土木工程材料设计性实验教学实践范文

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[摘要]

针对土木工程专业学科和行业技术的发展趋势，顺应高等教育创新人才培养模式的改革实践，研究与探索土木工程材料设计性实验的教学内容与实施方法，培养学生的创新意识、科研能力及综合素质，取得了良好的实践教学效果。

[关键词]

土木工程材料；设计性实验；实践教学；创新人才

随着我国经济的快速发展，社会基础设施的建设日新月异，需要越来越多的具有创新能力和创造能力的土木工程建设专业人才，高等教育的人才培养模式也要与时俱进，适应社会发展需求，为我国培养高素质创新人才。近年来我国大力倡导自主创新，建设创新型国家，必须以高等院校培养创新型人才为基础。土木工程专业本科阶段的目标是培养适应社会主义现代化建设需要，德智体全面发展，掌握土木工程学科的基本理论和基本知识，获得工程师基本训练并具有创新精神的高级专门人才。而实验教学环节是实现土木工程专业培养目标的重要环节之一。土木工程材料设计性实验是由本科生利用已掌握的专业基础理论知识，针对某个专题进行设计性实验，用以掌握相关的实验知识和实验技能，锻炼学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力，培养学生的创新思维和创新能力。

一、土木工程材料实验教学现状

我国的土木工程建设发展迅速，工程建设面临许多复杂项目和技术难题，要求土木工程专业人才具备扎实的理论基础、强有力的实践能力和创新的工程意识。高等教育传统的土木工程实验教学都是以演示性、验证性实验为主，一般由授课教师提前准备好实验方案、实验材料和仪器设备，简单介绍实验方法和实验步骤，再由学生动手开展实验，全过程都是按这个模式进行。实验全过程只是学生对教师实验的简单模仿、复制，没有深入了解相关工程背景、工程经验以及实验数据的应用价值，学生缺乏思考、发现、分析及解决问题的过程，这种现状不利于培养实用型的创新人才。土木工程材料实验教学学时少，大部分高校只安排8—10学时，教师难以开展创新性、探索性的实验。因此，改革传统的实践培养方案和实践教学模式显得非常必要，对培养具备创新意识和创新思维的复合型人才意义重大。

二、土木工程材料设计性实验专题

土木工程材料设计性实验专题是在土木工程材料课内实验的基础上设立的，学生必须完成基本的课内实验，再选择设计性实验专题，设计性实验专题是课内实验的深化与拓展。设计性实验专题由教师安排实验任务，设定实验要求、技术指标、实验条件，由学生自行设计实验方案、实验措施、实验步骤，完成实验全过程，并统计及分析实验数据，获得初步的结果或结论。本专业开设的土木工程材料设计性实验专题紧贴工程实际，设计内容具有新颖性和实用性，注重实验项目与工程实际的紧密联系，锻炼学生的科研意识，也为培养学生参与国家大学生创新性实验计划、创意设计或创业计划夯实基础。土木工程材料设计性实验共设立3个专题，分别为水泥混凝土和砌体材料专题、沥青混合料专题、无机结合料稳定材料专题（具体实验项目见表1）。

三、土木工程材料设计性实验过程

1.水泥混凝土和砌体材料专题根据设计要求，学生自行确定原材料种类，测定水泥、砂、石的物理性能，进行混凝土配合比的设计；利用设计的混凝土配合比，进行混凝土试配，测定并调整混凝土工作性能，满足要求后，测定混凝土湿容重并成型；拆模并在标准养护室养护至28d后，测定混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度，根据测定结果，评价混凝土配合比是否满足设计要求，并计算混凝土拉压比，如配合比不满足要求，需要分析其原因；最后根据选择的混凝土题目，进行相关的耐久性试验，掌握常用砌体材料的基本性能和试验方法。通过本实验，学生掌握混凝土配合比设计的方法、原材料和配合比参数对混凝土性能的影响、混凝土工作性能和力学性能试验的方法和过程、混凝土配合比的调整方法和技巧、混凝土强度的相关影响因素、混凝土拉压比的概念和大致范围，理解混凝土的工作性能、力学性能和耐久性能的实验原理及实验方案，掌握实验的正确操作规程。

