OBE理念在土木工程材料实验教学中的实践与思考

曾 昊 何智海 梁超锋

(绍兴文理学院 土木工程学院，浙江 绍兴 312000)

美国学者Spady在1994年提出，以成果为导向的教育(Outcome-Based Education，OBE)是把教育系统中的一切都集中围绕在所有学生学习结束时能够成功做到的去组织[1]。OBE理念强调以学生为真正的主体，重视学生在学习过程中能力的提高。“土木工程材料实验”这门实验课程面向土木工程、工程管理等专业学生，是专业必修的基础课程[2]。结合“土木工程材料”理论课程讲授的时间，一般安排在学生入学后的第2学期，2019学年土木18级和工管18级共115名本科生学习了这门实验课程。本文通过将OBE理念贯穿实验教学，培养学生严谨的科学态度，提高学生分析和解决问题的能力。

根据OBE理念，编写2018年课程大纲时，确立了两个课程目标，分别是：(1)使学生熟悉主要土木工程材料的技术要求，并具有对常用土木工程材料进行质量鉴定的能力；(2)获得实验设计、数据分析与处理等常用数理统计方法的初步知识，为开展科学研究等工作打下必要的实验技术基础。从课程目标出发确立了改革的内容，首先，改善实验环境，学生数量不断增加，与之对应的实验场地、仪器设备数量有限，不对实验室环境进行改善，势必影响学生做实验的积极性，也会影响实验教学的质量。其次，更新实验内容，将社会新需求和科研热点与实验项目结合，激发学生对实验内容的兴趣，从而逐步引导学生自主设计实验。最后，根据学生的特点引入互联网和多媒体等信息技术手段，拓展实验教学内容的广度和深度，延伸实验教学和实验空间，使之既适合教学，又适合自学，满足学生的需求。

一、实验课程现状分析

(一)实验室方面

工程材料实验室原来分散在志廉楼、西大门和鹏程厂房，实验项目如表1所示，表中序号1、2、3、5、7在志廉楼开展，4、6在西大门实验室，8在鹏程厂房。原来由于实验室面积有限，志廉楼的这几个实验集中在志廉楼121，导致同一个时间段只能开展一个实验项目。同时，水泥实验中用到的仪器不在同一个房间，上课时，学生往返各个房间，不便于学生观察实验现象。另外，水泥、混凝土实验室使用的是常规的洗手池，清洗搅拌机之后，废料容易沉淀，经常堵塞下水道。

表1 实验项目

(二)实验教学方面

1.实验安排

改革之前，土木和工管两个专业7个班200多名学生的实验课集中安排在一个学期，每周只安排两天，每个班分成两批进行实验。原来是按照表1中的顺序上课，理论课讲一章，实验课做相应的实验。但由于7个班人数众多以及实验室资源紧张，每个班做完一次实验，下一个实验要隔一周才能做，很多理论课学过的知识已经遗忘，不能达到理论及时联系实际的实验目的[3]，难以构建对这门课系统的知识体系。

同时，目前正式出版的实验教材更新速度慢，新工艺和新设备没有涵盖。而且与我院大纲匹配度不高，教材中大多只有实验过程，学生不知道需要测量哪些数据，以及如何根据规范对实验结果进行判定。

2.实验项目

实验项目大多是验证性的，学生只是照着教材把实验做一遍，没有任何对比和分析，实验报告大同小异[4]，比如，水泥实验中制备胶砂试样，所有班级的学生采用的是同一种无任何外加剂的配合比；同时，由于土木工程材料领域的新材料、新工艺发展迅速，而目前设置的实验项目还是以传统的土木工程材料为主，内容滞后[5]，没有与最新的科研和社会需求相结合，比如，混凝土实验还是制备普通混凝土，目前科学研究的热点——再生混凝土、透水混凝土和泡沫混凝土等没有涉及。这些都让学生觉得内容枯燥，没有应用价值，很难激发学生学习的兴趣和主动学习的积极性。

3.教学方式

传统上课模式是学生通过预习课本中对实验的描述，上课听教师讲课，接着开始做实验。由于教材里对实验都是描述性的文字，使得学生对实验没有一个直观的认识。来上课时，由于大部分学生是第一次看到实验仪器，很难将教材上的关于仪器描述与仪器实际操作结合起来，很多都是对着课本做实验，更不会思考如何设计实验[6]。另外，00后的大学生更加适应移动端使用，这对传统的教学方法有一定的冲击，如何结合互联网+手段开展本实验课值得思考。

二、OBE实验教学的实践

(一) 改善实验室硬件环境

借助2018年学院实验中心装修调整机会，结合专业认证持续改进的要求，对工程材料实验室的现状进行改善。调整之后，实验室面积扩大了将近两倍。同时，根据实验项目确定每个实验分室功能，将不同实验项目的实验设备放在相应房间，实现了两个班级在同一时间同时开展不同实验项目，充分利用了实验设备。另外，将西大门和鹏程厂房中的实验设备根据功能并到新分配的实验室中，使工程材料实验室集中在志廉楼东首一楼，设计图纸如图1所示。而且新规划了标准养护室、沉淀池和材料准备室，提升了实验的规范性，调整前后实验室对比如表2所示。在设备方面，报废陈旧设备，采购新设备，尽量满足3个学生为一组操作一台套实验设备。

