《土木工程材料》“实验←→课堂”双向反馈式教学研究

土木工程材料“实验课堂”双向反馈式教学研究 赵蕴林 吴磊 （四川理工学院 建工学院， 四川自贡 643000）摘要：本文着重于研究实验和课堂教学之间的相互影响关系，提出了建立互动式教学的课堂教学模式，实验教学的相关内容设置，以及建立课堂实验反馈式教学模式的实践心得，为今后相关教学改革实践的深入提供了借鉴。关键词：互动式教学；反馈式教学；设计性实验；综合性实验一、前言“土木工程材料”课程是土木工程专业学生必修的专业基础课，可为学生学习建筑、结构、施工等专业课程提供材料方面的基础知识，并为其从事专业技术工作打下必要的基础，在高等院校土建类专业技术人才的培养和教育中的作用举足轻重。此前的基础课学习中，课程一般概念明确、数学关系严谨、逻辑性强，所以学生易于掌握和接受。“土木工程材料”课程则不然，与其他专业基础课比较，有其自身的特点：首先，“土木工程材料”涉及的材料品种多，涵盖了无机非金属材料、金属材料、有机材料和复合材料等领域，且各类材料自成体系，各章之间几乎没有联系；每一种土木工程材料的内容很庞杂，如包含原材料、生产、组成、结构、性能、应用、检验及贮运等各方面内容。其次，教材内容偏重于叙述性，主要是与各类材料、工程密切相关的试验资料、实践经验和技术标准，概念多、经验性的内容多，不像基础理论课程那样对具体的现象或结构进行简化、抽象，因此学生极易感觉到杂、乱、枯燥乏味，甚至产生厌学心理，影响学习效果。此外传统的教学思想比较注重教师在教学活动中的决定作用，轻视学生的主动性、积极性，“灌输式”教学在一定程度上扼杀了学生的求知欲、好奇心和学习的主动性。二、目前课堂教学情况现有的教材内容中，除绪论部分是介绍所有材料的共性基本性质之外，其余各个知识单元基本独立，相互联系不多。每个知识单元基本上都会涉及到原料、生产、技术性质、应用等几个方面。如果每个知识单元都这样按部就班地讲解，形成一种单调、重复、循环的风格，容易使听者产生“听觉”疲劳，对这门课的内容感到乏味，提不起学习兴趣，接近于“照本宣科”，使实际的教学效果大受影响。三、目前实验课情况目前所开设的实验项目大多配合验证教材上的结论， 试验指导书上列出详尽的实验步骤和数据表格，在实验课上，一般是老师先讲解实验步骤及相关实验设备用途，然后再让学生进入实验环节，在整个实验课的进行中，学生基本上属于按照实验指导书的要求，按部就班地进行相关的实验程序，整个实验课程基本不需学生动脑思考，他们只是被动地接受指令，机械地完成实验，从而扼杀了学生的学习积极性。四、 课堂实验反馈式教学模式研究1) 实验项目设计把过去几个存在内在关联但独立开设的实验项目整合成一个综合设计性实验。例如，开设的普通混凝土配合比实验综合了粗、细骨料性能、拌合物 和易性调整、立方体抗压强度等多项实验，涉及课程相关章节的多个知识点，涵盖了混凝土的组成材料的性能、新拌混凝土和硬化混凝土的性能测试，成为一套完整的、连贯性很强的综合性设计性试验。针对试验学时越来越少的客观情况，必须合理取舍实验教学内容，统筹安排实验教学体系。如混凝土粗、细骨料级配试验方法相似，只要求系统学习砂的筛分试验；建筑砂浆的和易性试验和混凝土和易性试验内容接近，只保留后者。最后归并整合同类的或重复性的实验项目，所开设的实验项目见表1。表 1 开设的实验项目表 序号实验项目实验学时实验要求实验类型 必开选开验证综合设计1水泥试验32普通混凝土配合比实验43钢筋拉伸、冷弯试验14石油沥青(混合料)实验2在正常的试验学时之外，根据学生的专业方向开设任选试验，如交通土建方向的学生可选开石油沥青混合料和沥青混合料试验。