基于開放性實驗的《土木工程材料》 實驗教學改革

文泉霖 胡利超 王俊燁

（內江師范學院建筑工程學院，四川 內江 641100）

《土木工程材料》是一門實踐性較強的建工類專業的專業基礎課。在“應用型本科專業”建設的新形勢下，對其實驗教學環節研究探索意義重大。開設開放性、設計性實驗項目是在實驗教學環節對學生進行實踐能力和應用能力培養的有效手段，《土木工程材料》也不例外。如何在現有內容體系下減少演示性、驗證性實驗的課時占比，將傳統實驗項目進行合理拓展和改造，使其轉變為開放性、創新性實驗并在教學過程中不斷完善優化，是當前應用型本科專業在專業改革和內涵提升的過程中非常重要任務。

1 《土木工程材料》實驗課程的內容組成

《土木工程材料》是在建工類專業中廣泛開設的一門專業基礎課，其教學模式十分成熟，內容體系也相對穩定。通常，其實驗課程包含以下項目：一是材料的密度實驗，通常包括絕對密度、表觀密度和堆積密度三部分的測定。二是水泥的性能實驗，主要包括水泥的細度、密度測試；標準稠度水泥凈漿的制備；水泥的體積安定性測試；水泥膠砂強度測試等實驗項目。三是混凝土骨料實驗，主要包括砂的顆粒級配；石子骨料的顆粒級配及雜質含量等內容。四是混凝土配合比設計與校核，包括新拌混凝土和易性測試與混凝土抗壓強度測試。除上述四大類實驗之外，還可根據課時和專業性質的不同開設砂漿類實驗、砌塊類實驗、鋼材類實驗和瀝青類實驗等項目。

2 《土木工程材料》實驗教學的現狀分析

《土木工程材料》的教學包括理論與實驗兩大部分，理論課與大多數工學專業的基礎課程相同采用大班授課的教學模式而實驗課則采用了分組教學的模式。實驗課程體系主要依據各版本教材附帶的土木工程材料實驗指導書，結合不同專業的特點與課程內容側重進行制定。

作為理論教學的重要補充，《土木工程材料》課程的實驗教學一直以注重學生的實際操作能力為首要任務，旨在讓學生通過實驗課程基本掌握基礎建筑材料實驗的操作方式與實驗儀器設備的使用方法。因此，目前在《土木工程材料》的實驗教學內容當中，較為基礎的驗證性、演示性實驗占據了較多課時，以重復訓練來提高學生對實驗操作和儀器設備的熟悉程度，學生在實驗過程中的獨立思考較少，且消耗課時量相對較多。

同時，對于儀器臺套數相對不足的高校，驗證性、演示性實驗和小班教學的結合就意味著多批次、簡單重復的實驗課程。對于開展實驗相對靠后的批次的學生而言，對實驗項目的新鮮度和對實驗項目的興趣都會在一定程度上減弱，不利于學生對專業知識的吸收，并且影射出教學資源合理公平配置的問題。

實驗課程分組小班教學，是我國高校體系中公認的合理形式，不管一所高校實驗室配置高低與否，儀器設備的種類是否齊全，數量多寡，都應該摸索出適合自身的模式以解決實驗課程高質量開展的問題。在當前的實驗教學過程中，最突出的問題是簡單化、重復性的實驗內容既難以持續引起學生的興趣，又無法讓學生得到充分的思維訓練。教師在進行實驗前的講解難以引起學生的足夠重視，費時費力且收效甚微。學生在聽講之后對于實驗操作的一些細節處理依然不能準確領會。在實驗過程中，大多數學生依然停留在“依葫蘆畫瓢”的簡單模仿階段，對于實驗原理和實驗結果的分析思考明顯不足。

在新工科和應用型專業轉型發展的大背景下，建工類作為典型的工學專業，其課程改革迫在眉睫。隨著建筑工業的不斷發展，高校建工類專業的教學同樣與時俱進、不斷革新。《土木工程材料》課程作為建工類專業較為早期開設的一門專業基礎課，理應在改革的過程走在前列，作為試點。以其實驗課教學為例，傳統的實驗項目需要保留，以保證學生對基礎知識的充分掌握；同時需結合當下行業發展現狀，在保持教學內容體系相對穩定的前提下突破局限性，對傳統教學內容進行開放性、設計性地再度開發。并結合建筑節能、綠色建筑、建筑材料質量檢驗檢測等行業熱點，將基礎實驗組合為能夠完成特定行業工作的系列實驗；在實驗結果、待測樣本、實驗方案設計等方面引入開放性方案，提高學生的主關能動性和完成實驗內容的難度，以達到深化教學內涵，提高教學質量的目的。

3 開放性實驗教學的改革策略研究

開放性實驗簡單來說就是以任務為導向，將單個基礎實驗項目進行有機組合，形成一個可以完成某一工程實踐的綜合性實驗任務；并通過變更實驗條件和結果要求等方式將其設計為開放性實驗。從而對傳統教學的模式和概念進行打破，充分激發學生的學習興趣，對于促進學生創新思維和綜合應用能力的發展意義重大。較為進階的開放性實驗教學設計甚至可以在教學過程中，將應用情境設定完善，由學生通過分析問題，提出自己的思路并自主設計實驗方案，從頭至尾完整解決工程問題。通過上述的實驗探索，將有助于學生創新能力的培養與研究意識、工程素養的建立；并在夯實基礎知識和技能的基礎上，加深對專業知識的理解，提高應用能力。

