基于工程能力的土木工程材料教學(xué)改革與實踐

汪小平 潘建平 吳建奇

(江西理工大學(xué)建筑與測繪工程學(xué)院，江西贛州 341000)

0 引言

工程能力包括工程設(shè)計能力、工程施工能力、工程管理能力和工程創(chuàng)新能力等，是社會、企業(yè)對土木工程人才需求的重要指標。《高等學(xué)校土木工程本科指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范》也指出，教學(xué)中要以工程實際為背景，以工程技術(shù)為主線，著力提升學(xué)生的工程素養(yǎng)，培育學(xué)生的工程實踐能力和工程創(chuàng)新能力［1］。《土木工程材料》作為土木工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，其教學(xué)必須適應(yīng)新的專業(yè)人才培養(yǎng)需求，必須從教學(xué)目標，教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)方式方法等方面，探索基于工程能力的新的有效教學(xué)模式。

1 傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題

傳統(tǒng)教學(xué)實踐中，學(xué)生普遍反映土木工程材料課程內(nèi)容枯燥，缺乏學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動性，最終教學(xué)效果不理想。問題主要存在于兩方面：

1)傳統(tǒng)教學(xué)模式下，學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的工程背景不了解，缺乏基本的感性認識和工程實踐，學(xué)生對該課程與后續(xù)專業(yè)課程之間的關(guān)系不了解，更不清楚該課程今后所從事的工作的重要性和意義;學(xué)生學(xué)習(xí)目的不明確，缺乏學(xué)習(xí)興趣和主動性;

2)土木工程材料課程教學(xué)內(nèi)容繁多，且各章節(jié)內(nèi)容相對獨立，邏輯性不強，敘述性知識多。傳統(tǒng)的課程講授方法很難使學(xué)生分清主次，學(xué)生學(xué)習(xí)時易感枯燥，學(xué)習(xí)興趣不高。

針對以上問題，作者及所屬教學(xué)團隊根據(jù)新形勢需求和多年土木工程材料課程教學(xué)經(jīng)驗，以提高學(xué)生工程能力為目標，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣為抓手，從教學(xué)目標、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式方法等方面對土木工程材料課程教學(xué)進行了一些改革與實踐。

2 教學(xué)改革目標

土木工程材料課程的教學(xué)，應(yīng)以培養(yǎng)學(xué)生工程能力為目標。具體來說，就是要通過課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握常用土木工程材料的工程技術(shù)性質(zhì)和工程應(yīng)用情況，為混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、土木工程施工等后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，最終使學(xué)生達到在工程設(shè)計中能正確選用材料，在工程施工中能正確使用和檢測材料，并能運用材料知識分析、解決工程中出現(xiàn)的相關(guān)質(zhì)量問題的教學(xué)目標。老師在第一堂課上就要向?qū)W生明確此教學(xué)目標以及課程的地位和重要性，以增強學(xué)生學(xué)習(xí)的目的性和主動性。

3 合理選取教學(xué)內(nèi)容

土木工程材料課程內(nèi)容繁多，而教學(xué)學(xué)時往往偏少。這就需要根據(jù)教學(xué)目標，合理選取和組織教學(xué)內(nèi)容。

1)結(jié)合專業(yè)方向，確定重點章節(jié)。

土木工程材料大體可分結(jié)構(gòu)材料(水泥、鋼材、混凝土、磚、瀝青及瀝青混合料等)和功能材料(防水材料、絕熱材料、裝飾材料等)兩大類。對土木工程專業(yè)學(xué)生而言，應(yīng)明確結(jié)構(gòu)材料是其學(xué)習(xí)的重點。其中，材料基本性質(zhì)、水泥、混凝土和鋼材這四章內(nèi)容，對所有土木工程學(xué)生，都應(yīng)作為重中之重進行講解;此外的教學(xué)內(nèi)容，對土木工程專業(yè)不同專業(yè)方向的學(xué)生，側(cè)重點應(yīng)有所不同。以我校為例，我校土木工程專業(yè)開設(shè)了建筑工程與交通土建工程兩個專業(yè)方向，對建筑工程方向?qū)W生，要重點講述墻體材料、砂漿等內(nèi)容;而對交通土建工程方向?qū)W生，則重點講述瀝青及瀝青混合料、土工材料、路基材料等內(nèi)容。

2)基于工程能力，突出重點內(nèi)容。

《土木工程材料課程》的最終教學(xué)目標是使學(xué)生在工程設(shè)計、材料檢測和工程施工中能夠正確選擇、檢測和使用材料，培養(yǎng)學(xué)生的工程能力，故要緊緊圍繞材料的工程應(yīng)用這條主線，以材料的技術(shù)性能和工程應(yīng)用為中心來確定教學(xué)重點內(nèi)容;而材料的生產(chǎn)工藝、組成結(jié)構(gòu)、存貯運輸?shù)葍?nèi)容則可作為一般內(nèi)容進行。如在講述鋼材這一重點章節(jié)時，要以鋼材的強度、變形能力、應(yīng)力應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系等技術(shù)性能作為重中之重，而鋼材的生產(chǎn)工藝、微觀結(jié)構(gòu)、組成等則可按一般內(nèi)容講授。

