1）思維能力。主要評(píng)價(jià)學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新性，實(shí)驗(yàn)方案的撰寫規(guī)范性、邏輯性以及文獻(xiàn)的批判總結(jié)性。（2）實(shí)驗(yàn)操作能力。實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備使用的規(guī)范性，操作熟悉程度及儀器的選擇是否合適等。（3）解決問(wèn)題能力。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題與解決問(wèn)題的方法和能力。（4）科學(xué)思想。實(shí)驗(yàn)理解的程度，實(shí)驗(yàn)過(guò)程的態(tài)度以及團(tuán)隊(duì)合作精神。通過(guò)綜合考核方式，給學(xué)生以更多的時(shí)間和空間去建立完善自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)體系，根據(jù)自己的情況，自主鍛煉工程實(shí)踐能力，積極主動(dòng)地進(jìn)行創(chuàng)新活動(dòng)。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了土木工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提高了課程教學(xué)的效果和質(zhì)量，也要加強(qiáng)相應(yīng)課程的改革，建立新型的人才培養(yǎng)學(xué)科體系；以學(xué)生為主體的自主設(shè)計(jì)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)，激發(fā)了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)新意識(shí)，也應(yīng)建立與之相適應(yīng)的開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，有效開(kāi)展學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)；開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，培養(yǎng)了學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，為以后更好地適應(yīng)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)也應(yīng)積極打造具有創(chuàng)新理念和豐富實(shí)踐知識(shí)的教師資源團(tuán)隊(duì)建設(shè)，以保證工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力人才的培養(yǎng)。

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