耿飛　解建光　桂敬能

摘要：

基于土木工程材料課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中存在的一些突出問題，提出一種菜單式開放性課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。從實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目庫建設(shè)、實(shí)驗(yàn)大綱編制和項(xiàng)目實(shí)施管理等方面論述了實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺構(gòu)建的原則、方法和措施，可實(shí)現(xiàn)平臺自身建設(shè)和發(fā)展的良性循環(huán)，將開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目落到實(shí)處，對學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)具有重要的實(shí)踐價(jià)值。

關(guān)鍵詞：開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；土木工程材料課程；實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺

中圖分類號：TU521；G6423文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：

10052909（2018）02010303

土木工程材料課程是南京航空航天大學(xué)交通土建和建筑工程兩個(gè)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課，其實(shí)驗(yàn)教學(xué)為12學(xué)時(shí)，主要包含混凝土用砂石性能、水泥膠砂強(qiáng)度、鋼筋拉伸彎曲、普通混凝土性能（工作性和抗壓強(qiáng)度）、燒結(jié)普通磚和瀝青三大指標(biāo)等6個(gè)方面的實(shí)驗(yàn)。目前主要以操作性實(shí)驗(yàn)為主，僅針對某單一目標(biāo)展開，讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象以增強(qiáng)對課程內(nèi)容的認(rèn)知，缺乏綜合性、設(shè)計(jì)性、探索性和前沿性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維、提高分析問題能力方面尤顯不足，難以激發(fā)學(xué)生對工程技術(shù)問題的求知欲和探究欲，更難讓學(xué)生體會(huì)到“攻堅(jiān)克難”的樂趣。因此，探索切實(shí)可行的土木工程材料課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式，對“雙創(chuàng)”型專業(yè)人才的培養(yǎng)具有重要的實(shí)踐價(jià)值。

基于南京航空航天大學(xué)土木工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱的基本要求，圍繞學(xué)校道路與鐵道工程專業(yè)碩士點(diǎn)和博士點(diǎn)的培養(yǎng)方向，從專業(yè)教師科研項(xiàng)目中凝練實(shí)驗(yàn)教學(xué)題目，建立項(xiàng)目庫以供學(xué)生自由選擇，逐步形成完善的開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，全面培養(yǎng)學(xué)生的理解能力、分析能力和思維創(chuàng)新能力。

一、 國內(nèi)土木工程材料課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

很多高校已對土木工程材料課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了改革探索，以適應(yīng)不同階段對土木和交通等領(lǐng)域人才培養(yǎng)的要求。重慶大學(xué)王沖[1]等分析了不同土木工程專業(yè)的材料共性問題和個(gè)性要求，提出針對建筑工程、隧道與地下工程、道路橋梁工程等不同專業(yè)的實(shí)際應(yīng)用需求，以提升學(xué)生素質(zhì)為目的進(jìn)行土木工

程材料課程建設(shè)。同濟(jì)大學(xué)郭曉璐[2]等通過引入典型工程案例，設(shè)計(jì)適合課堂講授的項(xiàng)目，形成項(xiàng)目式教學(xué)法，實(shí)現(xiàn)“以課本為中心”到“以項(xiàng)目為中心”的轉(zhuǎn)變。汕頭大學(xué)李庚英[3]等按照CDIO工程教育模式，對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式進(jìn)行改革，按照材料設(shè)計(jì)—實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)—改進(jìn)提高的CDIO過程，最終寫出研發(fā)報(bào)告，并全班演示，從而培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手、表達(dá)、文字寫作和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。東南大學(xué)龐超明[4]等通過設(shè)立材料科學(xué)基礎(chǔ)、材料制備、性能測試、材料分析技術(shù)、專業(yè)方向綜合實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)論文設(shè)計(jì)等實(shí)驗(yàn)課程，在教學(xué)中逐層推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的獨(dú)立性和系統(tǒng)性。華中科技大學(xué)張長清[5]等在原來基本教學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，開發(fā)了一系列綜合型設(shè)計(jì)性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。將土木工程材料課程單項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)為多方案實(shí)驗(yàn)，并將這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)平臺供學(xué)生選擇，實(shí)驗(yàn)興趣小組由學(xué)生自由組合（不分專業(yè)、不分年級），實(shí)驗(yàn)課外進(jìn)行，時(shí)間與指導(dǎo)教師協(xié)商確定，盡可能發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性。桂林理工大學(xué)趙勝華[6]等開展了“開放性實(shí)驗(yàn)”教學(xué)，闡述了教學(xué)實(shí)施的具體過程，并通過實(shí)驗(yàn)案例分析該教學(xué)方法對學(xué)生能力培養(yǎng)的影響。

