土木工程本科实验教学改革

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摘 要：针对我校土木工程专业本科实验教学中存在的一些问题进行分析,从综合性、设计性、自主性和创新性等方面引导学生,搭建实验教学平台,逐步培养和增强学生的科学思维能力、动手能力、创新能力和解决问题能力.从而籍此提高实验的教学质量、教学水平,推动实验室的规范化管理进程.

关 键 词 ：土木工程 教学改革 综合性 自主性 创新能力

高校实验教学工作水平的高低,是体现学校教学水平、科研水平、管理水平以及学生综合水平的一个重要标志[1].实践性教学在现代工程教育中占有非常重要的位置,是培养学生科学思维能力、实际动手能力、创新能力和解决问题能力的重要环节,它的作用和功能是理论教学所不能替代的[2-3].

我校土木系,成立于1979年,至今已有三十多年的历史.目前的建工学院已有较强的师资力量和一定层次的办学规模,实验教学也随之逐步得到了一定的发展.在2008年,土木工程本科专业通过了住房与城乡建设部评估.通过评估使我们发现,现有的本科实验教学的方法和内容还需要进一步的改进和深化.

1.本科实验教学现状与存在问题

1.1 实验涉及范围不够全面,内容从属理论课程比较突出

长期以来,在“高等学校应以理论教学为主,实践教学为辅；理论教学体现学术性,实践教学是理论教学的一个环节、一个补充”等思想观念的指导下[4],土木工程专业本科实验教学课程的开设一直是《材料力学》、《建筑材料》、《测量学》、《土力学》、《钢筋混凝土结构》、《钢结构》等理论课程的配套措施.无论是从教学的安排、资金的投入、实验开设的内容等方面都体现了实验仅仅是理论教学的从属.这将导致学生们重理论轻实践,已经脱离了培养综合性人才的目标,更不利于为社会输送全面发展的优秀人才.

1.2 实验多为验证性,方式比较单一

现有的实验设置偏向专业性,实验之间相关性不强,比较分散.其内容又大多以验证性实验为主,综合性、设计性的实验相对较少.虽然目前也有部分自主实验内容,但学生一般只能按实验指导书中的步骤和方法进行准备和操作,在一定程度上也不能完全体现自主性.但综合设计性实验与理论教学相辅相成,它既能验证课程教学中的基本理论、设计方法,又能培养学生的探索精神、创新意识和解决实际问题的能力[5].

1.3 实验总时数明显偏少

一般在国内高校中,安排实践教学的时间是总学时的10%~20%,国外高校则占到35% [4].而实验教学只是实践教学的一小部分,时数就少之更少了.结合目前的土木工程为大专业培养方式,要求所有学生都学到各专业方向的基础课程,课程数目的增加使得实验教学时数也随之减少,我校的土木工程本科专业也不例外.

1.4 创新能力培养比较欠缺

由于现有的实验教学往往从属于理论教学,多数是用来满足对理论的验证.因此实验的目的、方法和所用的仪器设备往往事先确定,学生实验时按照这些既定步骤,按部就班地完成实验内容即可.此过程中学生处于被动地位,而一旦出现突发情况,学生由于没有事先准备,很容易进入不知所措的状态.这在一定程度上遏制了学生的主观能动性,不利于创新能力的培养.

2.拟改革的措施与方案

2.1 搭建综合、设计性实验平台,培养创新能力

结合现有的实验资源,搭建一个土木工程本科教学实验平台.这个平台拟结合结构试验室、材料实验室、道路实验室等多个实验室的仪器设备,在现有实验教学内容上,筛选、整合和增加一些具有设计性、自主性、综合性[6]的新实验内容,向新颖、创新、综合的方向发展,构建层次化、系列化的实验课程体系,坚持实验教学与应用结合且提供个性化培养空间[7].

考虑到学生选择实验时的方便性,将在平台下建立子平台,供学生选择、参考.新的土木工程本科教学实验平台主要包括建筑材料试验平台、砼结构试验平台、钢结构试验平台、现场检测平台、模型设计平台、和科研选题平台共6个子平台,每个子平台还有各自的分支,具体见图1：

2.2 建立相应的管理体制

首先要从思想上明确实验教学和理论教学的并重性,突出本科生实验教学的重要性.增加实验的课时数,并且专门设立一些新的实验类课程,设置独立的实验大纲,建立实验卡片,编写相应的实验指导书、报告册等技术文件.

其次,有效的完善管理体制是平台实施的有利保障.新的管理制度必须具有规范性和可操作性.学生在需要实验时,可以结合平台中的实验内容,确定自己的试验目的、内容与方案,向相应实验室提出申请,在得到实验室审核通过的前提下,指定相应老师指导来完成所有实验.详细申请流程见图2.

