高校土木工程开放式实验教学研究论文
摘要：
实验教学在高校是培养学生综合素质和实践能力及创新能力的重要环节。针对土木工程专业的特点，开放式实验教学逐渐受到高校的重视。本文基于土木工程专业传统封闭实验教学和开放式实验教学的对比及实验案例分析，通过对应用技术型高校土木工程专业开放式实验教学模式进行探索，提出了“三层次”+“三阶段”+“四开放”的开放式实验教学模式。最后给出了适应于应用技术型高校土木工程专业开放式实验教学建设合理化建议。
关键词：
应用技术型高校；土木工程；开放实验室
自2002年起我国开始逐步告别精英教育，迅速步入了高等教育的大众化行列。大学教育逐渐将从精英式研究型人才培养的单一化向以大众化应用型人才培养为主的多元化转变，重视学生专业技能、创新能力、综合能力、应用能力与人文素养的培养，从而实现理论知识与应用技能的零距离结合[1-3]。随着我国高等教育进入大众化阶段，以知识发展为导向的学科中心正走向以社会需求为导向的学生中心模式，发展应用型本科教育是我国大批处于“金字塔塔身”的地方高等院校之必然选择[4-6]。我国目前处于大规模的城市基础投资建设时期，社会需要大量的高素质综合性土木工程类应用技术型人才。土木工程专业作为工科专业的代表，是一门实践性极强的学科，因此，实验教学成为土木工程专业培养应用技术型人才实践能力和综合素质能力的重要环节[7-8]。然而，目前传统封闭式实验教学已不能完全满足培养应用技术型人才的需要，因此，探索适应社会需求的现代特色的实验教学方式是深化应用科技大学实验教学改革的重要手段。而开展开放式实验教学体系研究是改革传统封闭式实验教学的有效途径。鉴于此，本文以部分高校向应用技术型高转型为背景，通过对土木工程专业开放实验室教学模式和运行机制及管理办法的研究，最终提出开放式实验教学体系建设合理化建议，为高校向应用技术型转型土木工程专业实验教学体系建设提供研究基础。
一、土木工程专业传统封闭实验教学
罗杰尔培根曾说过“没有实验，便没有科学”[9]。实验教学与理论教学同等重要，即担负着培养专业技术人才的重任，又是应用技术高校重要的教学环节。通过对地方高校的走访调查，发现传统的封闭实验教学具有以下特点：①实验教学内容固定且单一，以演示性和验证性实验为主，缺少创新性和综合性实验；②实验教学方法落后，多以灌输性教学为主，学生缺乏自主能动性；③实验操作单调，限制了学生自由发挥的空间，很难激发学生对学科实验的兴趣[9]。实验教学的'根本目的是为了使学生通过实验学习科学思维方式、学习基本的科学实验研究方法。然而，土木工程专业传统封闭实验教学整个过程以“验证”为主，让学生们固定而单一地按照老师给出的实验步骤完成，使学生失去了体验探索的乐趣，从而很难激发学生对专业知识的兴趣。“验证性”实验作为传统封闭实验教学的主体，不仅利于培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力，也不利于培养学生的创新意识和创新能力。以土木工程专业实验教学中混凝土结构中简支梁实验为例，传统的实验教学的实验准备过程，从简支梁试件的设计、选料、制作、养护、安装、粘贴应变片、接线、架设测试设备都是实验教师进行准备，学生并未参与其中。因此，实验课上学生在老师的指导下做的仅仅是加载、记录实验数据、整理实验报告。学生处在被动的接受，教师在主导地位，学生对钢筋的切割、绑扎、定位等工作中会遇到的问题无法通过实验获得，而且对课堂上的理论知识仍然停留在概念层面，无法体会到探索知识的乐趣，无从产生对专业学习的热情，同时教师也感到教学任务繁重。因此，当以目前应用技术型大学的需求重新审视实验教学时，不难发现传统实验教学已不能适应应用技术型人才培养的发展。土木工程传统实验教学模式在培养学生的创新意识和工程实践能力面的不足日益凸现。如何增强实验中实践的趣味性，如何将实验、实践、科研有机结合在一起，如何引导学生主动学习是一个需要重视并有待进一步研究的问题。
