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1、土木工程实验教学体系理论 摘要:针对土木工程材料专业的特点，立足于实验教学的根底性、系统性和层次性，强调综合性和创新性，创新性的构建了土木工程材料专业的独立实验教学体系，单独设立材料科学根底、材料制备、性能测试、材料分析技术、专业方向综合实验、毕业论文设计等实验课程，并在教学中逐次推进，实现了实验教学的独立性和系统性。关键词:土木工程;材料专业;实验课程;教学体系创新源于问题，始于理论1。实验是理论课程抽象知识的详细化，是理论的延伸，是理论再理论的深化。实验是所有工学和理学科技工作者必须掌握的根本手段。实验不同于理论，往往理论是美妙的，理论时却经常因某个细节而造成实验结果与理论预期不相符，而某
2、些细节经过研究探究，可能会促进理论的开展。因此，对以实验为根底的学科，实验和理论显得更相辅相成。土木工程材料属于传统材料，属于典型的应用型科学，更是以实验为根底的学科的典型代表，其大量的科学理论首先来源于实际经历的总结，来源于实验规律的总结和提升。1实验教学的分析良好的实验教学是促进并实现工学并举;的重要手段。实验教学不同于理论教学，更注重于培养学生理论联络实际、综合运用知识、观察与考虑的才能，即培养学生动手，用所学知识解决实际问题的才能;通过观察实验现象、分析实验问题和结果，培养学生在理论中的探究和创新意识。我校郑家茂校长指出:相对于理论教学，实验教学更有利于促进学生主动构建科学的知识体系、
3、促进理论与理论结合;更有利于突出研究探究，培养学生创新意识和才能;更有利于进步学生综合科学素质、突出知、情、意、能的高级复合作用，帮助学生获得创新成果并得到全面综合开展1。如何通过实验有效地培养学生的动手才能呢？以往的实验教学一般均作为理论教学的一局部，采用非单独设课方式，以平时成绩计入课程总分，一般占1030%，但多为论证性实验，仅针对某单一目的，对课程整体理论的连接性理解缺乏，对知识的综合运用才能缺乏。事实上，培养一个学生动手才能和理论才能，应在满足假设干学时的根底上，通过一个与课程严密相关但又相对独立的完好理论体系的施行，才能实现3。同时，高程度的实验老师队伍也是进步实验教学、进步单独设
4、课效果的根本保障。我校材料专业实验室拥有多位博士和全校仅有的两位教授级高工，在院系的支持下，构建了独立实验教学体系，建立了实验课程间、不同实验间的严密联络，并从2022级学生开场理论。采用单独设课，实验老师具有较大的自主权，但同时对实验老师和学生的要求更高2，要务实验老师兼具扎实的理论知识、丰富的理论经历、足够的科研经历。2实验教学体系的设置原那么为培养创新型人才，大学实验教学应在立足根底性、系统性和层次性的根底上，强调综合性和创新性。根底实验是扎实掌握相关专业知识点的重要手段，不能无视根底实验的作用。虽然综合设计性实验工程对于培养学生创新意识、全面提升学生的知识应用才能和解决问题才能方面发挥
5、着不可替代的作用。但根底不够，过多的强调综合性、设计性实验，很难到达预期的效果。二者应相得益彰，不可偏废4。综合性、设计性实验更不能片面强调实验教学的探究功能，甚至过高要求产生创新成果，应强调培养学生掌握如何综合设计的根本思路、根本流程和根本方法，强调方案设计的重要性，强调与理论知识的结合，强调合作与团队意识等5。事实上，综合性实验往往也是由一系列简单的根底实验组成，只是更强调各种结果之间的相关性。如某个简单实验的结果，能用来表征该材料的某些关键性能，无疑该简单实验本身就是一个完美实验设计的诠释。一个完好的综合性实验教学，应包含与该实验相关的知识体系，包含文献综述，熟悉和理解与实验内容相关的知
