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(yǎng)學生綜合素質和實踐能力及創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。針對土木工程專業(yè)的特點，開放式實驗教學逐漸受到高校的重視。本文基于土木工程專業(yè)傳統(tǒng)封閉實驗教學和開放式實驗教學的對比及實驗案例分析，通過對應用技術型高校土木工程專業(yè)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。最后給出了適應于應用技術型高校土木工程專業(yè)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(yǎng)的單一化向以大眾化應用型人才培養(yǎng)為主的多元化轉變，重視學生專業(yè)技能、創(chuàng)新能力、綜合能力、應用能力與人文素養(yǎng)的培養(yǎng)，從而實現(xiàn)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(fā)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(fā)展應用型本科教育是我國大批處于“金字塔塔身”的地方高等院校之必然選擇[4-6]。我國目前處于大規(guī)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(yè)作為工科專業(yè)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(yè)培養(yǎng)應用技術型人才實踐能力和綜合素質能力的重要環(huán)節(jié)[7-8]。然而，目前傳統(tǒng)封閉式實驗教學已不能完全滿足培養(yǎng)應用技術型人才的需要，因此，探索適應社會需求的現(xiàn)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(tǒng)封閉式實驗教學的有效途徑。鑒于此，本文以部分高校向應用技術型高轉型為背景，通過對土木工程專業(yè)開放實驗室教學模式和運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，為高校向應用技術型轉型土木工程專業(yè)實驗教學體系建設提供研究基礎。
一、土木工程專業(yè)傳統(tǒng)封閉實驗教學
羅杰爾培根曾說過“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(yǎng)專業(yè)技術人才的重任，又是應用技術高校重要的教學環(huán)節(jié)。通過對地方高校的走訪調(diào)查，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的封閉實驗教學具有以下特點：①實驗教學內(nèi)容固定且單一，以演示性和驗證性實驗為主，缺少創(chuàng)新性和綜合性實驗；②實驗教學方法落后，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(diào)，限制了學生自由發(fā)揮的空間，很難激發(fā)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通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(yè)傳統(tǒng)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(fā)學生對專業(yè)知識的興趣�！膀炞C性”實驗作為傳統(tǒng)封閉實驗教學的主體，不僅利于培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，也不利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。以土木工程專業(yè)實驗教學中混凝土結構中簡支梁實驗為例，傳統(tǒng)的實驗教學的實驗準備過程，從簡支梁試件的設計、選料、制作、養(yǎng)護、安裝、粘貼應變片、接線、架設測試設備都是實驗教師進行準備，學生并未參與其中。因此，實驗課上學生在老師的指導下做的僅僅是加載、記錄實驗數(shù)據(jù)、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、綁扎、定位等工作中會遇到的問題無法通過實驗獲得，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(chǎn)生對專業(yè)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(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)實驗教學已不能適應應用技術型人才培養(yǎng)的發(fā)展。土木工程傳統(tǒng)實驗教學模式在培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和工程實踐能力面的不足日益凸現(xiàn)。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并有待進一步研究的問題。
二、土木工程專業(yè)開放式實驗教學
傳統(tǒng)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(fā)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(jù)自己的興趣針對教學要求自行設計實驗，然后根據(jù)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(nèi)容豐富，為不同水平和能力的學生提供不同的實驗項目；②教學對象多樣，可對不同專業(yè)和年級的學生開放，充分利用實驗儀器設備，實現(xiàn)資源共享；③教學方法靈活，利用現(xiàn)代化教學管理手段激發(fā)學生的實驗興趣。通過實驗時間、實驗空間、實驗資源的開放，以及實驗教學類型、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(chuàng)新實踐平臺[3]。因此，實施開放實驗教學可以充分發(fā)揮學生的主觀能動作用，培養(yǎng)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(tǒng)實驗教學的不足。以土木工程專業(yè)結構實驗為例，可增設結構優(yōu)化與模型設計開放式實驗。可提供一些如多層建筑、橋梁、高聳結構等的工程設計題目，讓學生根據(jù)要求進行模型設計選型、分析計算、加工制作，然后進行加載實驗。通過模型設計選型，使學生了解結構概念設計的重要性；通過模型制作，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，體會建筑施工課程以外的專業(yè)知識；通過模型加載實驗，觀察模型在荷載下的響應和最終的極限承載力，讓學生對“結構優(yōu)化與設計”有全面的了解和認識。模型加載過程實際是結構服役過程與破壞過程的展示，通過整個實驗使學生認識結構在正常使用極限狀態(tài)和承載力極限狀態(tài)時的工作性能，進一步增強對結構力學、鋼筋混凝土結構、建筑結構抗震設計專業(yè)課程的理解。因此，土木工程專業(yè)開放式實驗教學將更好地適應應用技術型人才培養(yǎng)方案的要求。
