土木工程材料實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)方法探索

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［摘要］實(shí)驗(yàn)教學(xué)是工程教育認(rèn)證重點(diǎn)關(guān)注的方向之一，土木工程材料實(shí)驗(yàn)課程是土木工程專業(yè)的一門核心課程。文章在分析土木工程材料實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)現(xiàn)狀及存在問題的基礎(chǔ)上，基于工程教育認(rèn)證理念，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)，從教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法與教學(xué)考核評價(jià)體系四方面提出土木工程材料實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)方法的改革與創(chuàng)新方向，即基于工程認(rèn)證理念完善教學(xué)大綱；考慮課程特點(diǎn)，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，豐富實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)，對教學(xué)內(nèi)容及方法進(jìn)行改革創(chuàng)新；建立以學(xué)生為主體的過程考核評價(jià)體系。

［關(guān)鍵詞］工程教育認(rèn)證；教學(xué)改革；互聯(lián)網(wǎng)+；土木工程材料

一、引言

工程教育在我國高等教育體系中占30%以上。工程教育認(rèn)證理念認(rèn)為，工程人才的培養(yǎng)不能只有技術(shù)教育，其要求畢業(yè)生在掌握基本工程知識的基礎(chǔ)上，具備對具體的工程問題進(jìn)行分析與解決的能力，還要求學(xué)生具有其他知識與能力，如了解土木工程材料的可持續(xù)、綠色低碳、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)等性能，并可根據(jù)工程的特點(diǎn)對材料進(jìn)行設(shè)計(jì)與選擇。如何在校園內(nèi)、課堂上培養(yǎng)出同時(shí)具備工程實(shí)踐能力與科研創(chuàng)新能力的復(fù)合型工程人才，如何根據(jù)工程教育認(rèn)證理念對傳統(tǒng)教學(xué)過程進(jìn)行改革與創(chuàng)新，是當(dāng)前高等工程教育面臨的重大挑戰(zhàn)［1］。土木工程材料實(shí)驗(yàn)課程通過方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、結(jié)果處理、現(xiàn)象分析、實(shí)驗(yàn)結(jié)論等一系列過程，鍛煉和提升學(xué)生的綜合能力。但現(xiàn)階段土木工程材料實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)過程中存在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)際工程聯(lián)系不夠緊密、教學(xué)方法缺乏創(chuàng)新等一系列問題，不能滿足工程教育認(rèn)證理念的相關(guān)要求。為讓土木工程專業(yè)更好地適應(yīng)新時(shí)期的科技變革與產(chǎn)業(yè)升級，需結(jié)合工程教育認(rèn)證理念，對其教學(xué)過程、教學(xué)方法及教學(xué)模式進(jìn)行進(jìn)一步的改革與創(chuàng)新，將教學(xué)培養(yǎng)模式從培養(yǎng)專業(yè)理論知識較強(qiáng)的專業(yè)型人才向培養(yǎng)溝通交流能力佳、創(chuàng)新與實(shí)踐能力較強(qiáng)等綜合素質(zhì)較高的復(fù)合型專業(yè)人才轉(zhuǎn)變。另一方面，人們已進(jìn)入信息時(shí)代，“互聯(lián)網(wǎng)+”在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用［2］。教育發(fā)展規(guī)劃中也強(qiáng)調(diào)將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與高等教育進(jìn)行深度融合，對人才培養(yǎng)模式進(jìn)行創(chuàng)新與改革［3-4］。互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，給高等工程教育帶來新機(jī)遇的同時(shí)，也帶來了新的挑戰(zhàn)。如何抓住“互聯(lián)網(wǎng)+”給高等教育行業(yè)帶來的新機(jī)遇，是高等教育面臨的一個(gè)重要而且緊迫的課題。將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，可擴(kuò)展學(xué)生的知識面，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，以更好地踐行“以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)”這一工程教育認(rèn)證理念［5-9］。綜上，在分析現(xiàn)有土木工程材料實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)問題的基礎(chǔ)上，文章針對現(xiàn)有土木工程材料實(shí)驗(yàn)課程存在的不足，基于工程教育認(rèn)證理念，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)，探討土木工程類實(shí)驗(yàn)課程在“工程教育理念”背景下的人才培養(yǎng)模式，提出土木工程材料實(shí)驗(yàn)課程相應(yīng)的改革措施，以獲得更好的教學(xué)效果，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，為本門課程乃至同類課程上課效率及課堂效果的提升奠定一定的基礎(chǔ)。

