新工科背景下土木工程材料实验教学改革探索_杨宇.pdf

工作研究2023 年110新工科背景下土木工程材料实验教学改革探索杨 宇，张筱逸（福建工程学院 土木工程学院，福建 福州 350118）摘 要 新工科建设背景下，实践能力与创新意识成为高校工科人才培养的重要战略目标，而课程实验是大学生动手实践能力与创新意识培养的重要环节。针对智能建造专业土木工程材料实验教学中的实验内容固化、教学模式老化等不足，提出了以学生自主创新实验为主的实验教学模式、实验内容多样化、考核评价多元化和实验室开放管理等举措，以期构建学生创新能力培养的实践教学体系，为培养创新应用型人才奠定坚实基础。关键词 土木工程材料；实验教学；新工科；创新实践能力0 引言为主动应对人工智能、云计算、智能化等现代科技发展带来的产业变革与技术革新，教育部提出了“新工科”建设理念，其宗旨在于不断适应社会发展，培养具有创新能力的复合应用型人才，为我国高等工程教育的改革带来了新机遇并指明了新方向1。在新工科建设背景下，土木工程学科向着工业化、数字化、智能化的方向发展。围绕国家战略需求，顺应建筑业转型升级趋势，智能建造专业应运而生。目前，各大高校对智能建造专业的建设十分重视，但大多数局限于理论教学的改革和体系构建，忽略了实践教学的完善。事实上，实践教学作为强化学生实践能力的关键教学环节，是培养创新意识，重塑创新思维的重要推手2-3。“土木工程材料实验”是智能建造专业实践教学环节的专业必修课，重点针对土木工程材料制备及其性能测试，以及原材料性质检测等开展实践教学设计，已成为提高学生工程创新能力的重要课程。该课程的学习可帮助学生熟悉土木工程材料实验的基本原理，掌握材料各项性能的检测方法，培养设计实验、收集、处理、分析与解释数据的能力，以及培养主动发现问题、思考问题、创新性解决问题的能力。本文以福建工程学院智能建造专业为例，探讨新工科理念下土木工程材料实验教学的改革举措，以期为相关实践教学改革提供借鉴与参考。1 土木工程材料实验教学过程中存在的问题1.1 教学模式老化许多高校在开展土木工程材料实验教学的过程中仍沿用传统的教学模式。课前，学生通过预习了解实验内容并完成预习报告；课中，针对实验基本原理、操作流程与注意事项，通过老师先讲解、学生后操作的形式，完成实验内容教学和实验数据记录；课后，学生分析实验数据与规律并撰写实验报告。传统教学模式仍以教师灌输知识为主导，学生被动接受知识，而后机械性地重复实验操作，这种教学氛围较为枯燥乏味，容易使学生失去兴趣与动力4。在此过程中，学生缺乏对知识应用的主动性与创造性，导致无法形成基本的创新意识，学生分析和解决问题能力得不到较好的锻炼，难以达成培养学生创新能力的目的。1.2 实验内容固化大部分高校的土木工程材料实验均是成熟的验证性试验，缺乏综合性和设计性实验5。实验主要包括：水泥细度、标准稠度、强度等级；骨料表观密度、堆积密度与颗粒级配；混凝土制备及其和易性和强度等级测定。这类传统的验证性实验无法保证教学内容的实效性和前沿性，也激发不了学生的积极性与探索欲，难以培养学生自主学习与自主解决问题的能力，更无法拓展学生的开放性思维，不符合新工科建设背景下创新型人才培养的核心思想。1.3 考核评价单一基金项目：福建工程学院2022年本科教学改革研究项目（2022JG008）；教育部高教司2021年第二批产学合作协同育人项目（202102213034）。作者简介：杨宇（1992），男，博士，副教授，主要研究方向为土木工程材料功能化设计与土木工程材料教育理论研究。工作研究111第1 期（总第261 期）（下转第118页）实验课程的考核指标多以预习情况和实验报告为主，而这种考核评价模式过于片面、单一6。由于实验内容基本相同，学生的预习报告和实验报告的相似度高，经常出现抄袭的现象且难以甄别，无法全面客观地反映学生的学习成果和掌握程度，也不易准确评价学生的动手能力，更难以评估学生的创新思维及自主解决问题的能力。同时，这类评价方法也消磨了学生自主创新实验的热情与兴趣，不利于学生分析能力和创新思考能力的培养。1.4 实验室管理制度陈旧大部分高校的本科教学实验室仅对本科生课程实验开放，本科生只能完成规定的教学内容，难以利用实验室资源自主开展探索性实验。这无法满足本科生创新实践能力培养的基础硬件条件，极大限制了教学模式的改革和实验内容的更新，同时也极大浪费了实验室的仪器设备资源7。2 基于新工科理念的土木工程材料实验教学改革举措2.1 以学生自主创新实验为主的实验教学模式随着信息技术的快速发展，可利用慕课等网络资源引导学生在课前完成实验内容基础知识的识记与理解，并通过“雨课堂”等APP提供的课前小测，保障学生的预习质量。课程内容主要以开放性的问题为主，如：以增强混凝土强度，提升水泥基材料耐久性等为导向，组织学生分组收集资料与自主学习研讨，提出解决问题的设想（依据）与实验方案，并由专任教师点评讲解，分析设想依据的科学性与研究方案的可行性，同时加深学生对知识点的理解与掌握。