2.3 利用现有资源,以科研促进教学

大学能把科学研究的成果全面渗入教学内容,便是大学优势的充分体现,同时也是构建创新人才培养体系的有效途径[8].

我校“十一五”期间发展的主要目标和任务是建设国内知名的综合性教学研究型大学.人人重视科研,学校的科研水平会有一个突飞猛进的发展.我们要鼓励学生在掌握扎实的专业知识基础上,充分利用课余时间或者假期,加入老师们的课题组.也要积极参加省、学校、学院设立的学生创新科技项目基金,努力提高自己的实际动手能力、创新能力和综合分析问题的能力[9-11].

前者,让学生参加老师和研究生们的科研项目,协助老师来帮助查阅相关文献和完成相关试验.这样既可以使学生深入了解项目所在领域,增长见识,深入掌握课题的试验目的、注意事项和操作技能,也可以使教师抽出更多的时间,将更多的精力投入到理论研究中去,达到 “双赢”效果.后者,让学生在教师的指导下,直接申请一些课外科技的项目,可以使学生提前接触到如何申请课题,如何确定项目的目的、进行进程安排、结果的分析以及论文撰写等,逐步培养科学研究的各项技能,这对学生无论是今后的就业或者考研都是非常有益的.

3.实践的效果及分析

土木工程本科实验教学平台受到学院、学校的关注和支持,学院已经申请并开设了相应的选修课,目前已有18组同学参加了,共开设了18个试验研究项目.其中有2组同学选择了模型设计平台,2组同学选择了混凝土结构平台类,3组同学选择了建筑材料试验平台、3组同学选择了钢结构试验平台,5组同学选择了现场检测平台,3组同学选择了科研选题类的平台,他们都有自己的具体试验项目,并且都已经顺利完成,学生对此评价很高.

3.1有效提高了学生工程实践能力,综合培养了动手能力、创新能力和解决问题能力

学生从实验设计、目的确定、方案制定、试验准备、熟悉设备、动手操作到结果分析的全过程都是独立完成,把枯燥的理论知识和“听讲、观看、模仿”转变为具体的、生动的感性认识,将实验由被动变为主动.

实验过程既能学到理论知识,又能在指导老师的引导下逐一去解决一些突发问题,学到相关试验技能,融会贯通理论知识,提高发现问题、分析问题、独立解决问题的能力,同时把工程能力培养渗透到教学中,让新材料、新技术、新工艺、新方法在实际工程中得到应用,学生自己动手动脑,培养了创新能力和研究能力.

3.2 深化课本理论知识,激发学习主动性

整个试验过程,既可以巩固课本中的理论知识,加深学生对理论知识的理解和应用.还可以激发学习的积极性和主动性,学习的兴趣大大提高.如在混凝土梁试验中．挠度观测、应变监测、裂缝形成和发展规律、极限破坏荷载的确定、破坏形态等抽象的学科问题直观地展现形式,加深了学生对混凝土结构的认知程度.而试验结果和理论计算值的对比分析让学生更深刻理解了混凝土结构的随机性和复杂性.

3.3 提高了实验室仪器设备的使用率

随着各类新实验的增加,本科生实验内容的不断扩充,将促使大量学生进入实验室研究相应的试验内容.为保证有序进行,实验室全面地为学生开放,提供相应的仪器设备.这使得实验室的开放率和仪器设备的使用率都大幅提高,资源得到了充分利用.同时,也便于实验室管理人员在试验过程中检查各种仪器设备的完好情况,及时维修,保证仪器设备的完好率.

3.4推动了实验室的规范化管理

通过土木工程本科实验教学的改革,使我们的实验室在制度管理、人员管理、设备管理和维护等方面都有了较大的进步.我们制定了严格的试验申请程序,对实验大纲、仪器操作规程、实验指导书与报告册、实验室使用登记制度等都进行了整理和修订,有力地推动和加强了实验室规范化、程序化的管理.

4.结束语

国务院在《关于深化教育改革全面推进素质教育的决定》中指出高等院校在培养学生时,重点应突出培养学生的创新精神、实践能力和创业能力[12].我们要把指导思想贯彻到土木工程领域中,在遵循实验教学规律的基础上,不断地进行实验教学改革与建设,积极参加科学研究和工程实践,不断地提高科研能力和学术水平,不断地提高教学质量与水平,为社会输送优秀的人才.

基金项目：浙江工业大学教学改革项目（JG1122）.