二、土木工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

目前，國內(nèi)高校針對土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)已經(jīng)進(jìn)行了一定的探索與改革，并提出了一些改革方法［10-11］。但是隨著工程教育認(rèn)證理念的提出，以及互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)在高等教育中的快速發(fā)展，土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)類教學(xué)仍存在各種各樣的問題。下面就以土木工程材料實(shí)驗(yàn)課程為例，對其存在的問題進(jìn)行總結(jié)分析。

（一）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不合理。土木工程材料實(shí)驗(yàn)課程共包括7個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，其中6個(gè)為操作型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，1個(gè)為設(shè)計(jì)加操作型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，設(shè)計(jì)加操作型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目學(xué)時(shí)占總學(xué)時(shí)數(shù)的25%，占比較低。上述教學(xué)內(nèi)容在一定程度上可使學(xué)生盡快熟悉并掌握土木工程材料的性能及測試方法。但實(shí)驗(yàn)過程中我們發(fā)現(xiàn)，大部分學(xué)生主要依靠教材上的實(shí)驗(yàn)步驟，“復(fù)制、粘貼”完成實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程中缺少自主性和主動(dòng)性，這不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和工程思維，不符合工程教育認(rèn)證理念。

（二）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一，缺乏實(shí)際工程問題近年來，我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)飛速發(fā)展，新的設(shè)計(jì)方法、新型施工方式及檢測設(shè)備快速發(fā)展，如3D打印混凝土、陶瓷混凝土、綠色機(jī)制砂高性能混凝土、裝配式工程、智慧生產(chǎn)線等新型材料及技術(shù)，對應(yīng)的土木工程材料性能、設(shè)計(jì)方法和施工檢測方式也逐漸更新。而現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要為傳統(tǒng)土木工程材料性能檢測試驗(yàn)（水泥細(xì)度、安定性、強(qiáng)度，骨料密度、混凝土配合比等），所采用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備及檢測手段較為老舊。總之，現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)際工程的聯(lián)系不夠緊密，缺乏創(chuàng)新，很難激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣與積極性，導(dǎo)致學(xué)生解決工程實(shí)際問題的能力較為欠缺，教學(xué)效果達(dá)不到工程教育認(rèn)證的要求。

（三）教學(xué)考核機(jī)制較為單一。現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核方式較為單一，主要由平時(shí)成績（出勤）和最終的實(shí)驗(yàn)報(bào)告兩部分組成。上述考核機(jī)制與工程教育認(rèn)證理念中強(qiáng)調(diào)的“過程評定”“以學(xué)生為中心”“個(gè)性化評定”的理念不符。而且現(xiàn)有的評價(jià)考核機(jī)制無法反映學(xué)生的工程實(shí)踐能力，無法準(zhǔn)確判斷學(xué)生的工程能力是否得到鍛煉、學(xué)習(xí)成效是否滿足要求。這種評價(jià)考核機(jī)制缺少了“評價(jià)-反饋-改進(jìn)”中的后兩步，無法實(shí)現(xiàn)工程教育理念中“持續(xù)改進(jìn)”的要求［9］。

（四）教師的教學(xué)理念與工程素養(yǎng)欠缺。在土木工程材料實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師隊(duì)伍中，青年教師所占比例較大，超過50%。任課教師均具有研究生學(xué)歷，部分教師具有海外留學(xué)經(jīng)歷，專業(yè)知識較為深厚，而且具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，科研能力較強(qiáng)，但是部分教師缺少實(shí)際工程經(jīng)歷，很難指導(dǎo)學(xué)生解決工程實(shí)際難題，且鮮有教師將科研融入實(shí)際實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中。另一方面，大部分教師對工程教育認(rèn)證理念不夠了解，教學(xué)觀念尚未轉(zhuǎn)變，在教學(xué)過程仍是單向灌輸，充當(dāng)講授者、主導(dǎo)者的角色，出現(xiàn)“教師講，學(xué)生聽，實(shí)驗(yàn)照書做”的現(xiàn)象。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因與學(xué)校、學(xué)院對教師工程教育認(rèn)證主題培訓(xùn)、工程實(shí)踐培訓(xùn)不到位有一定的關(guān)系。

