基于研究性教學(xué)方法的土木工程專業(yè)探索性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

基于研究性教學(xué)方法的土木工程專業(yè)探索性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)基于研究性教學(xué)辦法的土木項(xiàng)目專業(yè)探索性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G642.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098X〔2022〕09〔b〕-0150-02

“卓越項(xiàng)目師教育培養(yǎng)方案〞是促進(jìn)我國(guó)由項(xiàng)目教育大國(guó)邁向項(xiàng)目教育強(qiáng)國(guó)的重大舉措。該方案的實(shí)施目標(biāo)是培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)開(kāi)展需要的高質(zhì)量各類型項(xiàng)目技術(shù)人才，為國(guó)家走新型工業(yè)化開(kāi)展道路、建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家和人才強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略效勞?！白吭巾?xiàng)目師教育培養(yǎng)方案〞具有三個(gè)特點(diǎn)：一是行業(yè)企業(yè)深度參與培養(yǎng)過(guò)程；二是學(xué)校按通用規(guī)范和行業(yè)規(guī)范培養(yǎng)項(xiàng)目人才；三是強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生的項(xiàng)目能力和創(chuàng)新能力。教育部將在五個(gè)方面采取措施推進(jìn)該方案的實(shí)施：一是創(chuàng)建高校與行業(yè)企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)人才的新機(jī)制；二是以強(qiáng)化項(xiàng)目能力與創(chuàng)新能力為重點(diǎn)改革人才培養(yǎng)模式；三是改革完善項(xiàng)目教師職務(wù)聘任、考核制度；四是擴(kuò)大項(xiàng)目教育的對(duì)外開(kāi)放；五是教育界與工業(yè)界聯(lián)合制訂人才培養(yǎng)規(guī)范。

2022年7月，華南理工大學(xué)成為全國(guó)第一批“卓越項(xiàng)目師教育培養(yǎng)方案〞實(shí)施高校。土木項(xiàng)目“卓越全英班〞是該方案的重要組成局部，是為探索個(gè)性化創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式而開(kāi)辦的。注重培養(yǎng)學(xué)生掌握力學(xué)、結(jié)構(gòu)根本理論和設(shè)計(jì)辦法、先進(jìn)施工技術(shù)及項(xiàng)目管理知識(shí)，突出外語(yǔ)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力。大局部課程采用全英教學(xué)，注重和加強(qiáng)實(shí)踐和創(chuàng)新教學(xué)環(huán)節(jié)，配備高水平教師擔(dān)任導(dǎo)師進(jìn)行專業(yè)學(xué)習(xí)和科研實(shí)踐指導(dǎo)。開(kāi)設(shè)科技前沿專題講座，參與國(guó)際項(xiàng)目實(shí)踐。培養(yǎng)具有良好的人文、科學(xué)與項(xiàng)目的綜合素質(zhì)，具有國(guó)際視野和國(guó)際交往能力的土木項(xiàng)目?jī)?yōu)秀創(chuàng)新人才，力爭(zhēng)與國(guó)際土木項(xiàng)目領(lǐng)域的培養(yǎng)模式接軌。

研究性教學(xué)是一種合乎項(xiàng)目能力培養(yǎng)規(guī)律和綜合素質(zhì)形成邏輯的教學(xué)組織形式和教學(xué)方式，得到“卓越項(xiàng)目師教育培養(yǎng)方案〞的大力提倡和著力推廣。該文著重介紹采用研究性教學(xué)辦法進(jìn)行土木項(xiàng)目專業(yè)道路項(xiàng)目方向的一項(xiàng)探索性試驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程及其效果。

1典型的研究性教學(xué)辦法

研究性教學(xué)是以探究為根底的教學(xué)，它以學(xué)生的開(kāi)展為本，把學(xué)習(xí)與研究相統(tǒng)一，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、思考問(wèn)題和解決問(wèn)題，使學(xué)生成為教學(xué)活動(dòng)的中心，成為自我反思和自我開(kāi)展的主體[1]。作為一種教學(xué)辦法體系，研究性教學(xué)主要有案例教學(xué)、基于問(wèn)題解決的學(xué)習(xí)和基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)等三種典型的教學(xué)辦法。

1.1案例教學(xué)法

案例教學(xué)法是一種使得學(xué)生處在面臨問(wèn)題的決策者角色的教學(xué)辦法。在案例教學(xué)法課堂，無(wú)論是教師和學(xué)生必須以不同的方式被激活。教師和學(xué)生相互依賴、互相學(xué)習(xí)。教師一般都是專家，但他們很少直接告知學(xué)生專業(yè)知識(shí)。