二、土木工程专业开放式实验教学
传统实验教学模型逐渐向开放式实验教学模式转变是实验教学发展的需求。所谓开放式实验教学，即将实验室开放，学生可根据自己的兴趣针对教学要求自行设计实验，然后根据课程安排选择时间开展实验[2]。开放式实验教学的特点：①教学内容丰富，为不同水平和能力的学生提供不同的实验项目；②教学对象多样，可对不同专业和年级的学生开放，充分利用实验仪器设备，实现资源共享；③教学方法灵活，利用现代化教学管理手段激发学生的实验兴趣。通过实验时间、实验空间、实验资源的开放，以及实验教学类型、实验教学方法、实验教学观念、实验教学管理体制、实验教学评价体系等的开放，全面为学生营造一个开放、自由的创新实践平台[3]。因此，实施开放实验教学可以充分发挥学生的主观能动作用，培养学生自主学习能力、独立思考能力以及动手解决实际问题的能力，可以有效地弥补传统实验教学的不足。以土木工程专业结构实验为例，可增设结构优化与模型设计开放式实验。可提供一些如多层建筑、桥梁、高耸结构等的工程设计题目，让学生根据要求进行模型设计选型、分析计算、加工制作，然后进行加载实验。通过模型设计选型，使学生了解结构概念设计的重要性；通过模型制作，使学生充分意识到合理的施工工艺对结构整体安全的重要性，体会建筑施工课程以外的专业知识；通过模型加载实验，观察模型在荷载下的响应和最终的极限承载力，让学生对“结构优化与设计”有全面的了解和认识。模型加载过程实际是结构服役过程与破坏过程的展示，通过整个实验使学生认识结构在正常使用极限状态和承载力极限状态时的工作性能，进一步增强对结构力学、钢筋混凝土结构、建筑结构抗震设计专业课程的理解。因此，土木工程专业开放式实验教学将更好地适应应用技术型人才培养方案的要求。
三、应用技术型高校土木工程专业开放式实验教学模式
国务院常务会议上已明确提出“引导一批地方本科院校向应用技术型高校转型”。高校转型的意义不仅仅为了缓解大学生就业的结构性矛盾，而且也是给希望继续学习的社会人员提供一个通道，也能为国家经济转型升级储备技术技能型人才。而且也希望转型能够改变教学与实践的脱节及校企合作流于形式等不良境况。转型过程中会面临很多问题，而对于技术能力、实践能力、综合能力要求较高的土木工程专业人才培养，传统的实验教学模式显然已不能完全满足应用技术型人才培养的需求。
（一）土木工程专业开放式实验教学模式探索
1.基于专业课程特点实施传统实验设置改革。实验项目的设置结合专业课程所涉及的知识，给学生充分的自主性，多开设综合性和设计性实验。例如混凝土结构综合性实验，在学习完理论力学、材料力学、结构力学、建筑材料、混凝土结构原理与设计等课程后开展的实验教学，可启发学生通过自主设计结构实验深入探索和理解结构构件破坏状态，而不再是课堂上抽象的讲解和传统实验教学中结构实验的演示，而是通过自行设计实验来体会构件破坏的状态。让学生充分参与到实验设计、制作、加载的整个过程，充分调动学生的主动性。
2.拓展实验教学平台采用多种实验教学方式。土木工程专业的实验场地可以拓展到户外或者施工现场，可以邀请相关技术人员对学生进行现场指导，解答学生实践过程中遇到的问题。例如在基础工程现场，可让学生制定相关检查方案以及确定相关的加载分级表，通过教师和相关技术人员审核批准后，让学生分组独立进行静载荷试验的实验。不仅让学生掌握了实验方法而且了解了实际操作的步骤，同时感受到实验结果对工程质量的重要性。此外，教师可以结合科研项目及大学生创新项目等开设开放性实验教学，积极鼓励具有钻研精神的学生参与到科研活动中，使得不同层次的实验教学满足不同需求的学生，培养有兴趣的学生的创造性思维及团队合作精神。同时，教师可以通过开放式实验教学模式，让学生自主选择实验项目及实验时间，突破课程的限制，充分调动学生的积极性。
