開放式實驗教學在土木工程專業中的應用

陳培培+王劍

摘要：由于傳統的實驗教學不能充分調動學生實驗的積極性，實驗課太形式化，因此本文首先分析了傳統土木工程專業實驗教學中存在的問題，然后研究了開放式實驗教學在土木工程專業課程應用中應注意的三個問題，最后將該方法在本校土力學課程中進行推廣應用，并與上一屆學生的學習效果進行對比，發現開放式實驗教學有助于提高學生實驗的積極性，同時有助于提高學生對理論課程學習的積極性。

關鍵詞：開放；實驗教學；土木工程

一、 概述

應用型人才和研究型人才的培養都需要培養學生的創新精神和實踐能力。建立以知識傳授、能力培養、素質提高協調發展的教育理念和以能力培養為核心的實驗教學觀念，有利于高等院校人才的培養。因此要重視實驗教學，從根本上改變實驗教學依附于理論教學的傳統觀念，充分認識并落實實驗教學在學校人才培養和教學工作中的地位，形成理論教學與實驗教學統籌協調的理念和氛圍。改變傳統的實驗教學模式，建立開放性實驗教學模式勢在必行。

《土力學》作為土木工程專業學生的專業基礎課是學習地基與基礎設計的理論課程。通過該課程的學習學生可以掌握地基土的力學特性，從而進行地基與基礎的設計工作。土力學是一門理論兼顧實踐性的課程，該學科的發展以實踐內容為基礎，理論為支撐，相互促進提高，學科的發展離不開大量的試驗研究。同時《土力學》在土木、交通、水利等工程中應用廣泛，在學生學習階段和以后工作階段都需要對現有的土力學問題進行分析解決。

二、 土木工程專業實驗教學存在的問題

土木工程專業是一門應用性極強的學科，學科的發展以實踐應用為基礎，理論研究為提高工具。實踐應用項目比較大型，進行原型實驗耗費時間耗費金錢，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。土木工程專業實驗教學一般截取項目中的小部分內容進行，研究材料或者模型的特性。結合多年的土木工程專業實驗教學及其他老師的教學經驗，總結土木工程專業實驗教學過程中存在以下問題。

1. 實驗項目單一。實驗項目單一主要包括：實驗項目數量單一、實驗項目關系單一。例如，現在《土力學》這門課程已經開設的實驗課程有：土的比重實驗、土的重度及含水量實驗、土的壓縮實驗、土的液塑限實驗、土的直接剪切實驗、土的三軸剪切實驗，數量比較少，而且這些實驗大部分屬于驗證性實驗。實驗課程的開始是依據教學進度進行的，分章節學習基礎知識，然后進行相關實驗，相互之間缺乏關聯性和整體性。

2. 實驗時間倉促。例如，現在《土力學》的課程有64學時，其中土力學實驗有12學時，實驗課課時量不充足，例如土的壓縮實驗，一個試樣需要若干次加載，每次加載持續時間為 15min，所以兩個學時不能完成一個壓縮實驗。而且實驗室開放時間也有限，在規定的時間內學生集中實驗難以保質保量完成實驗任務，同樣也不利于學生實驗能力的提高。

3. 實驗考核方法欠缺。土木工程專業實驗課考核方法為實驗過程+實驗報告。由于儀器和時間限制，一般小組人數為6人左右，實驗過程是小組學生集體完成，難以精確地對個人進行考核。實驗報告一般為實驗時間結束后，學生利用課下時間編寫，重復率也比較高，規范程度不夠。

4. 學生積極性不高。需要學生完成的實驗是教師根據特定的實驗指導手冊進行安排的，實驗結果比較單一，屬于驗證性實驗，不能有效地調動學生實驗的積極性。學生實驗處于被動狀態，不能積極去尋找問題解決問題，而是被動地跟著授課教師的安排進行。同時，部分學生實驗課上存在不動手、不動腦的混課行為。

三、 開放式實驗的實施

傳統的實驗課的考核方法不規范，實驗項目局限性大，時間較倉促，難以使學生產生興趣，不能充分鍛煉學生動手能力以及實驗思考創新能力的培養。針對以上問題，在高校土木工程專業實驗課程中采用開放式教學的方法。該方法在運用的時候需要注意以下問題：

1. 實驗項目開放

土木工程專業實驗項目不應局限于若干個單一的實驗項目和驗證性實驗項目，應該增設綜合性實驗項目。綜合性實驗項目是若干個單一實驗項目的結合，是以解決實際問題為需求開設的，學生可以根據大學以后的發展方向選擇適合自己的實驗項目，增強學生發現問題并解決問題的能力，同時增強學生的實驗興趣。