6、识背景、材料性能、整个实验设计原理和方法、实验过程的影响因素、实验可能的结果，实验过程的操作，结果计算，对实验过程出现的现象进展分析总结等。实验前，应理解实验背景知识、根本理论和实验过程，理解实验设计方法，理解实验过程可能出现的偏向和现象，并初步预期实验结果;实验过程中，要认真观察实验现象，考虑问题所在，比照实验结果与预期结果等;实验完毕后，认真总结实验结论，分析实验过程中的现象和实验结果的偏离等。通过完成从理解实验、设计到结论分析的整个实验过程，通过有趣的实验现象和有效的实验结论，调动学生的求知欲，启发学生的创新性思维，使学生由被动承受转变为主动求知，从而到达进步理论才能的目的。3全新实验教
7、学体系的构建从培养创新研究型人才;和高素质人才的角度出发，我校土木工程材料专业基于理论教学体系全局化、整体构建的思路，制定了相对独立而又完好的实验课程体系。课程体系的设计以材料科学根底、材料制备、性能测试和分析为主线，以材料的组成、构造、性能、工艺的相关性为牵引，突出系统性和学科穿插性，同时设置专业方向大型综合实验、本科毕业论文设计，以强调综合性和创新性。实验课程详细设置了材料科学根底实验、材料制备技术实验、材料性能测试技术实验、材料分析技术实验、专业方向大型综合实验、本科毕业论文设计等独立课程。每门课程中，又同时包含根底性实验和综合型实验，充分表达了根底性和层次性。材料科学根底实验结合硅酸盐
8、材料方向的材料科学根底理论课程，通过丰富多彩的显微世界和材料的鉴别技术，引导学生对材料的兴趣。而材料制备、性能测试与分析技术三门课程均侧重于方法的学习，同时注意学科穿插，制备技术侧重于材料的各种制备工艺与方法，性能测试那么在充分考虑材料的物理、力学、声学、热学、电学等方面的根底上，对实验课程所制备的详细材料进展系列性能的测试，分析技术那么侧重于所制备样品的微观分析，三者之间借助制备的材料互相联络，互相穿插，但同时又各有侧重;实验内容囊括了土木工程材料的各种典型实验，及相关性较强的局部金属材料性能试验，提升了实验内容的深度，突出理论够用，实验为主;，根底性实验工程教学中，更强调理解实验原理、步骤
9、的流程，重点讲解其中易引起实验结果产生偏离的步骤、原因及考前须知等;而综合性实验工程或课程注重学生对实验方案的设计，注重科研思维、科研方法等的教学，以实际工程应用问题和指标要求为目的，综合应用各种根底实验，分析材料组成、构造、工艺与性能之间的相关关系，通过对实验的理解、动手操作、对现象和结果的分析、总结和评估，培养学生独立解决问题及创新的才能。4实验教学体系的构建说明材料制备实验教学内容的设计，在考虑了专业特点的同时，又充分考虑了材料或产品在消费工艺上的延伸。大多数材料的更新开展和进步，主要通过配方的改良和工艺的更新来实现。配合比设计即材料的配方设计。混凝土的配合比设计为通过计算配方，实验验证
10、性能，得到合理配方;各种泡沫轻质材料的制备原理根本相近，均为在基体中参加各种气体形成气孔，以金属为基体，参加气体即成为泡沫金属，以陶瓷为基体引入气孔，即成为泡沫陶瓷，以混凝土为基体引入气孔，即成为泡沫混凝土。而不同基体，因其特性不同，引入气孔的方式和方法也有所不同。模压法是采用预先制备好的模型，将所需制备的材料参加模具中，采用浇注或者加压的方法制备出与模型一样的产品，除广泛用于混凝土模型、构件或试件的浇筑、墙体材料的压制成型外，同时也是模具设计和工艺制品常用的方法。水热法广泛应用于各种材料领域，如用于消费纳米材料、陶瓷材料、生物材料、使合金变成超细粉末或结晶粉末等，是指温度为1001000、压
