雷小磊 吳金榮 劉清華 魏成龍

(安徽理工大學 土木建筑學院，安徽 淮南 232001)

對于應(yīng)用型高水平大學，教育和培養(yǎng)具有一定工程應(yīng)用和創(chuàng)新實踐能力的大學生是根本任務(wù)，實驗教學是應(yīng)用型專業(yè)課程教學必不可少的重要環(huán)節(jié)，為培養(yǎng)目標的實現(xiàn)提供了堅實的保障，也是高等教育改革的重要方向和內(nèi)容。

隨著我國科學技術(shù)的不斷進步，社會對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需求越來越迫切，尤其對于實踐性很強的土木工程路橋?qū)I(yè)的學生，在獨立分析和解決問題、創(chuàng)新和實踐能力等方面的要求越來越高，這就要求高校不斷加強實驗和實踐等方面的教學。

目前，多數(shù)高校仍存在重課堂理論教學、輕實驗實踐教學的傳統(tǒng)觀念，實驗教學仍然采用“理論+演示/操作”的簡單模式方式，這不僅無法達到通過實驗培養(yǎng)學生的工程綜合素質(zhì)和能力，驗證深化所學的理論知識的目的，更無法實現(xiàn)教育部關(guān)于“進一步加強實踐教學，注重學生創(chuàng)新和實踐能力培養(yǎng)”的基本改革目標[1]。

通過研究資料，綜合調(diào)研國內(nèi)的東莞理工學院、西京學院、安徽工業(yè)大學、阜陽師范大學、合肥學院和新華學院6所普通高等學校土木工程實驗室建設(shè)及教學改革情況，重點以安徽理工大學土木建筑學院路橋工程實驗室教學改革為例，結(jié)合路橋工程專業(yè)實驗課的教學現(xiàn)狀，研究符合當代社會對應(yīng)用型路橋工程專業(yè)畢業(yè)生要求的實驗教學模式和教學改革方法，通過綜合性實驗的改革，經(jīng)過近兩年的教學模式改革實踐應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)學生參與科研工作和創(chuàng)新性實踐活動的積極性明顯增加，從而獲得了較好的成果。

一、路橋工程實驗教學現(xiàn)狀及問題

(一)實驗室基本概況

綜合調(diào)研的6所國內(nèi)高校中，安徽理工大學土木建筑學院路橋工程實驗室建成較早，規(guī)模較大。該實驗室始建于2000年，經(jīng)過近20年的建設(shè)，目前擁有實驗室面積700m2，儀器設(shè)備數(shù)達200余臺套。面向本科生所開設(shè)的實驗課程包括砂石的篩分、堆密度、視密度、含水率，水泥的細度稠度安定性凝結(jié)時間等路用材料的基本指標測定實驗；瀝青材料的針入度、軟化點、延伸度等基本指標測定實驗；路面摩擦系數(shù)、滲水系數(shù)、平整度、破損檢測、構(gòu)造深度等路面基本指標檢測實驗，年均學時60個。供研究生培養(yǎng)方面的實驗主要包括瀝青及瀝青混合料、混凝土的結(jié)構(gòu)性耐久性無損檢測等方面的研究實驗。實驗室現(xiàn)擁有專兼職指導(dǎo)教師7名，其中博士6名，高級職稱教師6名。

(二)路橋工程實驗教學現(xiàn)狀及問題

1.實驗教學體系不夠完善，綜合性建設(shè)滯后

近年來，隨著高?！按髮W科”建設(shè)方向改革，多數(shù)高校土木工程專業(yè)能以“大土木”學科為主要方向建設(shè)各專業(yè)的教學研究團隊，對傳統(tǒng)的教學理念并未改變太多。如對于土木工程、路橋工程、道橋與渡河工程等相似或有交叉的學科建設(shè)聯(lián)系不足，存在各自為戰(zhàn)、各自建設(shè)的情況，造成一些工程材料功能性指標性實驗的重復(fù)建設(shè)和不必要的浪費；傳統(tǒng)的重課堂輕實踐的思路沒有根本性改變，對實驗教學重視還不夠，影響實驗課程的獨立設(shè)置，實驗室所開設(shè)的實驗項目零碎地穿插在理論課程中，實驗項目設(shè)計缺乏科學性，專業(yè)間缺乏系統(tǒng)性，項目間缺乏關(guān)聯(lián)性，這對于培養(yǎng)學生的系統(tǒng)性綜合性的學科知識結(jié)構(gòu)造成負面影響。

