开放式实验教学在土木工程专业中的应用

陈培培+王剑

摘要：由于传统的实验教学不能充分调动学生实验的积极性，实验课太形式化，因此本文首先分析了传统土木工程专业实验教学中存在的问题，然后研究了开放式实验教学在土木工程专业课程应用中应注意的三个问题，最后将该方法在本校土力学课程中进行推广应用，并与上一届学生的学习效果进行对比，发现开放式实验教学有助于提高学生实验的积极性，同时有助于提高学生对理论课程学习的积极性。

关键词：开放；实验教学；土木工程

一、 概述

应用型人才和研究型人才的培养都需要培养学生的创新精神和实践能力。建立以知识传授、能力培养、素质提高协调发展的教育理念和以能力培养为核心的实验教学观念，有利于高等院校人才的培养。因此要重视实验教学，从根本上改变实验教学依附于理论教学的传统观念，充分认识并落实实验教学在学校人才培养和教学工作中的地位，形成理论教学与实验教学统筹协调的理念和氛围。改变传统的实验教学模式，建立开放性实验教学模式势在必行。

《土力学》作为土木工程专业学生的专业基础课是学习地基与基础设计的理论课程。通过该课程的学习学生可以掌握地基土的力学特性，从而进行地基与基础的设计工作。土力学是一门理论兼顾实践性的课程，该学科的发展以实践内容为基础，理论为支撑，相互促进提高，学科的发展离不开大量的试验研究。同时《土力学》在土木、交通、水利等工程中应用广泛，在学生学习阶段和以后工作阶段都需要对现有的土力学问题进行分析解决。

二、 土木工程专业实验教学存在的问题

土木工程专业是一门应用性极强的学科，学科的发展以实践应用为基础，理论研究为提高工具。实践应用项目比较大型，进行原型实验耗费时间耗费金钱，所以大部分研究都是模型研究，缩小后的模型或者电脑3D模型。土木工程专业实验教学一般截取项目中的小部分内容进行，研究材料或者模型的特性。结合多年的土木工程专业实验教学及其他老师的教学经验，总结土木工程专业实验教学过程中存在以下问题。

1. 实验项目单一。实验项目单一主要包括：实验项目数量单一、实验项目关系单一。例如，现在《土力学》这门课程已经开设的实验课程有：土的比重实验、土的重度及含水量实验、土的压缩实验、土的液塑限实验、土的直接剪切实验、土的三轴剪切实验，数量比较少，而且这些实验大部分属于验证性实验。实验课程的开始是依据教学进度进行的，分章节学习基础知识，然后进行相关实验，相互之间缺乏关联性和整体性。

2. 实验时间仓促。例如，现在《土力学》的课程有64学时，其中土力学实验有12学时，实验课课时量不充足，例如土的压缩实验，一个试样需要若干次加载，每次加载持续时间为 15min，所以两个学时不能完成一个压缩实验。而且实验室开放时间也有限，在规定的时间内学生集中实验难以保质保量完成实验任务，同样也不利于学生实验能力的提高。

3. 实验考核方法欠缺。土木工程专业实验课考核方法为实验过程+实验报告。由于仪器和时间限制，一般小组人数为6人左右，实验过程是小组学生集体完成，难以精确地对个人进行考核。实验报告一般为实验时间结束后，学生利用课下时间编写，重复率也比较高，规范程度不够。

4. 学生积极性不高。需要学生完成的实验是教师根据特定的实验指导手册进行安排的，实验结果比较单一，属于验证性实验，不能有效地调动学生实验的积极性。学生实验处于被动状态，不能积极去寻找问题解决问题，而是被动地跟着授课教师的安排进行。同时，部分学生实验课上存在不动手、不动脑的混课行为。

三、 开放式实验的实施

传统的实验课的考核方法不规范，实验项目局限性大，时间较仓促，难以使学生产生兴趣，不能充分锻炼学生动手能力以及实验思考创新能力的培养。针对以上问题，在高校土木工程专业实验课程中采用开放式教学的方法。该方法在运用的时候需要注意以下问题：

1. 实验项目开放

土木工程专业实验项目不应局限于若干个单一的实验项目和验证性实验项目，应该增设综合性实验项目。综合性实验项目是若干个单一实验项目的结合，是以解决实际问题为需求开设的，学生可以根据大学以后的发展方向选择适合自己的实验项目，增强学生发现问题并解决问题的能力，同时增强学生的实验兴趣。

