管窺土木工程材料實驗的層次化

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一、土木工程材料實驗的層次化教學模式

(一)實驗項目的層次化

三峽大學建筑材料實驗室承擔土木工程、水利工程、工程管理及建筑學等專業的土木工程材料實驗教學。原有的實驗教學存在諸多不足，經過近2年實驗教學改革的實踐，現階段該課程的實驗采用層次化的實驗教學模式，將實驗教學按實驗項目分為兩個層次:一是驗證性、設計性及少量綜合性實驗，其實驗內容對應于教學大綱的范圍，是課程學習的基本要求，此處統稱為基本性實驗，如表1所示;二是綜合性、設計性及創新性實驗項目，其內容或是課程重點或難點的綜合運用，或屬于當前相關領域的研究熱點或研究趨勢，亦或源于科研項目，并與教學密切相關的工程技術問題等，統稱為創新性實驗，如表所示2。第二層次的創新性實驗適合學有余力，且有繼續學習和一定研究興趣的學生，為選做實驗。

(二)教學組織與實施

1．基本性實驗的教學組織與實施第一層次的實驗即基本性實驗對應于教學大綱的要求，可以按照原教學模式執行教學組織與實施，在教學組織與實施過程中應注意兩個教學原則和三點教學方法。其中，“兩個原則”一是把實驗的主動性交還給學生;二是注重激發學生的實驗興趣，將學生的學習狀態由被動轉向主動，提高學生的學習自主性。通過實驗結果比較、自主選擇實驗方法、提問引導等教學方法，激發學生對基本性實驗的興趣。

2．創新性實驗的教學組織與實施第二層次的實驗，即創新性實驗的教學組織與實施方案，主要包括學生的遴選、實驗指導教師的確定兩方面。學生的遴選即是如何確定參與創新性實驗的學生。遴選時不僅應考慮學生的專業基礎與能力，也要綜合實驗室相關設備的實際情況。為了保障取得較理想的教學質量與效果，應適當控制選做本層次實驗的學生人數。從教學實踐看，每學期開展第二層次實驗的項目數以4～6項為宜，最高不超過8項，同時限定每名學生最多可選實驗項目為2項。這樣，既能保障實驗的順利進行(儀器設備數量充足、實驗指導教師到位)，又能取得較滿意的教學效果。參與該層次實驗的學生比例從2011年秋季學期的15%增加到2013年春季學期的37%。今后，隨著實驗室建設的逐步完善(設備、師資隊伍等)，這一比例也將逐步提高。但考慮到創新性實驗對學生能力的要求以及教學效果等情況，教學團隊的全體4名教師認為其比例最高不宜超過60%。實驗指導教師的確定應考慮實驗室專任教師與理論課教師的課程安排等情況，原則上以任課教師為主、實驗室專任教師為輔進行共同指導。如有特殊情況(上課時間沖突等)，則應由全體教學團隊人員協商解決，或安排在周末學生無課的時段，以保證創新性實驗教學的順利進行。

3．創新性實驗教學的過程管理第二層次的實驗項目屬于選修實驗項目，通常由若干名學生，如3～5人組成實驗小組，多數實驗項目都要求學生自行查閱文獻，經交流討論、設計實驗方案后再開展實驗。這一過程既能提高學生分析問題、解決問題的能力，培養其創新意識和創新能力，也可鍛煉學生的團隊協作能力。但是，團隊合作給少數只為混學分的學生提供了可乘之機。另一方面，由于創新性實驗沒有固定的實驗課時間，且實驗總學時數也不能事先預定，這就要求指導教師應在整個實驗中，實施過程性評價方法，加強過程管理和監督。

4．創新性實驗的成績評定目前我校土木工程材料課程成績由考試成績、平時成績及實驗成績等三部分構成，各部分所占權重依次為70%、20%、10%。開設創新性實驗后，課程成績的評定既要對學生有一定的激勵，又應避免出現學生為提高成績而一哄而上、爭相選做第二層次實驗的現象。教學實踐中，根據學生的實驗態度、實驗進展及完成效果等情況，采用“優、良、中、合格、不合格”共五檔進行評定，并據此酌情額外增加學生的實驗成績。比如，當第二層次實驗的成績為“優”時，可額外增加該生的實驗成績10分，并按相應權重計入課程總成績。

