開放性實驗在土木工程專業(yè)中的運用思索

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為了能給學(xué)生提供了自主學(xué)習(xí)、獨立思考和個性發(fā)展的空間，有效地避開傳統(tǒng)實驗教學(xué)的不足，就必須改變傳統(tǒng)的實踐教學(xué)方式，開展“開放性實驗”教學(xué)。所謂“開放性實驗”，就是將實驗室開放，學(xué)生按教學(xué)要求、自身的興趣、愛好，根據(jù)自己的實際情況選擇時間去進(jìn)行自己設(shè)計的實驗[4，5]。學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識，選擇一個題目，獨立設(shè)計實驗方案，并完成實驗過程，該題目實驗內(nèi)容應(yīng)具有綜合性、設(shè)計性和創(chuàng)造性，實驗形式具有可開放性。在整個實驗過程中，教師只負(fù)責(zé)對實驗方案進(jìn)行審查，在實驗過程中給予必要的指導(dǎo)、啟發(fā)，并引導(dǎo)學(xué)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(zhì)就是放開手腳讓學(xué)生獨立按自己的設(shè)計方案去完成實驗。使他們能更好地在實驗設(shè)計、實驗過程、實驗數(shù)據(jù)分析中培養(yǎng)克復(fù)困難的毅力，培養(yǎng)獨立思考、學(xué)習(xí)、分析的能力和總結(jié)成功與失敗的經(jīng)驗和教訓(xùn)。從“開放性實驗”含義可以看出，“開放性實驗”教學(xué)改變了以前的那種傳統(tǒng)式的教師對學(xué)生的“灌輸式”教育，把教學(xué)改為啟發(fā)式的“導(dǎo)”，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(xué)中提出建設(shè)創(chuàng)新型大學(xué)理念，圍繞創(chuàng)新性辦學(xué)理念，學(xué)校要求在教學(xué)上要進(jìn)一步突出創(chuàng)新人才培養(yǎng)的目標(biāo)要求，并落實到教學(xué)過程中，主要體現(xiàn)到各實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。為此，筆者在土木工程材料實驗教學(xué)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(xué)習(xí)，制定實驗方案

因為在“開放性實驗”中，問題的選擇和設(shè)計至關(guān)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(jīng)驗或教訓(xùn)，而對于未解決的問題來說，則要求學(xué)生結(jié)合所學(xué)內(nèi)容以及日常生活中出現(xiàn)的實驗現(xiàn)象，借助圖書館、互聯(lián)網(wǎng)查找相關(guān)的資料，引導(dǎo)學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問題、提出問題從而擬定實驗題目，制定實驗方案。

（二）引導(dǎo)學(xué)生思考，比較和確定實驗方案

根據(jù)學(xué)生對實驗方案的闡述，筆者分情況對其進(jìn)行引導(dǎo)。從其設(shè)計的實驗?zāi)康募捌溲芯績?nèi)容上進(jìn)行引導(dǎo)，鼓勵學(xué)生深入思考方案的可行性及創(chuàng)新性，通過思考，讓學(xué)生修正和完善實驗方案，并最終確定實驗方案。

（三）結(jié)合方案特點，實施開放性實驗

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

（四）根據(jù)實驗結(jié)果，提交實驗報告及分析

結(jié)合學(xué)生實驗的問題，根據(jù)實驗具體結(jié)果，引導(dǎo)學(xué)生分析實驗數(shù)據(jù)，判別實驗結(jié)果，進(jìn)而提高學(xué)生解決問題的能力，同時在結(jié)果分析中，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新能力，啟發(fā)學(xué)生思考新的問題，進(jìn)而充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性。

“開放性實驗”教學(xué)對學(xué)生能力培養(yǎng)的影響

在這次“開放性實驗”教學(xué)的嘗試中，學(xué)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(shè)計的實驗。“開放性實驗”使學(xué)生在校內(nèi)找到了理論與實際相聯(lián)系的一個很好的結(jié)合點，不僅提高了學(xué)生的發(fā)現(xiàn)問題，解決問題的能力；同時提高了學(xué)生在解決問題時學(xué)習(xí)能力以及團結(jié)協(xié)作的精神；并且在完成實驗的過程中，加深了學(xué)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(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，解決問題的能力“開放性實驗”方案的選擇和設(shè)計過程中，學(xué)生需要首先發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)而分析問題，并在比較各選項方案可行性的基礎(chǔ)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(xué)生分析問題解決問題的能力。同時，由于學(xué)生自己從實際問題中選擇出來的設(shè)計題目，對學(xué)生來說，要么就是學(xué)生理解的難點和疑問點處，要么就是學(xué)生感興趣的方面。這些都能夠激起學(xué)生探究問題的興趣，使學(xué)生能夠通過自主學(xué)習(xí)、相互討論、實驗驗證、結(jié)果分析等過程，在其已有知識的基礎(chǔ)上架構(gòu)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(xué)生的“開放性實驗”設(shè)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(diào)節(jié)濕度的性能，并最終取得了成功。為此，把問題提交給學(xué)生，讓學(xué)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(xué)生通過分析問題、解決問題來達(dá)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(xué)實驗中混凝土配合比設(shè)計實驗，讓學(xué)生對混凝土的工作性、強度及配合比設(shè)計有了感性的認(rèn)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(xué)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(jìn)行比較的實驗題目，學(xué)生相互之間的討論、比較、決策，探究等過程，對于培養(yǎng)學(xué)生分析和解決的能力大有幫助。