通过建立多种试验类型相结合的实验项目体系，兼顾实验教学的深度和广度，保证了完整性，强调了重点，突出了特色，丰富了材料实验教学体系。该实验项目由学生独立完成实验个环节，包括实验方案，实验操作、数据处理、编写报告，实验室只提供必要的原材料和实验设备，指导教师只提供必要的指导。这种教学模式可充分调动学生的参与程度，真正做到学生为主体。2）设计性实验与教学设计性实验是指给定实验目的、要求和实验条件，由学生自行设计实验方案并加以实现的实验。设计性实验韵核心是设计、选择实验方案，并在实验中检验方案的正确性与合理性。教师可根据学生已有的专业理论基础，结合实验室的条件，提出实验项目，由学生自行设计实验方案和组合配套仪器设备，在实验过程中逐步培养学生的创新精神和创新能力。设计性实验的开展，应以不损害课内实验内容的完整性为前提。通常课内实验应包括水泥、砂、石、混凝土、砂浆、钢筋、墙体材料、无机结合料、沥青、沥青混合料等实验内容中的8项以上。设计性实验内容应包括下列内容中的两项：1、混凝土配合比设计。通过给定骨料最大粒径、混凝土的强度等级和稠度，由学生进行原材料性能测试、混凝土配合比设计、配合比实验验证和调整等。2、砂浆配合比设计。通过给定砂浆种类、砂浆的强度等级和稠度，由学生进行原材料性能测试、砂浆配合比设计、配合比实验验证和调整等。3、沥青混合料配合比设计。通过给定骨料最大粒径、路用性能要求，由学生进行原材料性能测试、配合比设计、配合比设计检验和调整等。4、无机结合料配合比设计。通过给定无机结合料品种、无机结合料的强度要求和所处结构层位以及环境、交通荷载特性，由学生进行原材料性能测试、无机结合料配合比设计(或优化设计)、无机结合料稳定材料性能试验(或性能比较)和调整等。设计性实验首先在课堂教学时将任务布置出来，提出悬念和问题，留出一周左右的时间让学生们思考，在学生们充分掌握了相关知识和计算方法之后，利用相关的课内实验教学时间安排，以实验小组(每小组23人)和实验大组(每大组包含三个小组)的方式进行。每个实验大组的设计任务相同，先由各小组分别拟定设计性试验方案，指导老师审批后，进行配合比设计，并以小组为单位进行配合比性能的试验验证；根据三个小组的实验结果，通过三个小组的讨论，确定最佳的配合比。实验结束后，除完成试验报告外，各大组还需对某一项实验内容结果对全班各小组的试验结果进行统计，按科研论文格式撰写分析报告。这样通过课堂与实验的衔接达到了将课堂学习成果实施于实验中的目的，将课堂与实验紧密联系起来，让实验成为课堂知识的实在演示场。3）综合性实验与教学综合性实验是指实验内容涉及本课程的综合知识或与本课程相关课程知识的实验。综合性实验项目涉及的知识点可涵盖整门课程的知识范围，或跨若干门课程，乃至跨学科的知识范围，因此在实验的内容和时间安排上要注意相互衔接和配合，大部分所涉及的知识点以学生已掌握的知识为主，需要学生通过自学掌握的知识点应在实验指导书中列明，以保证实验教学效果和质量。实际上，把过去几个存在内在关联但独立开设的实验项目整合成一个综合设计性实验。例如，开设的普通混凝土配合比实验综合了粗、细骨料性能、拌合物和易性调整、立方体抗压强度等多项实验，涉及课程相关章节的多个知识点，涵盖了混凝土的组成材料的性能、新拌混凝土和硬化混凝土的性能测试，成为一套完整的、连贯性很强的综合性设计性试验。该实验项目由学生独立完成实验的四个环节，包括实验方案编写，实验操作、数据处理、编写报告，实验室只提供必要的原材料和实验设备，指导教师只提供必要的指导。这种教学模式可充分调动学生的参与程度，真正做到学生为主体。4）实验与课堂教学程序设计先理论教学，后实验验证的传统教学方法是违背认识论的。