淺談土木工程材料設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐

包樹平

摘 要：針對(duì)土木工程專業(yè)學(xué)科和行業(yè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，順應(yīng)高等教育創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的改革實(shí)踐，研究與探索土木工程材料設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容與實(shí)施方法，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、科研能力及綜合素質(zhì)，取得了良好的實(shí)踐教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：土木工程材料;設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn);實(shí)踐教學(xué);創(chuàng)新人才

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)日新月異，需要越來越多的具有創(chuàng)新能力和創(chuàng)造能力的土木工程建設(shè)專業(yè)人才，高等教育的人才培養(yǎng)模式也要與時(shí)俱進(jìn)，適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需求，為我國(guó)培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新人才。近年來我國(guó)大力倡導(dǎo)自主創(chuàng)新，建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家，必須以高等院校培養(yǎng)創(chuàng)新型人才為基礎(chǔ)。而實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)是實(shí)現(xiàn)土木工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的重要環(huán)節(jié)之一。

一、土木工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

我國(guó)的土木工程建設(shè)發(fā)展迅速，工程建設(shè)面臨許多復(fù)雜項(xiàng)目和技術(shù)難題，要求土木工程專業(yè)人才具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)、強(qiáng)有力的實(shí)踐能力和創(chuàng)新的工程意識(shí)。傳統(tǒng)的土木工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)都是以演示性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，一般由授課教師提前準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)材料和儀器設(shè)備，簡(jiǎn)單介紹實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)步驟，再由學(xué)生動(dòng)手開展實(shí)驗(yàn)，全過程都是按這個(gè)模式進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)全過程只是學(xué)生對(duì)教師實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)單模仿、復(fù)制，沒有深入了解相關(guān)工程背景、工程經(jīng)驗(yàn)以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的應(yīng)用價(jià)值，學(xué)生缺乏思考、發(fā)現(xiàn)、分析及解決問題的過程，這種現(xiàn)狀不利于培養(yǎng)實(shí)用型的創(chuàng)新人才。因此，改革傳統(tǒng)的實(shí)踐培養(yǎng)方案和實(shí)踐教學(xué)模式顯得非常必要，對(duì)培養(yǎng)具備創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新思維的復(fù)合型人才意義重大。

二、土木工程材料設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)專題

土木工程材料設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)專題是在土木工程材料課內(nèi)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上設(shè)立的，學(xué)生必須完成基本的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，再選擇設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)專題，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)專題是課內(nèi)實(shí)驗(yàn)的深化與拓展。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)專題由教師安排實(shí)驗(yàn)任務(wù)，設(shè)定實(shí)驗(yàn)要求、技術(shù)指標(biāo)、實(shí)驗(yàn)條件，由學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)措施、實(shí)驗(yàn)步驟，完成實(shí)驗(yàn)全過程，并統(tǒng)計(jì)及分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，獲得初步的結(jié)果或結(jié)論。本專業(yè)開設(shè)的土木工程材料設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)專題緊貼工程實(shí)際，設(shè)計(jì)內(nèi)容具有新穎性和實(shí)用性，注重實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與工程實(shí)際的緊密聯(lián)系，鍛煉學(xué)生的科研意識(shí)，創(chuàng)意設(shè)計(jì)或創(chuàng)業(yè)計(jì)劃夯實(shí)基礎(chǔ)。

三、土木工程材料設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)過程

1.水泥混凝土和砌體材料專題根據(jù)設(shè)計(jì)要求，學(xué)生自行確定原材料種類，測(cè)定水泥、砂、石的物理性能，進(jìn)行混凝土配合比的設(shè)計(jì);利用設(shè)計(jì)的混凝土配合比，進(jìn)行混凝土試配，測(cè)定并調(diào)整混凝土工作性能，滿足要求后，測(cè)定混凝土濕容重并成型;拆模并在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)至28d后，測(cè)定混凝土抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度，根據(jù)測(cè)定結(jié)果，評(píng)價(jià)混凝土配合比是否滿足設(shè)計(jì)要求，并計(jì)算混凝土拉壓比，如配合比不滿足要求，需要分析其原因;最后根據(jù)選擇的混凝土題目，進(jìn)行相關(guān)的耐久性試驗(yàn)，掌握常用砌體材料的基本性能和試驗(yàn)方法。