(三)教學模式與方法層次化的實驗

教學新模式要求改革實驗教學模式和教學手段，以學習為中心，實驗教學內容層次化，充分利用現代化的教學手段。教師應改變自己的教學角色，確立為“學”而“教”的思想，在整個實驗教學過程中，始終以學生為中心，確保學生的主體地位。實驗內容層次化可以最大限度地調動學生的主觀能動性，提高學生的實驗技能，并有利于培養其創新意識和創新能力。教師應充分利用多媒體、網絡等現代化教學手段進行實驗教學，如制作多媒體電子教案、CAI課件以及建立課程網站等，方便學生提前預習和自學，既能提高實驗效率和教學質量，又可以開拓和豐富學生的視野與知識面。

二、層次化教學模式長期有效的保障措施

開展創新性實驗項目的教學，不僅能夠加強學生對相關內容的理解和把握，而且還能使學生較好地把握相關領域的研究熱點、研究趨勢，掌握新的實驗技術或新方法，更重要的是能夠逐步培養學生分析問題、解決問題的能力和研究興趣，有利于培養復合型人才，這也是三峽大學土木工程材料實驗教學改革的主要目的。為保證創新性實驗教學的長期穩定運行，必須采取相應的保障措施。

(一)確定合適的實驗項目

創新性層次實驗教學的首要工作是選題。選題要有創造性的因素，最好能解決一個較為復雜的技術問題，以便使學生得到較全面的訓練。選題應該優先選擇源于科研項目，并與教學密切相關的工程技術問題，使學生在規定的時間通過努力基本上能完成任務，從而鞏固、加深和擴大學生的專業知識面，增強工作技能以及創造性。此外，為保證創新性層次實驗教學的長期運行，創新性實驗項目應不斷推陳出新。從實驗教學實踐看，采取了如下途徑確定第二層次的實驗項目:引入反映相關領域研究熱點、研究趨勢，以及實驗新技術與新方法的實驗內容作為創新性實驗項目，采用與建材相關的大學生科技創新項目(國家級、省級和校級)、大學生挑戰杯競賽科技項目，以及學校設立的大學生求索創新項目等，另有少量創新性實驗項目結合教師的科研項目設置。

(二)經費來源和相關配套政策

創新性層次的實驗項目所用原料、藥品及儀器運轉與維修費用等經費開支，都應進行相應配套與完善，以形成長效機制。可以通過申請國家級、省級、校級等各級各類創新項目或科技項目，如大學生科技創新項目、挑戰杯競賽項目、三峽大學設立的大學生求索創新活動及其他項目，或從教師的科研項目中設置第二層次的實驗教學項目等形式來獲取經費支持。2011年秋季至2013年春季共四個學期的教學實踐中，第二層次實驗教學項目的經費來源于國家自然科學基金、湖北省教育廳科學研究項目各1項、湖北省大學生挑戰杯競賽項目1項、三峽大學設立的大學生求索創新活動2項、教學研究項目2項，以及其他橫向項目等。

(三)健全和完善實驗室管理制度

建立健全實驗室各項保障機制，包括條件保障、激勵約束機制和監督機制等。條件保障方面，要繼續加大實驗室建設力度，完善實驗室儀器設備等硬件設施。建筑材料實驗經過自2009年秋以來的累次建設投入，實驗設備、場地及環境等都得到顯著改善，完全滿足表1、表2所列項目對實驗室硬件設施的要求。在激勵約束機制方法方面，制定和完善了相關管理政策，如:對參與創新性實驗的學生在綜合測評時適當加分，指導教師評職稱時優先推薦等。不僅吸引學生參與創新實驗，還鼓勵教師參與第二層次實驗教學。