案例教學(xué)法主要是用在商業(yè)學(xué)院和公共政策學(xué)院教學(xué)活動(dòng)中。示例，1908年已被用于在哈佛商學(xué)院和公共政策學(xué)院。教學(xué)案例研究是全球頂尖的商學(xué)院進(jìn)行核心功能。他們常常組織比賽確定最正確的新的教學(xué)案例。商業(yè)案例是模仿或模擬真實(shí)情況下的文檔。案例陳說(shuō)的現(xiàn)實(shí)讓讀者參與其中。案件往往表明企業(yè)或政策形勢(shì)需要解決問(wèn)題，還包括課堂討論和研究的其他信息。在沒(méi)有明顯的解決計(jì)劃的情況下，提供了充沛的事實(shí)根底上激發(fā)學(xué)生獲得一切可能的結(jié)果。作為現(xiàn)實(shí)的模擬，案例必須具有三個(gè)特征：一個(gè)重要的業(yè)務(wù)問(wèn)題或問(wèn)題。沒(méi)有問(wèn)題的情況下，沒(méi)有教育價(jià)值；充沛的信息根底；沒(méi)有明確的結(jié)論。

在案例教學(xué)過(guò)程中，教師的作用是選擇和組織案例，這也是實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的關(guān)鍵。

1.2基于問(wèn)題解決的學(xué)習(xí)

基于問(wèn)題解決的學(xué)習(xí)辦法是1980年美國(guó)數(shù)學(xué)教師協(xié)會(huì)正式提出來(lái)的[2]。它將學(xué)習(xí)內(nèi)容設(shè)計(jì)成問(wèn)題，或由學(xué)生提出問(wèn)題，讓學(xué)習(xí)者通過(guò)解決問(wèn)題來(lái)獲得相應(yīng)的知識(shí)和能力。

讓學(xué)生提出高質(zhì)量的問(wèn)題是這種教學(xué)辦法的關(guān)鍵。要求學(xué)生將問(wèn)題具體化和形象化，構(gòu)造成模擬實(shí)際生活的故事情節(jié)。學(xué)生在原有知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的根底上，通過(guò)分析解決問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)更加復(fù)雜和深入的問(wèn)題。

因此，學(xué)生提出問(wèn)題的多少、思考問(wèn)題的廣度和深度等是基于問(wèn)題解決的學(xué)習(xí)辦法的重要的評(píng)價(jià)規(guī)范。

1.3基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)

基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)是一種以學(xué)生為中心的教學(xué)辦法。學(xué)習(xí)的目的是獲得解決問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)、思考策略和該領(lǐng)域的知識(shí)[3]。基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)的目標(biāo)是幫忙學(xué)生形成靈活的知識(shí)、有效解決問(wèn)題的能力、自主學(xué)習(xí)、有效的協(xié)作能力和內(nèi)在動(dòng)機(jī)。

基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)是一個(gè)主動(dòng)的學(xué)習(xí)方式[4]。在工作過(guò)程中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)他們已有的知識(shí)，需要知道什么，以及如何和在哪里獲得新的信息，可能會(huì)有益于該問(wèn)題的解決。教師的作用是為了促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)、支持、指導(dǎo)和監(jiān)控學(xué)習(xí)過(guò)程。導(dǎo)師必須建立學(xué)生對(duì)解決問(wèn)題的信心，并激勵(lì)學(xué)生，同時(shí)也拓展他們的理解。

Barrows定義了基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)模型為[5]：

〔1〕以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)。

〔2〕學(xué)習(xí)是學(xué)生小團(tuán)體做的，理想的6～10人。

〔3〕教師指導(dǎo)學(xué)生而不是教學(xué)。

〔4〕以問(wèn)題為根底組織和激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)。

〔5〕問(wèn)題是設(shè)置是提高學(xué)生解決問(wèn)題能力的根底，是刺激的認(rèn)知過(guò)程。

〔6〕學(xué)生通過(guò)自我導(dǎo)向?qū)W習(xí)獲得新的知識(shí)。

基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)要求教師的教學(xué)格調(diào)到達(dá)幾個(gè)主要規(guī)范：首先，要有一個(gè)與教師科研相關(guān)的“學(xué)習(xí)中心〞，所有的學(xué)生都需要圍繞該中心。第二個(gè)規(guī)范是必須有一個(gè)驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，學(xué)生通過(guò)完成工程獲得問(wèn)題的答案。這個(gè)問(wèn)題也不能有一個(gè)預(yù)定的結(jié)果，它應(yīng)該要求學(xué)生使用的先驗(yàn)知識(shí)來(lái)所有可能的結(jié)果。其他規(guī)范包括建設(shè)性的調(diào)查研究、學(xué)生的自主權(quán)等?；趩?wèn)題的學(xué)習(xí)的主要教學(xué)過(guò)程包括提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、形成若、驗(yàn)證若、修正若。

2土木項(xiàng)目探索性試驗(yàn)設(shè)計(jì)

