土木工程材料开放性实验实践研究

摘要：“开放性实验”教学是实验教学中的重要组成部分，对培养学生的实践能力与创新能力有着独特的影响。文中阐述了在《土木工程材料实验》中，实施了“开放性实验”教学的具体过程，并通过“开放性实验”具体案例，分析了“开放性实验”教学对学生能力培养的影响。实践证明：“开放性实验”教学能较大提高学生的主观能动性，提高学生的发现问题解决问题的能力；提高学生学习能力及团队协作，提高学生对理论知识的理解与应用能力。

关键词：开放性实验；土木工程材料实验；能力培养

中图分类号：G642.0 文献标志码：A ？摇文章编号：1674-9324（2013）05-0246-02 一、引言

《土木工程材料》课程是土建类专业，如：土木工程、建筑学、工程管理、工程造价、给水排水工程、建筑环境与设备工程等专业必修的一门公共专业基础课程，具有较强的应用性质，而土木工程材料实验课是该课程体系十分重要的组成部分，通过实验课，学生可以进一步巩固所学的理论知识，熟悉土木工程材料的实验方法，掌握土木工程材料的性质和应用，培养动手能力和创新能力。而在目前高校不断压缩课程学时的趋势下，土木工程材料实验课往往是以验证性实验为主，缺乏综合性、设计性实验及针对不同专业的“开放性实验”，在培养学生动手能力、创新思维和创新能力方面明显不足[1]。

实践是工科教育的灵魂，高等工科专业作为直接将知识、技术转化为生产力的应用性专业，创新意识、创新精神和创新能力在教育过程中的地位和意义尤为重要。根据人的思维从感性到理性的发展过程，在工科院校设置的实验课程及实习环节中，最有利于学生萌发创新思维及教师启发学生的创造性。而传统的实践教学常常采用验证性的实验方法，只要求学生通过固定的模式进行实验，并根据实验现象和数据总结一种必然的结果或者验证理论课某种理论的正确性，该实验方法可以使学生在实验过程中获得一些感性认识和体验，但是对于学生整体分析能力、综合设计能力、积极创新能力的培养显然是不够的。必将导致学生学习处于模仿式的被动状态，根本无创新性可言。因此，转变教育观念，改革传统的实验教学方式势在必行[2，3]。

为了能给学生提供了自主学习、独立思考和个性发展的空间，有效地避开传统实验教学的不足，就必须改变传统的实践教学方式，开展“开放性实验”教学。所谓“开放性实验”，就是将实验室开放，学生按教学要求、自身的兴趣、爱好，根据自己的实际情况选择时间去进行自己设计的实验[4，5]。学生根据所学知识，选择一个题目，独立设计实验方案，并完成实验过程，该题目实验内容应具有综合性、设计性和创造性，实验形式具有可开放性。在整个实验过程中，教师只负责对实验方案进行审查，在实验过程中给予必要的指导、启发，并引导学生最终完成一篇综合性的实验研究报告或科研论文。其实质就是放开手脚让学生独立按自己的设计方案去完成实验。使他们能更好地在实验设计、实验过程、实验数据分析中培养克复困难的毅力，培养独立思考、学习、分析的能力和总结成功与失败的经验和教训。从“开放性实验”含义可以看出，“开放性实验”教学改变了以前的那种传统式的教师对学生的“灌输式”教育，把教学改为启发式的“导”，循循善诱，启迪思维[6]。

二、“开放性实验”在《土木工程材料试验》中具体实施步骤

我校很早在教学中提出建设创新型大学理念，围绕创新性办学理念，学校要求在教学上要进一步突出创新人才培养的目标要求，并落实到教学过程中，主要体现到各实践教学环节。为此，笔者在土木工程材料实验教学中做了一些有益的尝试，对部分班级开展了“开放性实验”，收到了良好效果。其具体步骤可概括如下。

