管窺土木工程材料實驗的層次化
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(一)實驗項目的層次化
三峽大學(xué)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(xué)等專業(yè)的土木工程材料實驗教學(xué)。原有的實驗教學(xué)存在諸多不足，經(jīng)過近2年實驗教學(xué)改革的實踐，現(xiàn)階段該課程的實驗采用層次化的實驗教學(xué)模式，將實驗教學(xué)按實驗項目分為兩個層次:一是驗證性、設(shè)計性及少量綜合性實驗，其實驗內(nèi)容對應(yīng)于教學(xué)大綱的范圍，是課程學(xué)習的基本要求，此處統(tǒng)稱為基本性實驗，如表1所示;二是綜合性、設(shè)計性及創(chuàng)新性實驗項目，其內(nèi)容或是課程重點或難點的綜合運用，或?qū)儆诋斍跋嚓P(guān)領(lǐng)域的研究熱點或研究趨勢，亦或源于科研項目，并與教學(xué)密切相關(guān)的工程技術(shù)問題等，統(tǒng)稱為創(chuàng)新性實驗，如表所示2。第二層次的創(chuàng)新性實驗適合學(xué)有余力，且有繼續(xù)學(xué)習和一定研究興趣的學(xué)生，為選做實驗。
(二)教學(xué)組織與實施
1．基本性實驗的教學(xué)組織與實施第一層次的實驗即基本性實驗對應(yīng)于教學(xué)大綱的要求，可以按照原教學(xué)模式執(zhí)行教學(xué)組織與實施，在教學(xué)組織與實施過程中應(yīng)注意兩個教學(xué)原則和三點教學(xué)方法。其中，“兩個原則”一是把實驗的主動性交還給學(xué)生;二是注重激發(fā)學(xué)生的實驗興趣，將學(xué)生的學(xué)習狀態(tài)由被動轉(zhuǎn)向主動，提高學(xué)生的學(xué)習自主性。通過實驗結(jié)果比較、自主選擇實驗方法、提問引導(dǎo)等教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生對基本性實驗的興趣。
2．創(chuàng)新性實驗的教學(xué)組織與實施第二層次的實驗，即創(chuàng)新性實驗的教學(xué)組織與實施方案，主要包括學(xué)生的遴選、實驗指導(dǎo)教師的確定兩方面。學(xué)生的遴選即是如何確定參與創(chuàng)新性實驗的學(xué)生。遴選時不僅應(yīng)考慮學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)與能力，也要綜合實驗室相關(guān)設(shè)備的實際情況。為了保障取得較理想的教學(xué)質(zhì)量與效果，應(yīng)適當控制選做本層次實驗的學(xué)生人數(shù)。從教學(xué)實踐看，每學(xué)期開展第二層次實驗的項目數(shù)以4～6項為宜，最高不超過8項，同時限定每名學(xué)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(shè)備數(shù)量充足、實驗指導(dǎo)教師到位)，又能取得較滿意的教學(xué)效果。參與該層次實驗的學(xué)生比例從2011年秋季學(xué)期的15%增加到2013年春季學(xué)期的37%。今后，隨著實驗室建設(shè)的逐步完善(設(shè)備、師資隊伍等)，這一比例也將逐步提高。但考慮到創(chuàng)新性實驗對學(xué)生能力的要求以及教學(xué)效果等情況，教學(xué)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(dǎo)教師的確定應(yīng)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(dǎo)。如有特殊情況(上課時間沖突等)，則應(yīng)由全體教學(xué)團隊人員協(xié)商解決，或安排在周末學(xué)生無課的時段，以保證創(chuàng)新性實驗教學(xué)的順利進行。
3．創(chuàng)新性實驗教學(xué)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(xué)生，如3～5人組成實驗小組，多數(shù)實驗項目都要求學(xué)生自行查閱文獻，經(jīng)交流討論、設(shè)計實驗方案后再開展實驗。這一過程既能提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)其創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，也可鍛煉學(xué)生的團隊協(xié)作能力。但是，團隊合作給少數(shù)只為混學(xué)分的學(xué)生提供了可乘之機。另一方面，由于創(chuàng)新性實驗沒有固定的實驗課時間，且實驗總學(xué)時數(shù)也不能事先預(yù)定，這就要求指導(dǎo)教師應(yīng)在整個實驗中，實施過程性評價方法，加強過程管理和監(jiān)督。
4．創(chuàng)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(gòu)成，各部分所占權(quán)重依次為70%、20%、10%。開設(shè)創(chuàng)新性實驗后，課程成績的評定既要對學(xué)生有一定的激勵，又應(yīng)避免出現(xiàn)學(xué)生為提高成績而一哄而上、爭相選做第二層次實驗的現(xiàn)象。教學(xué)實踐中，根據(jù)學(xué)生的實驗態(tài)度、實驗進展及完成效果等情況，采用“優(yōu)、良、中、合格、不合格”共五檔進行評定，并據(jù)此酌情額外增加學(xué)生的實驗成績。比如，當?shù)诙哟螌嶒灥某煽優(yōu)椤皟?yōu)”時，可額外增加該生的實驗成績10分，并按相應(yīng)權(quán)重計入課程總成績。
