開放性實驗在土木工程專業中的運用思索

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為了能給學生提供了自主學習、獨立思考和個性發展的空間，有效地避開傳統實驗教學的不足，就必須改變傳統的實踐教學方式，開展“開放性實驗”教學。所謂“開放性實驗”，就是將實驗室開放，學生按教學要求、自身的興趣、愛好，根據自己的實際情況選擇時間去進行自己設計的實驗[4，5]。學生根據所學知識，選擇一個題目，獨立設計實驗方案，并完成實驗過程，該題目實驗內容應具有綜合性、設計性和創造性，實驗形式具有可開放性。在整個實驗過程中，教師只負責對實驗方案進行審查，在實驗過程中給予必要的指導、啟發，并引導學生最終完成一篇綜合性的實驗研究報告或科研論文。其實質就是放開手腳讓學生獨立按自己的設計方案去完成實驗。使他們能更好地在實驗設計、實驗過程、實驗數據分析中培養克復困難的毅力，培養獨立思考、學習、分析的能力和總結成功與失敗的經驗和教訓。從“開放性實驗”含義可以看出，“開放性實驗”教學改變了以前的那種傳統式的教師對學生的“灌輸式”教育，把教學改為啟發式的“導”，循循善誘，啟迪思維[6]。

“開放性實驗”在《土木工程材料試驗》中具體實施步驟

我校很早在教學中提出建設創新型大學理念，圍繞創新性辦學理念，學校要求在教學上要進一步突出創新人才培養的目標要求，并落實到教學過程中，主要體現到各實踐教學環節。為此，筆者在土木工程材料實驗教學中做了一些有益的嘗試，對部分班級開展了“開放性實驗”，收到了良好效果。其具體步驟可概括如下。

（一）開展問題式學習，制定實驗方案

因為在“開放性實驗”中，問題的選擇和設計至關重要。對于問題的來源，一般有兩種：一是來自于已解決的問題；二是有待解決的問題。對于前者來說，問題的解決往往是驗證課程中講授的理論或者是前人處理這一事件的經驗或教訓，而對于未解決的問題來說，則要求學生結合所學內容以及日常生活中出現的實驗現象，借助圖書館、互聯網查找相關的資料，引導學生自己發現問題、提出問題從而擬定實驗題目，制定實驗方案。

（二）引導學生思考，比較和確定實驗方案

根據學生對實驗方案的闡述，筆者分情況對其進行引導。從其設計的實驗目的及其研究內容上進行引導，鼓勵學生深入思考方案的可行性及創新性，通過思考，讓學生修正和完善實驗方案，并最終確定實驗方案。

（三）結合方案特點，實施開放性實驗

實驗方案確定后，各小組根據實驗方案開展研究，通過實驗的開展，讓學生自身深刻體會方案的設置對實驗的重要性，在小組實驗中，學生們明顯感覺到一個好的方案會讓實驗事半功倍。

（四）根據實驗結果，提交實驗報告及分析

結合學生實驗的問題，根據實驗具體結果，引導學生分析實驗數據，判別實驗結果，進而提高學生解決問題的能力，同時在結果分析中，充分發揮學生的創新能力，啟發學生思考新的問題，進而充分發揮學生的主觀能動性。

“開放性實驗”教學對學生能力培養的影響

在這次“開放性實驗”教學的嘗試中，學生自行組建了6個“開放性實驗”小組，通過“開放性實驗”的研究，每一組分別完成了所設計的實驗。“開放性實驗”使學生在校內找到了理論與實際相聯系的一個很好的結合點，不僅提高了學生的發現問題，解決問題的能力；同時提高了學生在解決問題時學習能力以及團結協作的精神；并且在完成實驗的過程中，加深了學生對書本知識的理解和運用。具體影響可分述如下。

