高校土木工程開放式實驗教學研究論文
高校土木工程開放式實驗教學研究論文
摘要：
實驗教學在高校是培養學生綜合素質和實踐能力及創新能力的重要環節。針對土木工程專業的特點，開放式實驗教學逐漸受到高校的重視。本文基於土木工程專業傳統封閉實驗教學和開放式實驗教學的對比及實驗案例分析，透過對應用技術型高校土木工程專業開放式實驗教學模式進行探索，提出了“三層次”+“三階段”+“四開放”的開放式實驗教學模式。最後給出了適應於應用技術型高校土木工程專業開放式實驗教學建設合理化建議。
關鍵詞：
應用技術型高校；土木工程；開放實驗室
自2002年起我國開始逐步告別精英教育，迅速步入了高等教育的大眾化行列。大學教育逐漸將從精英式研究型人才培養的單一化向以大眾化應用型人才培養為主的多元化轉變，重視學生專業技能、創新能力、綜合能力、應用能力與人文素養的培養，從而實現理論知識與應用技能的零距離結合[1-3]。隨著我國高等教育進入大眾化階段，以知識發展為導向的學科中心正走向以社會需求為導向的學生中心模式，發展應用型本科教育是我國大批處於“金字塔塔身”的地方高等院校之必然選擇[4-6]。我國目前處於大規模的城市基礎投資建設時期，社會需要大量的高素質綜合性土木工程類應用技術型人才。土木工程專業作為工科專業的代表，是一門實踐性極強的學科，因此，實驗教學成為土木工程專業培養應用技術型人才實踐能力和綜合素質能力的重要環節[7-8]。然而，目前傳統封閉式實驗教學已不能完全滿足培養應用技術型人才的需要，因此，探索適應社會需求的現代特色的實驗教學方式是深化應用科技大學實驗教學改革的重要手段。而開展開放式實驗教學體系研究是改革傳統封閉式實驗教學的有效途徑。鑑於此，本文以部分高校嚮應用技術型高轉型為背景，透過對土木工程專業開放實驗室教學模式和執行機制及管理辦法的研究，最終提出開放式實驗教學體系建設合理化建議，為高校嚮應用技術型轉型土木工程專業實驗教學體系建設提供研究基礎。
一、土木工程專業傳統封閉實驗教學
羅傑爾培根曾說過“沒有實驗，便沒有科學”[9]。實驗教學與理論教學同等重要，即擔負著培養專業技術人才的重任，又是應用技術高校重要的教學環節。透過對地方高校的走訪調查，發現傳統的封閉實驗教學具有以下特點：①實驗教學內容固定且單一，以演示性和驗證性實驗為主，缺少創新性和綜合性實驗；②實驗教學方法落後，多以灌輸性教學為主，學生缺乏自主能動性；③實驗操作單調，限制了學生自由發揮的空間，很難激發學生對學科實驗的興趣[9]。實驗教學的'根本目的是為了使學生透過實驗學習科學思維方式、學習基本的科學實驗研究方法。然而，土木工程專業傳統封閉實驗教學整個過程以“驗證”為主，讓學生們固定而單一地按照老師給出的實驗步驟完成，使學生失去了體驗探索的樂趣，從而很難激發學生對專業知識的興趣。“驗證性”實驗作為傳統封閉實驗教學的主體，不僅利於培養學生髮現問題、分析問題、解決問題的能力，也不利於培養學生的創新意識和創新能力。以土木工程專業實驗教學中混凝土結構中簡支梁實驗為例，傳統的實驗教學的實驗準備過程，從簡支梁試件的設計、選料、製作、養護、安裝、貼上應變片、接線、架設測試裝置都是實驗教師進行準備，學生並未參與其中。因此，實驗課上學生在老師的指導下做的僅僅是載入、記錄實驗資料、整理實驗報告。學生處在被動的接受，教師在主導地位，學生對鋼筋的切割、綁紮、定位等工作中會遇到的問題無法透過實驗獲得，而且對課堂上的理論知識仍然停留在概念層面，無法體會到探索知識的樂趣，無從產生對專業學習的熱情，同時教師也感到教學任務繁重。因此，當以目前應用技術型大學的需求重新審視實驗教學時，不難發現傳統實驗教學已不能適應應用技術型人才培養的發展。土木工程傳統實驗教學模式在培養學生的創新意識和工程實踐能力面的不足日益凸現。如何增強實驗中實踐的趣味性，如何將實驗、實踐、科研有機結合在一起，如何引導學生主動學習是一個需要重視並有待進一步研究的問題。
