论文部分内容阅读
摘 要 针对应用型土木工程专业实验教学具有综合性和应用性的特点，对实验教学环节进行革新，阐述其主要内容，提出验证性实验优化方法和实施综合设计类实验项目。从内容设计、教学方法和实施、评价方式等多角度进行探索和实践，在培养学生的综合实践能力和创新意识等方面取得良好的效果。
关键词 工程应用能力；综合设计类实验；实验教学；应用型土木工程
中图分类号：G642.423 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2013）24-0115-03
1 引言
实验教学是工科类教学的重要环节，是高等教育改革的重要内容，尤其是对于高要求动手能力的应用型土木工程专业学生来说，实验教学环节在培养学生工程应用与创新能力等方面有举足轻重的地位。教育部在制定的《关于加强高等学校本科教学工作提高教学质量的若干意见》中明确强调，要进一步加强实践教学，注重学生创新和实践能力的培养。
土木工程是西京学院质量工程重点建设的工科专业。实验教学是应用型土木工程专业课程教学必不可少的重要环节，其教学目的是通过实验培养学生的工程综合素质和能力，验证并深化所学的理论知识，使其掌握正确的工程结构设计和施工方法，具备初步工程应用能力。如何培养和提高学生的工程应用能力，是应用型土木工程专业实验教学需要解决的核心问题。
2 实验教学革新的主要内容
2.1 完善实验教学内容
1）主导思想。对于应用型土木工程专业实验教学既重视理论知识的重现，又注重学生解决实际问题能力的培养；既考虑学生的总体基础，又考虑学生的个体差异；既要考虑知识型，又要考虑趣味性。
2）开设综合设计工程类实验。原先应用型土木工程专业实验主要是验证性内容，这些内容简单易懂，主要设置在学生做准备打基础阶段，确保其具有基本的动手能力。但这部分知识有一定的独立性，逻辑联系不紧密，实验过程中留给学生发挥的空间不足，实验结果雷同，不容易激发学生的学习兴趣。
因此，在验证性实验的基础上开设综合设计类实验是有必要的，将多个单一的工程实验技术集中体现在一个综合工程项目中实施，前后相互依赖、贯通。
2.2 革新实验教学方法
1）实验主体的转变。传统的验证性实验以教师为主体准备实验、布置实验任务，在教师的指导下，学生动手做实验。这就造成实验的很多工作都由教师包办，会出现学生坐享其成以至于不用做实验也会写实验报告的现象。
而对于新实验教学方法所涉及的实验，主要是综合设计类实验，这种综合设计实验要求教师只是对实验目标和关键点提出要求，并对学生的实验方案和部分操作进行指导，而学生则作为实验主体全程参与实验。
2）训练目标贯穿始终，训练过程求同存异。在综合设计类实验中，学生可以在教师推荐的基本框架下实验，也可以在充分论证的基础上打破该框架，尝试采用新方法或不同的实验流程进行实验，甚至鼓励学生自行选择工程实验对象，或经教师允许自行确定实验目标。允许学生对于同一个实验项目采取不同的实验方法进行实验，允许学生用同一个实验方法解决不同的工程问题。
3 革新实验教学环节，突出对学生工程应用能力的培养
探索在应用型土木工程专业实验教学中培养学生创新能力的途径与实施效果，围绕工程应用能力的培养构建适应时代、贴近工程、融合贯通、交叉渗透的实验教学环节。该实验教学环节是基于引入实际工程问题优化后的验证性实验和综合设计类实验建立起来的。
3.1 优化验证性实验对工程应用能力培养的体现
