開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)在土木工程專業(yè)中的應(yīng)用

陳培培+王劍

摘要：由于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)不能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性，實(shí)驗(yàn)課太形式化，因此本文首先分析了傳統(tǒng)土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，然后研究了開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)在土木工程專業(yè)課程應(yīng)用中應(yīng)注意的三個(gè)問題，最后將該方法在本校土力學(xué)課程中進(jìn)行推廣應(yīng)用，并與上一屆學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)有助于提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性，同時(shí)有助于提高學(xué)生對(duì)理論課程學(xué)習(xí)的積極性。

關(guān)鍵詞：開放；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；土木工程

一、 概述

應(yīng)用型人才和研究型人才的培養(yǎng)都需要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。建立以知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)提高協(xié)調(diào)發(fā)展的教育理念和以能力培養(yǎng)為核心的實(shí)驗(yàn)教學(xué)觀念，有利于高等院校人才的培養(yǎng)。因此要重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，從根本上改變實(shí)驗(yàn)教學(xué)依附于理論教學(xué)的傳統(tǒng)觀念，充分認(rèn)識(shí)并落實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在學(xué)校人才培養(yǎng)和教學(xué)工作中的地位，形成理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)的理念和氛圍。改變傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，建立開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式勢(shì)在必行。

《土力學(xué)》作為土木工程專業(yè)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課是學(xué)習(xí)地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的理論課程。通過該課程的學(xué)習(xí)學(xué)生可以掌握地基土的力學(xué)特性，從而進(jìn)行地基與基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)工作。土力學(xué)是一門理論兼顧實(shí)踐性的課程，該學(xué)科的發(fā)展以實(shí)踐內(nèi)容為基礎(chǔ)，理論為支撐，相互促進(jìn)提高，學(xué)科的發(fā)展離不開大量的試驗(yàn)研究。同時(shí)《土力學(xué)》在土木、交通、水利等工程中應(yīng)用廣泛，在學(xué)生學(xué)習(xí)階段和以后工作階段都需要對(duì)現(xiàn)有的土力學(xué)問題進(jìn)行分析解決。

二、 土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

土木工程專業(yè)是一門應(yīng)用性極強(qiáng)的學(xué)科，學(xué)科的發(fā)展以實(shí)踐應(yīng)用為基礎(chǔ)，理論研究為提高工具。實(shí)踐應(yīng)用項(xiàng)目比較大型，進(jìn)行原型實(shí)驗(yàn)耗費(fèi)時(shí)間耗費(fèi)金錢，所以大部分研究都是模型研究，縮小后的模型或者電腦3D模型。土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)一般截取項(xiàng)目中的小部分內(nèi)容進(jìn)行，研究材料或者模型的特性。結(jié)合多年的土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)及其他老師的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中存在以下問題。

1. 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目單一。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目單一主要包括：實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)量單一、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目關(guān)系單一。例如，現(xiàn)在《土力學(xué)》這門課程已經(jīng)開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程有：土的比重實(shí)驗(yàn)、土的重度及含水量實(shí)驗(yàn)、土的壓縮實(shí)驗(yàn)、土的液塑限實(shí)驗(yàn)、土的直接剪切實(shí)驗(yàn)、土的三軸剪切實(shí)驗(yàn)，數(shù)量比較少，而且這些實(shí)驗(yàn)大部分屬于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)課程的開始是依據(jù)教學(xué)進(jìn)度進(jìn)行的，分章節(jié)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)，然后進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，相互之間缺乏關(guān)聯(lián)性和整體性。

2. 實(shí)驗(yàn)時(shí)間倉(cāng)促。例如，現(xiàn)在《土力學(xué)》的課程有64學(xué)時(shí)，其中土力學(xué)實(shí)驗(yàn)有12學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課課時(shí)量不充足，例如土的壓縮實(shí)驗(yàn)，一個(gè)試樣需要若干次加載，每次加載持續(xù)時(shí)間為 15min，所以兩個(gè)學(xué)時(shí)不能完成一個(gè)壓縮實(shí)驗(yàn)。而且實(shí)驗(yàn)室開放時(shí)間也有限，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)學(xué)生集中實(shí)驗(yàn)難以保質(zhì)保量完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，同樣也不利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ奶岣摺?/p>

