基于实践创新能力的《土木工程材料》开放性实验教学探究

摘 要：培养学生实践创新能力，实践教学是最有效的措施。本文以开放性实验为切入点，从开放性实验项目设置以及实施过程等方面，论述了开放性实验对土木工程材料实验课程的优化探究，对激发学生积极主动学习，培养学生工程实践和创新能力有重要作用。

关键词：土木工程材料 开放性实验 实践创新能力

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）10（a）-0226-03

Abstract： Practical teaching is the most effective way to cultivate students’ ability of engineering practice and innovation. The paper probe intoopen experimental teaching of civil engineering material from contents and implementation process ofopen experimental，which helpful to inspire students’ active learning and train engineering practice and innovation ability.

Key Words： Civil Engineering Materials； Open Experimental； Engineering Practice and innovation ability

土木工程材料是土木工程专业中重要专业基础课之一，是学习土木工程施工技术，混凝土结构设计等课程的基础。土木工程材料实验是理论联系实践的重要环节[1]，通过土木工程材料实验课的学习，能够更好地认识理解土木工程材料的性质及其应用，提高学生的感性认识，为以后专业课的学习及工程实习奠定基础；同时，实验教学能够很好地激发学生学习兴趣，培养学生动手实践能力与严谨的科学态度以及独立思考、创新思维和解决问题的能力。

在实际实验教学中，多数高校的土木工程材料实验教学模式表现为“灌输式”，教师根据大纲要求，讲解实验目的，实验操作步骤；学生根据要求“规范”地进行试验，不能有效地激发学生学习兴趣和创新欲望，学生也不能够积极主动地接受知识，进行思维的拓展与创新训练。实验教学以演示性和验证性实验为主，主要是验证理论的正确性或达到理论再现性的目的，不能充分发挥学生的动手操作能力以及实践能力的培养[2]。同时，实验项目内容之间缺少联系，孤立的实验之间不能把土木工程材料知识之间有机地统一，学生不能深入地认识实验项目的意义；尤其是与后续的一些专业课以及工程实践教学中的相互交叉与渗透性较差，面对工程问题时束手无策，不利于学生对知识内在统一认识与应用，从而阻碍了学生创新能力的发展。

为满足培养具有实践能力和创新能力的卓越人才要求，改变传统的实验教学模式，优化实验教学，开放性实验教学应运而生。所谓开放性实验教学，是在科学的实验思想体系指导下，打破传统实验教学在实验时间、空间、内容和教学方法等各方面的束缚，充分发挥学生的主观能动性，根据所学知识自主设计实验并完成实验，培养学生科学研究过程中严谨认真的态度、锻炼学生工程实践能力和探究解决问题能力的一种实验教学体系[3-4]。本文以开放性实验为切入点，以培养学生创新实践能力为落脚点，开展土木工程材料实验教学模式的优化设计，这种教学设计在内容与过程中以学生为主导，重在培养学生的工程实践能力与创新能力。通过探究土木工程材料开放性实验教学的优化设计，从而为土木工程材料实验教学改革奠定基础。

1 开放性实验项目设置

开放性实验的实验内容不是学生想怎么做实验就怎么做实验，漫无目的、天马行空地进行试验；也不是单纯的验证性实验，重复实验，验證理论，而是在老师的指导下，有针对性、有计划地培养学生的工程实践能力和创新能力，引导学生积极主动地进行实验，充分提高学生的实验技能，加深对理论知识的理解，拓宽知识体系。开放性实验的设计原则，是始终以学生为主体的自主探索为出发点，以把握基础知识与前沿发展的内在统一联系为落脚点，以培养创新实践能力的全面素质为目标。主要从以下几个方面设计开放性实验项目。

1.1 深化拓展课程实验

土木工程材料课程实验是基础性实验，是学生熟悉实验仪器设备和掌握试验操作方法的过程[5]，是学生深化感性认识的关键环节，是学生独立进行科学探索的必要准备。然而由于课程学时、性质等原因的限制，土木工程材料课程实验无法满足学生今后在工程实践的需要，也无法适应对创新能力的要求。开放性实验在课程实验的基础上要克服其不足，紧密联系实验教学内容，深化拓展课程实验。例如由于课程时间紧张，课程中只用了一种方法测试混凝土拌合物工作性，可以使用多种方法测试不同类型的混凝土拌合物工作性，并通过外加剂或掺合料对混凝土拌合物工作性能的影响实验，使学生掌握混凝土拌合物工作性的测试方法，深入理解混凝土拌合物工作性的影响因素；测试不同尺寸的混凝土试件，阐述试块尺寸对混凝土强度测试的影响；通过特殊模具（例如堆土模板，燃烧模板）深化模具内涵，使学生深入理解模具的要求及使用过程中的注意事项，更深层次的理解“支模-浇注”。

深化拓展课程实验“把握一个核心，抓好两个基础，掌握多种应用”的基本思路和方法，即以方法为核心，以基本原理和操作过程为决定和影响实验的内外因，以掌握实验方法的选择和工程应用为目标。本着这样的基本思路，将材料的性质和使用在实验的基础上有机地联系起来，使教学内容浑然一体[6]。同时通过深化拓展课程实验，使学生全面了解实验方法的优缺点，深入地理解材料的性质和使用，不仅加强了学生的工程实践能力，也培养学生的创新精神。

1.2 开发设计综合实验

综合性实验是培养学生工程实践能力和创新能力的有效措施，让学生根据自己的兴趣，激发学生积极性，主动性，进而自主设计实验。從学生自主设计土木工程材料实验可以全面地系统的了解土木工程材料在土木工程应用过程中的要点，不仅能培养学生扎实的基本技能与实践能力，而且能有效地提高学生的综合素质。

