《膠凝材料學》課程在水工建筑材料專業研究生創新能力培養中的教學模式與實踐

宮經偉 李雙喜 孫兆雄

摘要：結合新疆實際情況，闡述寒區水工混凝土材料耐久性能與膠凝材料的聯系，針對水利水利水電工程二級學科下的水工建筑材料研究方向的研究生課程設置以及傳統《膠凝材料學》課程教學中出現的教學內容、教學方法等方面出現的問題，結合教研團隊的教學經驗，提出將多媒體結合案例教學、實踐教學、理論結合實踐、課堂研討等教學方法補充到傳統的教學方式中，采取靈活的考核方式來激發學生對本專業的熱愛，推動學生自主學習，逐步探索“教學-實踐”相融合的教學模式。實踐證明：該教學模式可有效緩解教學內容多與課時量少的矛盾，引導研究生及時理解與掌握新型膠凝材料，提高研究生學習效率和學習興趣，激發學生自主思考，提高研究生科研創新能力。

關鍵詞：膠凝材料學;水工建筑材料;研究生教育;創新能力;教學模式

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）42-0149-03

引言：

建筑材料質量和性能的好壞，直接影響到建筑物的質量和安全，建筑材料的發展和革新對于經濟發展社會進步具有十分重要的促進作用。同時，人們也更加關注混凝土技術的進步與發展，以期混凝土材料與技術與時俱進，性能更完善，使用壽命更長，技術更先進，與環境更協調，在節能減排、節約資源方面發揮作用并滿足可持續發展的原則。新疆地區地理位置特殊，氣候具有嚴寒干燥、晝夜溫差大、年際溫差高、干濕交替頻繁、凍融循環劇烈，地下水硫酸鹽含量高，天然砂石骨料堿活性高等特點。近年來，隨著“絲綢之路經濟帶”戰略的逐步深入，新疆的水利、交通、能源、工業與民用建筑、市政等基礎設施建設穩步推進，混凝土，作為這些建筑物的主要建筑材料，其在新疆特殊氣候和地質環境下的抗裂性能、抗凍性、抗碳化性、抗侵蝕性及抑制堿骨料反應等耐久性能就備受工程界和學術界的廣泛關注。

混凝土建筑物的工作形態與混凝土中膠凝材料的組成、結構、水化進程以及硬化體的結構密切相關。要深入研究嚴寒干燥區混凝土的抗裂性能、抗凍性、抗碳化性、抗侵蝕性及抑制堿骨料反應等耐久性能，需系統掌握組成混凝土結構的膠凝材料的組成和性能以及水化硬化機理和改善硬化體結構與性能的途徑?！赌z凝材料學》作為普通高等學校建筑材料與制品專業、無機非金屬材料專業必須課程，它系統介紹膠凝材料的基本原理和規律，突出常見膠凝材料的特性和應用的一門課程。

寒區工程結構與材料研究是新疆農業大學水利與土木工程學院水利水電工程二級學科下的一個重要的研究方向。而本質上，水工建筑材料屬于水利工程和材料工程與科學之間的“交叉學科”，因此設在水利工程類院系下的材料方向研究具有其相對的獨立性。本文結合教學經驗，針對水利水電工程二級學科下的水工建筑材料專業研究方向的研究生培養問題，分析《膠凝材料學》課程教學現狀，對加強學生創新教育提出一些改進教學模式。

一、教學現狀

1.研究生課程設置現狀及分析。在研究生教育中，課程設置是一個很重要的問題。近年來，我院已有十余位研究生圍繞摻工業廢氣物（粉煤灰、粒化高爐礦渣、鋰渣、鋼渣等）的高性能混凝土進行選題，并從宏觀方面對其抗裂性能、抗凍性、抗侵蝕性及抑制堿骨料反應等耐久性能展開研究，取得了較為豐碩的研究成果。但，我校對寒區工程結構與材料研究方向的研究生的課程設置中，主要以《高等水工結構》等水利水電工程主體課程為主，僅針對水工建筑材料研究方向設置了《膠凝材料學》等課程。經調研，以擁有國家重點一級學科——材料工程與科學的同濟大學、武漢理工大學等國內重點高校的研究生培養計劃為例，為該一級學科下建筑材料研究方向的研究生開設了《膠凝材料學》、《混凝土材料破壞原理》、《材料熱力學》、《材料動力學》、《材料流變學》等專業理論課程，也開設了《材料譜學與分析技術》、《電子顯微分析》、《材料現代測試技術》等介紹現代試驗技術和微觀測試手段的課程;國外高校里，以荷蘭的Delft科技大學和英國的Dundee大學為例，開設有《Concrete Durability》、《concrete Fracture》、《Chloride Resistance of Concrete》及《CONCRETE：Microstructure，Properties，and Materials》等專業理論課程及測試技術和微觀測試手段，取得具有學術意義或應用價值的研究成果。因此，對我校寒區工程結構與材料研究方向的研究生來講，目前的相關課程設置偏少，研究生缺乏堅實的基礎理論知識和創新意識，對本領域現代試驗技術也缺乏了解，從而導致研究成果多停留在對混凝土宏觀性能的描述階段，缺少采用現代試驗方法從微觀角度進行表征，也缺乏采用基礎理論知識從影響機理方面對混凝土宏觀耐久性能及變化規律進行詮釋[1][2]。

