基于开放性实验的《土木工程材料》课程实验教学改革实践

傅博+程臻赟

摘要：传统土木工程材料课程实验教学以演示性、验证性实验为主，实验枯燥乏味，学生积极性差。通过课程改革研究，尝试将开放性实验理论应用于土木工程实验，对实验内容、评价方式和开放性实验室建设进行优化调整，结果表明开放性实验教学可以有效开发学生学习的主动性，拓宽知识面。

关键词：土木工程材料实验；开放性实验；实验教学方法

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）33-0105-03

《土木工程材料》作为土木工程专业的专业基础课，在各院校的土木工程、建筑学、建筑设计、交通工程、工程管理等土木与建筑类专业中均有开设。《土木工程材料》课程主要介绍土木工程中常用的土木工程材料的基本组成、材料性能、质量要求、检测方法，内容包括无机气硬性胶凝材料、水泥、砂浆、混凝土、砌筑材料和屋面材料、钢材、合成高分子材料、沥青材料、木材、绝热材料、吸声材料与隔声材料、装饰材料、新型防水材料、防火材料等。土木工程材料在土木工程建设中的地位突出，是目前建筑领域的研究热点。并且《土木工程材料》课程是土木类专业学生本科阶段所能接触到的唯一一门针对工程材料的课程。学生通过学习《土木工程课程》课程，一方面可以学习和了解土木工程建设领域涉及的工程材料基本性能、检测指标及测试方法，为学生以后的工作奠定学科基础；另一方面通过对工程新型材料的学习，可奠定从事建筑材料相关科学研究的基础，有利于学生创新能力的训练。

土木工程材料课程实验在《土木工程材料》课程中占用课时较多，是课程学习的重要辅助手段。其实验教学目的主要是使学生熟悉土木工程材料性能测试的基本方法和相关的测试设备，提升学生实践实训能力；针对具体材料能够按照相关的国家、行业、地方标准和规程进行材料质量检测；培养学生进行综合性、设计性实验能力和水平，提高学生独立分析和解决问题的能力[1]。由于课程学时等因素的限制，目前“土木工程材料”实验教学大多还是仅针对基本测试仪器的使用方法，学生单个基本实验技能训练[2]。一些先进材料相关的实验内容都无法在正常课时内安排。基于这一现状，笔者申报了北方民族大学教学改革研究项目“土木工程材料课程创新性改革与实践研究”并获立项支持。项目尝试开展土木工程材料开放性实验教学。引导学生根据课堂所学结合个人兴趣自拟题目，编写实验计划书，并在老师的指导下利用业余时间进行实验。这样既满足了土木专业课程教学的基本需求，又充分利用现有实验手段和实验技术，强化了对新型材料及重要材料的测试技术的学习，丰富了材料实验教学体系及内容[3]。侧重学生独立实践能力、提出问题并分析解决问题能力的培养，体现了我国高等教学改革的目标要求。

一、传统土木工程材料课程实验组成

各高校《土木工程材料》课程实验占用学时基本在16学时左右。主要由8个实验项目组成，分别是：密度实验（真实密度、表观密度、堆积密度）；水泥性能实验（水泥细度、水泥标准稠度用水量、初、终凝结时间、安定性、胶砂强度实验）；混凝土用砂石实验（密度、针片状含量、压碎指标、筛分析实验）；混凝土和易性及强度实验；建筑砂浆实验（砂浆沉入度、分层度、强度实验）；普通烧结多孔砖实验（标准尺寸、强度实验）；沥青实验（针入度、延度、软化点实验）；钢材实验。重点围绕土木工程材料相关的材料性质、制样方法、设备使用方法和结果处理等方面的知识普及展开实验教学。

二、课程实验教学现状及存在的问题

当前各高校使用的《土木工程材料》教材都附录了土木工程材料实验或者配套编写了《土木工程材料实验指导书》。所开设的实验依附于理论教学，教学重点围绕在对理论知识的验证和实验技能的训练。具体现状和问题集中在以下几个方面：

1.《土木工程材料》课程以理论教学为主，实验教学仅作为辅助手段。理论和实验教学衔接不够，学生对于实验过程的理解较为抽象、片面。这样的教学很难对学生以后的工作起到帮助。

