【摘要】針對我國部分高校土木工程專業(yè)巖土實驗項目及內(nèi)容陳舊落后的問題，結(jié)合湖南理工學院巖土實驗教學現(xiàn)狀，在正確理解“三性”實驗內(nèi)涵及特征的基礎上，設計了9個“三性”巖土實驗項目；圍繞新的巖土實驗教學體系，展開了一系列的“三性”巖土實驗教學配套改革。新的“三性”巖土實驗教學模式是一種多層次、多元化、開放式的實驗教學模式，有助于培養(yǎng)學生自主設計和綜合創(chuàng)新能力，是素質(zhì)教育的良好途徑，也是實施“卓越工程師培養(yǎng)計劃”的重要舉措。我校巖土實驗教學實踐證明，新的“三性”巖土實驗教學體系已初見成效，巖土實驗教學質(zhì)量、學生的創(chuàng)新意識和工程實踐能力均得到了提高，值得推廣。

【關(guān)鍵詞】“三性”巖土實驗 改革與創(chuàng)新 開放性 實驗體系

【基金項目】湖南省教育科學“十二五”規(guī)劃課題（XJK012CGD008）；湖南省教育廳項目（11C0619）；湖南省普通高等學校教學改革研究課題（2012A09）。

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2013）10-0172-02

教育部在教高[2004] 4號文件《關(guān)于加強高等學校本科教學工作提高教學質(zhì)量》中首次提出“開出一批新的綜合性、設計性實驗”，在教高[2005] 8號文件《教育部關(guān)于開展高等學校實驗教學示范中心建設和評審工作的通知》中提出“加強綜合性、設計性、創(chuàng)新性實驗”的意見，并成從實驗性質(zhì)的角度，將實驗項目分為綜合性、設計性、創(chuàng)新性三類，簡稱為“三性”實驗；從實驗類型的角度，將實驗項目分為基本型、綜合設計型、研究創(chuàng)新型等。教育部關(guān)于《普通高等學校本科教學工作水平評估方案》中，明確地給出了“三性”實驗的定義。通過認真學習教育部關(guān)于“三性”實驗的定義與內(nèi)涵以及筆者10多年巖土實驗教學經(jīng)驗認為，巖土實驗具有“綜合性、設計性、創(chuàng)新性”的典型特征。

調(diào)研顯示[1-4]，受課程、學時、實驗室管理制度等因素的限制，目前我國高校傳統(tǒng)的巖土實驗項目仍以驗證性實驗為主，綜合性、設計性、創(chuàng)新性巖土實驗項目開設很少。驗證性實驗只是對前人知識的驗證、重復和再現(xiàn)，盡管對學生動手能力、基本儀器的使用、實驗原理的理解等方面有一定的作用，但對于學生創(chuàng)新能力、工程實踐能力、綜合析解決問題能力的培養(yǎng)是遠遠不夠的。驗證性實驗內(nèi)容單一，限定于對某個知識點的基本操作、基本訓練，老師提供實驗指導書，對每個實驗的目的、儀器原理、實驗內(nèi)容、數(shù)據(jù)表格、數(shù)據(jù)處理都寫得非常具體。教學方式一般是學生在實驗前預習實驗指導書，實驗過程中按操作步驟逐步進行，整個實驗過程中，學生完全處于被動狀態(tài)，無需學生自己分析思考，學生參與意識差，依賴性強，實際操作技能與分析能力較差，創(chuàng)新能力和動手能力得不到有效培養(yǎng)與提高。

可見，改變單一的、以驗證性實驗項目為主的傳統(tǒng)巖土實驗教學模型式，構(gòu)建以綜合性、設計性、創(chuàng)新性為主的“三性”巖土實驗教學體系，是“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”背景下巖土實驗教學的發(fā)展趨勢。為此，我校土木工程專業(yè)巖土工程教研室教師修改了巖土實驗教學大綱，在原有驗證性實驗項目基礎上，大量增加了綜合性、設計性、創(chuàng)新性巖土實驗項目，并圍繞“三性”巖土實驗，進行了一系列的配套改革舉措。

