開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)在土木工程專(zhuān)業(yè)中的運(yùn)用思索論文
為了能給學(xué)生提供了自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考和個(gè)性發(fā)展的空間，有效地避開(kāi)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足，就必須改變傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)方式，開(kāi)展“開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)”教學(xué)。所謂“開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)”，就是將實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放，學(xué)生按教學(xué)要求、自身的興趣、愛(ài)好，根據(jù)自己的實(shí)際情況選擇時(shí)間去進(jìn)行自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)[4，5]。學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識(shí)，選擇一個(gè)題目，獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并完成實(shí)驗(yàn)過(guò)程，該題目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)具有綜合性、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)造性，實(shí)驗(yàn)形式具有可開(kāi)放性。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師只負(fù)責(zé)對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行審查，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中給予必要的指導(dǎo)、啟發(fā)，并引導(dǎo)學(xué)生最終完成一篇綜合性的實(shí)驗(yàn)研究報(bào)告或科研論文。其實(shí)質(zhì)就是放開(kāi)手腳讓學(xué)生獨(dú)立按自己的設(shè)計(jì)方案去完成實(shí)驗(yàn)。使他們能更好地在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析中培養(yǎng)克復(fù)困難的毅力，培養(yǎng)獨(dú)立思考、學(xué)習(xí)、分析的能力和總結(jié)成功與失敗的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。從“開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)”含義可以看出，“開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)”教學(xué)改變了以前的那種傳統(tǒng)式的教師對(duì)學(xué)生的“灌輸式”教育，把教學(xué)改為啟發(fā)式的“導(dǎo)”，循循善誘，啟迪思維[6]。
“開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)”在《土木工程材料試驗(yàn)》中具體實(shí)施步驟
我校很早在教學(xué)中提出建設(shè)創(chuàng)新型大學(xué)理念，圍繞創(chuàng)新性辦學(xué)理念，學(xué)校要求在教學(xué)上要進(jìn)一步突出創(chuàng)新人才培養(yǎng)的目標(biāo)要求，并落實(shí)到教學(xué)過(guò)程中，主要體現(xiàn)到各實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。為此，筆者在土木工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)中做了一些有益的嘗試，對(duì)部分班級(jí)開(kāi)展了“開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)”，收到了良好效果。其具體步驟可概括如下。
（一）開(kāi)展問(wèn)題式學(xué)習(xí)，制定實(shí)驗(yàn)方案
因?yàn)樵凇伴_(kāi)放性實(shí)驗(yàn)”中，問(wèn)題的選擇和設(shè)計(jì)至關(guān)重要。對(duì)于問(wèn)題的來(lái)源，一般有兩種：一是來(lái)自于已解決的問(wèn)題；二是有待解決的問(wèn)題。對(duì)于前者來(lái)說(shuō)，問(wèn)題的解決往往是驗(yàn)證課程中講授的理論或者是前人處理這一事件的經(jīng)驗(yàn)或教訓(xùn)，而對(duì)于未解決的問(wèn)題來(lái)說(shuō)，則要求學(xué)生結(jié)合所學(xué)內(nèi)容以及日常生活中出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，借助圖書(shū)館、互聯(lián)網(wǎng)查找相關(guān)的資料，引導(dǎo)學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題從而擬定實(shí)驗(yàn)題目，制定實(shí)驗(yàn)方案。
（二）引導(dǎo)學(xué)生思考，比較和確定實(shí)驗(yàn)方案
根據(jù)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的闡述，筆者分情況對(duì)其進(jìn)行引導(dǎo)。從其設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康募捌溲芯績(jī)?nèi)容上進(jìn)行引導(dǎo)，鼓勵(lì)學(xué)生深入思考方案的可行性及創(chuàng)新性，通過(guò)思考，讓學(xué)生修正和完善實(shí)驗(yàn)方案，并最終確定實(shí)驗(yàn)方案。
（三）結(jié)合方案特點(diǎn)，實(shí)施開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)方案確定后，各小組根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案開(kāi)展研究，通過(guò)實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展，讓學(xué)生自身深刻體會(huì)方案的設(shè)置對(duì)實(shí)驗(yàn)的重要性，在小組實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生們明顯感覺(jué)到一個(gè)好的方案會(huì)讓實(shí)驗(yàn)事半功倍。
（四）根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告及分析
