對獨立設置的土木工程材料實驗課的探討

龍自立

摘 要： 隨著整個社會土木學科的迅速發展，對專業知識和實踐技能的要求越來越高。土木工程作為傳統工科專業，實驗室及實驗課程建設是必不可少的。相應的，對土木工程材料實驗教學也提出了更高要求。傳統土木工程材料實驗課往往依附于理論課出現，其重要性容易被輕視，這就滿足不了土木工程專業培養應用型工科人才的需求，必須通過設置獨立實驗課程提高實驗教學質量。本文結合吉首大學實際，探討開展土木工程材料獨立設置實驗課的意義、經驗、問題和改進措施。

關鍵詞： 土木工程 實驗課 工科

一、開展土木工程材料獨立設置實驗課的意義

《土木工程材料》是面向土木工程專業低年級學生開設的一門專業基礎課，是引導學生進入內容浩瀚的工程材料世界的重要課程之一。學生通過該門課程的學習，初步認識到工程世界中門類眾多、用途各異的建筑材料，主要包括氣硬性無機膠凝材料、水泥、混凝土、砂漿、墻體材料和屋面材料、鋼材和鋁材、木材、瀝青與瀝青混合料、高分子建筑材料、防水材料、絕熱吸聲隔聲材料、建筑裝飾材料等。土木工程材料理論課程內容豐富，但比較枯燥，而且由于課時量的限制，教師往往不能面面俱到地詳細講授，只能取其中重點和基本點進行講授。由于涉及專業知識較多，且較晦澀，學生常常難以在課堂上完全消化和理解，更談不上對學生創新精神的培養和提升。因此，必須獨立開設土木工程材料的實驗課程，設置好合理、科學的實驗項目內容，讓學生親自加入實驗過程中，幫助其理解理論教學中的重要知識點，培養學生獨立思考和實踐創新的能力。

二、我校土木工程材料獨立設置實驗課的開展

吉首大學土木工程專業開設于2011年。開辦時間短，經驗不足，為了培養合格土木工程應用型人才，學校付出了很多精力和財力。土木工程材料課程作為土木專業教學內容之一，是該專業課程體系中十分重要的組成。獨立設置該課程實驗課非常及時，且必要。

1.我校土木工程材料獨立設置實驗課概況。吉首大學土木工程材料獨立設置實驗課程共32學時，共10個實驗項目，內容包含基礎性實驗、綜合性實驗、設計性實驗和創新性實驗四類。其中，涉及水泥的細度、標準稠度、凝結時間、安定性測定、集料的篩分析、表觀密度、堆積密度等基礎性實驗；還涉及混凝土拌和物（含坍落度、和易性）的綜合設計性實驗；結合土木工程材料發展趨勢，設計了兩個創新性實驗項目，即綠色高性能混凝土配合比設計實驗和新型綠色建筑砂漿配合比設計實驗。

我校土木工程材料獨立設置實驗課程既包括基礎性驗證實驗，又包括較復雜的綜合實驗，更包括個別創新性、設計性實驗。教師通過選擇合適的實驗內容和實驗方法進行教學，使學生在掌握土木工程材料基本理論的基礎上掌握基本實驗技術，并通過基礎性、綜合性、設計性、創新性實驗層次教學，逐步培養學生的動手能力、實踐能力和創新能力，為后續混凝土類專業核心課程教學打下基礎。

2.累積相關實驗教學經驗。我校在開展土木工程材料獨立設置實驗課程時，累積了以下經驗。

（1）預先采用嘗試性實驗，真正了解實驗難度。

由于吉首大學是第一次開設土木工程材料獨立設置實驗課，教師和學生均對實驗內容不是非常熟悉，又缺乏相關實驗技巧。為了避免實驗過程中的盲目性，指導老師于暑假期間特地預先帶領各年級少數學生（約8名）進行了該獨立設置實驗課的嘗試性系列試驗，以了解實驗的真正難度、實驗的合理性和可操作性，為今后面向土木工程專業學生大范圍開設此門課程實驗摸索相關經驗和積累必要數據。師生通過系列嘗試性實驗，了解到各類預先設置的獨立實驗項目的難度和特點。我校土木工程材料各類實驗項目由易到難，由嘗試性實驗到全面性實驗，循序漸進地開展。