3. 實(shí)驗(yàn)考核方法欠缺。土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)課考核方法為實(shí)驗(yàn)過程+實(shí)驗(yàn)報(bào)告。由于儀器和時(shí)間限制，一般小組人數(shù)為6人左右，實(shí)驗(yàn)過程是小組學(xué)生集體完成，難以精確地對(duì)個(gè)人進(jìn)行考核。實(shí)驗(yàn)報(bào)告一般為實(shí)驗(yàn)時(shí)間結(jié)束后，學(xué)生利用課下時(shí)間編寫，重復(fù)率也比較高，規(guī)范程度不夠。

4. 學(xué)生積極性不高。需要學(xué)生完成的實(shí)驗(yàn)是教師根據(jù)特定的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)手冊(cè)進(jìn)行安排的，實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較單一，屬于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，不能有效地調(diào)動(dòng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性。學(xué)生實(shí)驗(yàn)處于被動(dòng)狀態(tài)，不能積極去尋找問題解決問題，而是被動(dòng)地跟著授課教師的安排進(jìn)行。同時(shí)，部分學(xué)生實(shí)驗(yàn)課上存在不動(dòng)手、不動(dòng)腦的混課行為。

三、 開放式實(shí)驗(yàn)的實(shí)施

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課的考核方法不規(guī)范，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目局限性大，時(shí)間較倉(cāng)促，難以使學(xué)生產(chǎn)生興趣，不能充分鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力以及實(shí)驗(yàn)思考創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。針對(duì)以上問題，在高校土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程中采用開放式教學(xué)的方法。該方法在運(yùn)用的時(shí)候需要注意以下問題：

1. 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開放

土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不應(yīng)局限于若干個(gè)單一的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，應(yīng)該增設(shè)綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是若干個(gè)單一實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的結(jié)合，是以解決實(shí)際問題為需求開設(shè)的，學(xué)生可以根據(jù)大學(xué)以后的發(fā)展方向選擇適合自己的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，增強(qiáng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題并解決問題的能力，同時(shí)增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣。

綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可以以工程實(shí)際案例為基礎(chǔ)，增加實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)用性，滿足應(yīng)用型本科人才的需求，例如，編寫工程地質(zhì)勘察報(bào)告中土層物理狀態(tài)指標(biāo)的內(nèi)容。取樣場(chǎng)地應(yīng)該是附近的擬建項(xiàng)目，實(shí)驗(yàn)過后學(xué)生可以將自己的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與擬建工程的專業(yè)地質(zhì)勘察報(bào)告進(jìn)行對(duì)比，找出自己的不足之處繼續(xù)學(xué)習(xí)提高。

綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目也可以是以教師的科研項(xiàng)目為基礎(chǔ)或者學(xué)生論文研究為基礎(chǔ)，具有目的性的實(shí)驗(yàn)。教師可以將一個(gè)土力學(xué)相關(guān)科研項(xiàng)目進(jìn)行分解，分解成大學(xué)生認(rèn)知范圍內(nèi)能夠接受的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，然后學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最后由教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)總結(jié)。

2. 實(shí)驗(yàn)時(shí)間的開放

為了滿足大批量學(xué)生的實(shí)驗(yàn)需求，同時(shí)又保證實(shí)驗(yàn)效果，實(shí)驗(yàn)小組人數(shù)不宜過多，三人一組比較適宜。由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備的限制，學(xué)生需要分批次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。同時(shí)由于實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的要求，有一些需要長(zhǎng)時(shí)間才能出結(jié)果的實(shí)驗(yàn)，因此實(shí)驗(yàn)室需要非教學(xué)時(shí)間也能正常開放，滿足學(xué)生的實(shí)驗(yàn)要求，例如：晚自習(xí)、周六、周日、寒假和暑假。但是這會(huì)加大實(shí)驗(yàn)室管理人員的工作難度，因此需要調(diào)整原有的實(shí)驗(yàn)室管理辦法，出臺(tái)學(xué)生申請(qǐng)使用實(shí)驗(yàn)室管理辦法。

