楊 松，董 坤，楊樹桐

(中國海洋大學工程學院，山東 青島 266100)

1 引 言

實驗教學作為理論教學的有效支撐與補充，常被賦予增強學生學習趣味性、提高學生實踐能力等教學目標[1-3]。目前，在土木工程實驗教學實踐過程中，《土木工程結(jié)構(gòu)試驗》的實驗課大多安排在大三下學期或大四上學期，受學生考研、找工作等影響，實驗課的重要性未能得到學生的充分認識，實驗效果欠佳?；诖?，針對《土木工程結(jié)構(gòu)試驗》的實驗課程整體設計做了一些優(yōu)化改革與探索實踐。

2 目前實驗教學中存在的問題

2.1 學生對實驗課重視不足，預習效果差

以中國海洋大學為例，《土木工程結(jié)構(gòu)試驗》實驗課僅8個課時，實驗課依附于理論課程設置，作為《土木工程結(jié)構(gòu)試驗》課程中的一部分。目前，理論課程考核方式為考試，實驗課成績占整門課總成績的比例僅為30%，且實驗考核以實驗報告為主，學生對實際操作重視不足。另外，受試驗設備臺套數(shù)限制，每組實驗人數(shù)在4-6人之間，同組的部分學生有等、靠思想，課前不預習，課后抄報告。另外，抄襲的實驗報告也無法得到有效甄別，較難根據(jù)學生的實際上課情況給出準確評價。

2.2 學生在實驗中缺乏探索興趣

現(xiàn)有的《土木工程結(jié)構(gòu)試驗》實驗項目中，多數(shù)項目為基礎性實驗內(nèi)容，以驗證性實驗為主，難度偏小，難以激發(fā)學生自主探索的興趣[4]。實驗課堂上基本上是實驗教師在講，學生跟著做，在實驗過程中學生始終處于被動接收狀態(tài)，缺乏自主學習的外部動力。另外，由于存在等、靠的思想，部分學生認為預習沒有必要，即使布置了課前預習，往往預習效果也極差。根據(jù)在實驗課前做的隨機調(diào)查，課前沒有預習的學生往往能達到70%甚至更多，這就造成了學生進實驗室時對所要做的實驗一無所知，實驗過程照著實驗指導教師的演示“照貓畫虎”，缺乏自主思考的過程。

2.3 “填鴨式”指導扼殺學生思考及創(chuàng)新能力

現(xiàn)有實驗課中，一般由實驗教師在實驗前準備好實驗用儀器設備和材料，上課先講述實驗目的、原理、步驟等，然后由實驗教師演示實驗全過程，學生跟著做，無法脫離“填鴨式教學”的窠臼。實驗做完后，學生往往是知其然而不知其所以然。另外，由于設備臺套數(shù)、上課時間及實驗場地限制，每次需同時對多個小組授課，約16-24名學生圍在實驗教師周圍觀看演示操作，無法避免有部分學生排在后面，看不到或看不清實驗教師的演示操作講解。這種手把手講解式的實驗教學模式，無法充分利用有限的實驗教學資源，難以培養(yǎng)學生思考問題、解決問題的能力，無法培養(yǎng)學生的專業(yè)學習興趣，脫離了大學教育的本意。

3 “強化自主探究”的實驗教學模式改革與探索

基于以上實驗教學現(xiàn)狀，以“強化自主探究”為突破點，以點帶面，力爭盤活現(xiàn)有實驗教學資源，實現(xiàn)實驗教學效果有力提升。

3.1 將相關背景資料交給學生預習

通過梳理實驗項目的背景資料，包括教材、實驗指導書、實驗用途說明、實驗儀器設備說明書等，將這些資料篩選后發(fā)布在Blackboard網(wǎng)絡輔助教學平臺，引導學生使用Blackboard網(wǎng)絡輔助教學平臺資源進行課前預習，了解實驗項目背景、用途、方法和技術(shù)路徑。這些材料要求學生通讀后一般了解即可，在后面的實驗過程中，乃至實驗完成撰寫實驗報告階段，這部分基礎知識作為學生的背景知識存在，起引導、索引作用。