（一）开展问题式学习，制定实验方案

因为在“开放性实验”中，问题的选择和设计至关重要。对于问题的来源，一般有两种：一是来自于已解决的问题；二是有待解决的问题。对于前者来说，问题的解决往往是验证课程中讲授的理论或者是前人处理这一事件的经验或教训，而对于未解决的问题来说，则要求学生结合所学内容以及日常生活中出现的实验现象，借助图书馆、互联网查找相关的资料，引导学生自己发现问题、提出问题从而拟定实验题目，制定实验方案。

（二）引导学生思考，比较和确定实验方案

根据学生对实验方案的阐述，笔者分情况对其进行引导。从其设计的实验目的及其研究内容上进行引导，鼓励学生深入思考方案的可行性及创新性，通过思考，让学生修正和完善实验方案，并最终确定实验方案。

（三）结合方案特点，实施开放性实验

实验方案确定后，各小组根据实验方案开展研究，通过实验的开展，让学生自身深刻体会方案的设置对实验的重要性，在小组实验中，学生们明显感觉到一个好的方案会让实验事半功倍。

（四）根据实验结果，提交实验报告及分析

结合学生实验的问题，根据实验具体结果，引导学生分析实验数据，判别实验结果，进而提高学生解决问题的能力，同时在结果分析中，充分发挥学生的创新能力，启发学生思考新的问题，进而充分发挥学生的主观能动性。

三、“开放性实验”教学对学生能力培养的影响

在这次“开放性实验”教学的尝试中，学生自行组建了6个“开放性实验”小组，通过“开放性实验”的研究，每一组分别完成了所设计的实验。“开放性实验”使学生在校内找到了理论与实际相联系的一个很好的结合点，不仅提高了学生的发现问题，解决问题的能力；同时提高了学生在解决问题时学习能力以及团结协作的精神；并且在完成实验的过程中，加深了学生对书本知识的理解和运用。具体影响可分述如下。

（一）提高了学生发现问题，解决问题的能力

“开放性实验”方案的选择和设计过程中，学生需要首先发现问题，进而分析问题，并在比较各选项方案可行性的基础上做出决策，这就模拟了实际工程中解决实际问题的全过程，大大提高了学生分析问题解决问题的能力。同时，由于学生自己从实际问题中选择出来的设计题目，对学生来说，要么就是学生理解的难点和疑问点处，要么就是学生感兴趣的方面。这些都能够激起学生探究问题的兴趣，使学生能够通过自主学习、相互讨论、实验验证、结果分析等过程，在其已有知识的基础上架构起新旧知识的同化过程中，变被动接受为主动求知。如在某一组学生的“开放性实验”设计中，他们就以“石膏建材的呼吸性能”为题，针对石膏在空气中的失水性能开展实验研究，研究石膏能够一定程度的调节湿度的性能，并最终取得了成功。为此，把问题提交给学生，让学生在“开放性实验”课程中给予完成。即使是已知答案的问题，也可将不同材料性能的比较和温湿度的测定隐含其中，使学生通过分析问题、解决问题来达到获取知识、掌握技能的目的。又比如，土木工程材料课程基本教学实验中混凝土配合比设计实验，让学生对混凝土的工作性、强度及配合比设计有了感性的认识。但是钢筋混凝土中，混凝土的受力性能，又是如何呢？针对这个问题，有三组学生，分别就水灰比、混凝土型号以及混凝土中钢筋的等级三个不同方面研究钢筋混凝土中混凝土受力，研究这些因素对混凝土受力情况的影响。除此之外，在“开放性实验”中，对于实际工程多方案进行比较的实验题目，学生相互之间的讨论、比较、决策，探究等过程，对于培养学生分析和解决的能力大有帮助。