11、力为1MPa1GPa条件下利用水溶液中物质，进展化学反响，从而制备出一种新材料的方法，其关键是根据所需制备的产品选择适宜的原材料、适宜的反响温度及反响时长等。高温烧结法是把各种原料粉末或粉末压坯，配入适量的燃料和熔剂，在高温炉或窑中加热到低于其中根本成分的熔点的温度，经过一系列的物理化学反响，然后以一定的方法和速度冷却到室温的过程，采用不同原材料，在不同的烧结工艺制度下，可制得不同的产品。高温烧结是陶瓷材料制备的常用方法，也是合金等材料改性的主要方法，该制备方法的关键主要是选择适宜的原材料，然后根据原材料的特性进展工艺的合理优化。性能测试实验课程的设置，注重实验间的比照与分析。如不同材料的力学
12、性能有何异同?如同样是力学性能，木材、钢筋、高分子材料各有何特性，实际使用中如何考虑?另外，同样的检测方法，如超声无损检测，测试不同材料如金属和混凝土时，方法有何异同，是否可互相借鉴?通过课程中的综合实验，分析性能间的互相关系，如力学性能与浸透性的关系;同样是混凝土浸透性的表征，CM法、电通量法、气渗法等，有何异同，结果之间的关联性如何?总之，就是培养学生分析材料组成、性能、构造与工艺等之间的相关性、比照材料性能之间或方法之间的异同、并分析异同产生之根本缘由等。综合实验中，还包含制备实验所制备材料的局部性能，从而进一步理解制备方法的合理性和有效性，最终形成对材料制备、性能的综合评估与分析。专业
13、方向大型实验那么在补充了前述缺乏的少量专业实验的根底上，设置以解决实际工程应用问题为目的的小型课题，其包含技术较成熟、目的相对简单且较易实现，结合学生理论课程试验设计与数据处理进展实验方案的设计，实验内容包含从原材料、性能指标、测试、分析技术的测试应用和综合分析，必须覆盖原材料的关键性能(含物理性能和形貌)、工作性、重要的力学性能和易于实现的耐久性或功能性(如吸声/导热/无损等特性)测试等，适当微观分析。且尽量控制工作量和学生的实验时间，工作量不宜太大，需轻重、难易结合，注重于前述知识的综合运用，注重于整个科研方法和思维的培养，注重于解决实际问题。作为毕业论文设计，结合科研工程，学生必须独立完
14、成一个相对系统的微型课题。需要学习者较为全面地熟悉掌握专业和课程的根本原理，才能综合运用各种方法进展设计。假如学生不具备相应的理论根底和理论根底，难以到达预期的效果，所以，设计性实验的安排应与本专业的根底理论教学进程严密结合。5结语以材料科学根底实验引导学生理解材料，以材料制备性能测试分析为主线，分析材料组成、性能、构造与工艺之间的相关性，比照材料性能之间或方法之间的异同，并分析异同产生之根本缘由，结合专业综合性实验和毕业设计，进一步掌握各种实验技能的综合应用，结合理论教学体系，培养学生实验或科研设计的思路和方法，从而培养学生的分析问题和解决问题的才能。 庞超明 张亚梅 梅建平 张萍 韩雪芹 单位：东南大学材料科学与工程学院 江苏省土木工程材料重点实验室参考文献:1郑家茂对大学实验教学假设干问题的厘析J实验室研究与探究，2022，26(10):132金南国，钱匡亮，孟涛高校土木工程材料实验教学单独设课的讨论J实验室研究与探究，2022，29(9):1111123庞超明，秦鸿根，张亚梅，等材料专业本科实验教学课程设置的考虑J实验技术与管理，2022，28(6):2712754秦剑，胡晓电工电子创新实验体系的系统化构建与探究性研究J高等理科教育，2022(6):1111145郑家茂对大学实验教学假设干问题的厘析(续)J实验室研究与探究，2022，26(11):13