3.2 將演示操作錄制成視頻，發(fā)給學生觀看

有了背景資料預習，學生基本上對實驗的用途和過程有了基本的印象，但是由于在此之前學生沒有在實驗室做過實驗或者沒有接觸過實驗儀器設備的實物，對實驗工具、儀器、設備缺乏認識，實驗教師將演示操作過程錄制成小視頻，并在視頻中著重講述實驗難點步驟和安全操作知識。在實驗預習階段，將視頻提前發(fā)給學生觀看，可以使學生在具體實驗前對實驗過程、實驗中的危險點等有一個基本的了解，對實驗所用到的儀器、設備、工具有一個直觀的認識。

3.3 提出思考性問題，引導學生自主探索

學生做完前兩步，基本上對所要進行的實驗項目有了通盤的認識，此時進實驗室做實驗已經(jīng)能做到心中有數(shù)，有條不紊了。進一步提出一些容易出錯、或涉及實驗操作安全的思考性問題，讓學生提前探索答案，做一些有益的思考和心理準備。

3.4 設置考核性預習報告，保障學生預習效果

學生是由不同的個體組成的群體，從學生個體來看，每個學生的學習能動性不同，部分學生認為沒有必要預習。而在實驗過程中由于沒有提前做到心中有數(shù)，只能旁觀別人做實驗，實驗后靠抄襲別人的實驗報告以求通過實驗課考核?，F(xiàn)在，通過之前的訓練，學生已經(jīng)具備撰寫實驗預習報告的能力了。設置實驗預習報告作為考核預習效果的手段，能夠督促學生課前預習，保障實驗效果。實驗預習報告可采用電子版的形式，通過查重小程序，如果重復率大于50%，報告即有抄襲嫌疑，退回重寫。這樣學生就會重視預習環(huán)節(jié)，以任務促過程，認真、獨立地完成實驗預習任務。

3.5 進一步開放實驗室，由學生自主選擇實驗時間

由于實驗室實驗臺套數(shù)的限制，之前的學生分組人數(shù)在每組4-6人，不是所有學生都有動手操作的機會。每次實驗教師均要講述實驗目的、原理、步驟等，然后演示實驗操作全過程，每組人數(shù)若減少會造成分組數(shù)增加，實驗教師的工作量將增加到不可接受的程度。而且由于實驗課程安排在大四上學期，學生面臨著考研復習、找工作等多重壓力，實驗時間和考研、找工作時間會存在沖突。

現(xiàn)在由于預習環(huán)節(jié)的強化，原理講述和操作演示部分前移至預習環(huán)節(jié)，實驗教師的工作可變?yōu)樵趯嶒炦^程中的巡查、督導及解答現(xiàn)場問題。通過在一段時間內(nèi)開放實驗室，增加可選擇實驗時間段，增加分組數(shù)，減少每組人數(shù)，可以在不大幅增加實驗教師工作量的情況下，優(yōu)化實驗資源配置，提高實驗設備使用率，提升實驗教學效果。

改革前后的授課模式對比詳見表1。

表1 改革前后授課模式對比

4 “強化自主探究”的實驗教學模式實例

以粘貼應變片實驗為例，根據(jù)實驗教學大綱，其實驗目的主要有：(1)了解電阻應變計的構(gòu)造及其工作原理；(2)了解選擇應變片標距的原理和鑒別應變片質(zhì)量的方法；(3)掌握應變片的粘貼工藝，學習粘貼技術(shù)。

對于目的(1)和(2)，理論課中已闡述清楚電阻應變計的構(gòu)造及工作原理，實驗的目的是讓學生接觸到應變片實物，理解應變片的尺寸、特性等，對理論課的內(nèi)容往往起加深理解作用，可以通過鼓勵學生查閱資料的方式予以認識。

對于目的(3)，雖然理論課及課程指導書均有粘貼工藝、粘貼技術(shù)的內(nèi)容，但根據(jù)多年來的實驗教學實踐來看，由于缺乏前期認識，學生往往沒有興趣根據(jù)文字建立想象，在實際教學實驗中，往往還依賴實驗教師的課堂演示。針對目的(3)，目前尚未在網(wǎng)絡或其他途徑發(fā)現(xiàn)有關于應變片粘貼的視頻。根據(jù)我校結(jié)構(gòu)實驗室具體情況，錄制并剪輯了實驗教師演示粘貼應變片過程的視頻，在課前實驗預習階段，讓學生觀看視頻然后根據(jù)印象，對照課本和課程指導書寫預習報告。