3.1 采用多元化實驗內容教學的方式并將實驗課程與大學生科研以及學科競賽相結合

教師在《土木工程材料》的理論知識與實驗操作基礎進行講解后，即可組織學生應根據進行開放性實驗的任務布置與方案設計，在對實驗任務進行全面分析的基礎上進行實驗項目的組合，隨后進行方案論證，確定可行的實驗流程。而實驗的任務的布置則可以跟目前高校第二課堂中進行得如火如荼得大學生科研和各類學科競賽結合起來。在這個基礎上，結合教師的指導，對實驗方案進行計劃，通過對實驗材料和實驗方法進行檢驗，在實驗數據分析的基礎上進行實驗報告的撰寫。既在充分發揮學生得主觀能動性，又能對學生進行創新思維的綜合訓練。在開放性實驗的任務設置過程中，融入學科競賽的內容，將第一課堂與第二課堂有機結合，提升了學生對專業課學習的積極性，又能使學生在學習專業知識的同 時在賽事活動中有所斬獲。

3.2 實驗室管理制度的優化支撐

在引入開放性實驗的同時，為了保證實驗室的正常運行和管理規范，需要對實驗室管理制度進行相應的修訂與優化。首先通過對實驗室的規章制度進行規范，在當前開放性實驗室的建設過程中，由于設備使用的頻率較高，為了提升實驗室的安全系數應進行相應土木工程制度的規范。通過進行管理辦法、使用登記表以及各種實驗器材借用情況的完善，并帶領學生進行實驗室規范方法的學習，從而為實驗室的運行奠定基礎，通過推廣開放型制度對于其中出現的問題進行修改，以此來促進開放型實驗室的制度化和規范化。根據不同的課程進行設置，在管理制度規范的基礎上促進教學課程的順利進行。在對管理制度進行優化的同時，對實驗內容和實驗模式進行更新，在實驗變革的基礎上促進對于創新型人才的培養。在管理制度和相關體制變革的基礎上，促進整體的發展。對于實驗室的人才培訓制度、考核制度等相關管理制度也要進行明確，確保整體改革工作的順利進行。對當前形勢下土木工程教學中的問題進行調整和處理，從而促進實驗室管理制度的優化。

3.3 實驗室開放模式的改革

在現階段開放性實驗室的設置中，對于一部分基礎性操作，應該采用傳統的教學方式進行。通過對原理以及相關操作規范進行講解，確保學生能夠盡快掌握相關土木工程的實驗方法。對于一部分設計性較強的土木工程試驗項目，可以采用開放式的教學方式進行整體學生實踐能力的培養，在滿足學生個性化發展的同時對學生的基礎進行鞏固。在此基礎上可以進行仿真開放實驗室的設置，通過對虛擬儀器進行應用，在傳統教學和虛擬教學相結合的同時使土木工程的學生能夠在網絡平臺中教學結合，從而促進復雜實驗項目的完成。同時可以進行第二課堂的建立，通過對土木工程教學課堂進行創新建設，對學校的相關閑置實驗器材進行建設，使學生能夠進行自主實驗，以此來提升提后教學的效果和質量。對于實驗教師來說，人員較少，應進行人員的招聘并進行專項培訓。隨后，對于這些培訓人員進行工作內容的明確，對于在實驗過程中學生出現問題的狀況，進行及時的解決和處理，在實驗進行過程中，甚至可能會出現突發狀況，因此，要對人員的素質進行保障。

4 開放性實驗教學改革探索總結

《土木工程材料》是一門內容較為龐雜且隨著工程技術與行業發展不斷融入新材料、新技術的學科，教學內容體系總體穩定又相對靈活。學生的識記工作量較大，對各章節內容之間的相關性與該門課程的整體掌握有一定困難。開放性實驗的引入可以在一定程度上解決這一問題，通過綜合性任務將課程的主干內容串聯融合并結合工程實踐的實際情況，讓學生了解到自己所學知識究竟如何產生價值；既提高了學生的積極性和成就感，又切實將驗證性、演示性實驗融入了綜合性教學當中，避免了簡單的重復。開放性實驗教學充分突出了學生在大學學習中的主體地位，教師更多作為實驗方案與實驗結論合理性的審核者和評估者，有利于充分利用教學資源，同時提升學生和教師的綜合素質，杜絕“依葫蘆畫瓢”的復制模式。教師不再告訴學生應該如何做，而是由學生自己決定如何利用現有實驗室資源解決問題。在此模式下，《土木工程材料》的實驗教學將拜托傳統的枯燥和重復，也對任課教師專業知識素養提出了新的要求，是新工科和建筑類專業“應用型專業轉型發展”大背景下十分值得貫徹且成效可期的教學改革模式。