二、土木工程專業開放式實驗教學
傳統實驗教學模型逐漸向開放式實驗教學模式轉變是實驗教學發展的需求。所謂開放式實驗教學，即將實驗室開放，學生可根據自己的興趣針對教學要求自行設計實驗，然後根據課程安排選擇時間開展實驗[2]。開放式實驗教學的特點：①教學內容豐富，為不同水平和能力的學生提供不同的實驗專案；②教學物件多樣，可對不同專業和年級的學生開放，充分利用實驗儀器裝置，實現資源共享；③教學方法靈活，利用現代化教學管理手段激發學生的實驗興趣。透過實驗時間、實驗空間、實驗資源的開放，以及實驗教學型別、實驗教學方法、實驗教學觀念、實驗教學管理體制、實驗教學評價體系等的開放，全面為學生營造一個開放、自由的創新實踐平臺[3]。因此，實施開放實驗教學可以充分發揮學生的主觀能動作用，培養學生自主學習能力、獨立思考能力以及動手解決實際問題的能力，可以有效地彌補傳統實驗教學的不足。以土木工程專業結構實驗為例，可增設結構最佳化與模型設計開放式實驗。可提供一些如多層建築、橋樑、高聳結構等的工程設計題目，讓學生根據要求進行模型設計選型、分析計算、加工製作，然後進行載入實驗。透過模型設計選型，使學生了解結構概念設計的重要性；透過模型製作，使學生充分意識到合理的施工工藝對結構整體安全的重要性，體會建築施工課程以外的專業知識；透過模型載入實驗，觀察模型在荷載下的響應和最終的極限承載力，讓學生對“結構最佳化與設計”有全面的瞭解和認識。模型載入過程實際是結構服役過程與破壞過程的展示，透過整個實驗使學生認識結構在正常使用極限狀態和承載力極限狀態時的工作效能，進一步增強對結構力學、鋼筋混凝土結構、建築結構抗震設計專業課程的理解。因此，土木工程專業開放式實驗教學將更好地適應應用技術型人才培養方案的要求。
三、應用技術型高校土木工程專業開放式實驗教學模式
國務院常務會議上已明確提出“引導一批地方本科院校嚮應用技術型高校轉型”。高校轉型的意義不僅僅為了緩解大學生就業的結構性矛盾，而且也是給希望繼續學習的社會人員提供一個通道，也能為國家經濟轉型升級儲備技術技能型人才。而且也希望轉型能夠改變教學與實踐的脫節及校企合作流於形式等不良境況。轉型過程中會面臨很多問題，而對於技術能力、實踐能力、綜合能力要求較高的土木工程專業人才培養，傳統的實驗教學模式顯然已不能完全滿足應用技術型人才培養的需求。
（一）土木工程專業開放式實驗教學模式探索
1.基於專業課程特點實施傳統實驗設定改革。實驗專案的設定結合專業課程所涉及的知識，給學生充分的自主性，多開設綜合性和設計性實驗。例如混凝土結構綜合性實驗，在學習完理論力學、材料力學、結構力學、建築材料、混凝土結構原理與設計等課程後開展的實驗教學，可啟發學生透過自主設計結構實驗深入探索和理解結構構件破壞狀態，而不再是課堂上抽象的講解和傳統實驗教學中結構實驗的演示，而是透過自行設計實驗來體會構件破壞的狀態。讓學生充分參與到實驗設計、製作、載入的整個過程，充分調動學生的主動性。
2.拓展實驗教學平臺採用多種實驗教學方式。土木工程專業的實驗場地可以拓展到戶外或者施工現場，可以邀請相關技術人員對學生進行現場指導，解答學生實踐過程中遇到的問題。例如在基礎工程現場，可讓學生制定相關檢查方案以及確定相關的載入分級表，透過教師和相關技術人員稽核批准後，讓學生分組獨立進行靜載荷試驗的實驗。不僅讓學生掌握了實驗方法而且瞭解了實際操作的步驟，同時感受到實驗結果對工程質量的重要性。此外，教師可以結合科研專案及大學生創新專案等開設開放性實驗教學，積極鼓勵具有鑽研精神的學生參與到科研活動中，使得不同層次的實驗教學滿足不同需求的學生，培養有興趣的學生的創造性思維及團隊合作精神。同時，教師可以透過開放式實驗教學模式，讓學生自主選擇實驗專案及實驗時間，突破課程的限制，充分調動學生的積極性。
