高校土木工程開(kāi)放式實(shí)驗教學(xué)研究論文
摘要：
實(shí)驗教學(xué)在高校是培養學(xué)生綜合素質(zhì)和實(shí)踐能力及創(chuàng )新能力的重要環(huán)節。針對土木工程專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)，開(kāi)放式實(shí)驗教學(xué)逐漸受到高校的重視。本文基于土木工程專(zhuān)業(yè)傳統封閉實(shí)驗教學(xué)和開(kāi)放式實(shí)驗教學(xué)的對比及實(shí)驗案例分析，通過(guò)對應用技術(shù)型高校土木工程專(zhuān)業(yè)開(kāi)放式實(shí)驗教學(xué)模式進(jìn)行探索，提出了“三層次”+“三階段”+“四開(kāi)放”的開(kāi)放式實(shí)驗教學(xué)模式。最后給出了適應于應用技術(shù)型高校土木工程專(zhuān)業(yè)開(kāi)放式實(shí)驗教學(xué)建設合理化建議。
關(guān)鍵詞：
應用技術(shù)型高校；土木工程；開(kāi)放實(shí)驗室
自2002年起我國開(kāi)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(xué)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(xué)生專(zhuān)業(yè)技能、創(chuàng )新能力、綜合能力、應用能力與人文素養的培養，從而實(shí)現理論知識與應用技能的零距離結合[1-3]。隨著(zhù)我國高等教育進(jìn)入大眾化階段，以知識發(fā)展為導向的學(xué)科中心正走向以社會(huì )需求為導向的學(xué)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]。我國目前處于大規模的城市基礎投資建設時(shí)期，社會(huì )需要大量的高素質(zhì)綜合性土木工程類(lèi)應用技術(shù)型人才。土木工程專(zhuān)業(yè)作為工科專(zhuān)業(yè)的代表，是一門(mén)實(shí)踐性極強的學(xué)科，因此，實(shí)驗教學(xué)成為土木工程專(zhuān)業(yè)培養應用技術(shù)型人才實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)能力的重要環(huán)節[7-8]。然而，目前傳統封閉式實(shí)驗教學(xué)已不能完全滿(mǎn)足培養應用技術(shù)型人才的需要，因此，探索適應社會(huì )需求的現代特色的實(shí)驗教學(xué)方式是深化應用科技大學(xué)實(shí)驗教學(xué)改革的重要手段。而開(kāi)展開(kāi)放式實(shí)驗教學(xué)體系研究是改革傳統封閉式實(shí)驗教學(xué)的有效途徑。鑒于此，本文以部分高校向應用技術(shù)型高轉型為背景，通過(guò)對土木工程專(zhuān)業(yè)開(kāi)放實(shí)驗室教學(xué)模式和運行機制及管理辦法的研究，最終提出開(kāi)放式實(shí)驗教學(xué)體系建設合理化建議，為高校向應用技術(shù)型轉型土木工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗教學(xué)體系建設提供研究基礎。
一、土木工程專(zhuān)業(yè)傳統封閉實(shí)驗教學(xué)
羅杰爾培根曾說(shuō)過(guò)“沒(méi)有實(shí)驗，便沒(méi)有科學(xué)”[9]。實(shí)驗教學(xué)與理論教學(xué)同等重要，即擔負著(zhù)培養專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才的重任，又是應用技術(shù)高校重要的教學(xué)環(huán)節。