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[摘要]

針對土木工程專業學科和行業技術的發展趨勢，順應高等教育創新人才培養模式的改革實踐，研究與探索土木工程材料設計性實驗的教學內容與實施方法，培養學生的創新意識、科研能力及綜合素質，取得了良好的實踐教學效果。

[關鍵詞]

土木工程材料；設計性實驗；實踐教學；創新人才

隨著我國經濟的快速發展，社會基礎設施的建設日新月異，需要越來越多的具有創新能力和創造能力的土木工程建設專業人才，高等教育的人才培養模式也要與時俱進，適應社會發展需求，為我國培養高素質創新人才。近年來我國大力倡導自主創新，建設創新型國家，必須以高等院校培養創新型人才為基礎。土木工程專業本科階段的目標是培養適應社會主義現代化建設需要，德智體全面發展，掌握土木工程學科的基本理論和基本知識，獲得工程師基本訓練并具有創新精神的高級專門人才。而實驗教學環節是實現土木工程專業培養目標的重要環節之一。土木工程材料設計性實驗是由本科生利用已掌握的專業基礎理論知識，針對某個專題進行設計性實驗，用以掌握相關的實驗知識和實驗技能，鍛煉學生的動手能力、分析問題和解決問題的能力，培養學生的創新思維和創新能力。

一、土木工程材料實驗教學現狀

我國的土木工程建設發展迅速，工程建設面臨許多復雜項目和技術難題，要求土木工程專業人才具備扎實的理論基礎、強有力的實踐能力和創新的工程意識。高等教育傳統的土木工程實驗教學都是以演示性、驗證性實驗為主，一般由授課教師提前準備好實驗方案、實驗材料和儀器設備，簡單介紹實驗方法和實驗步驟，再由學生動手開展實驗，全過程都是按這個模式進行。實驗全過程只是學生對教師實驗的簡單模仿、復制，沒有深入了解相關工程背景、工程經驗以及實驗數據的應用價值，學生缺乏思考、發現、分析及解決問題的過程，這種現狀不利于培養實用型的創新人才。土木工程材料實驗教學學時少，大部分高校只安排8—10學時，教師難以開展創新性、探索性的實驗。因此，改革傳統的實踐培養方案和實踐教學模式顯得非常必要，對培養具備創新意識和創新思維的復合型人才意義重大。

二、土木工程材料設計性實驗專題

土木工程材料設計性實驗專題是在土木工程材料課內實驗的基礎上設立的，學生必須完成基本的課內實驗，再選擇設計性實驗專題，設計性實驗專題是課內實驗的深化與拓展。設計性實驗專題由教師安排實驗任務，設定實驗要求、技術指標、實驗條件，由學生自行設計實驗方案、實驗措施、實驗步驟，完成實驗全過程，并統計及分析實驗數據，獲得初步的結果或結論。本專業開設的土木工程材料設計性實驗專題緊貼工程實際，設計內容具有新穎性和實用性，注重實驗項目與工程實際的緊密聯系，鍛煉學生的科研意識，也為培養學生參與國家大學生創新性實驗計劃、創意設計或創業計劃夯實基礎。土木工程材料設計性實驗共設立3個專題，分別為水泥混凝土和砌體材料專題、瀝青混合料專題、無機結合料穩定材料專題（具體實驗項目見表1）。

三、土木工程材料設計性實驗過程

1.水泥混凝土和砌體材料專題根據設計要求，學生自行確定原材料種類，測定水泥、砂、石的物理性能，進行混凝土配合比的設計；利用設計的混凝土配合比，進行混凝土試配，測定并調整混凝土工作性能，滿足要求后，測定混凝土濕容重并成型；拆模并在標準養護室養護至28d后，測定混凝土抗壓強度和劈裂抗拉強度，根據測定結果，評價混凝土配合比是否滿足設計要求，并計算混凝土拉壓比，如配合比不滿足要求，需要分析其原因；最后根據選擇的混凝土題目，進行相關的耐久性試驗，掌握常用砌體材料的基本性能和試驗方法。通過本實驗，學生掌握混凝土配合比設計的方法、原材料和配合比參數對混凝土性能的影響、混凝土工作性能和力學性能試驗的方法和過程、混凝土配合比的調整方法和技巧、混凝土強度的相關影響因素、混凝土拉壓比的概念和大致范圍，理解混凝土的工作性能、力學性能和耐久性能的實驗原理及實驗方案，掌握實驗的正確操作規程。