综合性实验项目可以以工程实际案例为基础，增加实验项目的实用性，满足应用型本科人才的需求，例如，编写工程地质勘察报告中土层物理状态指标的内容。取样场地应该是附近的拟建项目，实验过后学生可以将自己的实验项目与拟建工程的专业地质勘察报告进行对比，找出自己的不足之处继续学习提高。

综合性实验项目也可以是以教师的科研项目为基础或者学生论文研究为基础，具有目的性的实验。教师可以将一个土力学相关科研项目进行分解，分解成大学生认知范围内能够接受的实验项目，然后学生进行实验，最后由教师进行实验总结。

2. 实验时间的开放

为了满足大批量学生的实验需求，同时又保证实验效果，实验小组人数不宜过多，三人一组比较适宜。由于实验设备的限制，学生需要分批次进行实验。同时由于实验项目的要求，有一些需要长时间才能出结果的实验，因此实验室需要非教学时间也能正常开放，满足学生的实验要求，例如：晚自习、周六、周日、寒假和暑假。但是这会加大实验室管理人员的工作难度，因此需要调整原有的实验室管理办法，出台学生申请使用实验室管理办法。

学校的实验室有专门的实验管理人员负责，教师上课使用实验室需要提前写申请，学校统一安排。由于之前的实验项目是特定的，大部分是验证性的实验，需要的时间较短，所以能够做到提前申请安排。开放式实验的实验项目是学生根据具体项目确定的，实验是探究式的，实验结果不确定，需要的实验时间比較长，因此建议实验室的管理可以设立实验小组负责制，实验管理人员定期抽查监督。

3. 考核方式endprint

考核是整个实验课程的关键一步。考核能够使教师对学生的整个实验情况，包括思路和操作的正确性进行判断。考核也是对学生实验课程的最后的监督和检查。考核能够使教师对学生的整体实验能力有全局认识，方便教师对实验方案包括实验管理办法的调整，从而制定出更有利于学生发展的实验课程。由于实验课开设的目标是学生的思维能力及動手能力的培养，所以考核方法与理论课程是不同的。

目前常用的实验课考核方式是实验过程占30%，实验报告占70%。这种考核方式不利于学生实验过程动手能力的提高，同时不利于学生实验之前对整个实验项目的分析。因此建议土木工程专业实验课程采用的考核方式为：实验难易程度占10%，实验方案设计占20%，实验过程占10%，实验报告占40%，实验答辩占20%。将土木工程专业实验课程的考核方式细化为五部分，充分调动学生的实验设计的积极思考能力、操作能力，避免学生实验课只是观看不动手的不良现象。

四、 总结

为了充分发挥实验课的开设初衷，开放式实验教学在土木工程专业课程中的应用得到了校领导的重视，使得项目在本校课程开展过程中能够顺利进行。2016～2017学年第一学期，本校对14级土木工程专业学生开设《土力学》实验课程。实验课程采用开放式实验教学的模式，首先学生自由分组，三人一组，然后教师提前一星期给出十五个实验题目，学生通过查阅资料，结合自己的兴趣选择本学期实验项目。学生分组编制各自实验方案，写实验申请书，得到批准后开始实验。整个实验过程，学生积极性很高，大部分学生能够充分利用课余时间进行实验。而且据实验管理员反馈，学生的实验室管理也合格。学生充分利用资源搜集资料，提高自学能力，同时在《土力学》理论课程学习的过程中也表现出很浓厚的兴趣。对比13级土木工程专业学生，14级学生本课程最后考核成绩有所提高。

参考文献：

[1]姜兵，何建平.开放土力学实验室创新实验的教学改革研究[J].实验科学与技术，2006，（03）.

[2]白云，柴钰.加强开放式实验教学，培养学生的创新能力[J].实验室研究与探索，2010，（08）.

[3]赖天华，肖晓华.加大实验室开放力度，提高学生实践能力和创造能力[J].实验室研究与探索，2008，（05）.

[4]宋国利，盖功琪.开放式实验教学模式的研究与实践[J].实验室研究与探索，2010，（02）.

[5]陈灵，曾美琴.提高实验室开放性，加强实践能力培养[J].实验室研究与探索，2007，（12）.endprint