通過(guò)對地方高校的走訪(fǎng)調查，發(fā)現傳統的封閉實(shí)驗教學(xué)具有以下特點(diǎn)：①實(shí)驗教學(xué)內容固定且單一，以演示性和驗證性實(shí)驗為主，缺少創(chuàng )新性和綜合性實(shí)驗；②實(shí)驗教學(xué)方法落后，多以灌輸性教學(xué)為主，學(xué)生缺乏自主能動(dòng)性；③實(shí)驗操作單調，限制了學(xué)生自由發(fā)揮的空間，很難激發(fā)學(xué)生對學(xué)科實(shí)驗的興趣[9]。實(shí)驗教學(xué)的'根本目的是為了使學(xué)生通過(guò)實(shí)驗學(xué)習科學(xué)思維方式、學(xué)習基本的科學(xué)實(shí)驗研究方法。然而，土木工程專(zhuān)業(yè)傳統封閉實(shí)驗教學(xué)整個(gè)過(guò)程以“驗證”為主，讓學(xué)生們固定而單一地按照老師給出的實(shí)驗步驟完成，使學(xué)生失去了體驗探索的樂(lè )趣，從而很難激發(fā)學(xué)生對專(zhuān)業(yè)知識的興趣�！膀炞C性”實(shí)驗作為傳統封閉實(shí)驗教學(xué)的主體，不僅利于培養學(xué)生發(fā)現問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，也不利于培養學(xué)生的創(chuàng )新意識和創(chuàng )新能力。以土木工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗教學(xué)中混凝土結構中簡(jiǎn)支梁實(shí)驗為例，傳統的實(shí)驗教學(xué)的實(shí)驗準備過(guò)程，從簡(jiǎn)支梁試件的設計、選料、制作、養護、安裝、粘貼應變片、接線(xiàn)、架設測試設備都是實(shí)驗教師進(jìn)行準備，學(xué)生并未參與其中。因此，實(shí)驗課上學(xué)生在老師的指導下做的僅僅是加載、記錄實(shí)驗數據、整理實(shí)驗報告。學(xué)生處在被動(dòng)的接受，教師在主導地位，學(xué)生對鋼筋的切割、綁扎、定位等工作中會(huì )遇到的問(wèn)題無(wú)法通過(guò)實(shí)驗獲得，而且對課堂上的理論知識仍然停留在概念層面，無(wú)法體會(huì )到探索知識的樂(lè )趣，無(wú)從產(chǎn)生對專(zhuān)業(yè)學(xué)習的熱情，同時(shí)教師也感到教學(xué)任務(wù)繁重。因此，當以目前應用技術(shù)型大學(xué)的需求重新審視實(shí)驗教學(xué)時(shí)，不難發(fā)現傳統實(shí)驗教學(xué)已不能適應應用技術(shù)型人才培養的發(fā)展。土木工程傳統實(shí)驗教學(xué)模式在培養學(xué)生的創(chuàng )新意識和工程實(shí)踐能力面的不足日益凸現。如何增強實(shí)驗中實(shí)踐的趣味性，如何將實(shí)驗、實(shí)踐、科研有機結合在一起，如何引導學(xué)生主動(dòng)學(xué)習是一個(gè)需要重視并有待進(jìn)一步研究的問(wèn)題。
二、土木工程專(zhuān)業(yè)開(kāi)放式實(shí)驗教學(xué)
傳統實(shí)驗教學(xué)模型逐漸向開(kāi)放式實(shí)驗教學(xué)模式轉變是實(shí)驗教學(xué)發(fā)展的需求。所謂開(kāi)放式實(shí)驗教學(xué)，即將實(shí)驗室開(kāi)放，學(xué)生可根據自己的興趣針對教學(xué)要求自行設計實(shí)驗，然后根據課程安排選擇時(shí)間開(kāi)展實(shí)驗[2]。開(kāi)放式實(shí)驗教學(xué)的特點(diǎn)：①教學(xué)內容豐富，為不同水平和能力的學(xué)生提供不同的實(shí)驗項目；②教學(xué)對象多樣，可對不同專(zhuān)業(yè)和年級的學(xué)生開(kāi)放，充分利用實(shí)驗儀器設備，實(shí)現資源共享；③教學(xué)方法靈活，利用現代化教學(xué)管理手段激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗興趣。