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科研与教学相融合的土木工程专业课程实验教学模式探究—以西南大学为例

发布时间:2020-04-24 15:21文字数:4274字

  [摘要]科研与教学相融合的实验教学模式对于培养学生的科研兴趣、提升学生的动手操作能力及解决实际问题能力具有很大的作用。论文通过对西南大学土木工程专业部分课程实行科研与教学相融合的实验教学模式情况及效果进行简要介绍,分析这种教学模式对于土木工程专业实验课程教学效果的提升作用,以期为相关实验教学研究与创新实践提供参考。

  [关键词]科研与教学融合;土木工程专业课程;实验教学改革

  土木工程是指运用数学、物理、化学等基础科学知识,力学、材料等技术科学知识以及土木工程方面的工程技术知识来研究、设计、修建各种建筑物和构筑物的一门学科。土木工程专业是工程应用背景明显的一门专业,因而,在教学过程中强调专业理论基础的同时,也应更加注重实验教学质量的提高,用以培养学生的动手操作能力、创新能力和综合素质。实验教学是土木工程专业教学计划的重要组成部分,是对课堂知识的直观认识,也是连接知识与实践、实践与创新并使理论知识向实践能力转化的重要桥梁。实验教育对提高学生的综合素质,培养学生理论联系实际能力、创新精神和实践能力方面有着理论教学不可替代的特殊作用。因此,提升土木工程专业课程的实验教学质量,对于培养我国未来优秀的土木工程师具有至关重要的作用。

  一、西南大学土木工程专业概况

  西南大学(下文也称我校)土木工程专业起源于20世纪80年代的“农业建筑工程”专科专业和20世纪90年代的“农业建筑环境与能源工程”本科专业,1992年开始招收“建筑工程”专科生,2003年开始招收“土木工程”本科生。该专业按建筑工程、道桥工程等方向进行人才培养,丘陵山区建筑和道桥、新农村建设等是我校土木工程专业的特色和优势。

  西南大学土木工程专业培养方案要求学生经过4年专业培养后,应具备“能够基于土木工程学科相关原理,并采用科学方法对土木工程领域的复杂工程问题进行研究,包括设计实验、分析与解释数据,并通过信息综合得到合理有效的结论”等要求,这就要求我们一定要重视土木工程专业课程的实验教学。

  目前,西南大学土木工程专业已拥有可满足本科基本教学需要的土木工程材料、结构、测量、力学等教学实验室,但在教学的过程中也发现了很多问题,如实验教学中部分教师与学生重理论轻实验,实验类型多验证少设计以及实验模式相对固定等问题。

  二、土木工程专业实验教学课程群

  目前,西南大学土木工程专业按大类学科招生,招生规模约120人/年,大类基础课程学习结束后,学生自愿选择专业方向进行专业基础和专业课程学习。对于课程类型的设置,在西南大学2018年土木工程专业培养方案中有3种类型,即传统的理论讲授课、实验课及实践课。相关实验课程并非完全由实验教学构成,以土木工程材料课程为例,其总学时为63学时,其中理论教学为36学时,实验教学为27学时,实验学时占该门课程总学时的43%。在本文中,为避免混淆,对于该类既有理论教学又有实验教学的课程,统一归类为实验教学课程。我校土木工程专业目前主要按“建筑工程”。

  [基金项目]西南大学教育教学改革研究项目“科研与教学相融合的土木类专业课程实验教学模式探究”(重庆市高等教育教学改革研究项目“基于‘互联网’的工科课程混合式教学模式探索与实践”重庆市高等教育学会高等教育科学研究项目“土木类专业课程基于‘互联网’的混合式教学模式探究”(西南大学教育教学改革研究项目“基于理念的房屋建筑学教学改革研究”。

  其二,我校土木工程专业学生在实验室所做实验相对较为固定,很少有自主选择权利,因而无法发挥其主观能动性。同时,学生所做实验大多是验证性实验,而设计性实验所占比例较小,比如土木工程材料实验,此部分先进的科研仪器又长期处于闲置状态,没有得到有效的利用,比如土木工程结构实验室先进的MTS液压伺服作动器就长期处于空置状态,其有效利用率不高。

  其四,我校土木工程专业部分实验课程的教学评价机制较为单一,主要以学生实验课程期末考试成绩以及实验报告中试验结果和理论值的吻合情况作为学生实验效果的评价依据,而对学生在实验过程的动手操作情况、团队配合效果以及分析和解决问题的能力。

  三、土木工程专业实验教学存在的问题

  (一)国内部分土木工程专业实验教学存在的问题

  国内外很多土木类高校目前在实验课程的教学效果上存在或多或少的问题。比如中南林业科技大学冯新对该校土木工程专业实验课程调研后发现,该校土木工程所有实验课程的开设基本上是以实验项目为主,综合性、设计性和研究创新性实验项目相对较少,这就不利于培养学生的综合创新能力。东南大学朱万红对180名本科生进行了土木工程材料实验教学效果的调查,结果表明在参加试验实践情况选项中仅有30.23%的学生参与了所有的试验;在小组成员安排与实验效果的评价中,有52.91%的学生认为实验小组成员较多,自己几乎没有动手的机会,有25%的学生认为自己基本没有收获;而在进入实验室感觉选项中,有39.53%的学生不知道如何下手,47.67%的学生是看人家怎么做自己就怎么做,仅有5.81%的学生知道每一个步骤。吉林建筑大学白莉对该校建筑环境与设备实验教学示范中心进行调研后发现,该校实验教学主要是根据理论教学进度穿插于课程教学之间,时间上比较零散,没有形成一个系统完整的培养体系,实验教学缺乏整体规划,严重制约了学生工程实践能力和创新能力的提升。