3.搭建知識與能力並重的開放式實驗教學體系。結合土木工程專業的特點，將大量僅為理論教學服務的演示性、驗證性實驗進行總體最佳化設計，以學生能力培養為目標將實驗教學分解到不同階段，採用不同方式實現“知識與能力”並重的開放實驗教學體系。實驗教學安排仍以教學年安排，但是學生可以在不同學期根據自己的時間選擇實驗時間，知識結構上按土木工程專業知識基本規律設定，增加開設綜合實驗及設計性實驗。為搭建“知識與能力”並重的開放實驗教學體系可將實驗教學分解為“三個層面”和“三個階段”，即在第一階段（大一、大二階段）設定基礎性驗證性實驗，開放實驗時間及實驗場地；第二階段（大二、大三階段）設定設計性綜合實驗，開放實驗方案、實驗時間、實驗場地；第三階段（大三、大四階段）設定研究性創新實驗，開放實驗專案、實驗方案、實驗時間、實驗場地。
4.建設雙師型師資隊伍。從歐洲應用技術型大學的辦學實踐及我國高等院校辦學實踐來看，“雙師型”師資隊伍是開放性實驗教學的需求，更是辦好應用技術型高校不可或缺的重要條件。而目前高校既有博士學位又有五年以上實踐工作經歷的教師，微乎其微。因此，必須加快建設“雙師型”師資隊伍。透過選派教師到企業掛職鍛鍊、制定企業高階工程技術人員到學校任教兼職政策，鼓勵教師參加企業新技術培訓等多種途徑，提升師資隊伍的工程實踐能力，以適應應用技術型高校人才培養的目標，同時滿足開放式實驗教學的需要。
（二）建立“三層次”+“三階段”+“四開放”實驗教學模式
在土木工程專業開放式實驗教學模式探索的基礎上，對已有土木工程實驗進行精簡和整合，增加具有綜合性、設計性、開放性特點的實驗專案，是土木工程傳統實驗教學改革的方向。在時間上即按照專業教學基本規律，將實驗教學體系拆分為三個層面和三個階段，同時要做到四個開放，真正做到學生的知識和能力培養兩手抓。因此，透過分析提出“三層次+三階段+四開放”的實驗教學模式。“三層次”是指：基礎性、設計性、開放性三個層次的實驗；“三階段”，是指：①基本階段（大一、大二），②提升階段（大三、大四），③跨越階段（大三、大四）；“四開放”是指：開放實驗教學時間、開放實驗教學內容、開放實驗教學方法、開放學生評價。“四開放”的實驗教學模式貫穿於“三層次”和“三階段”的實驗教學。首先，在基本階段透過基礎實驗讓低年級學生認識土木工程專業基礎課程的概念及原理，同時培養學生對實驗裝置的基本操作能力，掌握實驗方法及實驗處理分析方法；在提升階段，透過鼓勵學生積極思考，勇於創新，根據實驗條件、專業知識及工程問題自行設計實驗，強化學生分析問題，解決實際工程問題的能力；在跨越階段，透過科技創新專案，鼓勵學生參與科研類試驗，在研究型開放性實驗中，實行全方位開放，完全由學生根據自身情況自主選擇實驗課題、自行設計實驗方案，自主安排實驗時間，重點培養部分優秀學生分析問題、解決問題的能力，透過開放式研究型實驗培養學生勇於探索和勤於開拓的科學思想。
四、結論
本文基於土木工程專業傳統封閉實驗教學和開放式實驗教學的對比及實驗案例分析，對應用技術型高校土木工程專業開放式實驗教學模式進行探索，提出了“三層次”+“三階段”+“四開放”的開放式實驗教學模式。並給出以下合理化建議：
（一）建立科學的實驗教學平臺
一方面，土木工程專業要根據理論教學內容不斷地最佳化實驗課程體系，貫徹自主設計實驗專案、科技創新專案，實行全方位實驗平臺的開放，其次，需要建立一支高水平的“雙師型”教師隊伍。
（二）構建多元化實驗教學模式
搭建知識與能力並重的開放式實驗教學體系，並保證開放時間多元化、開放內容多元化、開放模式多元化。
（三）改革實驗室管理體制
整合實驗室資源，改革實驗教學經費，制定裝置共享制度等。
（四）建設和完善開放式實驗教學管理平臺
透過建立實驗教學管理平臺，提高實驗教學開放式管理的效率和水平，達到科學有效地利用實驗室資源，推動開放式實驗教學的發展。
參考文獻
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