通過(guò)實(shí)驗時(shí)間、實(shí)驗空間、實(shí)驗資源的開(kāi)放，以及實(shí)驗教學(xué)類(lèi)型、實(shí)驗教學(xué)方法、實(shí)驗教學(xué)觀(guān)念、實(shí)驗教學(xué)管理體制、實(shí)驗教學(xué)評價(jià)體系等的開(kāi)放，全面為學(xué)生營(yíng)造一個(gè)開(kāi)放、自由的創(chuàng )新實(shí)踐平臺[3]。因此，實(shí)施開(kāi)放實(shí)驗教學(xué)可以充分發(fā)揮學(xué)生的主觀(guān)能動(dòng)作用，培養學(xué)生自主學(xué)習能力、獨立思考能力以及動(dòng)手解決實(shí)際問(wèn)題的能力，可以有效地彌補傳統實(shí)驗教學(xué)的不足。以土木工程專(zhuān)業(yè)結構實(shí)驗為例，可增設結構優(yōu)化與模型設計開(kāi)放式實(shí)驗�？商峁┮恍┤缍鄬咏ㄖ�、橋梁、高聳結構等的工程設計題目，讓學(xué)生根據要求進(jìn)行模型設計選型、分析計算、加工制作，然后進(jìn)行加載實(shí)驗。通過(guò)模型設計選型，使學(xué)生了解結構概念設計的重要性；通過(guò)模型制作，使學(xué)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(huì )建筑施工課程以外的專(zhuān)業(yè)知識；通過(guò)模型加載實(shí)驗，觀(guān)察模型在荷載下的響應和最終的極限承載力，讓學(xué)生對“結構優(yōu)化與設計”有全面的了解和認識。模型加載過(guò)程實(shí)際是結構服役過(guò)程與破壞過(guò)程的展示，通過(guò)整個(gè)實(shí)驗使學(xué)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(shí)的工作性能，進(jìn)一步增強對結構力學(xué)、鋼筋混凝土結構、建筑結構抗震設計專(zhuān)業(yè)課程的理解。因此，土木工程專(zhuān)業(yè)開(kāi)放式實(shí)驗教學(xué)將更好地適應應用技術(shù)型人才培養方案的要求。
三、應用技術(shù)型高校土木工程專(zhuān)業(yè)開(kāi)放式實(shí)驗教學(xué)模式
國務(wù)院常務(wù)會(huì )議上已明確提出“引導一批地方本科院校向應用技術(shù)型高校轉型”。高校轉型的意義不僅僅為了緩解大學(xué)生就業(yè)的結構性矛盾，而且也是給希望繼續學(xué)習的社會(huì )人員提供一個(gè)通道，也能為國家經(jīng)濟轉型升級儲備技術(shù)技能型人才。而且也希望轉型能夠改變教學(xué)與實(shí)踐的脫節及校企合作流于形式等不良境況。轉型過(guò)程中會(huì )面臨很多問(wèn)題，而對于技術(shù)能力、實(shí)踐能力、綜合能力要求較高的土木工程專(zhuān)業(yè)人才培養，傳統的實(shí)驗教學(xué)模式顯然已不能完全滿(mǎn)足應用技術(shù)型人才培養的需求。
�。ㄒ唬┩聊竟こ虒�(zhuān)業(yè)開(kāi)放式實(shí)驗教學(xué)模式探索
1.基于專(zhuān)業(yè)課程特點(diǎn)實(shí)施傳統實(shí)驗設置改革。實(shí)驗項目的設置結合專(zhuān)業(yè)課程所涉及的知識，給學(xué)生充分的自主性，多開(kāi)設綜合性和設計性實(shí)驗。例如混凝土結構綜合性實(shí)驗，在學(xué)習完理論力學(xué)、材料力學(xué)、結構力學(xué)、建筑材料、混凝土結構原理與設計等課程后開(kāi)展的實(shí)驗教學(xué)，可啟發(fā)學(xué)生通過(guò)自主設計結構實(shí)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實(shí)驗教學(xué)中結構實(shí)驗的演示，而是通過(guò)自行設計實(shí)驗來(lái)體會(huì )構件破壞的狀態(tài)。讓學(xué)生充分參與到實(shí)驗設計、制作、加載的整個(gè)過(guò)程，充分調動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性。