在土木工程材料課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)中，往往會(huì)存在以下幾點(diǎn)問題，制約相關(guān)實(shí)驗(yàn)的可持續(xù)開展。

（1）實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺經(jīng)費(fèi)的問題。通常每門課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)費(fèi)是固定且有限的，計(jì)劃外的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)常會(huì)因?yàn)槿狈牟?、夾具或模具等而不能順利實(shí)施。

（2）教師和學(xué)生的常態(tài)化互動(dòng)問題。教師不僅要承擔(dān)相應(yīng)的課程教學(xué)任務(wù)，還要從事科學(xué)研究，尤其是土木工程專業(yè)，與工程現(xiàn)場應(yīng)用的結(jié)合較多。學(xué)生在選定一個(gè)開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目后，會(huì)因?yàn)樽陨聿簧平涣鞯男愿?、不熟悉設(shè)備操作以及難以獲得教師實(shí)踐指導(dǎo)等，在實(shí)驗(yàn)過程中舉步維艱，逐步磨滅探索和求知的激情。

（3）實(shí)驗(yàn)教學(xué)的評價(jià)機(jī)制問題。學(xué)生大多按照學(xué)校教學(xué)計(jì)劃的安排開展專業(yè)學(xué)習(xí)，比較習(xí)慣“灌輸式”的教學(xué)方法。如果學(xué)生從事的開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不能與課程學(xué)分、評優(yōu)評獎(jiǎng)等有機(jī)結(jié)合，則難以形成一種自發(fā)機(jī)制，更不能發(fā)揮循循善誘、啟迪思維的作用。

二、土木工程材料課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目庫建設(shè)

當(dāng)前土木工程專業(yè)碩士點(diǎn)有巖土工程、結(jié)構(gòu)工程、防災(zāi)減災(zāi)工程及防護(hù)工程、橋梁與隧道工程、道路與鐵道工程共5個(gè)，所涉及的材料制備、測試和分析等實(shí)驗(yàn)技術(shù)側(cè)重點(diǎn)差異較大，內(nèi)容各有不同。在篩選項(xiàng)目時(shí)，結(jié)合土木工程材料的最新發(fā)展方向，以材料基本性能與工程應(yīng)用特性為核心，以培養(yǎng)學(xué)生的工程概念與工程材料應(yīng)用能力為導(dǎo)向，將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分為專業(yè)型和綜合型兩種。前者側(cè)重于“點(diǎn)”，后者偏向于“面”，讓學(xué)生在材料制備和性能上進(jìn)行橫向或縱向的設(shè)計(jì)。具體基于以下幾個(gè)原則：

（1） 項(xiàng)目源于教師科研課題原則，以保證經(jīng)費(fèi)充足。項(xiàng)目內(nèi)容不求大而全，但應(yīng)具有啟發(fā)性，由專業(yè)教師提供給實(shí)驗(yàn)室教師，商榷后在院系的實(shí)驗(yàn)平臺網(wǎng)站上進(jìn)行更新，項(xiàng)目的有效期至少為一學(xué)期，且項(xiàng)目庫數(shù)量只增不減。倘若教師的科研課題結(jié)題，則應(yīng)及時(shí)對其當(dāng)初設(shè)定的項(xiàng)目備注說明，盡量引導(dǎo)學(xué)生不予選擇。如學(xué)生仍堅(jiān)持選定某個(gè)項(xiàng)目，則建議以此實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為背景，申報(bào)學(xué)校和學(xué)院的大學(xué)生自由探索計(jì)劃項(xiàng)目，以期獲得資助并順利實(shí)施。

（2）項(xiàng)目實(shí)行“三維”管理原則，以保證順利實(shí)施。專業(yè)教師作為指導(dǎo)人，負(fù)責(zé)和學(xué)生探討實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，提供相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)；實(shí)驗(yàn)室教師作為協(xié)調(diào)人，負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)場所和儀器設(shè)備的安排，并指導(dǎo)學(xué)生熟練安全地使用儀器設(shè)備；研究生作為聯(lián)系人，在學(xué)生團(tuán)隊(duì)有需求的時(shí)候提供配合，并督促實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的有序?qū)嵤?/p>

（3）項(xiàng)目實(shí)行過程記錄和考核原則，以保證達(dá)到效果。學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)施過程中，應(yīng)及時(shí)拍照、記錄整理和分析數(shù)據(jù)，形成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，上傳至實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺。由3位專業(yè)教師組成的評審小組對實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行評定。