三、土木工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革措施

（一）完善教學(xué)大綱。一方面，可以結(jié)合土木工程材料課堂特點(diǎn)、畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)（見表1）與工程教育認(rèn)證理念，制定課程教學(xué)目標(biāo)，完善教學(xué)大綱，以符合工程教育認(rèn)證理念。另一方面，爭取教學(xué)經(jīng)費(fèi)，在更新補(bǔ)充原有實(shí)驗(yàn)儀器臺套數(shù)的基礎(chǔ)上，購買新型設(shè)備，如混凝土3D打印設(shè)備、霍普金森桿、多功能環(huán)境實(shí)驗(yàn)箱、多功能疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)等高端實(shí)驗(yàn)設(shè)備。常規(guī)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目保證每組實(shí)驗(yàn)學(xué)生數(shù)在3—5人，避免1人做實(shí)驗(yàn)其他人“圍觀”的現(xiàn)象，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力；新型、大型實(shí)驗(yàn)以小組形式開展，鍛煉并提升學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作與溝通表達(dá)的能力。

（二）更新教學(xué)內(nèi)容。是否能解決實(shí)際的復(fù)雜工程問題是判斷當(dāng)代工程師是否合格的重要標(biāo)準(zhǔn)，也是工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中判斷學(xué)生是否具備工程實(shí)踐能力的重要考查點(diǎn)。為提高學(xué)生運(yùn)用所學(xué)理論與專業(yè)知識解決工程實(shí)際問題的能力，在保證總實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)不變的情況下，壓縮操作型實(shí)驗(yàn)的學(xué)時(shí)，增設(shè)與實(shí)際工程相關(guān)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，或結(jié)合任課教師實(shí)際研究課題開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，讓學(xué)生更好地了解土木工程材料行業(yè)的科技前沿技術(shù)，緊跟行業(yè)潮流。如建筑垃圾再生利用、3D打印混凝土、輕質(zhì)混凝土，機(jī)制砂混凝土、鋼結(jié)構(gòu)等相關(guān)試驗(yàn)，以鍛煉學(xué)生的設(shè)計(jì)、研究及創(chuàng)新能力。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)上，鼓勵(lì)科研項(xiàng)目較多的教師為本科生設(shè)立開放創(chuàng)新課題，以傳幫帶的形式，讓部分學(xué)生在充實(shí)大學(xué)生活的同時(shí)，了解更多專業(yè)前沿科技課題，為行業(yè)儲(chǔ)備科技人才奠定一定的基礎(chǔ)。通過該類實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可從原材料的選擇、材料設(shè)計(jì)、性能檢驗(yàn)方法、材料的經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性等方面加深對土木工程材料理論知識的認(rèn)識，認(rèn)識到土木工程材料及組成對工程結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)及使用性能的影響，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際工程問題的能力。此外，還可以在實(shí)驗(yàn)過程中鼓勵(lì)學(xué)生自主設(shè)計(jì)開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，讓學(xué)生在教學(xué)過程中占據(jù)主導(dǎo)地位，以提高其積極性與主動(dòng)性，激發(fā)其創(chuàng)新思維。