而后学生运用所学知识开始自主实验，最后学生通过分析实验结果与规律，提出知识点的创新应用。这种以学生自主创新实验为主的教学模式，不仅能激发学生主动学习新知识的热情与兴趣，而且有助于培养学生自行设计实验、自主解决问题、开展探索性研究的能力。2.2 实验内容多样化新工科背景下“土木工程材料实验”课程设置的教学目标，除了使学生获得专业所必需的试验基本技能，具备解决一般土木工程材料检验问题的能力外，更注重创新实践能力的培养。除了传统的验证性实验外，可与地方经济产业发展需求相结合，适当增加些开放型课题实验，激发学生的兴趣与主动性。例如：福建工程学院地处于福建沿海地区，可提供海砂海水混凝土研制、混凝土耐腐蚀性研究及透水混凝土耐磨性能提升研究等实验课题，供学生自主选择，以丰富学生的实验内容。学生结合所学知识点，并通过自主查阅资料设计方案，解决问题。这类举措能解除学生的思维限制，提升学生在实验过程中的自主性，同时促进课程实验与理论的协同配合，不仅有利于培养学生创新解决实际问题的能力与创新意识，而且对培养学生的创新应用能力具有现实意义。2.3 考核评价多元化教学模式和实验内容的改革可激发学生的兴趣与学习热情，并为学生创新实践能力的培养提供条件，而合理的考核评价方法则是保障教学效果与学习效果的基础8。除了预习报告和实验报告，可对学生的方案设计、实验操作和分析总结等多环节进行考核。最终，将各环节成绩按一定比例计入总成绩。其中，方案设计中侧重考查设想依据来源的合理性及文献收集与总结能力；实验操作中侧重考查操作规范；分析总结侧重考查规律分析和机理解释的科学性。这种多元化考核方法可缩小单一方式对学习效果评估的偏差，从而使得考核结果更为客观、全面，不仅有利于整体评估学生对土木工程材料知识点的掌握与应用情况，而且有助于从专业视角评估学生从土木工程材料创新提升的角度思考问题、组织协调、收集信息的实践能力。2.4 实验室开放制度的建立实验室开放制度的建立是土木工程材料实验教学改革的基础。受到有限课时量的制约，在课余时间开放实验室可为本科生自主开展创新实验提供硬件保障。首先，需要出台完善的实验室申请、使用及维护准则，这是保障实验室开放运行有序、有效进行的前提。同时，也需要建立消防安全、设备管理、耗材管理、环境卫生管理等相关制度体系，以及学生自主使用实验室及相关仪器设备的使用细则。此外，学生必须经过实验室管理员的安全培训，在完成相关考核并合格后才可进入实验室。学生应严格执行 实验中心安全管理制度 和 实验中心消防安全管理规定 的相关要求，确保实验时的人身安全和实验室财产安全。其次，可通过网页建立一套实验室及仪器设备的申请、预约与管理系统，保障实验室对学生的有序开放。最后，可在学生中选拔有责任心的负责人，协助指导教师进行日常实验室的管理工作。综合论述2023 年118（上接第 111 页）节能环保、功能性及艺术性的协同发展。参考文献1 Dutta M,Reeti R,Mandal S K.Light Transmitting and Self Cleansing Concrete as a Smart Building Material-a ReviewC.International Conference on Smart City and Emerging Technology,2018,25（13）:1-5.2 MAININI A G,POLI T,ZINZI M,et al.Spectral Light Transmission Measure and Radiance Model Validation of an innovative Transparent Concrete Panel for FaadesJ.En-ergy Procedia,2012,30（11）:1184-1194.3 姜志国,于丰,张均,等.树脂透光混凝土的制备方法及研究进展J.化工新型材料,2018,046（009）:238-241.4 邓友生,程志和,苏家琳,等.透光混凝土的研制与应用进展J.新型建筑材料,2019,46（7）:7-10.5 申娟.高透光混凝土及其节能与力学特性D.大连：大连理工大学，2021.6 魏忠,张新胜,王宪国,等.有机光纤透光混凝土的制备及试验研究J.商品混凝土,2017（12）:3-5.7 徐蕾,刘力.透明混凝土的发展与实践J.混凝土,2014,46（8）:115-118.8 李悦,许志远,李战国,等.应用纺织光纤技术制备透光混凝土方法:CN201110022019.2P.2011-01-19.9 王信刚,叶栩娜,王睿,等.树脂导光水泥基材料的设计与制备表征J.南昌大学学报：理科版,2014,38（1）:41-44.10 申娟,李忠华,焦思雨,等.