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開(kāi)放性實(shí)驗在土木工程專(zhuān)業(yè)中的運用思索論文
為了能給學(xué)生提供了自主學(xué)習、獨立思考和個(gè)性發(fā)展的空間，有效地避開(kāi)傳統實(shí)驗教學(xué)的不足，就必須改變傳統的實(shí)踐教學(xué)方式，開(kāi)展“開(kāi)放性實(shí)驗”教學(xué)。所謂“開(kāi)放性實(shí)驗”，就是將實(shí)驗室開(kāi)放，學(xué)生按教學(xué)要求、自身的興趣、愛(ài)好，根據自己的實(shí)際情況選擇時(shí)間去進(jìn)行自己設計的實(shí)驗[4，5]。學(xué)生根據所學(xué)知識，選擇一個(gè)題目，獨立設計實(shí)驗方案，并完成實(shí)驗過(guò)程，該題目實(shí)驗內容應具有綜合性、設計性和創(chuàng )造性，實(shí)驗形式具有可開(kāi)放性。在整個(gè)實(shí)驗過(guò)程中，教師只負責對實(shí)驗方案進(jìn)行審查，在實(shí)驗過(guò)程中給予必要的指導、啟發(fā)，并引導學(xué)生最終完成一篇綜合性的實(shí)驗研究報告或科研論文。其實(shí)質(zhì)就是放開(kāi)手腳讓學(xué)生獨立按自己的設計方案去完成實(shí)驗。使他們能更好地在實(shí)驗設計、實(shí)驗過(guò)程、實(shí)驗數據分析中培養克復困難的毅力，培養獨立思考、學(xué)習、分析的能力和總結成功與失敗的經(jīng)驗和教訓。從“開(kāi)放性實(shí)驗”含義可以看出，“開(kāi)放性實(shí)驗”教學(xué)改變了以前的那種傳統式的教師對學(xué)生的“灌輸式”教育，把教學(xué)改為啟發(fā)式的“導”，循循善誘，啟迪思維[6]。
“開(kāi)放性實(shí)驗”在《土木工程材料試驗》中具體實(shí)施步驟
我校很早在教學(xué)中提出建設創(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 )新人才培養的目標要求，并落實(shí)到教學(xué)過(guò)程中，主要體現到各實(shí)踐教學(xué)環(huán)節。為此，筆者在土木工程材料實(shí)驗教學(xué)中做了一些有益的嘗試，對部分班級開(kāi)展了“開(kāi)放性實(shí)驗”，收到了良好效果。其具體步驟可概括如下。
�。ㄒ唬╅_(kāi)展問(wèn)題式學(xué)習，制定實(shí)驗方案
因為在“開(kāi)放性實(shí)驗”中，問(wèn)題的選擇和設計至關(guān)重要。對于問(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。對于前者來(lái)說(shuō)，問(wèn)題的解決往往是驗證課程中講授的理論或者是前人處理這一事件的經(jīng)驗或教訓，而對于未解決的問(wèn)題來(lái)說(shuō)，則要求學(xué)生結合所學(xué)內容以及日常生活中出現的實(shí)驗現象，借助圖書(shū)館、互聯(lián)網(wǎng)查找相關(guān)的資料，引導學(xué)生自己發(fā)現問(wèn)題、提出問(wèn)題從而擬定實(shí)驗題目，制定實(shí)驗方案。
�。ǘ┮龑W(xué)生思考，比較和確定實(shí)驗方案
根據學(xué)生對實(shí)驗方案的闡述，筆者分情況對其進(jìn)行引導。從其設計的實(shí)驗目的及其研究?jì)热萆线M(jìn)行引導，鼓勵學(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)驗方案，并最終確定實(shí)驗方案。
�。ㄈ┙Y合方案特點(diǎn)，實(shí)施開(kāi)放性實(shí)驗
實(shí)驗方案確定后，各小組根據實(shí)驗方案開(kāi)展研究，通過(guò)實(shí)驗的開(kāi)展，讓學(xué)生自身深刻體會(huì )方案的設置對實(shí)驗的重要性，在小組實(shí)驗中，學(xué)生們明顯感覺(jué)到一個(gè)好的方案會(huì )讓實(shí)驗事半功倍。
�。ㄋ模└鶕䦟�(shí)驗結果，提交實(shí)驗報告及分析
結合學(xué)生實(shí)驗的問(wèn)題，根據實(shí)驗具體結果，引導學(xué)生分析實(shí)驗數據，判別實(shí)驗結果，進(jìn)而提高學(xué)生解決問(wèn)題的能力，同時(shí)在結果分析中，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(guān)能動(dòng)性。
“開(kāi)放性實(shí)驗”教學(xué)對學(xué)生能力培養的影響
在這次“開(kāi)放性實(shí)驗”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”小組，通過(guò)“開(kāi)放性實(shí)驗”的研究，每一組分別完成了所設計的實(shí)驗�！伴_(kāi)放性實(shí)驗”使學(xué)生在校內找到了理論與實(shí)際相聯(lián)系的一個(gè)很好的結合點(diǎn)，不僅提高了學(xué)生的發(fā)現問(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)習能力以及團結協(xié)作的精神；并且在完成實(shí)驗的過(guò)程中，加深了學(xué)生對書(shū)本知識的理解和運用。具體影響可分述如下。