2.拓展實(shí)驗教學(xué)平臺采用多種實(shí)驗教學(xué)方式。土木工程專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗場(chǎng)地可以拓展到戶(hù)外或者施工現場(chǎng)，可以邀請相關(guān)技術(shù)人員對學(xué)生進(jìn)行現場(chǎng)指導，解答學(xué)生實(shí)踐過(guò)程中遇到的問(wèn)題。例如在基礎工程現場(chǎng)，可讓學(xué)生制定相關(guān)檢查方案以及確定相關(guān)的加載分級表，通過(guò)教師和相關(guān)技術(shù)人員審核批準后，讓學(xué)生分組獨立進(jìn)行靜載荷試驗的實(shí)驗。不僅讓學(xué)生掌握了實(shí)驗方法而且了解了實(shí)際操作的步驟，同時(shí)感受到實(shí)驗結果對工程質(zhì)量的重要性。此外，教師可以結合科研項目及大學(xué)生創(chuàng )新項目等開(kāi)設開(kāi)放性實(shí)驗教學(xué)，積極鼓勵具有鉆研精神的學(xué)生參與到科研活動(dòng)中，使得不同層次的實(shí)驗教學(xué)滿(mǎn)足不同需求的學(xué)生，培養有興趣的學(xué)生的創(chuàng )造性思維及團隊合作精神。同時(shí)，教師可以通過(guò)開(kāi)放式實(shí)驗教學(xué)模式，讓學(xué)生自主選擇實(shí)驗項目及實(shí)驗時(shí)間，突破課程的限制，充分調動(dòng)學(xué)生的積極性。
3.搭建知識與能力并重的開(kāi)放式實(shí)驗教學(xué)體系。結合土木工程專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)，將大量?jì)H為理論教學(xué)服務(wù)的演示性、驗證性實(shí)驗進(jìn)行總體優(yōu)化設計，以學(xué)生能力培養為目標將實(shí)驗教學(xué)分解到不同階段，采用不同方式實(shí)現“知識與能力”并重的開(kāi)放實(shí)驗教學(xué)體系。實(shí)驗教學(xué)安排仍以教學(xué)年安排，但是學(xué)生可以在不同學(xué)期根據自己的時(shí)間選擇實(shí)驗時(shí)間，知識結構上按土木工程專(zhuān)業(yè)知識基本規律設置，增加開(kāi)設綜合實(shí)驗及設計性實(shí)驗。為搭建“知識與能力”并重的開(kāi)放實(shí)驗教學(xué)體系可將實(shí)驗教學(xué)分解為“三個(gè)層面”和“三個(gè)階段”，即在第一階段（大一、大二階段）設置基礎性驗證性實(shí)驗，開(kāi)放實(shí)驗時(shí)間及實(shí)驗場(chǎng)地；第二階段（大二、大三階段）設置設計性綜合實(shí)驗，開(kāi)放實(shí)驗方案、實(shí)驗時(shí)間、實(shí)驗場(chǎng)地；第三階段（大三、大四階段）設置研究性創(chuàng )新實(shí)驗，開(kāi)放實(shí)驗項目、實(shí)驗方案、實(shí)驗時(shí)間、實(shí)驗場(chǎng)地。
4.建設雙師型師資隊伍。從歐洲應用技術(shù)型大學(xué)的辦學(xué)實(shí)踐及我國高等院校辦學(xué)實(shí)踐來(lái)看，“雙師型”師資隊伍是開(kāi)放性實(shí)驗教學(xué)的需求，更是辦好應用技術(shù)型高校不可或缺的重要條件。而目前高校既有博士學(xué)位又有五年以上實(shí)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(guò)選派教師到企業(yè)掛職鍛煉、制定企業(yè)高級工程技術(shù)人員到學(xué)校任教兼職政策，鼓勵教師參加企業(yè)新技術(shù)培訓等多種途徑，提升師資隊伍的工程實(shí)踐能力，以適應應用技術(shù)型高校人才培養的目標，同時(shí)滿(mǎn)足開(kāi)放式實(shí)驗教學(xué)的需要。
�。ǘ┙ⅰ叭龑哟巍�+“三階段”+“四開(kāi)放”實(shí)驗教學(xué)模式