2.實驗儀器設(shè)備陳舊，臺套數(shù)少

實驗室的基本建設(shè)投入是決定實驗課順利開展的重要因素。以安徽理工大學為例，路橋?qū)嶒炇乙呀ǔ赏度虢?0年，實驗室近70%的設(shè)備屬于2015年以前購置(或為2015年前生產(chǎn))，由于日常的使用和缺乏必要的專業(yè)維修保養(yǎng)，部分儀器設(shè)備已經(jīng)出現(xiàn)指針不靈敏、數(shù)據(jù)誤差較大、配件缺失等情況[2]。隨著專業(yè)的快速發(fā)展，招生數(shù)的不斷增加，儀器設(shè)備利用率也有所提高，加之儀器設(shè)備更新?lián)Q代頻率較慢，造成路橋?qū)嶒炇医虒W儀器設(shè)備臺套數(shù)不足、無法實現(xiàn)按照自然班一次開課的情況。開設(shè)課程和安排實驗課批次時更多的是要考慮儀器的臺套數(shù)，這就制約了實驗課程的改革，難以實現(xiàn)對學生實踐動手操作能力的培養(yǎng)和本科教學目標達成度的要求。

3.實驗課程不獨立，學時分配不足

多數(shù)高校土木工程專業(yè)實驗課主要為課程附帶設(shè)置，不能夠完全獨立，這給系統(tǒng)的實驗教學改革帶來一定的阻礙。由于實驗課不獨立，無法系統(tǒng)地編制規(guī)范的實驗教材，實驗指導(dǎo)書的編寫也僅僅是參考規(guī)范和儀器設(shè)備的操作指南等內(nèi)容進行梳理，教材的內(nèi)容相對滯后落后，無法體現(xiàn)教材的專業(yè)性，更無法實現(xiàn)“實驗教學重點是對課堂理論知識有效補充”的建設(shè)目標。

實驗課程不獨立最大的表現(xiàn)是學時不足，只能按照學時開設(shè)部分實驗課程。表1是安徽理工大學土木建筑學院路橋工程專業(yè)開設(shè)實驗課程信息統(tǒng)計，可以看出，課程的課堂教學部分學時遠遠大于實驗課學時，實驗室開設(shè)的實驗項目零碎不系統(tǒng)，學生實踐動手操作機會少，理論知識的轉(zhuǎn)化與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)很難有效銜接。如路橋工程專業(yè)開設(shè)的必修課《路基路面工程》，一共40學時，其中課堂教學34課時，實驗課6課時，實驗課時僅占15%，所開設(shè)的實驗項目也僅僅是瀝青材料的基本指標的測定，顯然，這樣的課時安排無法滿足培養(yǎng)學生創(chuàng)新實踐能力的要求，應(yīng)適當增加實驗課學時，可以增加開設(shè)瀝青材料的閃燃點、蒸發(fā)量損失、密度、黏度，瀝青混凝土材料配合比設(shè)計、馬歇爾穩(wěn)定度、瀝青含量及車轍等實驗項目，進一步優(yōu)化實驗項目，培養(yǎng)和提高學生的工程實踐意識。

表1 路橋工程實驗室開設(shè)實驗課程信息一覽表

4.教學方法傳統(tǒng)，綜合型設(shè)計性創(chuàng)新性缺失

路橋工程實驗室的建設(shè)現(xiàn)狀導(dǎo)致專業(yè)實驗課的內(nèi)容陳舊，更新頻率緩慢，實驗室綜合性設(shè)計性創(chuàng)新性實驗條件不足，80%以上的課程仍屬于驗證性、演示性實驗。以實驗指導(dǎo)書為基礎(chǔ)，教學中采用傳統(tǒng)的灌輸式教學，上課時學生僅需要按照實驗指導(dǎo)書中列出的實驗?zāi)康摹嶒瀮?nèi)容、實驗步驟操作即可。這種被動式的教學，缺乏課堂的互動，學生實際動手操作的機會較少，這與綜合性創(chuàng)新性實驗鼓勵學生主動思考、分析問題、解決問題的初衷背道而馳。