优化的验证性实验与传统验证性实验在教学方法上基本相同，都是在教师规定的实验方法和器材下，学生按部就班做出相同的实验现象或实验结果。而不同之处在于，优化的验证性实验是以实际工程问题为背景，全新编排出的基础性实验，该实验的对象和数据来源于工程现场，所要解决的问题来源于工程项目。这样做的好处在于继承了传统验证性实验简单易懂，复习理论知识，确保学生的基本动手能力的优点。尤其显著特点在于是以工程项目问题为背景进行实验，使学生掌握应用知识解决实际工程问题的方法，培养了学生工程应用能力。
例如，在土力学与地基基础课程实验教学中，有个土的密度、含水率和颗粒级配的基础验证性实验。对这个传统的验证性实验，引入西安市长安区长安家园保障房项目的真实地基土勘探数据和需解决的工程问题，对其进行全新编排，提高该实验的工程应用性。编排后的实验要求学生根据钻车在施工现场勘探的土层分布情况和采取的土样，利用土力学知识测定出土的基本物理参数（密度、含水率、颗粒级配等）。
学生在做本实验前，指导教师要事先联系项目施工方，确定好地基土的勘探日期，同时向学生布置实验任务、规定实验步骤和方法。到了勘探日期，指导教师组织好学生带上必要的取土工具和盛土容器来到施工现场。在现场，教师对照钻车讲解具体的地基土勘探过程，学生仔细地观察、领会和记录。等到钻车完成勘探过程，教师带领学生在勘探部位采集原状土样，将采集的原状土样装入盛土容器带回土工实验室，按照规定好的实验步骤和方法，由学生自主地完成地基土的基本物理参数测定。最后将测得的数据返回给施工单位，供施工单位分析决策，从而选择适应该地基土的基础施工方法。
3.2 综合设计类实验对工程应用能力培养的体现
综合设计类实验是应用型土木工程专业革新后的实验教学环节对工程应用能力培养的主要体现。在综合设计类实验内容设计时有4个方面的原则：
1）实验技术的实用性、先进性；
2）实验过程的可研究性；
3）实验结果的稳定性、可塑性和可分析性；
4）实验材料的易得性。
例如，在建筑材料课程综合设计类实验中有个实验项目为“建筑结构混凝土配合比设计”。该实验项目选择混凝土配合比设计作为研究对象有多方面优点： 1）混凝土是建筑结构重要的结构材料，是建筑材料课程重点的学习内容，具有代表性；
2）以水泥、砂石、水、常用外加剂为原料，其成本低、常见、易获得，容易激发学生的兴趣；
3）混凝土的物理性质测定方法便于在普通实验环境下开展，可以使学生方便地测定新拌混凝土各项物理性质，用来评价混凝土质量；
4）该实验的可塑性强，学生可以设计不同的实验方法和实验过程，最终实现同一个实验目标，为合作讨论的开展提供丰富的素材。
该实验项目以长安区长安家园保障房项目为背景，要求配置适合于建筑基础的C30混凝土。教师推荐的实验过程分为4步进行。
1）计算确定初始配合比。在施工现场选择代表性的水泥、砂石、水等原材料，测定水泥密度、砂石表观密度及含水率，根据水泥强度和配制混凝土的强度等级，用理论公式计算出混凝土的初始配合比。
2）确定基准配合比。按照初始配合比拌制混凝土，测定初始配合比混凝土的和易性，若和易性不满足要求，则重新调整各材料用量比例，直至试配出满足和易性要求的混凝土基准配合比。
3）确定实验室配合比。以基准配合比为准，派生出其他两个不同的配合比；以派生的两个配合比和基准配合比共同拌制三组试件，标准养护28天后拆模进行抗压强度测定，得出水灰比与抗压强度关系曲线；通过关系曲线得出配置强度要求的水灰比，从而换算出实验室配合比。
4）计算确定施工配合比。根据实验室配合比和砂石含水率，按照公式计算出满足基础施工要求的混凝土施工配合比。
学生的实验设计需要完成教师推荐的四步骤主要内容，同时要确定出C30混凝土的初始配合比、基准配合比、实验室配合比和施工配合比相应的4种配合比数据。具体的实验步骤和方法可以通过查阅资料等进行调整和补充，通过实验每一部分的结果来验证该部分实验设计的合理性。