1.“三性”巖土實驗項目設計

依據(jù)“三性”實驗的定義與內(nèi)涵，工程實驗教學需注重創(chuàng)新能力培養(yǎng)，突出工程實踐特色。我校巖土工程教研室及課題成員在充分研究討論的基礎上，對現(xiàn)有巖土實驗項目進行實驗重組和整體優(yōu)化，保留了原有的部分驗證性項目，分別增加了3個綜合性、3個設計性、3個創(chuàng)新性巖土實驗項目，詳見表1。

表1 “三性”巖土實驗項目設置與內(nèi)容提要

表1所列出的9個“三性”實驗項目，分必修與選修兩類。在選擇實驗項目和內(nèi)容時，應注意加強基本技能的訓練，同時，在內(nèi)容安排上要有一定的廣度。以綜合性實驗項目為主體，以提高學生的綜合性實驗能力；開設一定數(shù)量的設計、創(chuàng)新性巖土實驗，讓學生在實驗方案的設計、儀器設備的選擇、實驗條件的確定等方面受到良好的訓練。

在“三性”巖土實驗項目設計過程中，始終遵循“三性”實驗內(nèi)容的自主性、實驗結(jié)果的未知性、實驗方法手段的探索性特點。為鼓勵和引導更多學生參加“三性”巖土實驗，在項目設置上充分考慮學生的能力與興趣、土木專業(yè)實踐性強、工程背景濃厚的學科特點，構(gòu)建了一個多層次、多模式的巖土實驗體系。

2.圍繞“三性”巖土實驗展開的配套改革

為了使“三性”巖土實驗教學順利開展，開展了一系列的配套改革，包括巖土實驗教學文件的修訂、巖土實驗教學師資的培養(yǎng)與提升、巖土實驗室管理制度改革等方面。

2.1修訂巖土實驗教學文件

基于“三性”實驗教學內(nèi)在要求，重新修訂實驗教學文件，對于實驗室建設是不可或缺的。課題組對巖土實驗指導書、巖土實驗教學大綱、巖土實驗考核大綱等巖土實驗教學文件進行了認真的修訂。修訂后的“三性”巖土實驗指導書只列出實驗方向、目的，該方向能完成的工作、主要的設備儀器及其技術(shù)指標；而具體的巖土實驗目的、實驗方案及實驗方法步驟等均由學生自己完成。

修訂后的巖土實驗教學大綱增大了綜合性、設計性、創(chuàng)新性實驗項目的比例，體現(xiàn)“三性”巖土實驗的層次教學模式，更注重實驗思維的培養(yǎng)，體現(xiàn)了巖土工程學科發(fā)展新知識、新內(nèi)容。不同性質(zhì)不同類型的巖土實驗項目按一定比例設立，修訂后的“三性”巖土實驗項目共9個，按實驗性質(zhì)不同，綜合性、設計性、創(chuàng)新性實驗項目各3個（詳見表1），按實驗要求不同，分“必做”與“選做”兩類。

新修訂后的巖土實驗教學大綱設置了3個綜合性實驗。旨在通過對實驗內(nèi)容、實驗方法、實驗手段的綜合，讓學生理解不同巖土物理力學指標之間的內(nèi)在聯(lián)系，使學生的知識、能力、素質(zhì)得到綜合性的學習與培養(yǎng)。例如，土常規(guī)物理力學指標綜合性實驗，對給定的一個原狀結(jié)構(gòu)圓柱形土試件，同時測出它的所有物理指標和力學指標，然后通過物理指標與物理指標、力學指標與力學指標、物理指標與力學指標之間實驗數(shù)據(jù)的研究分析，理解同一土試件各物理力學之間的相互影響規(guī)律。設計性巖土實驗項目在新的巖土實驗教學大綱中設置了3個（詳見表1），考慮計劃實驗教學課時偏少，均設為選修實驗項目，學生可在計劃外時間完成設計性巖土實驗項目。根據(jù)設計性實驗的內(nèi)涵，設置的這3個設計性巖土實驗項目，均可在教師指導下，由學生自行完成實驗方案的設計、實驗方法和實驗設備的選擇、實驗結(jié)果的分析處理，直至完成整個實驗項目。創(chuàng)新性巖土實驗項目在新的巖土實驗教學大綱中設置了3個（詳見表1），由于創(chuàng)新性實驗所需時間較長，作為選修實驗項目，允許有有興趣的同學在計劃外時間完成實驗。根據(jù)創(chuàng)新性實驗的內(nèi)涵，表1中設置的3個創(chuàng)新性巖土實驗項目，均為我院教師科學研究課題中的子課題或主要研究內(nèi)容，其實驗內(nèi)容完全由學生本人或者在導師指導下由學生自主完成。