（一）提高了學生發現問題，解決問題的能力“開放性實驗”方案的選擇和設計過程中，學生需要首先發現問題，進而分析問題，并在比較各選項方案可行性的基礎上做出決策，這就模擬了實際工程中解決實際問題的全過程，大大提高了學生分析問題解決問題的能力。同時，由于學生自己從實際問題中選擇出來的設計題目，對學生來說，要么就是學生理解的難點和疑問點處，要么就是學生感興趣的方面。這些都能夠激起學生探究問題的興趣，使學生能夠通過自主學習、相互討論、實驗驗證、結果分析等過程，在其已有知識的基礎上架構起新舊知識的同化過程中，變被動接受為主動求知。如在某一組學生的“開放性實驗”設計中，他們就以“石膏建材的呼吸性能”為題，針對石膏在空氣中的失水性能開展實驗研究，研究石膏能夠一定程度的調節濕度的性能，并最終取得了成功。為此，把問題提交給學生，讓學生在“開放性實驗”課程中給予完成。即使是已知答案的問題，也可將不同材料性能的比較和溫濕度的測定隱含其中，使學生通過分析問題、解決問題來達到獲取知識、掌握技能的目的。又比如，土木工程材料課程基本教學實驗中混凝土配合比設計實驗，讓學生對混凝土的工作性、強度及配合比設計有了感性的認識。但是鋼筋混凝土中，混凝土的受力性能，又是如何呢？針對這個問題，有三組學生，分別就水灰比、混凝土型號以及混凝土中鋼筋的等級三個不同方面研究鋼筋混凝土中混凝土受力，研究這些因素對混凝土受力情況的影響。除此之外，在“開放性實驗”中，對于實際工程多方案進行比較的實驗題目，學生相互之間的討論、比較、決策，探究等過程，對于培養學生分析和解決的能力大有幫助。

（二）提高學生的學習能力和團隊協作能力

“開放性實驗”問題提出后，就需要學生針對問題開展學習研究。由于各小組所接收的問題不一致，小組成員必須通過自己的努力解決問題。并且“開放性實驗”要求學生在有限的時間完成研究工作，活動中的學生都是主角，實驗的進行迫使學生自主學習，查閱文獻，大大提高了學生的自主學習能力。由于問題具有真實性和復雜性的特點，就需要各小組成員分工明確、責任明確。對于任何一個實驗的研究，小組成員都必須進行合理的分工。首先需要初步擬定實驗方案提出實驗方案后和同組成員進行討論，分析實驗可行性；實驗開展過程中，實驗耗材的購置以及實驗中出現問題的解決，都需要學生具備良好協調能力。這種讓學生自我組織劃分工作職責的方式有利于培養學生的團隊合作精神。同時，學生在分組討論學習過程中，也將逐漸體會到分工協作、相互傾聽、相互尊重的重要性，這種團隊協作能力往往是傳統教學方法所不能觸及的，但對于工科類專業的學生，這種基本職業技能訓練是不可或缺的。

（三）提高學生對理論和實驗知識的理解和運用

首先“，開放性實驗”的設計就需要學生在充分掌握相關理論基礎知識的基礎上進行，通過方案分析比較，讓學生更深刻的理解了理論與實驗的結合，從而鞏固和提高了學生對理論知識的掌握。在這次“開放性實驗”嘗試中，筆者組織土木2007-1、2兩個班級進行土木工程材料實驗授課，共89人，分為18組。其中6組為學生自行組織的“開放性實驗”小組，其余12組進行了傳統的土木工程材料實驗教學。為了了解“開放性實驗”的效果，筆者精心設計了一份“土木工程材料實驗考核試卷”，按教學要求全面考核學生知識面、分析、計算和綜合能力。試卷中所涉及的知識點，均在實驗課程開始授課前進行的相應的講解，然后分別進行相應的實驗教學。從考核的結果來看，“開放性實驗”小組成員考核成績明顯高于“傳統性實驗”小組的同學，如表1所示。從實驗成績考核可以看出，實施“開放性實驗”教學效果明顯。從參與“開放性實驗”的學生與三個班學生的成績分析來看，卷面總成績平均分提高約8分。由此可見，實施“開放性實驗”教學效果明顯，激發了學生的求知欲望，提高了學生分析問題，解決問題的能力，從而提高了學生的學習成績。

結語

高等教育教學改革已經邁出了很大的步伐，并取了得積極的成果，學生的動手能力及創造性思維能力培養，在工科類高等教育尤其是土木工程這類實踐性較強的專業中，已經成為重中之重。而實驗教學是高等教育中培養學生動手能力和創新能力的重要手段，是完成高等教育人才培養目標的重要教學環節。在土木工程材料實驗中設置“開放性實驗”，在時間與空間上給學生創造了實驗條件，吸引學生多走進實驗室進行與教學相關實驗甚至課外實驗，對其培養創新精神養成獨立思考的基本科學精神有著超乎尋常的促進作用。“開放性實驗”既要求學生具有獨立查閱相關文獻的檢索能力，又鼓勵學生之間對文獻內容進行討論，間接促使學生們在學習上的交流，以形成團結協作的研究習慣，培養學生的團隊精神，這對新時期的工科大學生掌握創新能力，發展創新思維有著積極的意義。（本文作者：趙勝華、陳慕杰、陳宜虎、虞愛平 單位：桂林理工大學、桂林理工大學博文管理學院）