2.由于学时及实验设备台套数所限，实验教学往往都是大班或者大组进行，无法保证让每个学生都能亲自操作设备。或者是小组成员各司其职，每个人只负责某个环节的实验工作，难以掌握实验整个过程。问题更为突出的是老师通常是集中整班对实验过程进行讲解，很多学生对实验思想不重视，认为设备结构简单，容易操作，根本不听老师讲解，结果最后无法正确处理细节，导致实验草草收场。还有部分学生虽然认真听了老师讲解，了解了仪器操作方法和实验步骤，但实际上并不清楚实验的具体目的和用途，机械地照搬实验任务指导书上的实验过程和步骤，按照流程完成既定实验，缺乏对实验原理和实验过程的深入认识和思考。

3.虽然我国《土木工程材料》课程已开设多年，教学内容也在不断丰富更新。但与快速发展的材料技术相比，课程的教学内容仍显传统、老套，不符合土木工程材料行业发展现状。例如随着社会发展、经济快速发展所带来的环境负荷日益加重，人们对环境保护意识不断加强，提倡绿色环保建材，类似于粘土砖一类的墙材逐渐被各种新型墙材替代，然而我们的实验教学仍然围绕粘土砖进行，没有进行相关实验内容的更新。再比如随着建筑技术的发展，对建筑质量的要求越来越高，要求建筑材料具有良好的使用寿命，特别是建筑材料的耐久性、耐候性方面。所以，现代土木工程材料实验教学除了对水泥、混凝土等材料进行基本的工作性、强度进行检测以外，还应额外增加一些新的实验内容，来适应时代的需求和发展。

4.实验缺乏创新性。传统的土木工程材料實验都是以验证性实验为主，按照既有实验流程展开。缺乏对学生自主实践能力、科研能力以及创新能力的培养。

三、基于开放性实验教学的改革探索

开放性实验教学指的是在时间、空间和教学内容上完全对学生开放，打破传统实验教学的课堂教学时空概念，激发学生的学习兴趣，促进学生掌握基本知识、基本技能。开放性实验教学，有利于培养学生的良好思维和创新能力。实验中，学生不断创设新的问题情境，从问题的提出到寻求解决的思路、方法和设想，都是独立完成，在设计实验的探索中发现新事物、追求新知识，发展演绎能力和分析想象能力，由此提高概括能力和归纳推理能力，在实践中应用已学过的内容，有利于夯实基本技能，深化对知识的理解[4]。课题所进行土木工程材料开放性实验教学探索主要围绕开放性实验内容、开放性实验室建设、课程评价方式三个方面展开。

（一）结合科研、工程实践以及学科竞赛的多元化实验教学内容改革

学生在完成《土木工程材料》相应章节的理论学习并完成原有课程实验的基础上，要求并鼓勵学生参与开放性实验。科研、工程实践类开放性实验内容是老师根据工程实际问题及相关内容的科研前沿问题提出实验题目，假设情景并提出需要解决的问题。或者是学生根据自己的个人兴趣结合参与教师的科研项目，自主提出的实验题目。在老师的指导下完成并细化实验方案，按照既定的实验方案开展实验。实验内容包括：选择实验原材料、确定实验方法，进行实验，分析实验数据，撰写实验报告。这种形式的实验教学能够帮助学生发挥主观能动性，锻炼学生的创新意识和创新思维，强化学生的综合素养。以参加学科竞赛为目的的开放性实验主要包括综合性、设计性实验。目前，全国性的土木工程材料类学科竞赛主要有两个，一是“全国大学生混凝土材料设计大赛”，大赛从2010年开始举办，每两年举办一次，面向全国各高校大学生，由教育部无机非金属材料专业教学指导委员会、中国混凝土与水泥制品协会教育与人力资源委员会、全国高等学校建筑材料学科研究会共同主办。大赛期间，大赛通过理论作业和实践操作的方式，从混凝土原材料、配合比设计、混凝土测试方法以及对特殊混凝土特点和配置技术方面设置赛题。二是全国混凝土设计大赛，大赛从2010年开始举办，每年举办一次，由中国混凝土与水泥制品协会主办，邀请各地混凝土生产龙头企业、高等院校参加。相关学科竞赛的举办有利于培养学生对所学知识的综合运用能力，激发了学生学习的积极性，提高了学习兴趣，有利于混凝土行业创新性人才的培养。

