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浅析我国土木工程材料实验教学组织与实施
摘要：“土木工程材料”性能实验项目具有周期长的特点，水泥和混凝土实验项目分别延续近一个月时间。这种特点决定了它需要合理地进行组织和实施。如何提高教学设施的利用率，培养学生综合设计实验的能力和创新能力，培养学生严谨认真的科学态度，保证教学质量，仍然是一个挑战性的工作。该文结合学科发展的特点，提出了组织和实施实验教学的措施。
关键词：土木工程材料;自我管理;实验室开放;混凝土耐久性
“土木工程材料”课程是土建类专业的一门必修技术基础课，理论性、实践性、综合性很强。
“土木工程材料” 实验教学的目标是：熟悉土木工程材料性能实验的基本方法，加深对土木工程材料性能的理解，培养学生实验技能;了解具体材料的状态和所使用的仪器设备，掌握所学材料的实验方法和独立进行质量验证的能力;培养综合设计实验的能力和创新能力，培养学生严谨认真的科学态度，提高分析问题和解决问题的能力? ，为从事科技工作打好基础。目前在“土木工程材料”实验教学中普遍存在内容多课时少、学生多实验仪器少的情况下，在教学中如何保证教学质量、加强学生的智能培养，培养有用的建设人才是土木工程材料实验的主要问题，为此，必须要对结合本课程实验内容的特点进行科学的组织与实施。
1、“土木工程材料”实验的特点
1.1 实验周期长“土木工程材料”实验内容繁多，而且实验周期长，如水泥胶砂试件和混凝土试块在成型后需要经过一个较长的时段才能将其力学性能发挥出来。
根据现行的相关国家标准，需要在经过3天、7天、28天的养护龄期后测其强度，才能判定水泥和混凝土的力学性能，显然，土木工程材料教学实验周期较长。由于学时有限，有效的实验教学方法是在较为集中的时间里使学生最大程度地接触实验、操作实验和总结实验。因此，以周期长为特点的实验教学决定了土木工程材料的教学实验不同于其他的教学实验课。
1.2 实验内容相对稳定而陈旧水泥、混凝土依然是当今建筑界最主要的建筑材料，而且在将来的相当长的时间里仍然是如此。
土木工程结构材料实验教学稳定，但内容显得较为陈旧，导致教学实验与时代脱节，在一定程度上影响学生的学习兴趣。因此，在掌握土木工程材料基础性能外，可适当添加相关新材料、新理念、新技术的实验。例如目前人们普遍关心混凝土耐久性问题(关系到节能、节约资源等)，以及建筑材料生产应用带来的生态问题(涉及到环保、温湿效应等) j，可以考虑设计相关的实验内容，加入到已有实验教学中，使土木工程材料教学的内容与时代进步相适应。
1.3 实验偏重于验证性目前，该实验教学的实验内容仍以验证性为主，主要是验证理论的正确性或达到理论的再现性。由于实验条件、实验时间和组织管理上的限制，设计性、综合性、研究性实验较少 。学生在最初的实验中主要是通过操作实验，掌握一定的实验技能，了解实验步骤的规范性。为了发挥学生的主观能动性，为了提高学生进行科学研究的基本能力和动手能力，需要设计一定的综合性实验或研究性实验。
2、优化实验课的组织与实施
通过实验可以验证和巩固理论知识，增强感性认识，同时锻炼和培养学生的实践动手能力和科研能力，为将来的学习和研究工作打下基础。土木工程材料课是一门实用性很强的土木工程专业课程，只有通过相当强度的实验才能使学生对土木工程材料有一定感性认识，对其相关规范、检验方法和评价标准有初步的了解和掌握。为达到此教学目的，必须合理地组织和实施实验。在教学实验组织与实施中也有许多具体的细节问题还需要具体的解决方法。同时在基本方法之外，还有许多灵活的方法可以提高实验效能。通过发现和解决这些问题，实验组织与实施的方法才能更加完善和充实。