(二)改革实验教学

1.实验安排

将工管和土木专业的实验课分别安排在春季学期和秋季学期，使得每个学期只有土木或者工管一个专业在上这门实验课，保证实验教学质量。本实验课的重点和难点是混凝土实验，因此，2019学年第2学期将实验课安排在理论课讲完混凝土这章之后，这样可以在第一堂实验课时，帮助学生根据已学的理论知识将本课程中各个实验项目联系起来，构建系统知识体系。同时，由于水泥实验时间太长，两批学生难以在规定的课内完成，所以将其拆分成3学时的水泥实验-1(细度、标准稠度用水量、凝结时间和安定性)和1学时的水泥实验-2(水泥胶砂成型以及强度测定)，并将混凝土实验尽量安排在课程早期，以便在期末考试之前测定其28天强度[7]。而且，实验室面积扩大之后，使得同一时间两个班同时开展实验成为可能，从表3可以看出在连续7周时间内两个班完成了所有实验。

另外，根据新编写的大纲，自编了与大纲匹配的实验指导书，并加入最新规范，同时在每个章节后附上每个实验需要记录的数据表格以及根据规范判定数据的结果，让学生更有针对性地了解每个实验过程以及行业规范要求。

2.实验项目

现实中已经很少单独使用水泥，但在传统的水泥实验-2中还是让所有的学生按照同样的配比(如表4中编号1所示)，不加任何其他掺合料进行实验。本次改革根据目前建筑垃圾回收利用的研究热点，结合学院教师科研项目“废弃纤维增强再生微粉水泥基复合材料性能的试验研究”，引入新的实验材料：再生混凝土粉、再生砖粉和再生纤维，对水泥实验-2进行改革，配合比如表4所示。将班级学生分成两批，每批学生分成4个组，每组3～4名学生，4个组分别做表中编号1～4的配合比，28天之后测定强度。并引入相关课题的研究生协助本科生分析实验结果[8]。通过这种方式，弥补了传统实验中没有涉及的内容，开阔了学生的视野，有助于提高本科生的分析能力，为后续高年级做毕业设计或者科研项目做准备[9]。

图1 工程材料实验室设计图

表3 2019学年第2学期实验安排表

表4 水泥实验-2配合比

3.教学方式

随着智能手机的全面普及，学生在课堂上玩手机成为普遍现象。如何增强教学活动对学生的吸引力，收住学生玩手机的心，不如因势利导，把手机变成辅助学习的工具，用手机打败手机。因此，本课程引进超星学习通软件，将传统的实验教学模式—先教后练(预习—讲解—操作—写报告—评分)改革为先学后教。课前，教师将实验操作视频上传超星平台；学生通过手机客户端观看视频等学习资料进行预习，这有助于学生利用碎片化时间进行泛化学习并提前熟悉设备操作步骤，同时教师可以通过平台后台的统计功能对学生预习情况实现有效监控。

三、实施成效

改革后的教学模式在土木和工管2018级学生中实践后，取得了良好的教学效果。尤其是科研项目的引入激发了学生学习的兴趣。从学生的反馈来看，相比原来按照实验步骤把实验做一遍，学生对通过结合科研项目的方式更加满意，他们认为这样不仅能了解目前的研究热点，还真正运用所学知识解决实际问题，达到学以致用。同时，促进学生深入思考，比如，在水泥实验-2中，学生通过在水泥基材料中掺加废弃纤维、再生微粉等建筑垃圾研究其对强度的影响，课程结束之后，有学生就提出掺入这些材料后，是不是只对强度有影响，其他性能比如抗氯离子渗透性、抗碳化性、干燥收缩等如何变化，还有哪些建筑垃圾可以被再利用作为矿物掺合料掺入水泥基材料中等等，激发了学生进一步探索的求知欲。

四、实践过程中存在的问题及对策

(一)学生自主学习效果不佳

有相当一部分学生课前没有完成平台上观看预习视频的学习任务，直到上课开始提问，学生才去预习观看。究其原因是现在的大学生都是从高中高考进入大学，一直是通过教师提要求去完成任务，习惯被动学习。进入大学之后，学生还没有养成自主学习的习惯。针对这种情况，在后续的实践过程中，每节课课前在平台上给学生发放学习任务清单，内容包括：实验目的，预习思考题和预习后产生的疑问，从而让学生有目的地进行预习。另外在开始上课时，发放小测验，检查学生预习效果，预习思考题和测验的成绩将作为平时成绩的一部分[10]。

(二)对创新项目缺乏循序渐进的引导

此次创新水泥实验-2前，缺乏再生混凝土粉、再生纤维和再生砖粉等相关背景知识的介绍。同时，学生习惯了验证性实验，对创新性实验缺乏进一步分析数据的能力。针对这种情况，后续创新实验项目，拟先引导学生查阅文献，了解研究者在这方面都做了哪些研究，得出了哪方面的结论，从而预测实验结果，有了一定的理论基础，再去做实验，对比自己的实验结果与预期结果[11]。另外，拟结合更多本院教师的研究课题，不断更新实验项目，逐渐提高学生科研能力，让学生在实践中接受新事物、了解新需求、掌握新知识、学会新技能。