（二）开放性实验考评方式探索

要保证开放性实验作用效果，单靠学生个人兴趣还远远不够。建立建全科学合理可操作的配套考评方式，很大程度上能够有效提升开放性实验作用。建全考评方式就是要将传统的终结性评价改为过程性评价与终结性评价相结合。考评内容涵盖开放性实验选题、制定实验方案、实验过程实施、实验结果分析及实验报告的撰写等各环节。课题通过系统研究及两轮开放性实验教学探索，逐渐完善和丰富开放性实验的考评办法，并制定了如表1所示的北方民族大学土木工程材料课程开放性实验评分标准。实践结果表明，相应评价方式较能全面地考察学生开放性实验的综合能力和水平，并能显著提高学生参与开放性实验的积极性。

（三）开放性实验室的建设

为确保开放性实验及考评的顺利开展，课题在实验室建设方面也进行了初步的探索。内容包括实验室资源的配置、实验师资队伍建设和科学规范的管理制度建设。主要考虑并解决了以下几个问题。

1.建立开放性实验室规章制度。开放性实验室使用频率高，使用设备多，为保证开放性实验室正常运行，提高安全系数，制度建设就显得非常重要。目前，我校土木工程材料开放性实验室已制定的规章制度包括：《开放性实验室预约制度》、《开放性实验室管理办法》、《开放性实验室使用登记表》、《开放性实验室设备借用办法》、《开放性实验室安全管理制度》，同时在学生参加开放性实验前组织对相关的规章制度进行学习。这些管理办法的制定和实施为开放性实验室的运行奠定了良好的基础。通过对所建立制度的推广试用，随时进行修改，在整个实验体系范围内逐步形成制度化、常规化的开放性实验工作模式。

2.灵活调整开放性实验室开放时间。鉴于实验中心实验教师人员较少的现状，招聘在读的硕士研究生进行专项培训，让这些研究生作为助管参与到开放性实验室的管理和实验指导工作中，确保开放性实验室的开放时间，随时解答学生疑问，帮助学生克服实验过程中遇到的困难，并随时处理实验室可能出现的突发状况。同时，为保证实验室有序运行，严格按照《开放性实验室预约制度》要求学生根据实验计划提前预约，预约成功后方可按照预约时间进行实验。

四、开放性实验教学改革效果与总结

《土木工程材料》课程内容繁杂，各章节主要针对不同材料的介绍，学生学习主要了解掌握不同材料的组成及性能参数，思考、计算的内容较少，内容相对枯燥，导致以往学生的学习积极性不高，教学效果不理想。增设开放性实验教学环节，将实验教学与科研及工程实际相结合，经过两轮的教学实践，结果表明开放性实验对提高学生学习兴趣、发挥主观能动性，具明显的改善效果。但同时，项目实施过程中也发现，要保证开放性教学的顺利实施，需要相关单位在实验室场地建设、实验经费方面积极跟进。同时，开放性实验虽然是以学生为主体，但教师以及实验室工作人员的工作量仍然很重，如果能将这部分工作量进行认定，对于提高老师积极性将会起到极大的促进作用。

参考文献：

[1]屠萍官，张荣庆，王喜忠.研究型大学实践教学体系的改革与创新[J].实验技术与管理，2005，22（1）：1-4.

[2]郑晓红，等.基础化学实验教学改革与效果分析[J].实验室研究与探索，2000，（4）：17-24.

[3]刘淑梅，吕平.土木工程材料实验教学改革与效果分析[J].青岛建筑工程学院院报，2002，（1）：16-18.

[4]冯宁.工科院校经济管理类专业开放性试验教学探索[J].教育与职业，2011，（18）：151-153.

Experimental Teaching Reform of "Civil Engineering Materials" Course Based on Open Experiment

FU Bo，CHENG Zhen-yun

（School of Civil Engineering，Beifang Univesity of Nationality，Yinchuan，Ningxia 750021，China）

Abstract：The traditional experiment teaching of civil engineering materials is based on demonstration and verification experiment，the experiment is boring and the students' enthusiasm is poor. Through the study of curriculum reform，and try to open application test theory in civil engineering experiment，to adjust and optimize the way and construction of open laboratory experiment contents，evaluation results show that the effective development of students' learning initiative open experimental teaching，broaden their knowledge.

Key words：civil engineering materials experiment；open experiment；experiment teaching method