3)關(guān)注材料發(fā)展，更新教學(xué)內(nèi)容。

要跟蹤土木工程材料研究和工程應(yīng)用的最新進展，在教學(xué)時穿插講述新型材料。如在講述鋼筋這一部分內(nèi)容時，可介紹FRP筋的研究進展和工程應(yīng)用情況;在講述混凝土?xí)r，可介紹國外高性能混凝土的發(fā)展和應(yīng)用情況;講墻體材料時，傳統(tǒng)教材大多都以普通實心粘土燒結(jié)磚為重點，而事實上，由于環(huán)境保護的要求，實心粘土磚在我國大中城市中已經(jīng)禁止使用，因此講述時應(yīng)以一些環(huán)保、節(jié)能墻體材料如煤矸石頁巖空心磚、粉煤灰磚、灰砂磚、加氣混凝土砌塊等為主。另外，很多材料如水泥、鋼材等都有國家標準或行業(yè)標準，但教材中往往沒有及時更新，講課時要向?qū)W生作出說明，培養(yǎng)學(xué)生的工程標準意識。

4 教學(xué)方法改革與實踐

1)注重與后續(xù)專業(yè)課程的銜接，并適當介紹相關(guān)設(shè)計規(guī)范。在講授《土木工程材料》課程時，要聯(lián)系《混凝土結(jié)構(gòu)原理》《鋼結(jié)構(gòu)基本原理》等后續(xù)專業(yè)課程的相關(guān)內(nèi)容進行講授，使學(xué)生感覺到本課程的重要性和實用性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時，在講授本課程時，也要適當介紹相關(guān)設(shè)計規(guī)范，增加學(xué)生的工程意識和“規(guī)范”意識。如講到混凝土粗骨料最大粒徑限制要求時，可介紹《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中混凝土構(gòu)件中鋼筋最小凈距的相關(guān)規(guī)定;講到鋼筋類別和工程選用時，可介紹《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中優(yōu)先推薦使用高強鋼筋的思想及優(yōu)先推薦使用的鋼筋種類、級別等等。

2)大力倡導(dǎo)、實施案例教學(xué)。案例教學(xué)法是教師利用案例，引導(dǎo)學(xué)生解決案例中的問題，使其獲得知識和能力的一種教學(xué)方法［2］。案例教學(xué)中，案例是核心，學(xué)生是主體，教師在教學(xué)中扮演著設(shè)計者和激勵者的角色。具體教學(xué)中，案例教學(xué)法可采取案例講解式、案例導(dǎo)入式、案例討論式等形式。

案例講解式就是以案例來講解知識點，加深學(xué)生對知識點的印象。如講述鋼材防火性能差這一特點時，可以結(jié)合美國紐約世貿(mào)大廈遭飛機撞擊，爆炸產(chǎn)生的高溫使鋼材軟化而致大廈倒塌這一事件進行講解。這種方式仍以老師講解為主，但老師要引導(dǎo)學(xué)生積極思考。

案例導(dǎo)入式就是在講授教學(xué)內(nèi)容時，以工程實例作為切入點，展現(xiàn)要研究和解決的問題，并圍繞教學(xué)目標和教學(xué)要點，導(dǎo)入正常的課堂教學(xué)過程，最后再回到工程實例［3］，是案例教學(xué)中應(yīng)用較多的一種模式。如講到混凝土配合比設(shè)計時，可先準備一實際工程案例，介紹其工程概況，重點強調(diào)工程不同部位、不同構(gòu)件對混凝土強度等級、和易性及耐久性的要求，然后引入混凝土配合比設(shè)計這一知識點，講述如何根據(jù)強度、和易性及耐久性要求進行配合設(shè)計，最后回到工程實例，比較按所講知識設(shè)計得到的配合比與工程實際中的配合比的異同。

案例討論式則主要是針對具體工程案例中的問題，組織學(xué)生進行分析、討論，并提出可能的解決方案。其特點是案例本身較復(fù)雜，沒有絕對的標準答案，主要用于培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維和創(chuàng)新能力。此方式要求較高，準備不足的情況下不宜過多采用。

實踐表明，在《土木工程材料》課程中采用案例教學(xué)，可以充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生工程意識和創(chuàng)新意識，提高學(xué)生獨立分析問題、解決工程問題的能力。