3.搭建知识与能力并重的开放式实验教学体系。结合土木工程专业的特点，将大量仅为理论教学服务的演示性、验证性实验进行总体优化设计，以学生能力培养为目标将实验教学分解到不同阶段，采用不同方式实现“知识与能力”并重的开放实验教学体系。实验教学安排仍以教学年安排，但是学生可以在不同学期根据自己的时间选择实验时间，知识结构上按土木工程专业知识基本规律设置，增加开设综合实验及设计性实验。为搭建“知识与能力”并重的开放实验教学体系可将实验教学分解为“三个层面”和“三个阶段”，即在第一阶段（大一、大二阶段）设置基础性验证性实验，开放实验时间及实验场地；第二阶段（大二、大三阶段）设置设计性综合实验，开放实验方案、实验时间、实验场地；第三阶段（大三、大四阶段）设置研究性创新实验，开放实验项目、实验方案、实验时间、实验场地。
4.建设双师型师资队伍。从欧洲应用技术型大学的办学实践及我国高等院校办学实践来看，“双师型”师资队伍是开放性实验教学的需求，更是办好应用技术型高校不可或缺的重要条件。而目前高校既有博士学位又有五年以上实践工作经历的教师，微乎其微。因此，必须加快建设“双师型”师资队伍。通过选派教师到企业挂职锻炼、制定企业高级工程技术人员到学校任教兼职政策，鼓励教师参加企业新技术培训等多种途径，提升师资队伍的工程实践能力，以适应应用技术型高校人才培养的目标，同时满足开放式实验教学的需要。
（二）建立“三层次”+“三阶段”+“四开放”实验教学模式
在土木工程专业开放式实验教学模式探索的基础上，对已有土木工程实验进行精简和整合，增加具有综合性、设计性、开放性特点的实验项目，是土木工程传统实验教学改革的方向。在时间上即按照专业教学基本规律，将实验教学体系拆分为三个层面和三个阶段，同时要做到四个开放，真正做到学生的知识和能力培养两手抓。因此，通过分析提出“三层次+三阶段+四开放”的实验教学模式。“三层次”是指：基础性、设计性、开放性三个层次的实验；“三阶段”，是指：①基本阶段（大一、大二），②提升阶段（大三、大四），③跨越阶段（大三、大四）；“四开放”是指：开放实验教学时间、开放实验教学内容、开放实验教学方法、开放学生评价。“四开放”的实验教学模式贯穿于“三层次”和“三阶段”的实验教学。首先，在基本阶段通过基础实验让低年级学生认识土木工程专业基础课程的概念及原理，同时培养学生对实验设备的基本操作能力，掌握实验方法及实验处理分析方法；在提升阶段，通过鼓励学生积极思考，勇于创新，根据实验条件、专业知识及工程问题自行设计实验，强化学生分析问题，解决实际工程问题的能力；在跨越阶段，通过科技创新项目，鼓励学生参与科研类试验，在研究型开放性实验中，实行全方位开放，完全由学生根据自身情况自主选择实验课题、自行设计实验方案，自主安排实验时间，重点培养部分优秀学生分析问题、解决问题的能力，通过开放式研究型实验培养学生勇于探索和勤于开拓的科学思想。
四、结论
本文基于土木工程专业传统封闭实验教学和开放式实验教学的对比及实验案例分析，对应用技术型高校土木工程专业开放式实验教学模式进行探索，提出了“三层次”+“三阶段”+“四开放”的开放式实验教学模式。并给出以下合理化建议：
（一）建立科学的实验教学平台
一方面，土木工程专业要根据理论教学内容不断地优化实验课程体系，贯彻自主设计实验项目、科技创新项目，实行全方位实验平台的开放，其次，需要建立一支高水平的“双师型”教师队伍。
（二）构建多元化实验教学模式
搭建知识与能力并重的开放式实验教学体系，并保证开放时间多元化、开放内容多元化、开放模式多元化。
（三）改革实验室管理体制
整合实验室资源，改革实验教学经费，制定设备共享制度等。
（四）建设和完善开放式实验教学管理平台
通过建立实验教学管理平台，提高实验教学开放式管理的效率和水平，达到科学有效地利用实验室资源，推动开放式实验教学的发展。
参考文献
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