2.1 编制学生实验手册为了使学生对土木工程材料实验总的内容、总体安排以及注意事项有概括的了解，有必要设计土木工程材料学生实验手册。手册的内容包括：
(1)实验室规章制度(学生实验守则，实验室卫生制度，实验室安全制度等);
(2)实验室开放制度(开放内容，开放时间，开放范围等);
(3)实验大纲(简要描述实验的内容、学时、时间安排、评分标准等);
(4)实验注意事项(针对每个实验的不同特点，提出安全事项以及实验要求，例如成型试体提前一天的准备工作，以及成型以后第二天的脱模工作;3天、28天破型实验等);
(5)实验指导书(对所有实验的内容、仪器设备、步骤等进行描述)。
2.2 分组实验，实现学生自我管理在目前的实验条件下，不可能保证每位参加实验的学生人手一台设备、无限制地进行实验，只能是许多学生在一定的时间段内，共享实验设备和实验空间。因此实验课的组织和实施的关键在于分工协作。将学生编为若干实验小组，以小组为基本单位进行教学实验。小组内成员作具体分工，使指挥、称料、操作、记录、监督各项工作各有所归。
实验在此分工框架上进行，既能使实验顺利有序完成，又能保证小组每个成员都能最大限度地接触实验。只有在合理的分工协作的基础上，实验设备才能得到充分的利用。
在实验时，预先根据学生人数和实验学时数将每个班分组，每个小组由一名组长负责召集同学进行实验的各种活动，并作为与指导教师的联系人。
实验小组根据课程进度情况，自主安排实验时间，自我管理。组长提前把实验内容、实验小组名单及预约时间表报到实验室，并填写实验日期、时间、实验内容、提交实验预习报告;每个实验之前，要事先检查实验所用的仪器设备，准备成型所用的模具，检查实验所用的材料;实验之后，带领小组同学把所用实验场所、实验用具进行清洁整理。如果是需要24小时脱模的实验(水泥砂浆、混凝土成型、碳化实验试体成型等)，实验小组则需要第二天再次回到实验室进行脱模和重新装模、刷脱模剂等操作，把试体编号后整齐放入养护室，待放到预定龄期，测定强度。
2.3 开放实验室并与课题相结合由于正常的教学实验，人员多、场地小，难以保证每个学生有足够的时间接触到实验，但有部分学生对本课程有浓厚的兴趣，因此，应积极鼓励学生进行教学外的科学研究，如“挑战杯” 等。为了提高实验室设施的利用率，在时间安排上能够灵活调整，在教学实验高峰期之外的时间，鼓励相关专业的学生利用实验室的实验环境和实验设施，由相关教师指导进行实验。由于设计性实验要求学生要有足够的时间进行实验，应给学生提供一个较宽松的时间、空间和条件，以便完成从实验时间到实验空间，从内容设计、准备、预试到实际操作和实验结果评价等工作，这就要求实验室开放 J。
如果有条件，实验教学中的内容可尽量与“产学研结合” 的课题相结合，使教学直接面向工程和生产实际_5 J。教学应与科研工作相结合，在这样的实验环境中让学生自主选择，充分发挥想象力、创造力。培养学生的创新能力。如此，既充分利用了实验设施，又促进了专业的研究工作。
2.4 增加学生讲演的机会安排时间让学生讲解自己的实验报告，提高参与意识，培养表达能力。在讲演过程中，通过提问题与讨论，进一步加深对教学内容的理解，提高理论分析和实际相结合的能力。学生一般都比教喜欢有机会在全班同学面前讲演自己的报告，因此这种情况下的气氛也比较活跃，容易产生共鸣，激发学生学习和研究的兴趣。
3、实验项目内容的改进
