创新型实验在工程材料教学中的应用

摘要：文章首先分析了木工程材料课程实验教学存在的问题，其次提出了创新型实验在土木工程材料课程实验教学中的应用措施，再次总结了创新型实验在土木工程材料课程实验教学中的应用成果，最后指出了创新型实验在土木工程材料课程实验教学中应用应注意的问题。

关键词：创新型实验；土木工程材料课程；实验教学

一、土木工程材料课程实验教学存在的问题

（一）实验课程缺乏逻辑性与关联性

西藏大学土木工程材料课程教学大纲中，总学时54学时，其中实验学时16学时，内容主要包括材料基本性质实验、钢筋拉伸和弯曲性能实验、水泥实验、混凝土用骨料实验、普通混凝土实验、砂浆实验、砌墙砖实验等。以上实验项目均按事先分配的学时单独分散进行。由于该课程理论课与实验课各自独立，课程本身内容繁多，各知识点相对琐碎，加之各实验项目零散安排，缺乏逻辑性和关联性，又以演示性和验证性为主。学生虽然对实验课兴趣浓厚，但因分不清主次，难于构建系统的知识体系，导致学生对课程学习失去兴趣，不主动思考和实践。

（二）实验偏重于验证性，实验结果难以避免抄袭现象

由于土木工程材料实验条件、实验时间和组织管理上的限制，大多数高校的土木工程材料的实验内容仍以验证性为主，设计性、综合性、研究性实验较少[3]。学生在实验操作过程中，只是单纯地重复实验报告中的操作步骤，实验结果千篇一律，无法杜绝学生实验报告数据处理过程中的抄袭现象。

（三）实验内容固定且陈旧

虽然实验教学逐步在向“基础型实验—综合型、设计型实验—创新型实验”过渡[4]。但由于存在“三个脱节”的问题，即实验项目设置与工程脱节、课程内容及实验项目与行业指导和规范脱节、实验内容的单一性知识训练与工程实践所需的综合性知识应用脱节[5]。土木工程材料课程内容涵盖气硬性胶凝材料、水泥、混凝土等十几大类材料，可以说是纷乱庞杂，包罗万象，而实验教学内容相对固定，最新研究技术和实验方法的知识不断更新，目前实验项目的设置不利于毕业后工程实际的应用，无法实现课程实验内容的与时俱进。

二、创新型实验在土木工程材料课程实验教学中的应用措施

（一）整合实验项目内容

以混凝土耐久性为主线，将材料基本性能实验、水泥实验、沥青实验、砂石骨料实验、普通混凝土实验、沥青混合料实验这些独立实验进行整合，借鉴“翻转课堂”的思路，采用“实验翻转”原理，讲解混凝土耐久性最新研究成果和研究方法，激发学生对混凝土耐久性研究的兴趣[6]。学生针对此提出疑问，确定研究方向，学生思考分析，提出研究解决问题的实验方案，实验课上采用学生实验方案中的原材料，进行原材料的基本性能实验、根据实验方案进行混凝土配合比设计和试件制作，经养护后进行混凝土耐久性实验，最终验证对混凝土耐久性某一方面问题的疑惑。

（二）成立兴趣小组，实行研究项目责任制

首先，成立兴趣小组规则。学生根据自己的兴趣爱好选择混凝土耐久性实验方向，由提出兴趣方向的人担任组长，兴趣相投的同学加入作为其成员，每组5～6人，和组长签订研究责任制，组长对整个项目的实施负总责，明确组长和组员的权利和义务。其次，建立成绩考核制度。对担任组长者期末成绩加5分作为奖励，根据项目实施情况，对期末成绩中占比20%的实验成绩按组长和实验指导教师打分取平均值，予以加分。最后，发放兴趣小组启动资金。给每个实验小组发放项目启动资金，用于购买原材料、实验用具等物品，实验项目结束后用票据和余款进行账目对接。

（三）促进独立自主实验和导师指导制相结合

在各兴趣小组项目实施过程中采用阶段性验收和成果性验收两种方式进行验收指导。各小组制定实验方案后由指导教师指导改进，确认后方可进行实验。从原材料购买、实验仪器设备的准备，实验过程的操作，实验项目的测试，实验数据的整理分析和处理，项目小论文的撰写全过程均事前、事中和事后指导，即每次行动之前由小组组长向指导教师报告拟采取的做法，指导教师给出意见和建议，实施过程中指导教师在一旁观察，出现问题及时纠正，每次实验后实验报告均由指导教师验收。让学生大胆独立尝试，出现疑问和问题及时与指导教师沟通，凸显学生实验项目的主人翁地位，学生在模拟科研项目研究的实践过程中使其受到实际科研训练。