理论教学在先，教师往往先要想方设法地努力将抽象的专业理论知识在学生毫无感性认识之前讲清楚，然后学生再通过实验进行验证。而从理论教学到实践验证又要有一个艰难的认识过程，颇费周折。我们应该认真研究理论教学与实验教学之间的关系。将一些重要的实验和课堂紧密联系起来，把实验室当课堂，在实验室中上课。比如在讲到混凝土配合比的时候，我们组织大家先在实验室中了解一些仪器的用途并向学生们讲解仪器的使用方法，在学生们操练熟悉以后，再让他们进行具体的实验操作，在整个的操作过程中，让同学们自己解决遇到的各种问题，比如关于如何计算各种材料的配合比，在他们自己找书查书学习和了解以后，就可以根据书上所说而做出相关的实验了，在这个过程中，学生们通过自己的努力来学习，并同时通过现场的实验来直接印证着自己的想法，老师作为旁观者和指导者，针对大家遇到的普遍问题进行讲解。在具体的实验过程中，再针对学生的不同问题进行个别解答，这样在通过具体的实验过程中，学生们既学到了知识，又解决了实际的问题，寓教于乐，寓教于学，这一篇章一定会给他们留下极为深刻的印象，让他们通过实验和课堂的交互、反馈，学习到了真正属于自己的知识，也锻炼了个体的创新和解决问题的能力，这种模式的系统化和成熟化还需要今后一定时间的积淀才能够达到更好的效果，故由此次教改只是提供了此类教学模式的开端，还需在今后的教学实践中倍加凝练升华，才能达到日臻成熟的效果。对于其中一些章节，应该将实验安排在课堂教学之前，而另外一些章节则可以采用在课堂教学时，教师有意识的注意将随后即将开展的实验与课堂教学紧密结合起来，将实验教学与课堂教学穿插起来。比如，混凝土是土木工程的最主要材料之一，在此章节中，土木工程材料课程均安排有为数不少的实验课时，我们可以将一些实验安排在课堂教学之前，比如混凝土的制作这一实验，让学生在接触这一章节的知识以前，就对混凝土这一重要建材建立了一个初步的印象。而后教师则应紧紧抓住这一机会，在课堂教学中提出一些启发性的问题，如在讲授混凝土配合比时提出“水灰比”对“混凝土强度”的影响问题，外掺料对混凝土密度、弹模及强度的影响问题，要求学生寻求“最佳”的粉煤灰或火山灰配合比，让学生对这一问题的解答充满好奇，激发起他们自身的求知欲，让学生积极的参与进来，主动地学习后续章节，查阅课外书籍和网络资料，并尝试通过自己的努力来找到答案。这样在接下来的混凝土配合比实验中，学生们一定会带着这个问题积极的参与到实验中去，充分发挥出自身的主观能动性来，鼓励学生自己动手设计实验方案，这样甚至可能会有一些创造性的发现。这样，在教学中提出问题，摆出设想，接下来到实验中去寻找答案，结果是课堂教学学生积极思考，实验教学学生积极求证探索，互相促进，达到了以实验促进教学的目的，同时也使学生们带着问题做实验，让过去“单调应付”式的实验真正变成了知识的应用场，教学的后花园。五、结语上述实验教学改革的思路充分体现了培养创新型人才的为主的教学思想。通过建立多种试验类型相结合的实验项目体系，兼顾实验教学的深度和广度，既强化了重点，又保证了完整性；开放性的试验教学体制将科研活动与教学活动相互促进，培养了学生的实验创新能力；课堂讲授与实际工程交叉渗透的零距离教学模式，形成优势互补、相互促进的良性循环。 通过近两年课堂实验双向反馈式教学改革实践，对提高学生刨新能力，培养学生知识、能力、综合素质发挥了重要作用。主要体现在以下几个方面：第一，激发了学生主动学习的积极性和团队合作精神。第二，为专业知识的学习和理论联系工程实际奠定了扎实的基础。第三，使基础较好的学生提前感受科学研究的氛围，初步培养了学生科研能力和创新意识。参考文献1 郭明远建筑材料实验教学改革初探J理工高教研究，