綜合性實驗項目可以以工程實際案例為基礎，增加實驗項目的實用性，滿足應用型本科人才的需求，例如，編寫工程地質勘察報告中土層物理狀態指標的內容。取樣場地應該是附近的擬建項目，實驗過后學生可以將自己的實驗項目與擬建工程的專業地質勘察報告進行對比，找出自己的不足之處繼續學習提高。

綜合性實驗項目也可以是以教師的科研項目為基礎或者學生論文研究為基礎，具有目的性的實驗。教師可以將一個土力學相關科研項目進行分解，分解成大學生認知范圍內能夠接受的實驗項目，然后學生進行實驗，最后由教師進行實驗總結。

2. 實驗時間的開放

為了滿足大批量學生的實驗需求，同時又保證實驗效果，實驗小組人數不宜過多，三人一組比較適宜。由于實驗設備的限制，學生需要分批次進行實驗。同時由于實驗項目的要求，有一些需要長時間才能出結果的實驗，因此實驗室需要非教學時間也能正常開放，滿足學生的實驗要求，例如：晚自習、周六、周日、寒假和暑假。但是這會加大實驗室管理人員的工作難度，因此需要調整原有的實驗室管理辦法，出臺學生申請使用實驗室管理辦法。

學校的實驗室有專門的實驗管理人員負責，教師上課使用實驗室需要提前寫申請，學校統一安排。由于之前的實驗項目是特定的，大部分是驗證性的實驗，需要的時間較短，所以能夠做到提前申請安排。開放式實驗的實驗項目是學生根據具體項目確定的，實驗是探究式的，實驗結果不確定，需要的實驗時間比較長，因此建議實驗室的管理可以設立實驗小組負責制，實驗管理人員定期抽查監督。

3. 考核方式endprint

考核是整個實驗課程的關鍵一步。考核能夠使教師對學生的整個實驗情況，包括思路和操作的正確性進行判斷。考核也是對學生實驗課程的最后的監督和檢查。考核能夠使教師對學生的整體實驗能力有全局認識，方便教師對實驗方案包括實驗管理辦法的調整，從而制定出更有利于學生發展的實驗課程。由于實驗課開設的目標是學生的思維能力及動手能力的培養，所以考核方法與理論課程是不同的。

目前常用的實驗課考核方式是實驗過程占30%，實驗報告占70%。這種考核方式不利于學生實驗過程動手能力的提高，同時不利于學生實驗之前對整個實驗項目的分析。因此建議土木工程專業實驗課程采用的考核方式為：實驗難易程度占10%，實驗方案設計占20%，實驗過程占10%，實驗報告占40%，實驗答辯占20%。將土木工程專業實驗課程的考核方式細化為五部分，充分調動學生的實驗設計的積極思考能力、操作能力，避免學生實驗課只是觀看不動手的不良現象。

四、 總結

為了充分發揮實驗課的開設初衷，開放式實驗教學在土木工程專業課程中的應用得到了校領導的重視，使得項目在本校課程開展過程中能夠順利進行。2016～2017學年第一學期，本校對14級土木工程專業學生開設《土力學》實驗課程。實驗課程采用開放式實驗教學的模式，首先學生自由分組，三人一組，然后教師提前一星期給出十五個實驗題目，學生通過查閱資料，結合自己的興趣選擇本學期實驗項目。學生分組編制各自實驗方案，寫實驗申請書，得到批準后開始實驗。整個實驗過程，學生積極性很高，大部分學生能夠充分利用課余時間進行實驗。而且據實驗管理員反饋，學生的實驗室管理也合格。學生充分利用資源搜集資料，提高自學能力，同時在《土力學》理論課程學習的過程中也表現出很濃厚的興趣。對比13級土木工程專業學生，14級學生本課程最后考核成績有所提高。

參考文獻：

[1]姜兵，何建平.開放土力學實驗室創新實驗的教學改革研究[J].實驗科學與技術，2006，（03）.

[2]白云，柴鈺.加強開放式實驗教學，培養學生的創新能力[J].實驗室研究與探索，2010，（08）.

[3]賴天華，肖曉華.加大實驗室開放力度，提高學生實踐能力和創造能力[J].實驗室研究與探索，2008，（05）.

[4]宋國利，蓋功琪.開放式實驗教學模式的研究與實踐[J].實驗室研究與探索，2010，（02）.

[5]陳靈，曾美琴.提高實驗室開放性，加強實踐能力培養[J].實驗室研究與探索，2007，（12）.endprint