土木工程材料实验作为一门专业基础实验课，与许多专业课程有着密切的联系，例如，混凝土结构设计原理、土木工程施工技术等。为能够与相关课程的合理衔接，使其发挥桥梁作用，引导学生设计开放性实验项目，不再局限于本门课，而是在土木工程大学科的背景下，从而使知识达到融会贯通。例如从土木工程施工技术要求入手，把混凝土施工与混凝土拌合物工作性、耐久性相结合，设计某一工况下混凝土施工对混凝土拌合物工作性与耐久性的要求，从而更好地理解各科课程之间的联系，建立完整统一的学科的知识体系。也可以根据学生所学内容和专业方向，结合自己兴趣，设计一个综合性试验，激发学习的积极主动性，系统理解水泥基材料的性质及应用。例如水泥基制品制作实验，从制品形状与模具选择到实验材料的选取，配合比的设计，成型，养护，脱模以及外观处理等进行整体统筹设计，把学到的知识进行了整合，对知识进行了梳理，使学生自主探究知识的内在联系。

1.3 参与探究科研实验

通过参与教师科研项目，学生在原有的实验规范操作基础上，更深入了解实验方法的理论基础，进而大胆尝试新的实验操作方法，强化学科的基本知识；教师的科研课题也反映工程领域学科发展方向和趋势，使学生了解最新的科研信息，也能够在教师的影响下，培养学生严谨认真的态度，提高实践能力，增强创新意识。例如发光混凝土，自修复混凝土等功能性，智能型材料的实验研究，不仅使学生能够掌握好基础知识，也能够扩展学生的视野，同时通过实验也锻炼了学生的工程实践能力，激发学生的创新能力。工程实际案例可以让学生零距离地了解到实际工程的情况，通过混凝土工程破坏的分析检测等项目，让学生更深入地认识材料的性质和使用。

2 开放性实验实施

开放性实验实施中以学生自学能力培养为核心，注重自我发现，引导学生分析问题、解决问题。开放性实验实施前，从实验立项、文献资料的查阅及设计思路都由学生自主完成，允许学生作品的个性化设计和想法，教师只负责大致方向的把握与指导，具体的问题均由学生自己通过学习理解与掌握，并严格要求学生，根据所学内容和资料阅读，完成实验研究内容、选用仪器设备、材料的准备、实验的步骤、预期结果等实验方案的撰写。试验过程中遇到问题，启发学生认真观察实验细节，详细记录实验结果，自主发现、解决实验过程中的问题，以过程为核心，以结果为向导的模式，让学生重在总结发现知识的规律性。实验结束后，依据观察到的实验现象和记录的实验结果，进行小组讨论，根据所学知识和自主查找相关文献分析问题原因，并设计实验解决问题或提出深化实验的方法，最后形成总结报告或者论文。开放性实验实施过程中各个环节流程如图1所示。

实验结果与考核的评定以过程与综合能力为核心，多层面、全方位地评价学生学习成绩，建立以综合素质为主形式多样的考核方式。学生自己拥有知识的选择权和决定权，不同的学生在实验过程中可以学习不同的知识，因人而异，用于解决所面临的问题，学生的知识与教师的目标知识必然会存在差异，因此对实验学习成果的评价不再关注对知识的掌握熟练程度，而是关注和考察学生是否学习了自己需要的、能解决问题的知识[7]。考核方式不仅仅只是实验设计构思和实验成果的考核，是对整个实验过程综合考核，主要包括以下几个方面：（1）思维能力。主要评价学生设计的实验创新性，实验方案的撰写规范性、逻辑性以及文献的批判总结性。（2）实验操作能力。实验仪器设备使用的规范性，操作熟悉程度及仪器的选择是否合适等。（3）解决问题能力。发现问题与解决问题的方法和能力。（4）科学思想。实验理解的程度，实验过程的态度以及团队合作精神。通过综合考核方式，给学生以更多的时间和空间去建立完善自己的知识结构体系，根据自己的情况，自主锻炼工程实践能力，积极主动地进行创新活动。

3 结语

通过开放性实验优化了土木工程材料实验教学，提高了课程教学的效果和质量，也要加强相应课程的改革，建立新型的人才培养学科体系；以学生为主体的自主设计开放性实验，激发了学生主动学习的积极性，培养了学生发现问题，解决问题的能力和创新意识，也应建立与之相适应的开放性实验平台，有效开展学生创新实践活动；开放性实验教学模式，培养了学生的工程实践能力和创新能力，为以后更好地适应工作打下坚实的基础，同时也应积极打造具有创新理念和丰富实践知识的教师资源团队建设，以保证工程实践和创新能力人才的培养。

参考文献

[1]崔海弘.关于土木工程综合实验模块式教学改革策略探析[J].中国建筑金属结构，2013，17（1）：136-137.

[2]尹世平，吕恒林，周淑春.基于学生创新能力培养的土木工程材料实验教学探讨[J].新课程研究，2015（6）：78-79.

[3]王新风.高师微生物学科开放性实验教学模式的建构[J].当代教育论坛，2006（6）：104-105.

[4]霍洪媛，刘焕强，盖占方.《土木工程材料》课程综合开放性试验实践环节设计研究[J].河南建材，2008（1）：19-20.

[5]孙家国，谷艳玲.基于创新创业能力的土木工程专业实践教学体系探究[J].高等建筑教育，2016，25（4）：126-129.

[6]张利，薛斌.基于工程实践能力培养的土木工程材料课程教学内容优化设计研究与实践[A].Proceedings of 2011 AASRI Conference on Applied Information Technology[C].2011（7）：224-226.

[7]张长清，魏小胜，李国卫.探究式学习在土木工程材料教学中的应用[J].建筑教育，2010，19（6）：102-105.