在实验中，要求上述每一步都要进行混凝土流动性、粘聚性、保水性的测定和混凝土的试配，并进行数据比较和分析。这样可以有效地将混凝土和易性测定及配合比材料用量计算等技术都贯穿在该实验项目的实施中。最后，学生通过实验得到理想的C30混凝土配合比，使孤立的、枯燥的理论和实验技术变成解决实际问题的工具，极大地调动了学生的求知欲。
4 实验教学革新的效果
4.1 学生的设计实验能力和团结协作精神得到锻炼和提高
通过以上例子可以看出，学生在参与综合设计类实验的过程中，要通过教师提供的思路和知识点查阅资料、积极思考，设计出更好的实验方法；对于难以解决的一些实验难题，通过合作讨论，从其他学生或教师那里获得灵感解决。
4.2 培养学生的创新精神和综合素质
综合设计类实验项目包含了较多的实验内容，不仅有较多的知识覆盖，而且着重于知识间的联系，使整体功能得以最大限度发挥。不仅使学生开阔了视野，又可了解到工程问题具有的复杂性、整体性和相互关联的性质。让学生根据工程问题来设计实验方案，进行实验准备和实验操作，分析、讨论、汇报实验结果，有利于培养学生的创新精神、综合素质。
4.3 编写了适合学校应用型土木工程专业的实验教材
该实验教材根据革新后的实验教学内容和学校的教学规律进行编排，教材附有相关实验的理论知识点，由基础验证性实验向提高、综合、创新型实验逐步过渡，实用性强，有助于开发学生的创新思维。
参考文献
[1]付辉，张亚娟，田建立.浅谈“C 语言程序设计”实验教学[J].福建电脑，2010（6）：24.
[2]尹尚军，钱国英，汪财生.面向综合素质培养的生物化学综合设计型实验教学改革的探索与实践[J].中国大学教学，2011（2）.
[3]蔡晓君，窦艳涛，刘湘晨，等.以工程能力培养为核心 构建多元化实践教学体系[J]实验室研究与探索，2010（11）：87-89.
关键词 工程应用能力；综合设计类实验；实验教学；应用型土木工程
中图分类号：G642.423 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2013）24-0115-03
1 引言
实验教学是工科类教学的重要环节，是高等教育改革的重要内容，尤其是对于高要求动手能力的应用型土木工程专业学生来说，实验教学环节在培养学生工程应用与创新能力等方面有举足轻重的地位。教育部在制定的《关于加强高等学校本科教学工作提高教学质量的若干意见》中明确强调，要进一步加强实践教学，注重学生创新和实践能力的培养。
土木工程是西京学院质量工程重点建设的工科专业。实验教学是应用型土木工程专业课程教学必不可少的重要环节，其教学目的是通过实验培养学生的工程综合素质和能力，验证并深化所学的理论知识，使其掌握正确的工程结构设计和施工方法，具备初步工程应用能力。如何培养和提高学生的工程应用能力，是应用型土木工程专业实验教学需要解决的核心问题。
2 实验教学革新的主要内容
2.1 完善实验教学内容
1）主导思想。对于应用型土木工程专业实验教学既重视理论知识的重现，又注重学生解决实际问题能力的培养；既考虑学生的总体基础，又考虑学生的个体差异；既要考虑知识型，又要考虑趣味性。
2）开设综合设计工程类实验。原先应用型土木工程专业实验主要是验证性内容，这些内容简单易懂，主要设置在学生做准备打基础阶段，确保其具有基本的动手能力。但这部分知识有一定的独立性，逻辑联系不紧密，实验过程中留给学生发挥的空间不足，实验结果雷同，不容易激发学生的学习兴趣。