文章以拋磚引玉的方式，僅結(jié)合道路與鐵道工程專業(yè)，探討土木工程材料課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目庫的建設(shè)。在已承擔(dān)的國家“十二五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“鄉(xiāng)土特色保護(hù)與傳承技術(shù)研究與示范”中，涉及農(nóng)村生態(tài)化道路（重點(diǎn)是透水路面）的建設(shè)與示范，針對這個(gè)主題可提煉出很多實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，比如，不同骨料級配對透水混凝土孔隙率的影響、孔隙率對透水混凝土人行道面透水系數(shù)的影響、不同骨料級配對透水混凝土抗壓強(qiáng)度的影響、孔隙率對透水混凝土人行道面抗壓強(qiáng)度或抗折強(qiáng)度的影響、水泥類型和摻量對透水混凝土抗壓強(qiáng)度的影響，等等。專業(yè)教師可從某一項(xiàng)研究內(nèi)容中拆分出若干個(gè)小塊作為一個(gè)項(xiàng)目，著重讓學(xué)生分析材料的組成、結(jié)構(gòu)及其性能之間的關(guān)系，逐步建立實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目庫。因?qū)I(yè)教師原本就對項(xiàng)目研究內(nèi)容進(jìn)行過細(xì)致的分析，指導(dǎo)學(xué)生時(shí)更得心應(yīng)手。作為聯(lián)系人的研究生，如果能獲得本科生團(tuán)隊(duì)的大力支持，也更容易完成課題研究，可謂一舉多得。

三、 土木工程材料課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱編制

菜單式開放性的土木工程材料課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱由專業(yè)教師制定，應(yīng)突出實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮徒虒W(xué)目標(biāo)，具有啟發(fā)性，但不強(qiáng)調(diào)具體實(shí)驗(yàn)過程和步驟，不列舉原材料、配合比、制備工藝和性能測試方法。大綱主要模塊包含四點(diǎn)內(nèi)容：（1）項(xiàng)目背景，簡單介紹項(xiàng)目的來源、理論和應(yīng)用價(jià)值；（2）實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮湍繕?biāo)，說明實(shí)驗(yàn)擬解決的關(guān)鍵問題和實(shí)現(xiàn)的技術(shù)指標(biāo)；（3）實(shí)驗(yàn)進(jìn)度和計(jì)劃，擬定方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)條件準(zhǔn)備、試件制作與測試、數(shù)據(jù)計(jì)算和分析、實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫等環(huán)節(jié)的具體時(shí)間安排；（4） 技術(shù)規(guī)程和設(shè)計(jì)規(guī)范。

開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱編寫完畢后提交實(shí)驗(yàn)室教師，在網(wǎng)站上公示，以供學(xué)生選擇。

四、土木工程材料課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺運(yùn)作

土木工程材料課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺構(gòu)建和運(yùn)行的主要流程如圖1所示。

在院系網(wǎng)站上建立土木工程材料課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺，有條件的可以編制相應(yīng)APP。學(xué)生登錄后，根據(jù)專業(yè)方向和興趣，進(jìn)行項(xiàng)目菜單和具體題目的選擇。項(xiàng)目指導(dǎo)教師可重點(diǎn)支持大三或大四學(xué)生擔(dān)任項(xiàng)目組長，組長應(yīng)具有良好的實(shí)踐操作和組織協(xié)調(diào)能力。鼓勵(lì)學(xué)生跨年級甚至跨專業(yè)組隊(duì)，每組3～5人，利用課外或課內(nèi)時(shí)間進(jìn)行項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和實(shí)施，指導(dǎo)教師跟蹤項(xiàng)目進(jìn)展，觀察實(shí)驗(yàn)效果，并由實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)委員會(huì)進(jìn)行評價(jià)和定級，給予學(xué)生相應(yīng)的課外實(shí)踐學(xué)分。

五、結(jié)語

土木工程材料是土木交通專業(yè)領(lǐng)域的專業(yè)基礎(chǔ)課程。通過菜單式開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺的構(gòu)建，能促進(jìn)培養(yǎng)模式的可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)專業(yè)拓展和理論學(xué)習(xí)的統(tǒng)一，并為學(xué)生提供范圍開闊、內(nèi)容詳實(shí)、技術(shù)突出的實(shí)踐機(jī)會(huì)，增進(jìn)師生的交流互動(dòng)，提升學(xué)生對專業(yè)技術(shù)問題的分析和解決能力。參考文獻(xiàn)：

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Abstract：

Based on some prominent problems in teaching and teaching reform about experiment of civil engineering materials， this paper proposes a menulike open platform for experimental teaching mode， which discusses the principles， methods and measures for the construction of platform from the aspects of construction of experimental teaching project library， compilation of experimental program， project implementation management and etc. It can realize a benign circle of its own construction and development to make its beneficial effects take root， as well as its great practical value of the cultivation of students creative ability.

Keywords： openness experiment project； civil engineering materials course； experimental teaching platform

（編輯周沫）