（二）提高学生的学习能力和团队协作能力

“开放性实验”问题提出后，就需要学生针对问题开展学习研究。由于各小组所接收的问题不一致，小组成员必须通过自己的努力解决问题。并且“开放性实验”要求学生在有限的时间完成研究工作，活动中的学生都是主角，实验的进行迫使学生自主学习，查阅文献，大大提高了学生的自主学习能力。由于问题具有真实性和复杂性的特点，就需要各小组成员分工明确、责任明确。对于任何一个实验的研究，小组成员都必须进行合理的分工。首先需要初步拟定实验方案提出实验方案后和同组成员进行讨论，分析实验可行性；实验开展过程中，实验耗材的购置以及实验中出现问题的解决，都需要学生具备良好协调能力。这种让学生自我组织划分工作职责的方式有利于培养学生的团队合作精神。同时，学生在分组讨论学习过程中，也将逐渐体会到分工协作、相互倾听、相互尊重的重要性，这种团队协作能力往往是传统教学方法所不能触及的，但对于工科类专业的学生，这种基本职业技能训练是不可或缺的。

（三）提高学生对理论和实验知识的理解和运用

首先，“开放性实验”的设计就需要学生在充分掌握相关理论基础知识的基础上进行，通过方案分析比较，让学生更深刻的理解了理论与实验的结合，从而巩固和提高了学生对理论知识的掌握。在这次“开放性实验”尝试中，笔者组织土木2007-1、2两个班级进行土木工程材料实验授课，共89人，分为18组。其中6组为学生自行组织的“开放性实验”小组，其余12组进行了传统的土木工程材料实验教学。为了了解“开放性实验”的效果，笔者精心设计了一份“土木工程材料实验考核试卷”，按教学要求全面考核学生知识面、分析、计算和综合能力。试卷中所涉及的知识点，均在实验课程开始授课前进行的相应的讲解，然后分别进行相应的实验教学。从考核的结果来看，“开放性实验”小组成员考核成绩明显高于“传统性实验”小组的同学，如表1所示。

从实验成绩考核可以看出，实施“开放性实验”教学效果明显。从参与“开放性实验”的学生与三个班学生的成绩分析来看，卷面总成绩平均分提高约8分。由此可见，实施“开放性实验”教学效果明显，激发了学生的求知欲望，提高了学生分析问题，解决问题的能力，从而提高了学生的学习成绩。

四、结语

高等教育教学改革已经迈出了很大的步伐，并取了得积极的成果，学生的动手能力及创造性思维能力培养，在工科类高等教育尤其是土木工程这类实践性较强的专业中，已经成为重中之重。而实验教学是高等教育中培养学生动手能力和创新能力的重要手段，是完成高等教育人才培养目标的重要教学环节。在土木工程材料实验中设置“开放性实验”，在时间与空间上给学生创造了实验条件，吸引学生多走进实验室进行与教学相关实验甚至课外实验，对其培养创新精神养成独立思考的基本科学精神有着超乎寻常的促进作用。“开放性实验”既要求学生具有独立查阅相关文献的检索能力，又鼓励学生之间对文献内容进行讨论，间接促使学生们在学习上的交流，以形成团结协作的研究习惯，培养学生的团队精神，这对新时期的工科大学生掌握创新能力，发展创新思维有着积极的意义。

参考文献：

[1]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，2008，17（3）：121-123.

[2]张旭贤.《土木工程材料》课程教学改革研究的探索[J].塔里木大学学报，2010，22（1）：114-117.

[3]张治国，郑永红.开放专业试验室.培养学生的创新能力[J].实验室研究与探索，2005，24（6）：109-110.

[4]王文化.深化试验教学改革的途径[J].实验室研究和探索，2005，24（6）：11-13，44.

[5]霍曼琳.土木工程材料教学内容改革实践[J].理工高教研究，2005，24（5）：59-61.

[6]张长清，金康宁.土木工程材料创新实验探索[J].高等工程教育研究，2004，（1）：80-82.

基金项目：桂林理工大学教改工程立项项目（2012B01），桂林理工大学博文管理学院土木工程特色专业区级项目立项

作者简介：赵胜华（1985-），男，硕士，讲师，土木工程专业。

通讯作者：陈慕杰（1965-），男，高级工程师，桂林理工大学博文管理学院土木工程专业。