2.沥青混合料专题学生根据设计题目的要求，首先对原材料进行基本性能检测，判断原材料是否合格，如果不合格，采取哪些措施进行改善；然后进行沥青混合料配合比的矿质集料组成设计，根据设计题目中的具体使用环境，说明最终确定矿质集料级配曲线的合理性；根据估计的沥青用量，选定4—5组沥青用量成型马歇尔试件，测定马歇尔试件的物理力学参数，进行马歇尔稳定度和流值实验，分析实验结果，绘制曲线，并根据给定的使用环境，确定最佳沥青用量。在此基础上，进行必要的沥青混合料配合比验证。通过本实验，掌握沥青混合料配合比设计的方法；掌握根据使用环境，进行矿质集料级配设计的调整和优选方法；掌握马歇尔试验的方法以及数据处理与分析方法；明确最佳沥青用量确定的影响因素；掌握实验的正确操作规程。

3.无机结合料稳定材料专题由学生根据设计题目的要求，首先检测原材料的基本性能，判断原材料是否合格，如果不合格，采取哪些措施进行改善或调整；根据设计题目中的具体使用环境，设计无机结合料稳定材料的矿质集料组成，说明最终确定矿质集料级配曲线的合理性；根据估计的无机结合料用量，选定3—5组无机结合料用量进行标准击实试验，确定最佳含水量与最大干密度；按最佳含水量和计算得到的干压实密度制备试件，结合强度标准选定合适的无机结合料用量。通过本实验，熟悉各种等级的路面、使用层位等对无机结合料的相关技术要求；掌握无机结合料的使用限制与优选原则；掌握无机结合料稳定材料配合比设计的方法；掌握标准击实试验的方法以及数据处理与分析方法；掌握无机结合料强度的形成原理以及影响因素；掌握实验的正确操作规程。

四、开展土木工程材料设计性实验教学成效

土木工程材料设计性实验涉及1个路面基层专题和2个路面面层专题，与工程实际密切相关。教师提出的设计任务均是依据现有的研究课题而设定，具有新颖性和实用性。学生实验结果与课题组研究成果经过对比，更能反映学生实验的可靠性及偏差程度，帮助学生深刻掌握实验技能，培养学生工程意识，具有实际意义。土木工程材料设计性实验全过程由学生独立完成，充分发挥学生的主导性和能动性，具有一定的难度，非常有挑战性。实验开始前，学生需要自行查阅专业教材、设计规范和试验规程，了解需要用到的仪器设备，掌握仪器设备的使用说明、操作步骤和注意事项，根据教师提出的实验任务设计实验方案。学生接下来要准备原材料，一步一步动手做实验，教师实时观察学生实验的全过程，解决学生提出的问题和困难，纠正实验中不正确的地方，引导学生获取准确的实验数据。实验结束后，学生统计、整理、分析数据，得出实用性结果或结论。通过自主式的设计性实验使土木工程材料的实践教学环节变得生动、有意思，调动了学生思维活跃性，学生由被动接受转为主动学习，收获更大。设计性实验结合工程实际，解决工程实际问题，开拓学生创新性思维，达到了培养创新型人才的目的。学生将课堂上掌握的基础理论应用到设计性实验中，既加深了对专业知识的理解，也启发了创新性的思维。

五、结语

土木工程材料教学必须理论与实践相结合，知识与能力相结合，而开展设计性实验教学是达到上述教学目的的重要途径之一。土木工程材料设计性实验培养了学生的学习主动性和思维创造性，将教师的单项传授教育变为双向互动探讨，与工程实际需求相结合，达到高等教育培养高素质创新型人才的目的。

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作者：黄文通 单位：华南理工大学土木与交通学院