結(jié)合學(xué)生實(shí)驗(yàn)的問(wèn)題，根據(jù)實(shí)驗(yàn)具體結(jié)果，引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，判別實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)而提高學(xué)生解決問(wèn)題的能力，同時(shí)在結(jié)果分析中，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新能力，啟發(fā)學(xué)生思考新的問(wèn)題，進(jìn)而充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。
“開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)”教學(xué)對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)的影響
在這次“開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)”教學(xué)的嘗試中，學(xué)生自行組建了6個(gè)“開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)”小組，通過(guò)“開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)”的研究，每一組分別完成了所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)。“開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)”使學(xué)生在校內(nèi)找到了理論與實(shí)際相聯(lián)系的一個(gè)很好的結(jié)合點(diǎn)，不僅提高了學(xué)生的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力；同時(shí)提高了學(xué)生在解決問(wèn)題時(shí)學(xué)習(xí)能力以及團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神；并且在完成實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，加深了學(xué)生對(duì)書(shū)本知識(shí)的理解和運(yùn)用。具體影響可分述如下。
（一）提高了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力“開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)”方案的選擇和設(shè)計(jì)過(guò)程中，學(xué)生需要首先發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，進(jìn)而分析問(wèn)題，并在比較各選項(xiàng)方案可行性的基礎(chǔ)上做出決策，這就模擬了實(shí)際工程中解決實(shí)際問(wèn)題的全過(guò)程，大大提高了學(xué)生分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。同時(shí)，由于學(xué)生自己從實(shí)際問(wèn)題中選擇出來(lái)的設(shè)計(jì)題目，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，要么就是學(xué)生理解的難點(diǎn)和疑問(wèn)點(diǎn)處，要么就是學(xué)生感興趣的方面。這些都能夠激起學(xué)生探究問(wèn)題的興趣，使學(xué)生能夠通過(guò)自主學(xué)習(xí)、相互討論、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、結(jié)果分析等過(guò)程，在其已有知識(shí)的基礎(chǔ)上架構(gòu)起新舊知識(shí)的同化過(guò)程中，變被動(dòng)接受為主動(dòng)求知。如在某一組學(xué)生的“開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)”設(shè)計(jì)中，他們就以“石膏建材的呼吸性能”為題，針對(duì)石膏在空氣中的失水性能開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究，研究石膏能夠一定程度的調(diào)節(jié)濕度的性能，并最終取得了成功。為此，把問(wèn)題提交給學(xué)生，讓學(xué)生在“開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)”課程中給予完成。即使是已知答案的問(wèn)題，也可將不同材料性能的比較和溫濕度的測(cè)定隱含其中，使學(xué)生通過(guò)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題來(lái)達(dá)到獲取知識(shí)、掌握技能的目的。又比如，土木工程材料課程基本教學(xué)實(shí)驗(yàn)中混凝土配合比設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生對(duì)混凝土的工作性、強(qiáng)度及配合比設(shè)計(jì)有了感性的認(rèn)識(shí)。但是鋼筋混凝土中，混凝土的受力性能，又是如何呢？針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，有三組學(xué)生，分別就水灰比、混凝土型號(hào)以及混凝土中鋼筋的等級(jí)三個(gè)不同方面研究鋼筋混凝土中混凝土受力，研究這些因素對(duì)混凝土受力情況的影響。除此之外，在“開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)”中，對(duì)于實(shí)際工程多方案進(jìn)行比較的實(shí)驗(yàn)題目，學(xué)生相互之間的討論、比較、決策，探究等過(guò)程，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生分析和解決的能力大有幫助。
（二）提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力