因此，在验证性实验的基础上开设综合设计类实验是有必要的，将多个单一的工程实验技术集中体现在一个综合工程项目中实施，前后相互依赖、贯通。
2.2 革新实验教学方法
1）实验主体的转变。传统的验证性实验以教师为主体准备实验、布置实验任务，在教师的指导下，学生动手做实验。这就造成实验的很多工作都由教师包办，会出现学生坐享其成以至于不用做实验也会写实验报告的现象。
而对于新实验教学方法所涉及的实验，主要是综合设计类实验，这种综合设计实验要求教师只是对实验目标和关键点提出要求，并对学生的实验方案和部分操作进行指导，而学生则作为实验主体全程参与实验。
2）训练目标贯穿始终，训练过程求同存异。在综合设计类实验中，学生可以在教师推荐的基本框架下实验，也可以在充分论证的基础上打破该框架，尝试采用新方法或不同的实验流程进行实验，甚至鼓励学生自行选择工程实验对象，或经教师允许自行确定实验目标。允许学生对于同一个实验项目采取不同的实验方法进行实验，允许学生用同一个实验方法解决不同的工程问题。
3 革新实验教学环节，突出对学生工程应用能力的培养
探索在应用型土木工程专业实验教学中培养学生创新能力的途径与实施效果，围绕工程应用能力的培养构建适应时代、贴近工程、融合贯通、交叉渗透的实验教学环节。该实验教学环节是基于引入实际工程问题优化后的验证性实验和综合设计类实验建立起来的。
3.1 优化验证性实验对工程应用能力培养的体现
优化的验证性实验与传统验证性实验在教学方法上基本相同，都是在教师规定的实验方法和器材下，学生按部就班做出相同的实验现象或实验结果。而不同之处在于，优化的验证性实验是以实际工程问题为背景，全新编排出的基础性实验，该实验的对象和数据来源于工程现场，所要解决的问题来源于工程项目。这样做的好处在于继承了传统验证性实验简单易懂，复习理论知识，确保学生的基本动手能力的优点。尤其显著特点在于是以工程项目问题为背景进行实验，使学生掌握应用知识解决实际工程问题的方法，培养了学生工程应用能力。
例如，在土力学与地基基础课程实验教学中，有个土的密度、含水率和颗粒级配的基础验证性实验。对这个传统的验证性实验，引入西安市长安区长安家园保障房项目的真实地基土勘探数据和需解决的工程问题，对其进行全新编排，提高该实验的工程应用性。编排后的实验要求学生根据钻车在施工现场勘探的土层分布情况和采取的土样，利用土力学知识测定出土的基本物理参数（密度、含水率、颗粒级配等）。
学生在做本实验前，指导教师要事先联系项目施工方，确定好地基土的勘探日期，同时向学生布置实验任务、规定实验步骤和方法。到了勘探日期，指导教师组织好学生带上必要的取土工具和盛土容器来到施工现场。在现场，教师对照钻车讲解具体的地基土勘探过程，学生仔细地观察、领会和记录。等到钻车完成勘探过程，教师带领学生在勘探部位采集原状土样，将采集的原状土样装入盛土容器带回土工实验室，按照规定好的实验步骤和方法，由学生自主地完成地基土的基本物理参数测定。最后将测得的数据返回给施工单位，供施工单位分析决策，从而选择适应该地基土的基础施工方法。
3.2 综合设计类实验对工程应用能力培养的体现
综合设计类实验是应用型土木工程专业革新后的实验教学环节对工程应用能力培养的主要体现。在综合设计类实验内容设计时有4个方面的原则：
1）实验技术的实用性、先进性；
2）实验过程的可研究性；
3）实验结果的稳定性、可塑性和可分析性；
4）实验材料的易得性。
例如，在建筑材料课程综合设计类实验中有个实验项目为“建筑结构混凝土配合比设计”。该实验项目选择混凝土配合比设计作为研究对象有多方面优点： 1）混凝土是建筑结构重要的结构材料，是建筑材料课程重点的学习内容，具有代表性；