（2）不同實驗類型要側重培養學生的不同能力。

土木工程材料實驗采用分組形式進行，一般5～8人一組。不同類型的實驗類型培養學生的能力稍有區別。

①基礎性實驗內容較淺，幾乎所有學生都有能力做好。學生通過對土木工程材料基礎性實驗現象的觀察、分析和總結，掌握實驗基本知識、方法和技能，并具備處理試驗數據、分析試驗結果、編寫試驗報告的能力。

②綜合性實驗培養學生從事科學實驗的素質，要求學生具有理論聯系實際和實事求是的科學作風，嚴肅認真的工作態度，不怕辛苦和困難、主動進取的探索精神，遵守操作規程、愛護公共財物，以及在實驗中相互協作、共同探索的思想品德。

③創新性、設計性實驗項目的設置，實際上是培養學生實際動手能力、創新思維和創新能力，充分激發學生的實驗熱情，并在實驗中發揮聰明才智。它們的設置不僅是對我校學生創新能力的挑戰，還是對老師指導能力的重要考驗。

（3）選取優秀學生作為實驗助教，完成全面性實驗。

鑒于目前專業實驗教師較少的局面，選取部分高年級優秀生或者前期已經進行過專項訓練、熟悉實驗過程的同年級學生擔任實驗老師助教，讓這些學生參與到實驗室的管理和土木工程材料實驗指導工作中，切實保證實驗教學質量。

三、問題和改進措施

在實驗過程中，我們也發現了一些問題。

1.基礎性實驗難度系數較小，但個別實驗耗時較長，對于學生大面積開展非常不利，擬采用讓學生分組參與實驗的辦法。譬如，水泥凝結時間的測定，試塊初凝大概需要160分鐘，終凝需要210分鐘，而學生實驗時間往往只有2小時，無法全面觀測到初凝和終凝現象。還有水泥安定性測定，需將試塊放入沸煮箱中沸煮3小時。這3小時中要有學生時刻注意觀察沸煮箱的水的情況，避免干燒，非常耗時。

2.綜合性實驗難度系數適中，但非常耗體力。如混凝土拌和物（含坍落度、和易性）實驗，要求學生有強健的體力參與混凝土拌和，故實驗分組中要男女搭配。

3.部分實驗是創新設計型實驗，只能讓學有余力且有濃厚興趣的學生參與。如綠色高性能混凝土配合比設計實驗、新型綠色建筑砂漿配合比設計實驗。該類實驗實際具有較強的先進性和科研性，需要學生對專業知識，特別是混凝土知識有深入學習和掌握的基礎上才能真正完成。實驗性質決定了初學土木工程材料的低年級學生無法獨自完成，必須在指導老師和富有一定實驗技巧的高年級學生的共同幫助下才能順利進行。

4.少部分學生沒有認真參與實驗，實驗數據照抄同組學生的。為了避免陷入單一的憑實驗報告定結論的錯誤做法，對實驗成績構成做了一定改變，全面考核學生的實驗能力。實驗態度占20%，實驗選題占10%，實驗過程占20%，實驗報告和結論占50%。

在開展土木工程材料獨立設置實驗課的過程中，充分調動師生的主動性和積極性非常重要。土木工程材料涉及的實驗儀器繁多，工作瑣細，需要實驗指導老師付出很大精力和熱情。實驗前，實驗指導老師要清理好場地和各類實驗儀器設備，詳細講解實驗的基本步驟；實驗中，指導老師要維護好實驗秩序和實驗安全，為學生答疑解惑；實驗后，安排做好實驗室衛生，及時了解學生實驗數據情況。學生是實驗主角，實驗前，要預習好實驗內容，查閱相關資料；實驗中，要團結合作，充分發揮團隊的主動性和創造性；實驗后，要分析實驗結果。師生的積極性和主動性一旦被調動起來，實驗過程中，就能保持良好的精神狀態和實事求是的認真態度，還有不急不躁的性情。這樣，才能安全、有序、高效、高質地完成所有實驗。

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基金：2014年吉首大學獨立設置實驗課（No：JDDL2014008）；2014年湖南省普通高等學校暨吉首大學教學改革研究立項項目“面向武陵山片區的土木工程專業實驗教學體系研究與實踐”（No：301）。