5.實驗考核形式單一，不夠全面不夠客觀

實驗教學考核目的是檢查教學和實驗的效果，具有直觀、實踐、綜合和創(chuàng)新等基本特征[3]。目前，路橋工程專業(yè)實驗課程不獨立，教學以演示性、驗證性的實驗為主，實驗課的成績占課程總成績比例較少(一般為總成績的10%—30%)，無法激發(fā)提高學生實驗課的學習積極性?？己诵问絾我?，對學生實驗課期間的綜合表現(xiàn)未形成具體的量化標準，僅僅只能結(jié)合平時表現(xiàn)和實驗報告的書寫完整相結(jié)合的評分模式，沒有將實驗的預(yù)習情況、實驗過程中的分析和思考過程、實驗課的表現(xiàn)等因素綜合考慮，缺乏科學、客觀、合理的指標體系，無法很好的體現(xiàn)學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)效果。

二、路橋工程綜合性實驗教學改革

基于目前路橋工程實驗課教學模式中存在的問題，采用文獻研究、訪談研究、調(diào)查研究、方案實施的比較研究等多種方法，以進一步提升學生實踐創(chuàng)新能力，培養(yǎng)適應(yīng)社會需求的創(chuàng)新型工程專業(yè)人才為目標，提出以開創(chuàng)綜合性、設(shè)計性、創(chuàng)新性實驗課程為基礎(chǔ)的路橋工程實驗課教學改革模式，為路橋工程專業(yè)人才培養(yǎng)的可持續(xù)發(fā)展提供數(shù)據(jù)支持和經(jīng)驗參考。

(一)轉(zhuǎn)變課程認識，轉(zhuǎn)換實驗課主體

1.培養(yǎng)創(chuàng)新型人才是高等教育改革的重要任務(wù)

隨著改革的深入推進，如何改進和加強實驗教學是培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的專業(yè)性工程應(yīng)用型技術(shù)人才的重要研究方向。這就要求高等學校既要重視理論知識的教授，又要重視學生解決實際工程問題能力的培養(yǎng)；既要考慮學生的總體基礎(chǔ)，又要考慮學生的個體個性差異；既要考慮知識傳播，又要考慮趣味創(chuàng)新。

若要徹底改變實驗教學是理論知識教學的附屬附帶的傳統(tǒng)觀念，需要充分認識實驗課教學在工程技術(shù)人才培養(yǎng)中的重要性，建立理論知識與實驗教學并重的培養(yǎng)方案、教學計劃和大綱，在培養(yǎng)方案的制訂過程中切實提高實驗課學分及其在總學分中的比重[4]。

2.將學生轉(zhuǎn)換成實驗課的主體，指導(dǎo)教師輔助的實驗教學改革模式

將實驗室現(xiàn)有開設(shè)的實驗課程項目統(tǒng)籌規(guī)劃設(shè)計，將一個個獨立的實驗項目重新整合，開設(shè)綜合性設(shè)計性實驗項目，如將瀝青針入度、軟化點、延伸度三個基本指標測定實驗項目合并為瀝青基本指標綜合實驗，按照儀器臺套數(shù)將學生分成4—6人一組，從拿到實驗任務(wù)開始，由各小組對實驗選用的儀器設(shè)備、操作等進行實驗設(shè)計，設(shè)計方案經(jīng)過指導(dǎo)教師審核通過后方能進行下一步實驗工作，瀝青試樣的選取，試件的制備和養(yǎng)護，實驗操作和數(shù)據(jù)處理，合格標準的判定、存在的問題和改善措施的總結(jié)等過程全部由各小組獨立完成，關(guān)鍵實驗步驟需要通過指導(dǎo)教師的審核。這種以學生為主體的全程參與的實驗教學模式已經(jīng)在路橋工程實驗室試行，打破了傳統(tǒng)的教學模式，很大程度地增加了參與度，不僅對學生的實踐動手能力是一種訓(xùn)練，也是對學生獨立分析和解決問題、工程實驗設(shè)計思路的一種培養(yǎng)。

(二)建立和優(yōu)化“項目模塊”實驗教學體系

近年來，調(diào)研的部分高校土木工程專業(yè)順利通過教育部本科教學評估，這也對培養(yǎng)創(chuàng)新型工程技術(shù)人才目標方面提出了更高的要求。安徽理工大學土木建筑學院在實驗課程的教學方面進行了改革，以培養(yǎng)學生的基本實驗?zāi)芰?、工程?yīng)用實踐能力、綜合創(chuàng)新能力為主線，通過對實驗室按照土木工程基礎(chǔ)課和各專業(yè)實驗課施行綜合建設(shè)改革，成立土木工程實驗中心，按照理論教學與實驗實踐教學的內(nèi)在邏輯關(guān)聯(lián)及時間順序，對實驗課程的指導(dǎo)教材、教學大綱、開設(shè)的實驗課項目進行模塊化建設(shè)，充分整合與優(yōu)化，初步構(gòu)建了集合土木工程及路橋工程等專業(yè)基礎(chǔ)實驗、綜合設(shè)計實驗、研究創(chuàng)新實驗的“項目模塊”式的實驗教學體系。