(三)教學(xué)模式與方法層次化的實驗
教學(xué)新模式要求改革實驗教學(xué)模式和教學(xué)手段，以學(xué)習為中心，實驗教學(xué)內(nèi)容層次化，充分利用現(xiàn)代化的教學(xué)手段。教師應(yīng)改變自己的教學(xué)角色，確立為“學(xué)”而“教”的思想，在整個實驗教學(xué)過程中，始終以學(xué)生為中心，確保學(xué)生的主體地位。實驗內(nèi)容層次化可以最大限度地調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，提高學(xué)生的實驗技能，并有利于培養(yǎng)其創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。教師應(yīng)充分利用多媒體、網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代化教學(xué)手段進行實驗教學(xué)，如制作多媒體電子教案、CAI課件以及建立課程網(wǎng)站等，方便學(xué)生提前預(yù)習和自學(xué)，既能提高實驗效率和教學(xué)質(zhì)量，又可以開拓和豐富學(xué)生的視野與知識面。
二、層次化教學(xué)模式長期有效的保障措施
開展創(chuàng)新性實驗項目的教學(xué)，不僅能夠加強學(xué)生對相關(guān)內(nèi)容的理解和把握，而且還能使學(xué)生較好地把握相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點、研究趨勢，掌握新的實驗技術(shù)或新方法，更重要的是能夠逐步培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力和研究興趣，有利于培養(yǎng)復(fù)合型人才，這也是三峽大學(xué)土木工程材料實驗教學(xué)改革的主要目的。為保證創(chuàng)新性實驗教學(xué)的長期穩(wěn)定運行，必須采取相應(yīng)的保障措施。
(一)確定合適的實驗項目
創(chuàng)新性層次實驗教學(xué)的首要工作是選題。選題要有創(chuàng)造性的因素，最好能解決一個較為復(fù)雜的技術(shù)問題，以便使學(xué)生得到較全面的訓(xùn)練。選題應(yīng)該優(yōu)先選擇源于科研項目，并與教學(xué)密切相關(guān)的工程技術(shù)問題，使學(xué)生在規(guī)定的時間通過努力基本上能完成任務(wù)，從而鞏固、加深和擴大學(xué)生的專業(yè)知識面，增強工作技能以及創(chuàng)造性。此外，為保證創(chuàng)新性層次實驗教學(xué)的長期運行，創(chuàng)新性實驗項目應(yīng)不斷推陳出新。從實驗教學(xué)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(guān)領(lǐng)域研究熱點、研究趨勢，以及實驗新技術(shù)與新方法的實驗內(nèi)容作為創(chuàng)新性實驗項目，采用與建材相關(guān)的大學(xué)生科技創(chuàng)新項目(國家級、省級和校級)、大學(xué)生挑戰(zhàn)杯競賽科技項目，以及學(xué)校設(shè)立的大學(xué)生求索創(chuàng)新項目等，另有少量創(chuàng)新性實驗項目結(jié)合教師的科研項目設(shè)置。
(二)經(jīng)費來源和相關(guān)配套政策
創(chuàng)新性層次的實驗項目所用原料、藥品及儀器運轉(zhuǎn)與維修費用等經(jīng)費開支，都應(yīng)進行相應(yīng)配套與完善，以形成長效機制?？梢酝ㄟ^申請國家級、省級、校級等各級各類創(chuàng)新項目或科技項目，如大學(xué)生科技創(chuàng)新項目、挑戰(zhàn)杯競賽項目、三峽大學(xué)設(shè)立的大學(xué)生求索創(chuàng)新活動及其他項目，或從教師的科研項目中設(shè)置第二層次的實驗教學(xué)項目等形式來獲取經(jīng)費支持。2011年秋季至2013年春季共四個學(xué)期的教學(xué)實踐中，第二層次實驗教學(xué)項目的經(jīng)費來源于國家自然科學(xué)基金、湖北省教育廳科學(xué)研究項目各1項、湖北省大學(xué)生挑戰(zhàn)杯競賽項目1項、三峽大學(xué)設(shè)立的大學(xué)生求索創(chuàng)新活動2項、教學(xué)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(jiān)督機制等。條件保障方面，要繼續(xù)加大實驗室建設(shè)力度，完善實驗室儀器設(shè)備等硬件設(shè)施。建筑材料實驗經(jīng)過自2009年秋以來的累次建設(shè)投入，實驗設(shè)備、場地及環(huán)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(shè)施的要求。在激勵約束機制方法方面，制定和完善了相關(guān)管理政策，如:對參與創(chuàng)新性實驗的學(xué)生在綜合測評時適當加分，指導(dǎo)教師評職稱時優(yōu)先推薦等。不僅吸引學(xué)生參與創(chuàng)新實驗，還鼓勵教師參與第二層次實驗教學(xué)。
(四)加強過程控制