新的“三性”巖土實驗教學體系，對實驗報告書的要求，不再一味地拘泥于“實驗準備、實驗目的、實驗步驟、實驗數(shù)據(jù)記錄及整理計算、實驗結(jié)論”的驗證性實驗報告模式，而是強調(diào)學生主動參與的綜合性、設計性及創(chuàng)新性實驗教學特征。

修訂后的“三性”巖土實驗考核大綱，對學生巖土實驗成績進行多層面、多角度、多形式的綜合評價，由實驗理論預習、實驗設計、實驗操作、實驗報告中分析問題能力、使用數(shù)據(jù)處理軟件的能力、文獻綜述與實驗論文等幾方面組成。通過這種方法，改變學生重理論輕實驗的現(xiàn)象，由重知識驗證向重實驗思維、重動手能力轉(zhuǎn)變。這種綜合評價法注重評價的動態(tài)性、多樣性、實踐性，比較符合創(chuàng)新教育對評價體系的要求。

2.2提升巖土實驗教學師資水平，改善教學方法手段

開設“三性”巖土實驗項目，對實驗教師隊伍提出了更高的要求。針對“三性”實驗的“自主、創(chuàng)新、工程實踐”等特點，要求巖土實驗教師具有扎實的專業(yè)理論知識和豐富的工程實踐經(jīng)驗，不僅要掌握所教專業(yè)學科的知識，還要不斷關(guān)注巖土工程的發(fā)展動向，同時更多地從事科學研究和工程實踐活動。我校在巖土實驗教學師資隊伍建設中，對巖土實驗室現(xiàn)有人員進行了培訓，鼓勵實驗指導教師更多地參加工程實踐。安排具有中高級職稱的巖土工程專業(yè)教師兼職巖土實驗教學工作，弱化理論課教師與實驗技術(shù)管理人員的界限，專職教師可以結(jié)合自己的科研課題和工程服務項目，設置設計性、創(chuàng)新性巖土實驗項目。此外，采用“走出去，請進來”的靈活教學機制，從地方土木工程單位聘請經(jīng)驗豐富的高級工程師指導巖土實驗教學活動，對于提高實驗教學師資水平及實驗教學質(zhì)量是行之有效的。

為了提高巖土實驗教學質(zhì)量，達到“三性”巖土實驗教學的培養(yǎng)目的，要求實驗教師在“三性”巖土實驗教學過程中運用啟發(fā)式、工程實例法等多種教學方法，合理利用多媒體、視頻、圖片等現(xiàn)代化教學手段，激發(fā)了學生對巖土實驗的興趣，積極性大幅提升。

2.3 改革實驗室管理制度

“三性”實驗的目的、手段、方法及人才培養(yǎng)模式不同于一般的驗證性實驗，要求實驗室管理制度應更具開放性，對實驗設備、儀器的使用、流動等更為靈活[5]。一直以來，我校土木工程實驗中心下屬各實驗分室管理相對獨立、封閉，實驗室功能單一，實驗室技術(shù)管理人員各自負責自己所屬的實驗分室相關(guān)工作，不利于實驗資源的整合與調(diào)配，無法適應“三性”實驗教學的需要。為此，實驗中心對傳統(tǒng)的管理體制進行改革，實現(xiàn)了實驗分室、儀器設備、、實驗人員以及學科之間的靈活調(diào)配與整合，更利于不同分室間實驗儀器設備的流動和實驗技術(shù)管理人員間的交流，有效地促進“三性”實驗教學目標的實現(xiàn)。