透明混凝土性能研究J.建筑技术,2017,48（1）:6-9.11 赵亭亭.高散射透光聚合物的模拟分析与实验制备D.广州：暨南大学,2012.12 乔师帅.高性能透光水泥基复合材料制备及性能研究D.西安：西安建筑科技大学，2020.13 LI Y,XU Z Y,GU Z W,et al.Preparation of light transmit-ting cement-based material with optical fiber embedded by the means of parallel arrangeJ.Advanced Materials Re-search.2012,39（1）:677-682.14 李悦,郭慧.透光混凝土的研究进展J.混凝土,2013,28（6）:5-8.15 王信刚,王凯,陈方斌,等.不同品种水泥的光纤导光混凝土抗侵蚀性能J.江苏大学学报：自然科学版,2014,35（4）:470-473.16 LI Y,XU Z Y,GU Z W,et al.Research on the light trans-mitting cement mortar.In:Advanced Materials Research.Trans Tech Publications Ltd,2012,36（7）:397-401.17 李悦,许志远.应用玻璃质光纤制备透光混凝土的研究J.混凝土,2013.25（4）:141-143.18 LI Y,LI J Q,GUO H.Preparation and study of light trans-mitting properties of sulfoaluminate cement-based materi-alsJ.Materials&Design,2015,83（15）:185-192.19 王淑,杨文,吴雄,等.透光混凝土的力学性能、耐久性能和光学性能试验研究J.混凝土,2017,（9）:150-153.20 HENRIQUES T D S,DAL MOLIN D C,MASUERO B.Study of the influence of sorted polymeric optical fibers（POFs）in samples of a light-transmitting cement-based material（LTCM）J.Construction and Building Materials,2018,16（10）:305-315.21 邓友生,程志和,苏家琳,等.透光混凝土的研制与应用进展J.新型建筑材料,2019,46（7）:7-10.22 王伟伟,陈丽娟,张育新.透光混凝土的研究进展综述J.大学：社会科学,2021,26（2）:150-154.23 曹永康,蔡国章.导光混凝土称呼、译名及制作工艺J.混凝土世界,2010,45（3）:16-18.24 王睿,王信刚,谢涛,等.利用R SAC制备光纤导光混凝土的抗侵蚀性能与微观结构J.混凝土,2016,16（1）:13-19.3 结语随着新工科建设的不断发展，对人才创新意识和创新应用能力的要求也日渐提升。土木工程材料实验作为“新工科”智能建造专业的专业必修课，是培养学生创新意识与创新应用能力的重要环节。基于新工科建设理念，探讨了改革土木工程材料实验教学的可行路径，创新了以培养学生自主创新实验能力为目的的实验教学模式，更新补充了问题解决型的实验内容，提出了多元化改革考核评价方法，建立了实验室开放制度，为学生自主开展创新实验提供硬件保障。以上举措将为创新应用型人才的培养提供借鉴。参考文献1 安俊健,张光彦,王鹏.“新工科”理念下轻化工程专业人才培养探索J.教学研究,2019,42（5）:74-81.2 曹际玲,黄华军,喻成龙,等.新工科背景下专业选修课程的教学改革与探索以“水土保持工程学”课程为例J.教育教学论坛,2022（21）:65-68.3 徐向伟,姚建涛,金淼,等.工程教育认证背景下机械类专业项目式实践教学体系的构建与实践J.教学研究,2020,43（6）:83-87.4 郭亚坤,杨冬,曹全全,等.新工科背景下环境类生化实验创新教学改革与探索J.山东化工,2020,49（18）:205-206,208.5 王玮,刘天宇,张金涛.地方应用型本科院校物理化学实验教学改革探索J.化工时刊,2022,36（1）:39-40.6 许映杰.互联网时代地方应用型本科院校物理化学实验教学手段的探索与改革J.广东化工,2019,46（20）:191-192.7 袁贤,何玉平,聂招秀,等.基于“新工科”建设的大学物理实验教学改革思考J.教育教学论坛,2019（18）:144-145.8 邹友琴,李群,王毛兰,等.基于成果导向理念的环境工程专业实验教学改革J.高教学刊,2022,8（10）:124-126,130.