學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室有專門的實(shí)驗(yàn)管理人員負(fù)責(zé)，教師上課使用實(shí)驗(yàn)室需要提前寫申請(qǐng)，學(xué)校統(tǒng)一安排。由于之前的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是特定的，大部分是驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，需要的時(shí)間較短，所以能夠做到提前申請(qǐng)安排。開放式實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是學(xué)生根據(jù)具體項(xiàng)目確定的，實(shí)驗(yàn)是探究式的，實(shí)驗(yàn)結(jié)果不確定，需要的實(shí)驗(yàn)時(shí)間比較長(zhǎng)，因此建議實(shí)驗(yàn)室的管理可以設(shè)立實(shí)驗(yàn)小組負(fù)責(zé)制，實(shí)驗(yàn)管理人員定期抽查監(jiān)督。

3. 考核方式endprint

考核是整個(gè)實(shí)驗(yàn)課程的關(guān)鍵一步。考核能夠使教師對(duì)學(xué)生的整個(gè)實(shí)驗(yàn)情況，包括思路和操作的正確性進(jìn)行判斷?？己艘彩菍?duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)課程的最后的監(jiān)督和檢查。考核能夠使教師對(duì)學(xué)生的整體實(shí)驗(yàn)?zāi)芰τ腥终J(rèn)識(shí)，方便教師對(duì)實(shí)驗(yàn)方案包括實(shí)驗(yàn)管理辦法的調(diào)整，從而制定出更有利于學(xué)生發(fā)展的實(shí)驗(yàn)課程。由于實(shí)驗(yàn)課開設(shè)的目標(biāo)是學(xué)生的思維能力及動(dòng)手能力的培養(yǎng)，所以考核方法與理論課程是不同的。

目前常用的實(shí)驗(yàn)課考核方式是實(shí)驗(yàn)過程占30%，實(shí)驗(yàn)報(bào)告占70%。這種考核方式不利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程動(dòng)手能力的提高，同時(shí)不利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)之前對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的分析。因此建議土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程采用的考核方式為：實(shí)驗(yàn)難易程度占10%，實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)占20%，實(shí)驗(yàn)過程占10%，實(shí)驗(yàn)報(bào)告占40%，實(shí)驗(yàn)答辯占20%。將土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程的考核方式細(xì)化為五部分，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的積極思考能力、操作能力，避免學(xué)生實(shí)驗(yàn)課只是觀看不動(dòng)手的不良現(xiàn)象。

四、 總結(jié)

為了充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)課的開設(shè)初衷，開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)在土木工程專業(yè)課程中的應(yīng)用得到了校領(lǐng)導(dǎo)的重視，使得項(xiàng)目在本校課程開展過程中能夠順利進(jìn)行。2016～2017學(xué)年第一學(xué)期，本校對(duì)14級(jí)土木工程專業(yè)學(xué)生開設(shè)《土力學(xué)》實(shí)驗(yàn)課程。實(shí)驗(yàn)課程采用開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的模式，首先學(xué)生自由分組，三人一組，然后教師提前一星期給出十五個(gè)實(shí)驗(yàn)題目，學(xué)生通過查閱資料，結(jié)合自己的興趣選擇本學(xué)期實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。學(xué)生分組編制各自實(shí)驗(yàn)方案，寫實(shí)驗(yàn)申請(qǐng)書，得到批準(zhǔn)后開始實(shí)驗(yàn)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，學(xué)生積極性很高，大部分學(xué)生能夠充分利用課余時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。而且據(jù)實(shí)驗(yàn)管理員反饋，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)室管理也合格。學(xué)生充分利用資源搜集資料，提高自學(xué)能力，同時(shí)在《土力學(xué)》理論課程學(xué)習(xí)的過程中也表現(xiàn)出很濃厚的興趣。對(duì)比13級(jí)土木工程專業(yè)學(xué)生，14級(jí)學(xué)生本課程最后考核成績(jī)有所提高。

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