2.3.1改革巖土實驗室開放模式

改革之前，我校巖土實驗室只在教學時間開放，造成實驗儀器設備利用率低，除了完成計劃實驗課教學以外，在其他時間實驗教學設備和儀器長期閑置，教學資源不能充分有效利用。而“三性”巖土實驗大部分為開放性實驗，實驗時間較長，短則幾個小時，長則幾天甚至十多天才能完成。例如土的常規(guī)物理力學指標綜合實驗，前后需要時間大約需2-3天，顯然無法在正常的實驗課時內(nèi)完成，學生需要利用晚上、周末、節(jié)假等課余時間完成實驗。因此，對巖土實驗室的開放模式進行了改革，由原來的封閉式或半封閉式改變成半開放式或全開放式。采用預約的方法確定實驗時間和擬作實驗項目，使學生空余時間得到充分利用，極大地提高了學生巖土實驗的靈活性、自主性和積極性。

2.3.2加強實驗設備管理

對于“三性”巖土實驗的常用儀器設備，要求實驗室管理人員確保完好率，能保質(zhì)保量提供給學生使用，除按教學計劃安排的課時外，學生需要另外使用時，可提前與實驗老師預約。對于創(chuàng)新性巖土實驗項目，一般以導師的課題為主，實驗中可以利用課題組的專用設備。常規(guī)性實驗中使用的設備，實驗管理人員對參加實驗的學生分批次進行培訓；需使用專用設備時，則先向設備管理人員預約培訓，再在管理人員的指導下進行實驗。

2.3.3巖土實驗室的改造與完善

“三性”巖土實驗跨越單項的驗證性實驗局限，著眼于知識點間的內(nèi)在聯(lián)系、設計與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，對巖土實驗室建設提出了更高要求。為此，我校撥?？顚r土實驗室進行了改造與完善。首先，重新調(diào)整巖土實驗室布局，如將土的常規(guī)物理力學指標測試所需的全部儀器設備調(diào)配到同一間實驗用房內(nèi)，將巖石的常規(guī)物理力學指標測試所需儀器設備調(diào)配到另外一間實驗室用房內(nèi)等。其次，對不同實驗分室的儀器設備進行調(diào)配與整合，大大提高了儀器設備的利用率。

3.新的“三性”巖土實驗體系實施成效

新的“三性”巖土實驗教學體系已經(jīng)在土木工程專業(yè)學生中實施近2年，新的巖土實驗教學改革初見成效，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）“三性”巖土實驗項目的開設，增加了實驗的難度，并更具挑戰(zhàn)性。學生不再是機械重復教師給定的實驗步驟，實驗前有了更多的準備，實驗過程中有了更多發(fā)現(xiàn)，實驗后也有了更多探討。學生分析和解決問題的能力大大提高，并且在實驗過程中不斷涌現(xiàn)出很多新思維和新想法。

（2）在教師指導下，部分同學以興趣小組的形式，利用在課余時間，自主完成了3個設計性巖土實驗項目和2個創(chuàng)新性巖土實驗，學生的自主學習、研究創(chuàng)新能力得到提高。學生通過查閱文獻資料，自主設計實驗方案，加強了與教師的交流和討論，大大提高了學生自主學習的能力，激發(fā)了學生探求新知的欲望。

（3）全體學生通過巖土物理力學指標綜合性實驗的訓練，熟練掌握了試樣制備、巖土物理力學性質(zhì)測試、試驗數(shù)據(jù)處理軟件的使用等基本技能，動手能力得到了極大的提高。

（4）通過“三性”巖土實驗體系的開展，部分同學有興趣且有能力參與專業(yè)教師承接的橫向工程課題，能夠運用所學的專業(yè)知識解決工程實際問題，工程實踐能力得到較大提高。

（5）通過“三性”巖土實驗訓練，學生自主學習能力、創(chuàng)新思維能力等獲得培養(yǎng)與提升，科學研究興趣越來越濃厚。我校2011級土木工程專業(yè)學生劉凡主持申報的“岳陽地區(qū)典型地基土抗剪強度指標經(jīng)驗公式研究”，獲得2013年湖南省大學生研究性學習及創(chuàng)新性實驗項目資助，由本文第一作者作為該項目指導教師。

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作者簡介：

劉曉紅（1967-），女，湖南沅江人，湖南理工學院土建學院副教授，博士，主要從事巖土工程教學與科研。