專業(yè)基礎(chǔ)實驗教學模塊。路橋工程作為土木工程專業(yè)的一個子方向，本科階段所開設(shè)的基礎(chǔ)課程基本相同，所以在進行專業(yè)基礎(chǔ)實驗教學模塊建設(shè)時，更多地依托土木工程專業(yè)所開設(shè)的實驗課程，著重培養(yǎng)和訓(xùn)練路橋工程專業(yè)學生的基本實驗?zāi)芰5]。因為基礎(chǔ)實驗屬于工科類學生的必修課程，所以，此部分實驗課程的教學計劃由學?；A(chǔ)課教研室全面統(tǒng)籌安排，一般在大學的一二年級。主要包括的課程有《大學物理》《普通化學》《工程測量》《電子電工技術(shù)》《流體力學》。

綜合設(shè)計實驗教學模塊。路橋工程專業(yè)的培養(yǎng)目標有別于其他工科專業(yè)，傾向于重點培養(yǎng)適應(yīng)現(xiàn)代道路橋梁工程實際需要的應(yīng)用型專業(yè)技術(shù)人才，模塊建設(shè)時要充分結(jié)合教學大綱的課程要求，以鞏固所學的基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的知識為基礎(chǔ)，培養(yǎng)學生綜合應(yīng)用所學知識進行設(shè)計實驗的能力、分析和解決實際工程問題的能力。此部分實驗課程的教學計劃由學院土木工程實驗中心牽頭，充分整合實驗室建設(shè)，各專業(yè)實驗室結(jié)合培養(yǎng)方案有所側(cè)重地選定本專業(yè)實驗課項目，制定各專業(yè)的實驗課程授課計劃和方案，一般在大學的二三年級。主要包括的課程有《AUTOCAD》《土木工程材料》《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》《土力學》《材料力學》《土木工程測試技術(shù)》《混凝土無損檢測技術(shù)》《道路工程CAD》《道路工程材料》《路基路面工程》《橋梁工程》《道路橋梁測試技術(shù)》。

研究創(chuàng)新實驗教學模塊。隨著國家對創(chuàng)新型人才需求的不斷增大，僅僅依靠課堂和實驗室的基礎(chǔ)實驗課教學已經(jīng)很難實現(xiàn)目標，這就需要全面開放實驗室，開設(shè)以研究和創(chuàng)新為目的的實驗課程[6]。面向路橋工程專業(yè)學生開設(shè)的課程重點依托大學生挑戰(zhàn)杯科技作品競賽、國家級省級校級大學生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目、大學生雙百雙創(chuàng)科技作品競賽、大學生結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽、路橋類BIM應(yīng)用設(shè)計競賽、交通科技競賽、混凝土設(shè)計大賽、教師的科研課題項目等，通過專業(yè)基礎(chǔ)理論課和綜合設(shè)計實驗課的教學，積極參加各類學科競賽，激發(fā)學生的科研興趣，以解決路橋工程設(shè)計、施工中的具體的技術(shù)問題為驅(qū)動，以項目尋找指導(dǎo)教師的路徑，發(fā)揮以學生為主體的科研主動性，提高學生對不同課程、不同學科知識的學習和綜合運用能力，培養(yǎng)學生的拓展創(chuàng)新實踐能力。此部分實驗教學貫穿學生的大學完整周期，甚至部分項目的研究可延續(xù)到畢業(yè)后期的一段時間。

(三)整合實驗課程項目，改進教學方法

影響路橋工程實驗課改革的一個最重要因素是實驗課程的不獨立，實驗課學時偏少，這反映出來的正是傳統(tǒng)教學觀念的影響，這就要求在實驗課改革中充分結(jié)合以人為本、創(chuàng)新能力培養(yǎng)為目標的新理念，徹底改變實驗課是課堂教學課程附帶的這一思想觀念。為提高實驗教學效率，加大實驗室的利用率，培養(yǎng)和提高學生的路橋工程素質(zhì)和實踐動手能力，可以將《土木工程材料》和《道路工程材料》中水泥、砂石、混凝土的實驗課內(nèi)容整合合并，獨立設(shè)置為《土木工程材料》實驗課，整合《土木工程材料》和《道路工程材料》中瀝青及瀝青混合料的實驗課程內(nèi)容，獨立設(shè)置為《瀝青及瀝青混合料》實驗課，獨立考評考核體系。