在土木工程專(zhuān)業(yè)開(kāi)放式實(shí)驗教學(xué)模式探索的基礎上，對已有土木工程實(shí)驗進(jìn)行精簡(jiǎn)和整合，增加具有綜合性、設計性、開(kāi)放性特點(diǎn)的實(shí)驗項目，是土木工程傳統實(shí)驗教學(xué)改革的方向。在時(shí)間上即按照專(zhuān)業(yè)教學(xué)基本規律，將實(shí)驗教學(xué)體系拆分為三個(gè)層面和三個(gè)階段，同時(shí)要做到四個(gè)開(kāi)放，真正做到學(xué)生的知識和能力培養兩手抓。因此，通過(guò)分析提出“三層次+三階段+四開(kāi)放”的實(shí)驗教學(xué)模式�！叭龑哟巍笔侵福夯A性、設計性、開(kāi)放性三個(gè)層次的實(shí)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(kāi)放”是指：開(kāi)放實(shí)驗教學(xué)時(shí)間、開(kāi)放實(shí)驗教學(xué)內容、開(kāi)放實(shí)驗教學(xué)方法、開(kāi)放學(xué)生評價(jià)�！八拈_(kāi)放”的實(shí)驗教學(xué)模式貫穿于“三層次”和“三階段”的實(shí)驗教學(xué)。首先，在基本階段通過(guò)基礎實(shí)驗讓低年級學(xué)生認識土木工程專(zhuān)業(yè)基礎課程的概念及原理，同時(shí)培養學(xué)生對實(shí)驗設備的基本操作能力，掌握實(shí)驗方法及實(shí)驗處理分析方法；在提升階段，通過(guò)鼓勵學(xué)生積極思考，勇于創(chuàng )新，根據實(shí)驗條件、專(zhuān)業(yè)知識及工程問(wèn)題自行設計實(shí)驗，強化學(xué)生分析問(wèn)題，解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力；在跨越階段，通過(guò)科技創(chuàng )新項目，鼓勵學(xué)生參與科研類(lèi)試驗，在研究型開(kāi)放性實(shí)驗中，實(shí)行全方位開(kāi)放，完全由學(xué)生根據自身情況自主選擇實(shí)驗課題、自行設計實(shí)驗方案，自主安排實(shí)驗時(shí)間，重點(diǎn)培養部分優(yōu)秀學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，通過(guò)開(kāi)放式研究型實(shí)驗培養學(xué)生勇于探索和勤于開(kāi)拓的科學(xué)思想。
四、結論
本文基于土木工程專(zhuān)業(yè)傳統封閉實(shí)驗教學(xué)和開(kāi)放式實(shí)驗教學(xué)的對比及實(shí)驗案例分析，對應用技術(shù)型高校土木工程專(zhuān)業(yè)開(kāi)放式實(shí)驗教學(xué)模式進(jìn)行探索，提出了“三層次”+“三階段”+“四開(kāi)放”的開(kāi)放式實(shí)驗教學(xué)模式。并給出以下合理化建議：
�。ㄒ唬┙⒖茖W(xué)的實(shí)驗教學(xué)平臺
一方面，土木工程專(zhuān)業(yè)要根據理論教學(xué)內容不斷地優(yōu)化實(shí)驗課程體系，貫徹自主設計實(shí)驗項目、科技創(chuàng )新項目，實(shí)行全方位實(shí)驗平臺的開(kāi)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�(shí)驗教學(xué)模式
搭建知識與能力并重的開(kāi)放式實(shí)驗教學(xué)體系，并保證開(kāi)放時(shí)間多元化、開(kāi)放內容多元化、開(kāi)放模式多元化。
�。ㄈ└母飳�(shí)驗室管理體制
整合實(shí)驗室資源，改革實(shí)驗教學(xué)經(jīng)費，制定設備共享制度等。
�。ㄋ模┙ㄔO和完善開(kāi)放式實(shí)驗教學(xué)管理平臺
通過(guò)建立實(shí)驗教學(xué)管理平臺，提高實(shí)驗教學(xué)開(kāi)放式管理的效率和水平，達到科學(xué)有效地利用實(shí)驗室資源，推動(dòng)開(kāi)放式實(shí)驗教學(xué)的發(fā)展。
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