2.無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料專題由學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)題目的要求，首先檢測(cè)原材料的基本性能，判斷原材料是否合格，如果不合格，采取哪些措施進(jìn)行改善或調(diào)整;根據(jù)設(shè)計(jì)題目中的具體使用環(huán)境，設(shè)計(jì)無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料的礦質(zhì)集料組成，說明最終確定礦質(zhì)集料級(jí)配曲線的合理性;根據(jù)估計(jì)的無機(jī)結(jié)合料用量，選定3—5組無機(jī)結(jié)合料用量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)，確定最佳含水量與最大干密度;按最佳含水量和計(jì)算得到的干壓實(shí)密度制備試件，結(jié)合強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)選定合適的無機(jī)結(jié)合料用量。通過本實(shí)驗(yàn)，熟悉各種等級(jí)的路面、使用層位等對(duì)無機(jī)結(jié)合料的相關(guān)技術(shù)要求;掌握無機(jī)結(jié)合料的使用限制與優(yōu)選原則;掌握無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料配合比設(shè)計(jì)的方法;掌握標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)的方法以及數(shù)據(jù)處理與分析方法;掌握無機(jī)結(jié)合料強(qiáng)度的形成原理以及影響因素;掌握實(shí)驗(yàn)的正確操作規(guī)程。

四、開展土木工程材料設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)成效

土木工程材料設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)涉及1個(gè)路面基層專題和2個(gè)路面面層專題，與工程實(shí)際密切相關(guān)。教師提出的設(shè)計(jì)任務(wù)均是依據(jù)現(xiàn)有的研究課題而設(shè)定，具有新穎性和實(shí)用性。學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果與課題組研究成果經(jīng)過對(duì)比，更能反映學(xué)生實(shí)驗(yàn)的可靠性及偏差程度，幫助學(xué)生深刻掌握實(shí)驗(yàn)技能，培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)，具有實(shí)際意義。土木工程材料設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)全過程由學(xué)生獨(dú)立完成，充分發(fā)揮學(xué)生的主導(dǎo)性和能動(dòng)性，具有一定的難度，非常有挑戰(zhàn)性。實(shí)驗(yàn)開始前，學(xué)生需要自行查閱專業(yè)教材、設(shè)計(jì)規(guī)范和試驗(yàn)規(guī)程，了解需要用到的儀器設(shè)備，掌握儀器設(shè)備的使用說明、操作步驟和注意事項(xiàng)，根據(jù)教師提出的實(shí)驗(yàn)任務(wù)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。學(xué)生接下來要準(zhǔn)備原材料，一步一步動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，教師實(shí)時(shí)觀察學(xué)生實(shí)驗(yàn)的全過程，解決學(xué)生提出的問題和困難，糾正實(shí)驗(yàn)中不正確的地方，引導(dǎo)學(xué)生獲取準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，學(xué)生統(tǒng)計(jì)、整理、分析數(shù)據(jù)，得出實(shí)用性結(jié)果或結(jié)論。通過自主式的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)使土木工程材料的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)變得生動(dòng)、有意思，調(diào)動(dòng)了學(xué)生思維活躍性，學(xué)生由被動(dòng)接受轉(zhuǎn)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，收獲更大。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)結(jié)合工程實(shí)際，解決工程實(shí)際問題，開拓學(xué)生創(chuàng)新性思維，達(dá)到了培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的目的。學(xué)生將課堂上掌握的基礎(chǔ)理論應(yīng)用到設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中，既加深了對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解，也啟發(fā)了創(chuàng)新性的思維。

土木工程材料教學(xué)必須理論與實(shí)踐相結(jié)合，知識(shí)與能力相結(jié)合，而開展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)是達(dá)到上述教學(xué)目的的重要途徑之一。土木工程材料設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和思維創(chuàng)造性，將教師的單項(xiàng)傳授教育變?yōu)殡p向互動(dòng)探討，與工程實(shí)際需求相結(jié)合，達(dá)到高等教育培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才的目的。