2）以水泥、砂石、水、常用外加剂为原料，其成本低、常见、易获得，容易激发学生的兴趣；
3）混凝土的物理性质测定方法便于在普通实验环境下开展，可以使学生方便地测定新拌混凝土各项物理性质，用来评价混凝土质量；
4）该实验的可塑性强，学生可以设计不同的实验方法和实验过程，最终实现同一个实验目标，为合作讨论的开展提供丰富的素材。
该实验项目以长安区长安家园保障房项目为背景，要求配置适合于建筑基础的C30混凝土。教师推荐的实验过程分为4步进行。
1）计算确定初始配合比。在施工现场选择代表性的水泥、砂石、水等原材料，测定水泥密度、砂石表观密度及含水率，根据水泥强度和配制混凝土的强度等级，用理论公式计算出混凝土的初始配合比。
2）确定基准配合比。按照初始配合比拌制混凝土，测定初始配合比混凝土的和易性，若和易性不满足要求，则重新调整各材料用量比例，直至试配出满足和易性要求的混凝土基准配合比。
3）确定实验室配合比。以基准配合比为准，派生出其他两个不同的配合比；以派生的两个配合比和基准配合比共同拌制三组试件，标准养护28天后拆模进行抗压强度测定，得出水灰比与抗压强度关系曲线；通过关系曲线得出配置强度要求的水灰比，从而换算出实验室配合比。
4）计算确定施工配合比。根据实验室配合比和砂石含水率，按照公式计算出满足基础施工要求的混凝土施工配合比。
学生的实验设计需要完成教师推荐的四步骤主要内容，同时要确定出C30混凝土的初始配合比、基准配合比、实验室配合比和施工配合比相应的4种配合比数据。具体的实验步骤和方法可以通过查阅资料等进行调整和补充，通过实验每一部分的结果来验证该部分实验设计的合理性。
在实验中，要求上述每一步都要进行混凝土流动性、粘聚性、保水性的测定和混凝土的试配，并进行数据比较和分析。这样可以有效地将混凝土和易性测定及配合比材料用量计算等技术都贯穿在该实验项目的实施中。最后，学生通过实验得到理想的C30混凝土配合比，使孤立的、枯燥的理论和实验技术变成解决实际问题的工具，极大地调动了学生的求知欲。
4 实验教学革新的效果
4.1 学生的设计实验能力和团结协作精神得到锻炼和提高
通过以上例子可以看出，学生在参与综合设计类实验的过程中，要通过教师提供的思路和知识点查阅资料、积极思考，设计出更好的实验方法；对于难以解决的一些实验难题，通过合作讨论，从其他学生或教师那里获得灵感解决。
4.2 培养学生的创新精神和综合素质
综合设计类实验项目包含了较多的实验内容，不仅有较多的知识覆盖，而且着重于知识间的联系，使整体功能得以最大限度发挥。不仅使学生开阔了视野，又可了解到工程问题具有的复杂性、整体性和相互关联的性质。让学生根据工程问题来设计实验方案，进行实验准备和实验操作，分析、讨论、汇报实验结果，有利于培养学生的创新精神、综合素质。
4.3 编写了适合学校应用型土木工程专业的实验教材
该实验教材根据革新后的实验教学内容和学校的教学规律进行编排，教材附有相关实验的理论知识点，由基础验证性实验向提高、综合、创新型实验逐步过渡，实用性强，有助于开发学生的创新思维。
参考文献
[1]付辉，张亚娟，田建立.浅谈“C 语言程序设计”实验教学[J].福建电脑，2010（6）：24.
[2]尹尚军，钱国英，汪财生.面向综合素质培养的生物化学综合设计型实验教学改革的探索与实践[J].中国大学教学，2011（2）.
[3]蔡晓君，窦艳涛，刘湘晨，等.以工程能力培养为核心 构建多元化实践教学体系[J]实验室研究与探索，2010（11）：87-89.