培養創新能力與工程素養的土木工程材料教學改革實踐①

（中南林業科技大學土木工程與力學學院，湖南 長沙 410014）

[摘 要] 為了提高大學生的工程創新能力和工程素養，從教學目標、教學方法及考核方式等方面入手，建設“互聯網+”教育平臺，搭建感官化理論教學模式，創設反映真實工程問題的實驗教學模式，構建全方位的課程考核方式，對土木工程材料進行教學改革與實踐，一定程度上提高了教學質量。

[關 鍵 詞] 土木工程材料；教學改革；創新能力；工程素養

[中圖分類號] G642 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2016）30-0030-02

目前，土木工程行業對專業人才的數量和質量需求逐漸提高，因此各高校土木工程專業教育面臨的重要課題是培養具有扎實的理論基礎、較高的工程實踐能力及創新能力的高素質人才。《高等學校土木工程本科指導性專業規范》指出，教學中要以工程實際為背景，以工程技術為主線，著力提升學生的工程素養，培育大學生的工程實踐能力和工程創新能力。土木工程材料是土木工程專業的專業基礎課，其教學必須適應新的專業人才培養需求。因此，從教學方法、考核方式等方面探索有利于提高工程素養與創新能力培養的教學模式是十分必要的。

一、建設“互聯網+”教育平臺，優化教學設計，構建感官化理論教學模式

工科院校培養大學生的真正教學目的是將課堂的理論知識活用到工程實踐中，并能夠真正解決問題。而傳統教學方式是教師講，學生聽，真正理解并能學以致用課堂內容的學生卻寥寥無幾。另一方面，面對“互聯網+”時代的來臨，移動電子產品大量涌入課堂，學生注意力嚴重轉移，課堂上低頭玩手機的現象屢禁不止。同時，我們也要看到互聯網是一把雙刃劍，它拓寬了人們獲取知識、信息的渠道，加快了人們獲取知識、信息的速度。高校教育也應調整傳統教學模式，充分利用互聯網平臺，來豐富課堂環節，優化課堂教學設計，搭建感官化的理論教學模式。

（一）實物演示教學

華羅庚曾經說過，對數學產生枯燥、乏味、難懂感覺的主要原因就是其脫離實際。而實物演示教學能直接刺激學生的眼、耳、手、口、腦等多種感官，有利于幫助學生理解抽象的基礎理論知識，以便形成具體形象的概念。教師在傳授某些抽象概念時，可以多給學生生動、具體、形象的實物或模型等，從而加深學生對抽象概念的理解和基本理論知識的掌握，提高教學效果。如，講解粗細骨料級配概念時，帶上粒徑大小不同的碎石、砂子直接面對學生展示，在一個廣口瓶內裝一半水，先裝滿粒徑最大的石子，水上升了一段但未到瓶口，這個時候問學生聽過“烏鴉喝水”的故事嗎？下面要怎么做才能讓烏鴉喝到水呢？繼續向瓶內裝入粒徑小一些的石子，依次裝入細砂待水溢出，這個時候提問學生，烏鴉之所以能喝到水是因為什么？學生會聯系當堂講授內容，進一步深入思考級配與孔隙的關系。這樣的課堂設計將會給學生留下深刻印象，喚起學生的學習興趣與學習動機，并能深刻理解概念的含義。可以在課堂進行演示性的試驗還包括：砂細度模數、骨料表觀密度測定、水泥的凝結與硬化、砂漿和易性的影響因

素等。

（二）“互聯網+”教學

土木工程材料課程中介紹的材料品種較多，需要理解掌握的材料特性較多，可以將同一類型的材料進行對比，找出它們性質上的異同點，可起到加深理解、強化記憶的作用。石灰、石膏、水泥均屬膠凝材料，三種膠凝材料的共性與特性通過簡短試驗就能深刻體會，即將石灰、石膏、水泥三個試樣，分別放置在三個容器中，加適量水攪拌成漿體，隨著時間推移，觀察三杯試樣的物性變化。而后將三種水化產物重新放在水中，又會產生什么變化？視頻記憶可以幫助學生理解三種膠凝材料的凝結硬化速率差異，凝結硬化過程中的體積變化特性，理解氣硬性和水硬性的根本區別。然而課堂時間有限，因此可事先制作好視頻資料，課前休息時間上傳到微信群或QQ群中，教師拋出問題“構件用在潮濕的工程部位，應如何選擇這三種膠凝材料？”讓學生帶著疑問進入課堂。下課后，教師可以拋出拓展性問題，如“石膏水化硬化后與石灰、水泥有什么不同，這個特點在工程上或日常生活中有哪些應用”，通過這些問題可以開拓學生思維，并與實際工程相聯系，培養學生的知識遷移能力。

（三）案例教學

教師在授課時，以工程實例作為切入點，圍繞教學要點，將工程問題導入正常的課堂教學過程，最后再回到工程實踐的一種教學模式。如，在講授混凝土收縮變形一節內容時，多媒體課件上展示某實際工程案例：某現澆混凝土梁下表面出現裂縫，提問學生思考該梁出現裂縫的原因可能有哪些？結構？施工？還是材料？帶著這個問題開始這一節的教學內容講授，在講授過程中針對塑形收縮、干縮、溫度變形、荷載變形等回顧案例，讓學生思考以上內容是否是造成混凝土出現裂縫的原因？同時針對不同見解可適當展開討論，這樣引領學生帶著問題學習理論知識，培養學生應用所學知識分析與解決實際問題的工程素養和創先思維能力。案例教學法還可對以下內容采用：建筑工程上設置伸縮縫的原因與目的是什么？大體積混凝土為什么分段施工？粗骨料最大粒徑為什么受限？混凝土結構出現侵蝕性破壞的原因有哪些