2.課程教學內容?！赌z凝材料學》主要任務是要求學生從材料科學的基本原理出發，以硅酸鹽水泥為重點，掌握膠凝材料的組成、結構與性能的關系;膠凝材料水化、硬化過程的基本規律;膠凝材料硬化體結構與工程性質的關系;硬化體形成過程與工藝參數的關系;膠凝材料硬化體結構、性能與環境的關系等[3]。

作為我校水工建筑材料研究方向專業知識的延續和補充，它不僅鞏固了本科《建筑材料》中關于硅酸鹽水泥生產原理、過程及方法，水泥水化反應進程，水泥組成、結構與性能間的關系，水泥硬化體形成及工程應用等相關知識，而且進一步要求學生掌握石膏、石灰、鎂質膠凝材料等多種膠凝材料的特性和應用[4]。

3.教學對象特征。在教學內容方面，課程教學中內容涉及到水泥、石膏、石灰等膠凝材料的相關特性和應用，而不同的膠凝材料擁有不同的特點，課程要求學生掌握常用膠凝材料的特點和應用，這些內容中只有水泥、石灰等膠凝材料與日常生活聯系相對緊密，其余膠凝材料與實際生活中聯系相對較少，教學內容多而抽象枯燥[5];另一方面，由于膠凝材料教學課時較少未能安排實踐環節，眾多的膠凝材料的特性及應用只是在課堂教學中提及，教學內容中部分內容理論與實踐脫節，學生無法通過自身實踐去檢驗課本中的理論知識，從而影響到學生自主學習興趣的培養，導致學生學習興趣不高，自主學習動力不足，無法促進學生創新能力的培養，仍存在為考試而學的不良習慣[1]。

教學模式方面，教學仍然以教師講授為主，由于課程教學學時有限，教學是片面強調教師的主導作用和權威性，忽視學生的主體地位，基本是老師上課“滿堂灌”，學生上課“被動接受”，課程教學方式極大地限制學生的創新思維，使得學生上課沒興趣、注意力不集中，課程效果較差。

4.考核方式。傳統考核方式是：考核成績=平時成績×30%+考試成績×70%，平時成績主要來源于出勤率和作業，為了掌控學生學習效果，教師也經常提出一些問題由學生查閱文獻后交出作業，課后教師根據學生提交的文件對學生的作業進行評分，也可對課堂的教學效果進行評估。這種作業評價方式其實也是一種過程考核模式，而課堂教學是教師對著學生講解各種膠凝材料的性質、應用，學生往往在考試前突擊復習，這樣的學習方式也可以得到很高總評成績，但是這種過程考核方式忽略了對學生自主思考、自主探索未知知識的解決方案等能力的培養，即學生只要認真聽課，不用獨立思考，也能得到很好的作業成績，但到期末考試時，問題就凸顯無遺。具體表現為：針對一個新的問題，很多平時不注重思考能力鍛煉的學生，不知道如何分析問題和解決問題，最終導致綜合考核差。

二、教學模式探索與實踐

針對傳統的《膠凝材料學》課程教學模式中存在的弊端，筆者所在課題組通過多年教學經驗，并結合科研和生產服務經歷，在教學活動中采用多種教學方法和手段，逐步探索出適合本學科多民族學生的教學模式。