3)引導(dǎo)學(xué)生掌握教學(xué)規(guī)律和學(xué)習(xí)方法，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力。土木工程材料課程講述的材料種類多，且相對獨立，但每種材料的教學(xué)內(nèi)容編排有一定的規(guī)律，一般都是按照生產(chǎn)工藝—組成結(jié)構(gòu)—技術(shù)性能—工程應(yīng)用—檢測測試—運輸貯存的順序進行教學(xué)組織，引導(dǎo)學(xué)生認識到這一規(guī)律后，學(xué)生就能對每章內(nèi)容有一個總體把握，而不會感到零亂、無序。土木工程材料課程要記憶的內(nèi)容很多，要引導(dǎo)學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上進行記憶，而不能死記硬背。如石膏的技術(shù)性能大多都與其孔隙率高有關(guān)，只要理解了這一特點，石膏密度低、吸濕性強、強度低、耐火性高等性能就能輕松記住。此外，對比學(xué)習(xí)也是土木工程材料課程學(xué)習(xí)的一種有效方法。土木工程材料課程的很多內(nèi)容都可以進行對比學(xué)習(xí)，如氣硬性膠凝材料與水硬性膠凝材料的對比，氣硬性膠凝材料中石灰與石膏的對比，不同品種水泥技術(shù)性能的對比等等。通過對比，一方面突出相近材料各自的特點，加深學(xué)生對內(nèi)容的掌握，另一方面學(xué)生學(xué)習(xí)相近材料的教學(xué)內(nèi)容時，可把學(xué)習(xí)重點放到各種相近材料的特點或不同之處上，而相同的地方則不必重復(fù)學(xué)習(xí)，從而提高學(xué)習(xí)效率。

4)建立課程網(wǎng)站，實施多媒體教學(xué)。針對課程內(nèi)容繁雜、邏輯性不強，易感枯燥等特點，教師根據(jù)課程內(nèi)容及要求，收集整理、制作了大量相關(guān)圖片、動畫和視頻資料，制作了內(nèi)容豐富的多媒體課件，開展了多媒體教學(xué)，把課程內(nèi)容直觀、生動地展示給學(xué)生，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時，《土木工程材料》課程也建立了課程網(wǎng)站。課程網(wǎng)站提供了課程內(nèi)容、多媒體資料、教學(xué)論壇、友情鏈接等模塊，學(xué)生在網(wǎng)站上可以自主學(xué)習(xí)課程內(nèi)容，也能夠方便地就課程內(nèi)容與老師、同學(xué)進行溝通討論，還可以通過鏈接瀏覽其他相關(guān)專業(yè)論壇和網(wǎng)站，擴大了課程的信息量，拓展了學(xué)生視野。

5)構(gòu)建合理的課程考核模式。教學(xué)改革的目的在于提高教學(xué)質(zhì)量，增強教學(xué)效果。改革成功與否要以事實為依據(jù)，教學(xué)質(zhì)量是否真正提高，課程考核模式構(gòu)建是否合理至關(guān)重要［4］。我校《土木工程材料》課程改變以往以考試成績?yōu)槲ㄒ豢己藰藴实臓顩r，構(gòu)建了“以工程能力為核心，理論知識和實踐能力并重”的考核方式，推行課堂討論表現(xiàn)、創(chuàng)新實踐能力與考試成績相結(jié)合的綜合評價方法，較真實地反映了學(xué)生對理論知識的掌握水平和能力水平，效果較好。

5 結(jié)語

針對《土木工程材料》傳統(tǒng)教學(xué)模式中存在的學(xué)生學(xué)習(xí)目的不明確、學(xué)習(xí)興趣不高、學(xué)習(xí)效果差等問題，以提高學(xué)生工程能力為教學(xué)目標，從教學(xué)內(nèi)容、課堂教學(xué)方法等方面進行了改革與實踐，增強了學(xué)生對《土木工程材料》課程的興趣，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，培養(yǎng)了學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力。

課題支持：

1)2011年江西省教學(xué)改革研究課題“基于‘工程任務(wù)導(dǎo)向，培養(yǎng)設(shè)計能力’的土木工程專業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計類課程體系的構(gòu)建”。

2)2010年江西理工大學(xué)教學(xué)質(zhì)量工程項目“土木工程材料”重點建設(shè)課程。

3)2010年江西省省級教學(xué)團隊“土木工程教學(xué)團隊”。

［1］ 高等學(xué)校土木工程學(xué)科專業(yè)指導(dǎo)委員會.高等學(xué)校土木工程本科指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

［2］ 柯昌君，劉秀偉.《土木工程材料》課程案例教學(xué)法探索［J］.貴陽學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，2006，1(2)：45-48.

［3］ 劉紅艷，朱朝艷.應(yīng)用型本科院校的土木工程材料課程改革實踐［J］.遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版)，2011，13(3)：119-121.

［4］ 潘建平，汪小平，朱洪威.隧道工程課程教學(xué)改革探索［J］.山西建筑，2011，37(30)：240-241.