(四)加強過程控制

指導教師要加強對創新性實驗項目的過程控制。制定相應管理制度和方法，采用中期答辯和評估、定期召開小組匯報和討論會等方式進行嚴格、規范、科學的管理，對第二層次實驗項目的教學進行有效監督與控制。定期召開小組會議可以了解實驗進度，并以實驗方案方法的完善、指導等方面開展討論，檢查學生實驗日志、實驗的收獲或思考內容、實驗分析報告等，對前期工作作出評價，提出具體建議，促進實驗小組按進度完成預定任務。中期檢查是創新性實驗項目教學過程的重要環節，院(系)組織相關教師對項目實施中期檢查，可以使學生相互學習借鑒，而專家的評價起到診斷、督促、啟發、指導作用。建立并實施以過程為導向的創新性實驗項目評價體系，同時配套相應的激勵機制，包括設立創新學分、綜合測評加分或推薦免試研究生加分、資助等措施，營造了良好的學習氛圍，激發了學生的創新熱情。實踐表明，加強過程控制是開展第二層次實驗教學、保證教學質量的關鍵一環，通過加強對實驗過程的監督管理，取得了較好的教學效果。

(五)加強實驗教學師資隊伍的建設

建設一支責任心強、業務過硬的師資隊伍，是搞好實驗教學改革，提高教學質量的基本保證，也是適應高校培養應用型創新人才的需要。通過相關政策與制度，吸引教師積極參與實驗室建設和實驗教學工作，同時支持他們參加各類實驗技能培訓，增強業務能力，使其能勝任不斷推陳出新的創新性實驗項目教學。目前，學校和學院均制定了相關政策，要求教師積極參與實驗室建設，經常參加相關的實驗技能和業務能力培訓，并將這兩點作為教師職稱申報時的必備條件之一。目前執行情況良好，促進了實驗教學的師資建設。

三、層次化實驗教學的實踐效果

經過2011年秋季學期至2013年春季學期共4個學期的教學實踐，取得的效果表現為以下3方面。

(1)提高了學生的實驗技能，加深知識理解，擴展知識體系。學生根據創新性實驗項目和要求，自己查閱相關資料，進行實驗方案設計和實驗，啟發和引導學生獨立解釋實驗現象、分析實驗結果，最后以書面報告或小論文的形式進行交流，使學生得到全面、綜合的實驗技能訓練。同時，更深入地了解和探討實踐與理論的異同，加深了相關知識的理解與掌握，擴展了知識體系。

(2)通過采取各種激勵和條件保障措施，營造了促進學生積極主動學習的氛圍，激發了學生的創新熱情，取得了較好的效果。2011年秋開始實施土木工程材料層次化實驗教學以來，在2012年成功申報2項校級求索創新活動項目(2010級土木工程專業學生)，2013年開展的創新實驗項目“摻磷渣活性粉末混凝土的制備”獲湖北省第九屆“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽二等獎。同時，學生依托創新實驗項目在國際會議上公開發表學術論文2篇:《粉磨時間對磷渣粉活性的影響》于2012年11月發表在兩岸四地高性能混凝土國際研討會論文集，

(3)學生掌握了自主學習方法和能力，培養了團隊協作精神和能力。學生在創新實驗過程中，逐步學習和掌握解決問題的方法，同時，培養了團隊合作精神和能力。

四、結語

實踐教學是高等院校提高學生實踐技能，培養其創新能力和職業適應能力的重要手段。土木工程材料實驗實行層次化的教學模式，不僅促使學生熟練掌握相關理論知識，補充和深化知識、拓寬知識面，而且通過開設第二層次的創新性實驗，還能使學生較好地把握相關領域的研究熱點、研究趨勢，熟悉新的實驗技術或新方法，更重要的是，逐步培養學生分析和解決問題的能力和研究興趣，有利于培養創新型人才。以三峽大學“土木工程材料”實驗的教學改革為例，將實驗教學項目分為基礎性實驗和創新性實驗兩個層次，從教學項目的層次化、教學組織與實施、教學方法等方面，闡述了“土木工程材料”實驗的層次化教學模式，提出了實現該教學模式長效機制的保障措施，涉及實驗項目選題、經費來源、過程化管理、實驗室管理制度及實驗教學的師資建設等5個方面。

作者：彭艷周 劉冬梅 朱喬森 袁曉露 單位：三峽大學土木與建筑學院