（四）总结实验教学改革评价结果

对参与课程改革的师生采用访谈法和调查问卷法进行评价统计，对实施过程中出现的问题进行总结，记录各方面的建议和意见，对今后创新型实践教学在土木工程材料实验课程教学应用进行优化。

三、创新型实验在土木工程材料课程实验教学中的应用成果

普通高等教育回归工程教育，这就决定了课程教学改革应侧重学生实践能力的培养，而创新型实践教学正是学生工程实践能力的培养。通过对课程建设中存在问题的深入分析，严格按照教育部明确要求创新教育教学方法，进一步强调学生创新精神和实践能力培养的要求，经过采用混凝土耐久性创新型实验对土木工程材料实验教学进行研究与改革，取得了一些成效，具体如下。第一，实验课程体系建设方面，根据创新教育教学方法要求，按照土木工程行业相关标准和规范，将原有的六个验证性实验进行整合，设计目的性的创新型实验，以混凝土耐久性为例，构建混凝土耐久性系统完整的实验体系，完善了土木工程材料实验课程体系。第二，加强学生创新能力的培养，根据混凝土耐久性最新研究技术和实验方法的知识讲解和更新，实现实验项目的设置与创新能力培养相适应；实现课程内容与时俱进，开阔学生的专业视野，实现单一性知识训练到前沿知识应用的过渡。第三，通过混凝土耐久性创新型实验项目，教师根据实验项目的特点、学生的基础和兴趣，使学生加入兴趣小组进行初步实验，对今后申报大学生创新创业项目提供了基础数据支撑。自开展创新型实验以来，依托于土木工程材料实验课程的前期数据研究和兴趣爱好，兴趣小组成员成功申报部级、自治区级和校级大学生创新创业项目各一项。使学生实实在在地体会到理论所学与科研实际的结合，提高了学生的动手能力，增强了学生的综合素质和创新能力。第四，单纯从实验教学方面分析取得的成效。①实验项目数量和时间：原本计划16学时的6个实验项目，采用创新型实验后，各兴趣小组自愿进行了10～20个实验项目。②认知改变：课堂上理论知识最多给学生展示材料的照片和视频，改革后，学生利用课外时间深入建筑材料市场切实认识土木工程材料，掌握其分类和鉴别的基本方法，并掌握了大量第一手资料。③实验深度：改革前大都是验证性实验，现通过混凝土耐久性为主线，将实验项目的内容深化到前沿。④能力培养：社交能力，在兴趣小组水泥购买过程中，得到西藏高争水泥厂的高度认可和大力帮助，达成口头合作协议，该单位愿意无偿提供水泥供学生实验使用，并与学校签订了产学研合作和实习就业基地；协调能力、数据处理和论文撰写能力均有了一定的提高。

四、创新型实验在土木工程材料课程实验教学中应用应注意的问题

在本次改革进行过程中，需要注意的内容如下。一是学生基础知识薄弱，数据处理和分析问题能力有待提高。二是部分仪器设备闲置时间较长，年久失修，导致无法正常使用，严重影响了实验进度，建议配置专职实验教师，定期对实验设备进行检修。三是笔者所在学校地处西部偏远地区，当地建筑材料市场上实验用原材料缺乏，购买成本较高，甚至部分材料运费高达材料购买价格的5～6倍，如将创新型实验在土木工程材料实验教学中长期开展，则需充足的资金保障。四是在高海拔地区实际进行混凝土耐久性实验，得出的实际数据与某些已发表的论文数据偏差较大，笔者认为应反复实验印证，切实得出不同环境下混凝土耐久性数据。总之，在土木工程材料课程实验教学中，增加创新型实验可以凸显学生实验项目的主人翁地位，让学生在这种模拟科研项目研究的实践过程中受到实际科研训练，培养学生的创新能力和动手能力。

参考文献：

[1]杨枫,罗才松.《土木工程材料》实验教学的思考与改革实践[J].长沙铁道学院学报(社会科学版),2010,11(3):108-109.

[2]毕晓茜.新建省级综合训练中心土木工程材料实验教学改革与实践[J].高等建筑教育,2014,23(5):107-109.

[3]丁铸,孙坤,刘伟,等.土木工程材料实验教学组织与实施[J].实验技术与管理,2008(1):116-118,128.

[4]李书进,厉见芬.土木工程材料课程实践教学探讨[J].高等建筑教育,2008(3):121-123.

[5]蒋慧,黄小林,王荣,等.基于“卓越工程师教育培养计划”的土木工程材料课程实践教学研究[J].高等建筑教育,2014,23(4):152-154.

[6]杨迎春.“翻转课堂”在土木工程材料课程中的应用[J].山东农业工程学院学报,2016,33(11):26-29.

作者：蒋明芳 臧亚美 单位：西藏大学工学院资源与土木工程系