（三）創(chuàng)新教學(xué)方法。工程教育認(rèn)證體系中要求學(xué)生畢業(yè)時(shí)具備工程基礎(chǔ)知識、問題分析、設(shè)計(jì)/開發(fā)、解決方案、研究、溝通等能力［10］。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)無法完全滿足上述畢業(yè)要求，下一步可開展“實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目化”，實(shí)驗(yàn)前任課教師列出幾個(gè)與工程實(shí)際相關(guān)的問題，引入工程項(xiàng)目概念，讓學(xué)生針對具體工程問題開展實(shí)驗(yàn)，以獲得較為真實(shí)的工程體驗(yàn)。如項(xiàng)目名稱：根據(jù)西北寒旱區(qū)實(shí)際氣候環(huán)境及水文條件，設(shè)計(jì)“西北寒旱區(qū)橋梁用C40混凝土”。研究內(nèi)容：在實(shí)驗(yàn)前查閱相關(guān)資料，了解西北寒旱區(qū)實(shí)際氣候環(huán)境特點(diǎn)、混凝土常見病害及設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮的因素及配合比設(shè)計(jì)重點(diǎn)。要求：1.自行組建團(tuán)隊(duì)，以小組為單位，分工解決實(shí)驗(yàn)開展過程中遇到的問題；2.實(shí)驗(yàn)過程中考慮土木工程材料的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益，將可持續(xù)發(fā)展、綠色低碳、循環(huán)再利用等理念引入實(shí)驗(yàn)過程中。通過上述教學(xué)方法的改革，可鍛煉學(xué)生分析問題、研究問題與解決問題的能力，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神，提高其溝通交流能力，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)能力與傳授知識相結(jié)合的工程教學(xué)目標(biāo)。近年來，互聯(lián)網(wǎng)＋技術(shù)在我國高等教育行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的教學(xué)方式已不能滿足互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下高等教育的改革要求［11］。下一步應(yīng)結(jié)合工程教育認(rèn)證理念，將互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)引入土木工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，探索互聯(lián)網(wǎng)+模式下的混合式教學(xué)方法。如對于部分難度較大、實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)設(shè)備不允許的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，可以結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，采用虛擬仿真技術(shù)讓學(xué)生學(xué)習(xí)該部分知識，例如國防抗爆混凝土性能研究、混凝土結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備較少、難度系數(shù)較大的實(shí)驗(yàn)，此類實(shí)驗(yàn)可結(jié)合網(wǎng)絡(luò)資源讓學(xué)生了解并學(xué)習(xí)。將互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)應(yīng)用于土木工程材料實(shí)驗(yàn)課程中，可充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，讓學(xué)生合理安排時(shí)間，以提高教師的教學(xué)效率與教學(xué)質(zhì)量，開拓學(xué)生眼界。豐富的網(wǎng)絡(luò)資源可激發(fā)學(xué)生對專業(yè)知識的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的綜合思維能力與創(chuàng)新思維。上述教學(xué)方法對任課教師的執(zhí)教水平與工程素養(yǎng)提出了較高的要求，這就要求院系要定期有針對性地選派教師到工程一線，豐富教師的工程實(shí)踐經(jīng)歷，提高教師的工程素養(yǎng)。為改變教師在原有教學(xué)中的主導(dǎo)地位，應(yīng)加強(qiáng)教師關(guān)于工程教育認(rèn)證理念的培訓(xùn)，將教師轉(zhuǎn)變?yōu)椤膀?yàn)收者”，指出學(xué)生在實(shí)驗(yàn)開展過程中遇到的問題，并提出改善的解決方法。

（四）改進(jìn)考核評價(jià)體系。教學(xué)考核體系是教學(xué)過程中非常重要的組成部分，其對于調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性、判斷學(xué)生的綜合能力具有重要意義。工程教育認(rèn)證體系強(qiáng)調(diào)，教師在教學(xué)過程中要堅(jiān)持“過程評價(jià)”指導(dǎo)思想，要以學(xué)生為中心，即在教學(xué)過程中，對每位學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的表現(xiàn)、解決實(shí)際工程問題的能力、在團(tuán)隊(duì)中的表現(xiàn)等方面，進(jìn)行跟蹤與評價(jià)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行反思并解決工程實(shí)際問題，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)報(bào)告與成績給出綜合性評價(jià)。鑒于此，基于工程教育認(rèn)證理念，筆者在土木工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核評價(jià)體系中增加過程評價(jià)，本門課程的最終考核評價(jià)體系為：平時(shí)成績（出勤10%）+過程評價(jià)（針對具體工程問題的思維擴(kuò)散情況+小組配合情況+考慮問題是否全面+根據(jù)具體工程是否考慮經(jīng)濟(jì)、綠色、環(huán)保以及網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)情況等方面，共40%）+實(shí)驗(yàn)報(bào)告（是否根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對具體問題具體分析，寫作是否規(guī)范認(rèn)真等方面，共50%）。

四、結(jié)論

在總結(jié)分析土木工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中存在的問題的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程教育認(rèn)證理念與互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)，提出土木工程材料實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)改革方向：1.結(jié)合土木工程材料課堂特點(diǎn)與工程教育認(rèn)證理念，制定課程教學(xué)目標(biāo)，完善教學(xué)大綱；2.將實(shí)際工程問題引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，鼓勵(lì)學(xué)生自主設(shè)計(jì)開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，鍛煉學(xué)生解決實(shí)際工程問題的能力；3.將互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)應(yīng)用于土木工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，實(shí)現(xiàn)“教”與“學(xué)”的有效結(jié)合，提高實(shí)驗(yàn)類課程的教學(xué)效率與教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力；4.將過程評價(jià)納入教學(xué)評價(jià)機(jī)制中，以對學(xué)生的綜合素質(zhì)進(jìn)行評價(jià)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。

作者:薛翠真 馮瓊 喬宏霞 曹輝 李瓊 單位:蘭州理工大學(xué)