指導(dǎo)教師要加強對創(chuàng)新性實驗項目的過程控制。制定相應(yīng)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(guī)范、科學(xué)的管理，對第二層次實驗項目的教學(xué)進行有效監(jiān)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(dǎo)等方面開展討論，檢查學(xué)生實驗日志、實驗的收獲或思考內(nèi)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(yù)定任務(wù)。中期檢查是創(chuàng)新性實驗項目教學(xué)過程的重要環(huán)節(jié)，院(系)組織相關(guān)教師對項目實施中期檢查，可以使學(xué)生相互學(xué)習借鑒，而專家的評價起到診斷、督促、啟發(fā)、指導(dǎo)作用。建立并實施以過程為導(dǎo)向的創(chuàng)新性實驗項目評價體系，同時配套相應(yīng)的激勵機制，包括設(shè)立創(chuàng)新學(xué)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(xué)習氛圍，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新熱情。實踐表明，加強過程控制是開展第二層次實驗教學(xué)、保證教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵一環(huán)，通過加強對實驗過程的監(jiān)督管理，取得了較好的教學(xué)效果。
(五)加強實驗教學(xué)師資隊伍的建設(shè)
建設(shè)一支責任心強、業(yè)務(wù)過硬的師資隊伍，是搞好實驗教學(xué)改革，提高教學(xué)質(zhì)量的基本保證，也是適應(yīng)高校培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才的需要。通過相關(guān)政策與制度，吸引教師積極參與實驗室建設(shè)和實驗教學(xué)工作，同時支持他們參加各類實驗技能培訓(xùn)，增強業(yè)務(wù)能力，使其能勝任不斷推陳出新的創(chuàng)新性實驗項目教學(xué)。目前，學(xué)校和學(xué)院均制定了相關(guān)政策，要求教師積極參與實驗室建設(shè)，經(jīng)常參加相關(guān)的實驗技能和業(yè)務(wù)能力培訓(xùn)，并將這兩點作為教師職稱申報時的必備條件之一。目前執(zhí)行情況良好，促進了實驗教學(xué)的師資建設(shè)。
三、層次化實驗教學(xué)的實踐效果
經(jīng)過2011年秋季學(xué)期至2013年春季學(xué)期共4個學(xué)期的教學(xué)實踐，取得的效果表現(xiàn)為以下3方面。
(1)提高了學(xué)生的實驗技能，加深知識理解，擴展知識體系。學(xué)生根據(jù)創(chuàng)新性實驗項目和要求，自己查閱相關(guān)資料，進行實驗方案設(shè)計和實驗，啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生獨立解釋實驗現(xiàn)象、分析實驗結(jié)果，最后以書面報告或小論文的形式進行交流，使學(xué)生得到全面、綜合的實驗技能訓(xùn)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(guān)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(xué)生積極主動學(xué)習的氛圍，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)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(xué)以來，在2012年成功申報2項校級求索創(chuàng)新活動項目(2010級土木工程專業(yè)學(xué)生)，2013年開展的創(chuàng)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(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽二等獎。同時，學(xué)生依托創(chuàng)新實驗項目在國際會議上公開發(fā)表學(xué)術(shù)論文2篇:《粉磨時間對磷渣粉活性的影響》于2012年11月發(fā)表在兩岸四地高性能混凝土國際研討會論文集，
(3)學(xué)生掌握了自主學(xué)習方法和能力，培養(yǎng)了團隊協(xié)作精神和能力。學(xué)生在創(chuàng)新實驗過程中，逐步學(xué)習和掌握解決問題的方法，同時，培養(yǎng)了團隊合作精神和能力。
四、結(jié)語
實踐教學(xué)是高等院校提高學(xué)生實踐技能，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力和職業(yè)適應(yīng)能力的重要手段。土木工程材料實驗實行層次化的教學(xué)模式，不僅促使學(xué)生熟練掌握相關(guān)理論知識，補充和深化知識、拓寬知識面，而且通過開設(shè)第二層次的創(chuàng)新性實驗，還能使學(xué)生較好地把握相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點、研究趨勢，熟悉新的實驗技術(shù)或新方法，更重要的是，逐步培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力和研究興趣，有利于培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。以三峽大學(xué)“土木工程材料”實驗的教學(xué)改革為例，將實驗教學(xué)項目分為基礎(chǔ)性實驗和創(chuàng)新性實驗兩個層次，從教學(xué)項目的層次化、教學(xué)組織與實施、教學(xué)方法等方面，闡述了“土木工程材料”實驗的層次化教學(xué)模式，提出了實現(xiàn)該教學(xué)模式長效機制的保障措施，涉及實驗項目選題、經(jīng)費來源、過程化管理、實驗室管理制度及實驗教學(xué)的師資建設(shè)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(xué)土木與建筑學(xué)院