三、應用技術型高校土木工程專業(yè)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向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(yè)的結構性矛盾，而且也是給希望繼續(xù)學習的社會人員提供一個通道，也能為國家經(jīng)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(jié)及校企合作流于形式等不良境況。轉型過程中會面臨很多問題，而對于技術能力、實踐能力、綜合能力要求較高的土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)，傳統(tǒng)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(yǎng)的需求。
（一）土木工程專業(yè)開放式實驗教學模式探索
1.基于專業(yè)課程特點實施傳統(tǒng)實驗設置改革。實驗項目的設置結合專業(yè)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、建筑材料、混凝土結構原理與設計等課程后開展的實驗教學，可啟發(fā)學生通過自主設計結構實驗深入探索和理解結構構件破壞狀態(tài)，而不再是課堂上抽象的講解和傳統(tǒng)實驗教學中結構實驗的演示，而是通過自行設計實驗來體會構件破壞的狀態(tài)。讓學生充分參與到實驗設計、制作、加載的整個過程，充分調(diào)動學生的主動性。
2.拓展實驗教學平臺采用多種實驗教學方式。土木工程專業(yè)的實驗場地可以拓展到戶外或者施工現(xiàn)場，可以邀請相關技術人員對學生進行現(xiàn)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(xiàn)場，可讓學生制定相關檢查方案以及確定相關的加載分級表，通過教師和相關技術人員審核批準后，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了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，教師可以結合科研項目及大學生創(chuàng)新項目等開設開放性實驗教學，積極鼓勵具有鉆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(yǎng)有興趣的學生的創(chuàng)造性思維及團隊合作精神。同時，教師可以通過開放式實驗教學模式，讓學生自主選擇實驗項目及實驗時間，突破課程的限制，充分調(diào)動學生的積極性。
3.搭建知識與能力并重的開放式實驗教學體系。結合土木工程專業(yè)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優(yōu)化設計，以學生能力培養(yǎng)為目標將實驗教學分解到不同階段，采用不同方式實現(xiàn)“知識與能力”并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(jù)自己的時間選擇實驗時間，知識結構上按土木工程專業(yè)知識基本規(guī)律設置，增加開設綜合實驗及設計性實驗。為搭建“知識與能力”并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）設置基礎性驗證性實驗，開放實驗時間及實驗場地；第二階段（大二、大三階段）設置設計性綜合實驗，開放實驗方案、實驗時間、實驗場地；第三階段（大三、大四階段）設置研究性創(chuàng)新實驗，開放實驗項目、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(jīng)歷的教師，微乎其微。因此，必須加快建設“雙師型”師資隊伍。通過選派教師到企業(yè)掛職鍛煉、制定企業(yè)高級工程技術人員到學校任教兼職政策，鼓勵教師參加企業(yè)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(yǎng)的目標，同時滿足開放式實驗教學的需要。
�。ǘ┙ⅰ叭龑哟巍�+“三階段”+“四開放”實驗教學模式
在土木工程專業(yè)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、開放性特點的實驗項目，是土木工程傳統(tǒng)實驗教學改革的方向。在時間上即按照專業(yè)教學基本規(guī)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(yǎng)兩手抓。因此，通過分析提出“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(nèi)容、開放實驗教學方法、開放學生評價�！八拈_放”的實驗教學模式貫穿于“三層次”和“三階段”的實驗教學。首先，在基本階段通過基礎實驗讓低年級學生認識土木工程專業(yè)基礎課程的概念及原理，同時培養(yǎng)學生對實驗設備的基本操作能力，掌握實驗方法及實驗處理分析方法；在提升階段，通過鼓勵學生積極思考，勇于創(chuàng)新，根據(jù)實驗條件、專業(yè)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，通過科技創(chuàng)新項目，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(jù)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(yǎng)部分優(yōu)秀學生分析問題、解決問題的能力，通過開放式研究型實驗培養(yǎng)學生勇于探索和勤于開拓的科學思想。
四、結論
本文基于土木工程專業(yè)傳統(tǒng)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(yè)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。并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(yè)要根據(jù)理論教學內(nèi)容不斷地優(yōu)化實驗課程體系，貫徹自主設計實驗項目、科技創(chuàng)新項目，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。
�。ǘ嫿ǘ嘣瘜嶒灲虒W模式
搭建知識與能力并重的開放式實驗教學體系，并保證開放時間多元化、開放內(nèi)容多元化、開放模式多元化。
�。ㄈ└母飳嶒炇夜芾眢w制
整合實驗室資源，改革實驗教學經(jīng)費，制定設備共享制度等。
（四）建設和完善開放式實驗教學管理平臺
通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(fā)展。
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