  (二)西南大学土木工程专业实验教学存在的问题

  我校土木工程本科专业自2003年才开始招生,与国内外其他土木工程院校相比,起步较晚,存在的实验教学问题相对较多,总体而言有以下几方面的典型问题。其一,我校土木工程专业实验课程大多分为理论教学与实验教学两部分,在该类课程教学过程中,部分教师与学生往往只注重理论部分而轻视实验部分。与此同时,土木工程专业实验课程往往涉及多方面知识内容,这就导致学生在有限的时间里,对相关实验课程的学习只是泛泛了解,无法掌握相关实验知识的内在本质,因而常出现从面到点的教育缺乏问题。

  四、科研与教学相融合的土木工程专业课程实验教学模式探索

  西南大学土建系为解决目前在土木工程专业课程实验教学中存在的相关问题,在部分实验课程的教学过程中融入了科研与教学相融合的教学理念,取得了良好的效果。

  (一)科研与教学相融合实验教学模式的构建

  基于探究式教学、建构主义学习等理论,针对实验教学中存在的“重理论轻实验、从面到点的教育相对缺乏”的问题,西南大学土木工程专业在部分课程的实验教学过程中,紧密围绕教学—科研共同体的构建,从新工科背景下创新型人才培养的视角出发,以学生为主体,教师为主导,构建科研与教学相融合的实验教学模式。

  比如在“土木工程试验”的理论教学过程中,教师在理论授课的同时便会强调实验的重要性,要求学生做到理论知识学习与实验操作并重。在实验教学过程中,教师将其科研项目与本科实验内容进行融合,并以专题报告形式对相关内容进行介绍,将科研项目里的相关实验任务(和本科教学有密切关联的部分)分配给学生。课后要求学生以小组形式进行相关的文献调研与试验设计工作,积极开展讨论与交流,每个小组独立完成试件的制作与加载测试以及数据分析的过程,从而使学生有效掌握相关实验的关键知识。

  (二)科研与教学相融合的实验项目与实验模式优化

  针对学生在实验室所做实验相对固定,验证性实验多而设计性实验少的问题,部分课程的任课教师在其实验教学过程中对实验教学的模式及实验项目进行了优化,把新技术、新器件和科研成果引入实验教学,适当减少验证性实验,增加综合性、设计性实验项目的比重,并确定合理的验证性实验和设计性实验的比例。将工程应用前景较广和可操作性较强的科研项目与科研成果及时转化为实验教学资源,在规定的实验项目中给予学生自主选择实验项目的权利。

  比如在“土木工程材料”实验教学过程中,除必须完成的相关实验外,还附加部分选做实验,该部分实验项目由教师根据课程大纲并结合最新的科研动态与工程前沿选定,学生可根据自身的兴趣爱好选择其中的几项来完成。同时,在实验项目的安排上,通过对学生的问卷调查,将验证性试验和设计性试验的比例调整为4∶1,从而保证在有限的教学时间里,能够充分发挥学生的主观能动性,增强其主体意识。

  (三)制定符合科研与教学相融合理念的实验室管理办法

  针对实验室部分实验教学仪器过于老旧,部分科研仪器未被充分利用的问题,西南大学土木工程专业在现有实验室的基础之上,本着立足现状、着眼发展、统筹规划、合理布局、优化配置的原则,淘汰相关过于老旧的实验仪器,促使实验教学紧跟科研与工程发展的前沿;找准科研与教学的结合点,将部分闲置的科研仪器应用于实验教学中,从而提高设备的利用率,促进了教学与科研工作的共同发展。同时根据实验室年度规划,合理制订实验室对学生的开放计划,实行综合开放式实验教学制度,充分优化实验室的资源配置,引导学生自主探索,整合所学内容,进而融会贯通所学专业知识,培养探究能力和提高创新思维能力。

  (四)建立科学的评价机制

  针对土木工程专业相关实验课程教学评价机制较为单一的问题,西南大学部分实验课程在现有的实验教学评价机制基础之上,根据科研与教学相融合的教学理念,综合考虑教师、学生、教学活动、教学内容、教学环境等因素的影响,制定以学生发展为根本、以多元化为特征、以指导和激励为原则的更加科学合理的实验教学评价机制。

  比如在“土木工程材料”的教学评价过程中,对学生的评价不再仅仅注重其期末考试的卷面成绩,还注重学生平时参与实验的过程,评价的方式力求多元化。学生在完成教师布置的组内实验讨论时,让学生进行自评与互评:通过自评,让学生认识到自己的不足,同时对相关实验过程及其不足之处做出改进与反思;通过互评,可让学生看到自己与别人的差距。学生之间的评价与打分,也作为学生最终成绩的一部分。同时综合学生在实验过程的参与情况与完成效果,并结合其期末考试成绩

  五、科研与教学相融合的实验教学模式的应用效果及推广意义

  实行科研与教学相融合的实验教学,对实验室而言,可以使实验室的仪器设备得到充分利用,起到物尽其用的作用;对教师而言,教师在实验教学及与学生的讨论交流过程之中,可不断提升自己的教学素养及理论水平;对学生而言,有利于提高学生参与实验的积极性,激发其发散性与创造性思维,发挥其个性与特长,提升其工程实践及创新能力。在此过程中,学生也更易接触到学科前沿及工程实际问题,这对于培养学生的科研兴趣、优化其知识结构及提升其解决实际工程问题的能力很有帮助。可见,土木工程专业实行科研与教学相融合的实验教学模式具有明显的应用效果与推广意义。

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