“興趣是學習最好的老師”“用對了方法事半功倍”，可見在實驗教學中，激發(fā)學生的學習興趣、使用合適的教學方法是重中之重。學生只有對實驗課產(chǎn)生了興趣，才能更加認真、投入地汲取課程知識。傳統(tǒng)的機械式教學模式極大影響了學生學習的主動性，催生了學生只要機械地完成學習任務(wù)就能順利畢業(yè)的簡單教與學模式，嚴重偏離了創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的目標。結(jié)合所承擔的實驗課項目，路橋工程實驗室細化綜合性設(shè)計性實驗和研究創(chuàng)新性實驗分類，改變以學生為主體的實驗課教學模式，充分發(fā)揮學生的積極性主動性，從綜合實驗的規(guī)劃設(shè)計、課前預(yù)習、課前的準備到試件制作養(yǎng)護、儀器操作、實驗數(shù)據(jù)分析、報告撰寫及實驗總結(jié)整個實驗周期，實驗課指導(dǎo)教師參與關(guān)鍵環(huán)節(jié)，與學生參與討論設(shè)計方案，在學生遇到困難時，積極啟發(fā)，引領(lǐng)其積極思考，而不是直接給予答案，真正做一名引領(lǐng)者[7]。

根據(jù)“大土木”專業(yè)建設(shè)目標的教學要求，土木工程實驗中心要全面統(tǒng)籌建筑工程、巖土工程、路橋工程等不同專業(yè)方向?qū)嶒炇业馁Y源和課程。考慮到實驗課程學時偏少的情況，路橋工程實驗室執(zhí)行了相應(yīng)的改革措施，在實驗課前采用多媒體實驗教學工具對實驗內(nèi)容進行先期教授，能夠在一定程度上緩解教學內(nèi)容與課時緊的矛盾。通過多媒體對實驗儀器的操作進行動畫演示或?qū)嶒炓曨l播放，圖文并茂，直觀地了解實驗的操作，使實驗內(nèi)容變得生動有趣，激發(fā)了學生上課的積極性。目前，實驗時所選用的視頻材料多數(shù)是從網(wǎng)絡(luò)下載或出版社提供，版本比較舊，存在部分內(nèi)容與現(xiàn)行規(guī)范和設(shè)備不匹配的情況。下一步，路橋工程實驗室擬結(jié)合現(xiàn)行規(guī)范要求，對本科生實驗課程的教學視頻進行拍攝和制作，供學生在課外下載觀看，充分利用碎片時間學習，進一步開拓學生的專業(yè)視野、豐富專業(yè)知識面。

(四)探索建立實驗課考評考核體系

要保證路橋工程綜合性實驗的教學作用效果，僅僅依靠激發(fā)學生個人興趣還不足夠。要徹底改變傳統(tǒng)的“輕準備、重操作、重報告”考核形式，以整個實驗過程為周期，構(gòu)建以 “設(shè)計”“準備”“操作”“報告”并重的綜合考核體系，將傳統(tǒng)的終結(jié)性評價改為過程性評價與終結(jié)性評價相結(jié)合，根據(jù)實驗課程和項目的訓(xùn)練中心分別確定權(quán)重指數(shù)，逐漸完善和豐富開放性實驗的考評辦法，更客觀地對學生參與綜合性實驗過程進行評價[8]。

路橋工程實驗室在建立考評考核體系時，重點將綜合實驗的整體規(guī)劃方案、實驗方案制定、實驗過程中儀器的操作實施、實驗結(jié)果分析判定、實驗報告的撰寫等環(huán)節(jié)分別加權(quán)，按照課程學時的分配綜合給定實驗課成績。如對《道路工程材料》中的水泥技術(shù)性能指標綜合實驗考評考核設(shè)計時，充分考慮實驗課對學生能力培養(yǎng)的側(cè)重因素，試將加權(quán)系數(shù)設(shè)定為：實驗的整體規(guī)劃方案：0.2；實驗方案制定：0.3；實驗操作過程的實施：0.2；實驗結(jié)果分析判定：0.15；實驗報告的撰寫：0.15。經(jīng)過實踐，結(jié)果表明，這種有所側(cè)重點的實驗課考評考核體系基本能全面考察學生的綜合性設(shè)計性實驗?zāi)芰λ?，也能促進學生參與綜合性設(shè)計性實驗積極性的顯著提高。