2.瀝青混合料專題學生根據設計題目的要求，首先對原材料進行基本性能檢測，判斷原材料是否合格，如果不合格，采取哪些措施進行改善；然后進行瀝青混合料配合比的礦質集料組成設計，根據設計題目中的具體使用環境，說明最終確定礦質集料級配曲線的合理性；根據估計的瀝青用量，選定4—5組瀝青用量成型馬歇爾試件，測定馬歇爾試件的物理力學參數，進行馬歇爾穩定度和流值實驗，分析實驗結果，繪制曲線，并根據給定的使用環境，確定最佳瀝青用量。在此基礎上，進行必要的瀝青混合料配合比驗證。通過本實驗，掌握瀝青混合料配合比設計的方法；掌握根據使用環境，進行礦質集料級配設計的調整和優選方法；掌握馬歇爾試驗的方法以及數據處理與分析方法；明確最佳瀝青用量確定的影響因素；掌握實驗的正確操作規程。

3.無機結合料穩定材料專題由學生根據設計題目的要求，首先檢測原材料的基本性能，判斷原材料是否合格，如果不合格，采取哪些措施進行改善或調整；根據設計題目中的具體使用環境，設計無機結合料穩定材料的礦質集料組成，說明最終確定礦質集料級配曲線的合理性；根據估計的無機結合料用量，選定3—5組無機結合料用量進行標準擊實試驗，確定最佳含水量與最大干密度；按最佳含水量和計算得到的干壓實密度制備試件，結合強度標準選定合適的無機結合料用量。通過本實驗，熟悉各種等級的路面、使用層位等對無機結合料的相關技術要求；掌握無機結合料的使用限制與優選原則；掌握無機結合料穩定材料配合比設計的方法；掌握標準擊實試驗的方法以及數據處理與分析方法；掌握無機結合料強度的形成原理以及影響因素；掌握實驗的正確操作規程。

四、開展土木工程材料設計性實驗教學成效

土木工程材料設計性實驗涉及1個路面基層專題和2個路面面層專題，與工程實際密切相關。教師提出的設計任務均是依據現有的研究課題而設定，具有新穎性和實用性。學生實驗結果與課題組研究成果經過對比，更能反映學生實驗的可靠性及偏差程度，幫助學生深刻掌握實驗技能，培養學生工程意識，具有實際意義。土木工程材料設計性實驗全過程由學生獨立完成，充分發揮學生的主導性和能動性，具有一定的難度，非常有挑戰性。實驗開始前，學生需要自行查閱專業教材、設計規范和試驗規程，了解需要用到的儀器設備，掌握儀器設備的使用說明、操作步驟和注意事項，根據教師提出的實驗任務設計實驗方案。學生接下來要準備原材料，一步一步動手做實驗，教師實時觀察學生實驗的全過程，解決學生提出的問題和困難，糾正實驗中不正確的地方，引導學生獲取準確的實驗數據。實驗結束后，學生統計、整理、分析數據，得出實用性結果或結論。通過自主式的設計性實驗使土木工程材料的實踐教學環節變得生動、有意思，調動了學生思維活躍性，學生由被動接受轉為主動學習，收獲更大。設計性實驗結合工程實際，解決工程實際問題，開拓學生創新性思維，達到了培養創新型人才的目的。學生將課堂上掌握的基礎理論應用到設計性實驗中，既加深了對專業知識的理解，也啟發了創新性的思維。

五、結語

土木工程材料教學必須理論與實踐相結合，知識與能力相結合，而開展設計性實驗教學是達到上述教學目的的重要途徑之一。土木工程材料設計性實驗培養了學生的學習主動性和思維創造性，將教師的單項傳授教育變為雙向互動探討，與工程實際需求相結合，達到高等教育培養高素質創新型人才的目的。

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作者：黃文通 單位：華南理工大學土木與交通學院