近年來(lái)華南理工大學(xué)發(fā)展了“探索性實(shí)驗(yàn)〞教學(xué)工程建設(shè)工作，引導(dǎo)教師將科研工程成果轉(zhuǎn)化為方案內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，從而深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和體系改革，推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放共享；通過(guò)科研與教學(xué)融合，切實(shí)促進(jìn)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

下面介紹用研究性教學(xué)辦法設(shè)計(jì)所申報(bào)的“探索性實(shí)驗(yàn)〞教學(xué)工程“瀝青混合料多軸加載試驗(yàn)〞。

2.1提出問(wèn)題

最新版的?公路項(xiàng)目瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》〔JTGE20-2022〕中瀝青混合料的試驗(yàn)辦法主要包括：?jiǎn)屋S壓縮、單軸拉伸、小梁彎曲和劈裂試驗(yàn)等。試驗(yàn)過(guò)程中，瀝青混合料試件處于單軸或雙軸應(yīng)力狀態(tài)。而實(shí)際瀝青路面中，瀝青混合料處于多軸受力狀態(tài)，承受壓縮、拉伸、剪切的交互作用。因此，現(xiàn)有瀝青混合料的試驗(yàn)裝置與辦法無(wú)法模擬實(shí)際瀝青路面材料的多軸受力狀態(tài)。

2.2分析問(wèn)題

為了模擬實(shí)際瀝青路面材料的多軸受力狀態(tài)，采用如圖1所示的試驗(yàn)裝置。通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)的橡膠輪胎帶動(dòng)圓柱體試件轉(zhuǎn)動(dòng)，試件受到橡膠輪胎的外表摩擦力F和鉛垂方向的壓力P作用。同時(shí)，在試件水平方向施加壓力Q。從而模擬實(shí)際路面材料多軸受力狀態(tài)，使得試件承受壓縮、拉伸、剪切的交互作用。

2.3試驗(yàn)步驟

〔1〕試件制作。采用擊實(shí)法、靜壓法或旋轉(zhuǎn)壓實(shí)法制作的圓柱體試件；或在輪碾法制作的板塊狀試件中鉆取的圓柱體試件；或在路面中鉆取圓柱體的芯樣。

〔2〕安裝試件。將試驗(yàn)室的環(huán)境溫度控制在試驗(yàn)溫度±0.1℃范圍內(nèi)。加載前，保溫時(shí)間為90～120min。

〔3〕水平方向加載。通過(guò)水平加載油缸對(duì)試件施加水平方向拉伸或壓縮荷載。

〔4〕鉛垂方向加載。通過(guò)鉛垂方向加載裝置在橡膠輪上施加荷載，從而在試件中部上方施加鉛垂方向荷載。

〔5〕啟動(dòng)橡膠輪驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，使得橡膠輪單向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為1～100r/s。

2.4試驗(yàn)結(jié)果的分析與討論

試件轉(zhuǎn)動(dòng)一定次數(shù)后，量測(cè)試件中部加載位置的直徑，計(jì)算直徑變化率。加載后試件中部直徑的變化百分率計(jì)算公式為：100%×加載一定次數(shù)后加載位置試件直徑/加載前試件直徑。

同時(shí)，量測(cè)試件長(zhǎng)度，計(jì)算加載后試件長(zhǎng)度的變化率。加載后試件長(zhǎng)度變化百分率計(jì)算公式為：100%×加載一定次數(shù)后試件長(zhǎng)度/加載前試件長(zhǎng)度。

教學(xué)過(guò)程中，共15位同學(xué)參與該項(xiàng)試驗(yàn)，分為3組，每組5人〔表1〕。

3教學(xué)效果

采用研究性教學(xué)辦法，有助于把學(xué)生納入教師的科研工程，驅(qū)使學(xué)生調(diào)查研究，組織討論會(huì)，分析問(wèn)題，解決問(wèn)題，完成工作任務(wù)。

授課教師與同學(xué)們一起通過(guò)該試驗(yàn)工程掌握了實(shí)際路面材料的受力狀態(tài)，并創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)了“瀝青混合料多軸加載試驗(yàn)〞辦法。依托研究成果申報(bào)了2項(xiàng)實(shí)用新型專利和2項(xiàng)創(chuàng)造專利。在國(guó)外SCI源刊投稿論文2篇。

4結(jié)語(yǔ)

研究性教學(xué)是一種合乎項(xiàng)目能力培養(yǎng)規(guī)律和綜合素質(zhì)形成邏輯的教學(xué)組織形式和教學(xué)方式，得到“卓越項(xiàng)目師教育培養(yǎng)方案〞的大力提倡和著力推廣。本文著重介紹采用研究性教學(xué)辦法進(jìn)行土木項(xiàng)目專業(yè)道路項(xiàng)目方向的一項(xiàng)探索性試驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程及其效果。主要結(jié)論如下。

〔1〕采用研究性