等等。

二、創設反映實際工程問題的實驗教學模式

工程素養的培養有賴于工程環境的熏陶和工程實踐，而創新能力的培養同樣要以實驗操作作為實施手段。土木工程材料實驗課時較少，傳統的教學模式是教師制定實驗指導書，準備實驗原材料、儀器設備，使學生掌握實驗內容的基本原理、基本實驗技能，最后寫出實驗報告。這種實驗課模式的缺點是在實驗過程中很少學生會對實驗原理、實驗操作過程等進行思考，沒有激發學生的主動性和創造性；另外，學生都是分小組進行，僅有一部分同學參與實驗操作，而另一部分則是觀望、抄襲實驗成果，教學環節中基本處于不動手、不思考狀態。而若在實驗教學中設置一定的工程應用情境，模擬實際工程所用材料的檢測指標和取樣程序，給出檢驗報告，讓學生體驗實際工程應用中材料檢測任務及其必要性；另外設置分層次的實驗內容，輔以多種考核方式，改變學生被動學習的狀態，引導學生突破思維定勢和惰性依賴，培養學生的創新思維和創新能力。

本項教改將實驗教學分為基礎性、開放性和創新性三個層次。

基礎性實驗是驗證性實驗，包括水泥性能實驗和混凝土配合比實驗，按照相應實驗規范對學生進行嚴格的操作技能培訓，要求學生根據實驗指導書按照規定動作完成實驗過程，但針對實際工程所用原材料的技術要求進行取樣和檢測，具有一定的工程應用情境。既能將理論知識與實驗過程相聯系，又能培養一定的工程意識。

開放性實驗是綜合性實驗，包括保溫材料與防水材料性能實驗、回彈法檢測混凝土強度及大體積混凝土溫度檢測實驗，根據國家或行業標準針對實際工程檢測開展的單項檢測項目。學生根據實際工程概況和標準規范要求，在教師指導下制定詳細的檢測方案，根據實驗結果完成實驗報告；或者也可以將工程檢測結果進一步深入總結，撰寫成科技小論文提交或公開發表。

創新實驗則是科研性實驗，授課教師作為指導老師，鼓勵學生積極參加工程檢測任務或實際工程難題，在教師指導下學生獨立確定研究目標、實驗方案、實驗方法，自主進行原材料選用、配合比設計、實驗操作、結果分析等，最終提交研究報告。學生還可以將較為成熟的研究成果用于參加國內各大高校定期舉行的“混凝土設計大賽”，或省級、校級的“大學生創新實踐項目”，不僅有助于學生進行專業交流，還能培養學生的工程素養和創新能力。

三、構建合理的全方位課程考核新模式

教學改革的目的在于提高教學質量，增強教學效果，因此構建合理的課程考核模式至關重要。目前高校理論課程考核模式為“考試成績+平時成績”，但平時成績主要由“出勤+課后作業”構成。但通常筆試試卷有統一標準答案，這種狀況既束縛了學生思維的發展，又忽視了對學生創新能力、實踐能力的培養。應在課程考核中引入學習態度、實踐操作能力的考核部分，這樣才能改變學生的學習惰性，并全面考察學生的理論知識掌握水平和實踐操作能力水平，這樣培養出來的學生才是適應新形勢需要的人才。

對課程的考核方式改革，擬從對學生單一的知識量的評價向知識、能力、素質綜合評價轉化，加大對學生實踐和創新能力測評的分值權重。采用多元化的成績考核方式，全方位考核學生的學習狀況：考試成績占70%，基礎性實驗占10%（參考實驗課成績），出勤占10%，作業占10%；撰寫與開放性實驗項目相關的科技論文一篇加5～10分不等，參加工程實踐檢測或創新活動撰寫相關科技論文的加5～10分不等，以總分不超過100分為限。通過課堂作業、基本實驗技能及實驗態度、創新實踐能力與考試成績相結合的綜合評價方法，能更真實地反映學生對理論知識的掌握水平和工程實踐能力水平。

通過以上教學改革與實踐，在一定程度上使學生對土木工程材料這門課程的視角從教室轉移到了工程實踐中，畢竟土木工程材料是服役于特定工程環境的結構工程中，使學生能在課堂學習時思維處于不斷的運轉中，并能在一定程度上激發他們的創新能力，可以天馬行空，絕不能束手束腳。當然，實踐環節尚有較多不盡如人意的地方，需要以后在教學過程中逐漸改進逐漸完善，期待會有更好的改革效果。

參考文獻：

[1]高等學校土木工程學科專業指導委員會.高等學校土木工程本科指導性專業規范[M].北京：中國建筑工業出版社，2011.

[2]熊小麗.基于混合學習理念的大學教學改革研究[D].南寧：廣西師范學院，2014.

[3]尹健.土木工程材料[M].北京：中國鐵道出版社，2015.

[4]錢紅萍，李書進，蔣曉曙.基于工程素質與創新能力培養的“土木工程材料”教學改革實踐[J].常州工學院學報，2011，24（6）：85-88.

[5]李念良，李望國.基于應用型人才培養的高校課程考核改革探究[J].科教導刊，2013（9）：100-101.

①本文系湖南省普通高校“十二五”專業綜合改革試點項目（湘教通〔2012〕266）資助的研究成果。

作者簡介：田冬梅（1980—），女，吉林松原市人，博士，研究方向：先進工程材料制備及性能研究。