（二）提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和團隊協(xié)作能力

“開放性實驗”問題提出后，就需要學(xué)生針對問題開展學(xué)習(xí)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(xué)生在有限的時間完成研究工作，活動中的學(xué)生都是主角，實驗的進(jìn)行迫使學(xué)生自主學(xué)習(xí)，查閱文獻(xiàn)，大大提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。由于問題具有真實性和復(fù)雜性的特點，就需要各小組成員分工明確、責(zé)任明確。對于任何一個實驗的研究，小組成員都必須進(jìn)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(jìn)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(xiàn)問題的解決，都需要學(xué)生具備良好協(xié)調(diào)能力。這種讓學(xué)生自我組織劃分工作職責(zé)的方式有利于培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作精神。同時，學(xué)生在分組討論學(xué)習(xí)過程中，也將逐漸體會到分工協(xié)作、相互傾聽、相互尊重的重要性，這種團隊協(xié)作能力往往是傳統(tǒng)教學(xué)方法所不能觸及的，但對于工科類專業(yè)的學(xué)生，這種基本職業(yè)技能訓(xùn)練是不可或缺的。

（三）提高學(xué)生對理論和實驗知識的理解和運用

首先“，開放性實驗”的設(shè)計就需要學(xué)生在充分掌握相關(guān)理論基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上進(jìn)行，通過方案分析比較，讓學(xué)生更深刻的理解了理論與實驗的結(jié)合，從而鞏固和提高了學(xué)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(jìn)行土木工程材料實驗授課，共89人，分為18組。其中6組為學(xué)生自行組織的“開放性實驗”小組，其余12組進(jìn)行了傳統(tǒng)的土木工程材料實驗教學(xué)。為了了解“開放性實驗”的效果，筆者精心設(shè)計了一份“土木工程材料實驗考核試卷”，按教學(xué)要求全面考核學(xué)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(jìn)行的相應(yīng)的講解，然后分別進(jìn)行相應(yīng)的實驗教學(xué)。從考核的結(jié)果來看，“開放性實驗”小組成員考核成績明顯高于“傳統(tǒng)性實驗”小組的同學(xué)，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(xué)效果明顯。從參與“開放性實驗”的學(xué)生與三個班學(xué)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(xué)效果明顯，激發(fā)了學(xué)生的求知欲望，提高了學(xué)生分析問題，解決問題的能力，從而提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)成績。

結(jié)語

高等教育教學(xué)改革已經(jīng)邁出了很大的步伐，并取了得積極的成果，學(xué)生的動手能力及創(chuàng)造性思維能力培養(yǎng)，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(yè)中，已經(jīng)成為重中之重。而實驗教學(xué)是高等教育中培養(yǎng)學(xué)生動手能力和創(chuàng)新能力的重要手段，是完成高等教育人才培養(yǎng)目標(biāo)的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。在土木工程材料實驗中設(shè)置“開放性實驗”，在時間與空間上給學(xué)生創(chuàng)造了實驗條件，吸引學(xué)生多走進(jìn)實驗室進(jìn)行與教學(xué)相關(guān)實驗甚至課外實驗，對其培養(yǎng)創(chuàng)新精神養(yǎng)成獨立思考的基本科學(xué)精神有著超乎尋常的促進(jìn)作用?！伴_放性實驗”既要求學(xué)生具有獨立查閱相關(guān)文獻(xiàn)的檢索能力，又鼓勵學(xué)生之間對文獻(xiàn)內(nèi)容進(jìn)行討論，間接促使學(xué)生們在學(xué)習(xí)上的交流，以形成團結(jié)協(xié)作的研究習(xí)慣，培養(yǎng)學(xué)生的團隊精神，這對新時期的工科大學(xué)生掌握創(chuàng)新能力，發(fā)展創(chuàng)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(xué)、桂林理工大學(xué)博文管理學(xué)院）