�。ㄒ唬┨岣吡藢W(xué)生發(fā)現問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力“開(kāi)放性實(shí)驗”方案的選擇和設計過(guò)程中，學(xué)生需要首先發(fā)現問(wèn)題，進(jìn)而分析問(wèn)題，并在比較各選項方案可行性的基礎上做出決策，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)的設計題目，對學(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、相互討論、實(shí)驗驗證、結果分析等過(guò)程，在其已有知識的基礎上架構起新舊知識的同化過(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”設計中，他們就以“石膏建材的呼吸性能”為題，針對石膏在空氣中的失水性能開(kāi)展實(shí)驗研究，研究石膏能夠一定程度的調節濕度的性能，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”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)達到獲取知識、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)驗中混凝土配合比設計實(shí)驗，讓學(xué)生對混凝土的工作性、強度及配合比設計有了感性的認識。但是鋼筋混凝土中，混凝土的受力性能，又是如何呢？針對這個(gè)問(wèn)題，有三組學(xué)生，分別就水灰比、混凝土型號以及混凝土中鋼筋的等級三個(gè)不同方面研究鋼筋混凝土中混凝土受力，研究這些因素對混凝土受力情況的影響。除此之外，在“開(kāi)放性實(shí)驗”中，對于實(shí)際工程多方案進(jìn)行比較的實(shí)驗題目，學(xué)生相互之間的討論、比較、決策，探究等過(guò)程，對于培養學(xué)生分析和解決的能力大有幫助。
�。ǘ┨岣邔W(xué)生的學(xué)習能力和團隊協(xié)作能力
“開(kāi)放性實(shí)驗”問(wèn)題提出后，就需要學(xué)生針對問(wèn)題開(kāi)展學(xué)習研究。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”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)驗的進(jìn)行迫使學(xué)生自主學(xué)習，查閱文獻，大大提高了學(xué)生的自主學(xué)習能力。由于問(wèn)題具有真實(shí)性和復雜性的特點(diǎn)，就需要各小組成員分工明確、責任明確。對于任何一個(gè)實(shí)驗的研究，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)驗方案提出實(shí)驗方案后和同組成員進(jìn)行討論，分析實(shí)驗可行性；實(shí)驗開(kāi)展過(guò)程中，實(shí)驗耗材的購置以及實(shí)驗中出現問(wèn)題的解決，都需要學(xué)生具備良好協(xié)調能力。這種讓學(xué)生自我組織劃分工作職責的方式有利于培養學(xué)生的團隊合作精神。同時(shí)，學(xué)生在分組討論學(xué)習過(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，這種團隊協(xié)作能力往往是傳統教學(xué)方法所不能觸及的，但對于工科類(lèi)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，這種基本職業(yè)技能訓練是不可或缺的。
�。ㄈ┨岣邔W(xué)生對理論和實(shí)驗知識的理解和運用
首先“，開(kāi)放性實(shí)驗”的設計就需要學(xué)生在充分掌握相關(guān)理論基礎知識的基礎上進(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)驗的結合，從而鞏固和提高了學(xué)生對理論知識的掌握。在這次“開(kāi)放性實(shí)驗”嘗試中，筆者組織土木2007-1、2兩個(gè)班級進(jìn)行土木工程材料實(shí)驗授課，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”小組，其余12組進(jìn)行了傳統的土木工程材料實(shí)驗教學(xué)。為了了解“開(kāi)放性實(shí)驗”的效果，筆者精心設計了一份“土木工程材料實(shí)驗考核試卷”，按教學(xué)要求全面考核學(xué)生知識面、分析、計算和綜合能力。試卷中所涉及的知識點(diǎn)，均在實(shí)驗課程開(kāi)始授課前進(jìn)行的相應的講解，然后分別進(jìn)行相應的實(shí)驗教學(xué)。從考核的結果來(lái)看，“開(kāi)放性實(shí)驗”小組成員考核成績(jì)明顯高于“傳統性實(shí)驗”小組的同學(xué)，如表1所示。從實(shí)驗成績(jì)考核可以看出，實(shí)施“開(kāi)放性實(shí)驗”教學(xué)效果明顯。從參與“開(kāi)放性實(shí)驗”的學(xué)生與三個(gè)班學(xué)生的成績(jì)分析來(lái)看，卷面總成績(jì)平均分提高約8分。由此可見(jiàn)，實(shí)施“開(kāi)放性實(shí)驗”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)習成績(jì)。
結語(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，在工科類(lèi)高等教育尤其是土木工程這類(lèi)實(shí)踐性較強的專(zhuān)業(yè)中，已經(jīng)成為重中之重。而實(shí)驗教學(xué)是高等教育中培養學(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目標的重要教學(xué)環(huán)節。在土木工程材料實(shí)驗中設置“開(kāi)放性實(shí)驗”，在時(shí)間與空間上給學(xué)生創(chuàng )造了實(shí)驗條件，吸引學(xué)生多走進(jìn)實(shí)驗室進(jìn)行與教學(xué)相關(guān)實(shí)驗甚至課外實(shí)驗，對其培養創(chuàng )新精神養成獨立思考的基本科學(xué)精神有著(zhù)超乎尋常的促進(jìn)作用�！伴_(kāi)放性實(shí)驗”既要求學(xué)生具有獨立查閱相關(guān)文獻的檢索能力，又鼓勵學(xué)生之間對文獻內容進(jìn)行討論，間接促使學(xué)生們在學(xué)習上的交流，以形成團結協(xié)作的研究習慣，培養學(xué)生的團隊精神，這對新時(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(zhù)積極的意義
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