在課前約兩周，發(fā)給學生粘貼應變片實驗項目指導書、恒溫焊臺使用說明書、電阻應變計說明書等，并推薦若干個生產(chǎn)靜態(tài)電阻應變儀、電阻應變計的廠家網(wǎng)站，連同前述制作好的應變片粘貼演示視頻，鼓勵學生學習、探索相關知識。

同時發(fā)放給學生預習報告模板，要求學生歸納回答以下問題：(1)應變片的工作原理。(2)應變片的基本構(gòu)造簡圖。(3)應變片的選用原則。(4)根據(jù)實驗指導書及操作示范視頻，簡述應變片粘貼主要步驟。(5)被測鋼材試件為何在粘貼電阻應變片處打成交叉45°磨痕條紋？(6)如何保證貼片的質(zhì)量？貼片質(zhì)量的好壞對量測會產(chǎn)生什么影響？(7)電阻應變片粘貼完畢后，若發(fā)現(xiàn)應變片電路發(fā)生短路或斷路時，請分析可能的原因及相應的驗證手段和處理方法。

學生完成預習并提交回答上述問題的預習報告后，由實驗教師對預習報告進行批改查重，并將批改結(jié)果和查重結(jié)果反饋給學生本人。此步驟可在學校積極推進的Blackboard網(wǎng)絡輔助教學平臺上快捷完成。

實驗室按照教學進度安排，預先提供幾個時間段供學生選擇，學生根據(jù)自身學習時間安排，在Blackboard網(wǎng)絡輔助教學平臺上自助選擇適宜時段進入實驗室開展實驗操作。

5 “強化自主探究”實驗教學模式的成效

教學改革的成功與否，最終的評價依據(jù)在于教學實驗的效果是否提升?！皬娀灾魈骄俊钡膶嶒灲虒W模式改革實施后，就此次改革效果進行了網(wǎng)絡問卷調(diào)查，調(diào)查對象是剛結(jié)課的土木工程專業(yè)的本科生。此次調(diào)查共發(fā)放問卷71份，實際收回問卷70份，有效問卷66份。經(jīng)過問卷數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析，發(fā)現(xiàn)此次實驗教學模式改革的效果較好。

5.1 學生實驗興趣增強，應付實驗現(xiàn)象減少

從學生學習態(tài)度和興趣調(diào)查統(tǒng)計表中發(fā)現(xiàn)，此次實驗教學模式改革有效地提高了學生對《土木工程結(jié)構(gòu)試驗》課程實驗的學習興趣，主要表現(xiàn)在學生普遍對實驗的原理、儀器的性能較為重視，應付實驗的現(xiàn)象減少了，在課下自主學習和主動探究的情況在增加。總之，絕大部分學生對實驗教學模式改革持支持態(tài)度。

5.2 學生操作熟練，實驗效率提高

從學生實驗時間的調(diào)查統(tǒng)計中發(fā)現(xiàn)，實驗平均耗時減少接近30%，這主要是由于通過課前的充分預習，大部分學生已掌握了實驗的基本流程步驟，對實驗設備也消除了陌生感。隨著每批學生實驗耗時的減少，后期可適當增加分組數(shù)、分批數(shù)，使每組學生更少，增加每位學生的動手實驗機會。

5.3 實驗儀器損壞率降低、實驗耗材消耗量減少

根據(jù)實驗課后調(diào)查統(tǒng)計，實施改革后的儀器損壞情況有所減少，實驗成功率較之前有大幅增加，相應的實驗耗材消耗量減少。

6 結(jié) 語

針對《土木工程結(jié)構(gòu)試驗》課內(nèi)實驗的教學改革實踐，我校改變了過去傳統(tǒng)的“填鴨式”實驗授課方式，結(jié)合Blackboard網(wǎng)絡輔助教學平臺和視頻錄播手段，強化了課前預習，提高了學習效率。基于“強化自主探究”教學模式，通過網(wǎng)絡預習資料發(fā)布和反饋意見收集，在實驗實操前激發(fā)了學生試驗興趣，加強了對理論應用于實踐的認識；通過設置思考性問題和考核性預習報告，引導學生自主探索，提高解決問題的能力；通過對授課時間的調(diào)整，實現(xiàn)了網(wǎng)上預約，小組靈活實操練習，進一步保障了實驗學習效果。總體而言，該實驗課程的改革與探索對提高大學生學習興趣、激發(fā)自主思考及創(chuàng)新能力、全面認識和掌握試驗技能起到了較好的促進作用，同時提高了授課效率，減少了實驗儀器耗材損耗。