“開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)”問(wèn)題提出后，就需要學(xué)生針對(duì)問(wèn)題開(kāi)展學(xué)習(xí)研究。由于各小組所接收的問(wèn)題不一致，小組成員必須通過(guò)自己的努力解決問(wèn)題。并且“開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)”要求學(xué)生在有限的時(shí)間完成研究工作，活動(dòng)中的學(xué)生都是主角，實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行迫使學(xué)生自主學(xué)習(xí)，查閱文獻(xiàn)，大大提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。由于問(wèn)題具有真實(shí)性和復(fù)雜性的特點(diǎn)，就需要各小組成員分工明確、責(zé)任明確。對(duì)于任何一個(gè)實(shí)驗(yàn)的研究，小組成員都必須進(jìn)行合理的分工。首先需要初步擬定實(shí)驗(yàn)方案提出實(shí)驗(yàn)方案后和同組成員進(jìn)行討論，分析實(shí)驗(yàn)可行性；實(shí)驗(yàn)開(kāi)展過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)耗材的購(gòu)置以及實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)問(wèn)題的解決，都需要學(xué)生具備良好協(xié)調(diào)能力。這種讓學(xué)生自我組織劃分工作職責(zé)的方式有利于培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神。同時(shí)，學(xué)生在分組討論學(xué)習(xí)過(guò)程中，也將逐漸體會(huì)到分工協(xié)作、相互傾聽(tīng)、相互尊重的重要性，這種團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力往往是傳統(tǒng)教學(xué)方法所不能觸及的，但對(duì)于工科類(lèi)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，這種基本職業(yè)技能訓(xùn)練是不可或缺的。
（三）提高學(xué)生對(duì)理論和實(shí)驗(yàn)知識(shí)的理解和運(yùn)用
首先“，開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)”的設(shè)計(jì)就需要學(xué)生在充分掌握相關(guān)理論基礎(chǔ)知識(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行，通過(guò)方案分析比較，讓學(xué)生更深刻的理解了理論與實(shí)驗(yàn)的結(jié)合，從而鞏固和提高了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握。在這次“開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)”嘗試中，筆者組織土木2007-1、2兩個(gè)班級(jí)進(jìn)行土木工程材料實(shí)驗(yàn)授課，共89人，分為18組。其中6組為學(xué)生自行組織的“開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)”小組，其余12組進(jìn)行了傳統(tǒng)的土木工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)。為了了解“開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)”的效果，筆者精心設(shè)計(jì)了一份“土木工程材料實(shí)驗(yàn)考核試卷”，按教學(xué)要求全面考核學(xué)生知識(shí)面、分析、計(jì)算和綜合能力。試卷中所涉及的知識(shí)點(diǎn)，均在實(shí)驗(yàn)課程開(kāi)始授課前進(jìn)行的相應(yīng)的講解，然后分別進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。從考核的結(jié)果來(lái)看，“開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)”小組成員考核成績(jī)明顯高于“傳統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)”小組的同學(xué)，如表1所示。從實(shí)驗(yàn)成績(jī)考核可以看出，實(shí)施“開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)”教學(xué)效果明顯。從參與“開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)”的學(xué)生與三個(gè)班學(xué)生的成績(jī)分析來(lái)看，卷面總成績(jī)平均分提高約8分。由此可見(jiàn)，實(shí)施“開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)”教學(xué)效果明顯，激發(fā)了學(xué)生的求知欲望，提高了學(xué)生分析問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力，從而提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)。
結(jié)語(yǔ)
高等教育教學(xué)改革已經(jīng)邁出了很大的步伐，并取了得積極的成果，學(xué)生的動(dòng)手能力及創(chuàng)造性思維能力培養(yǎng)，在工科類(lèi)高等教育尤其是土木工程這類(lèi)實(shí)踐性較強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)中，已經(jīng)成為重中之重。而實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等教育中培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的重要手段，是完成高等教育人才培養(yǎng)目標(biāo)的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。在土木工程材料實(shí)驗(yàn)中設(shè)置“開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)”，在時(shí)間與空間上給學(xué)生創(chuàng)造了實(shí)驗(yàn)條件，吸引學(xué)生多走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行與教學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)甚至課外實(shí)驗(yàn)，對(duì)其培養(yǎng)創(chuàng)新精神養(yǎng)成獨(dú)立思考的基本科學(xué)精神有著超乎尋常的促進(jìn)作用。“開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)”既要求學(xué)生具有獨(dú)立查閱相關(guān)文獻(xiàn)的檢索能力，又鼓勵(lì)學(xué)生之間對(duì)文獻(xiàn)內(nèi)容進(jìn)行討論，間接促使學(xué)生們?cè)趯W(xué)習(xí)上的交流，以形成團(tuán)結(jié)協(xié)作的研究習(xí)慣，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神，這對(duì)新時(shí)期的工科大學(xué)生掌握創(chuàng)新能力，發(fā)展創(chuàng)新思維有著積極的意義
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