3.1 水泥性质综合实验与分析实验要求学生掌握水泥强度、细度、标准稠度需水量、凝结时间、体积安定性等性质指标。实验中如果仅选择一种水泥检验，就不能兼顾各种因素的影响，难以进行综合分析 。为此，实验之前要预先配制若干种水泥，例如掺不同混合材的水泥，或者不同细度的水泥，或者加入不同减水剂的水泥。在实施实验时，每个实验小组只对某个品种的水泥的物理力学性能进行全面实验，测定砂浆试体成型之后3天和28天强度。但是在进行实验结果分析和整理时，各实验小组之间的数据可以共享。要求每个小组至少分析3个品种水泥(其中包括本小组的实验水泥品种)的实验结果，并对3个品种水泥的结果进行横向对比，分析造成不同结果的原因。学生进行此项实验分析时，除了根据龄期不同得出水泥强度等级外，还可从水泥矿物组成、混合材品种、减水剂品种等进行分析，了解各种混合材的火山灰效应及形态和减水效应，加深对相关重要知识的理解。
3.2 混凝土性能综合实验与分析混凝土性能实验是本课程实验最主要的内容，包括新拌混凝土性质和硬化混凝土性能两大部分。
目的是通过对普通混凝土拌合物和易性实验，检验所设计的初步配合比是否符合施工要求和技术要求，通过普通混凝土立方体抗压强度实验检测混凝土强度是否满足设计强度要求。本部分是一个设计性实验，要求模拟工程实际的工作程序，从混凝土强度设计、和易性的选择、材料性质的检测、混凝土配合比的计算和试配，最终确定施工用混凝土配比。包括实验的准备和实验后的处理全部由学生完成。
具体做法是：学生按照教师给定的工程部位，确定混凝土的强度等级和混凝土拌合物的和易性，并根据现有的水泥、砂、石的材性，初步进行混凝土配合设计与试配(要求采用3个不同的水灰比)，经实验小组讨论并与指导老师共同讨论后，确定每组的试配配比。这样使学生进一步了解了混凝土的设计过程、考虑要点、组成材料在不同配比中的作用，达到相互启发、共同提高。共同讨论可以避免有些学生的第一次混凝土配比设计差距太远、而无法进行试配的困境。各组学生分别试配各自的混凝土，检验自己的设计是否达到预想的结果，最终提出可以交付实际工程使用的施工混凝土配比。
学生经历了查阅资料、构思实验方法、分析实验结果、写出论文类型的总结报告等不同阶段的锻炼，使学生初步了解和体验从事科研工作的过程和要求，同时锻炼学生严谨的科学态度，赋予了学生更大的自主权，提高了学生的参与意识。
3.3 混凝土长期性能实验为了使实验内容紧跟社会经济与科学技术的发展，一些新的测试技术、测试方法和测试手段要持续充实到实验过程中。结合目前混凝土研究的热点，可以增加混凝土耐久性方面的实验内容，可根据各自的实验条件与学科特点，增加诸如混凝土的碱骨料反应、氯离子渗透或者碳化实验等方面的内容。通过该实验可以使学生了解混凝土的使用寿命及其设计方面的知识，树立混凝土全寿命周期管理的意识。以混凝土碳化实验为例，混凝土的钢筋锈蚀与表层混凝土的碳化有着很大关系。由于大气中二氧化碳的浓度以及温湿度的变化影响，实际工程的碳化是一个相当漫长的过程。本实验是强化了二氧化碳的浓度，使得实验在较短时间内完成 J。
目的是通过了解混凝土碳化的进展速率与环境条件(温湿度)的关系，间接理解钢筋腐蚀的机理，加深对混凝土结构使用寿命的理解。由于要求混凝土试体在养护28天以后再放人碳化箱，本实验持续的时间接近2个月，实验试体必须提前制备。该实验所用的试体可由老师提前做好并脱模，即由老师和学生共同完成。
4、结束语
鉴于目前土木工程材料课程实验课进行中存在的一些问题，有必要研究如何有效地组织和实施实验教学内容，并增加和更新实验内容，提高学生的参与程度，提高实验仪器设备的利用效率等。这些问题涉及到学校培养方案(教学计划)、任课教师、实验技术员以及实验仪器的合理配置等具体事宜。通过合理地组织实验，建立起一套完整的制度与方案，形成我们自己的特色，使学生的科学实验能力及自学能力得以提高。
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