1.教學方法與手段。（1）多媒體結合案例教學。運用多媒體聲、光、圖像進行教學，不僅加快課程教學進度，而且還可以給學生以直接視覺聽覺沖擊，能加深學生對膠凝材料的認識，多媒體可以將膠凝材料的生產、工程應用等通過視頻和動畫的形式生動地表示出來，如水泥的生產和水化等過程，豐富學生生產實踐知識，提高教學效果，再運用多媒體教學同時融入案例教學方法，激發學生興趣和創新意識，如“635”水庫樞紐發電洞結構腐蝕機理及防護措施的研究與應用、高性能混凝土在烏倫湖渡槽工程中的應用等課題組完成的經典案例，介紹所運用的膠凝材料學及高性能混凝土的相關知識。（2）實踐教學。課程知識源于實踐，最終也應用于實踐，課程教學中，將理論教學與生產實踐相結合，鼓勵研究生走出課堂，到生產一線，豐富課堂學習的知識。利用課題組與水泥生產企業以及粉煤灰生產企業的合作關系，組織研究生赴天山水泥廠、全榮水泥廠、電廠、八一鋼鐵廠參觀水泥生產線、粉煤灰分級收塵過程以及鋼渣產生過程，并與企業技術人員座談，加深研究生對水泥等膠凝材料的生產過程的認識。（3）理論結合實踐。鑒于本專業研究生就業方向主要集中于水泥基材料方面的工作和研究，本課程重點放在硅酸鹽水泥生產和粉煤灰等輔助性膠凝材料的產生及其水化進程與應用方面，并引導學生將其基本原理和學習思路用于其他膠凝材料的性質和運用中，著重區分比較各膠凝材料水化規律和應用條件之間的聯系和區別。利用學院為學生搭建的實踐平臺，鼓勵研究生參加或指導本科生混凝土設計大賽、水泥輕舟等行業競賽，通過在實踐中鞏固所學知識，同時也激發學生對本專業的熱愛，推動學生自主學習。（4）課堂研討。適時組織相關方向的研究生、校內外相關方向教師，采取學術交流的形式對所學知識點進行討論，激發研究生學習興趣，引導研究生及時理解與掌握新型膠凝材料，解除學生對其神秘感，激發學生探索新材料的熱情。值得一提的是，有些研究生受在膠凝材料學課程學習和研討過程中的啟發獲得新思路，然后對新思路提煉出創新點并做深入研究和探索，進而圍繞該內容作為學位論文的選題，取得了較好的效果。

2.考核方式。單一的試卷成績的考核方式已經不能反映學生對課程知識的掌握程度和獲取信息的能力，更不能反映學生的創新能力水平，多種考核方式并存將有利于全方位反映學生對課程知識把握程度和多方面能力。

本課程考核辦法分為兩種：（1）針對研究課題或感興趣的方向，廣泛查閱文獻后，寫出文獻綜述，并作相關研究方向的研究進展報告，也有同學將此作為開題報告。（2）運用膠凝材學及高性能混凝土的理論知識及原理，設計出新型的材料，并提供詳細對比試驗方案和試驗成果。

以上兩種考核辦法中：考勤占5%，課堂表現為10%，考核成績占85%。

三、結論

研究生創新能力培養是個復雜的系統工程，膠凝材料學對于水工建筑材料方向的研究生創新能力的培養至關重要，只有針對水利水利水電工程二級學科下的水工建筑材料研究方向的研究生課程設置以及傳統《膠凝材料學》課程教學中出現的教學內容、教學方法等方面出現的問題，轉變教學觀念，合理安排教學內容，采用現代教育手段，強調理論聯系實際，重視實踐教學，采用多種考核手段，因材施教，引導學生自主學習，通過在身臨其境的實踐中鞏固所學知識，激發學生對本專業的熱愛，增加學生創新能力。

參考文獻：

[1]劉堯.創新人才培養需要轉變的教學觀念[J].中國高等教育，2010，（1）：45-47.

[2]王寶民.建筑材料方向全日制工程碩士研究生培養方案與課程體系建設[J].中國校外教育，2011，（8）：120-121.

[3]林宗壽.膠凝材料學[M].武漢理工大學出版社，2014.

[4]岳雪濤，張豐慶.淺談《膠凝材料學》課程在建材專業學生培養中的重要作用[J].教育教學論壇，2013，（27）：100-101.

[5]張京英，羅會甫，張彤，等.《膠凝材料學》課程教學中加強學生創新教育的研究與實踐[J].中國校外教育，2012，（6）：142-143.

Teaching Model and Practice of Cementious Materious for the Exploiting of Innovation Ability of Graduate Students Major in Hydraulic Material

GONG Jing-wei，LI Shuang-xi，SUN Zhao-xiong

（College of Hydraulic and Civil Engineering，Xinjiang Agricultural University，Urumqi 830052，China）

Abstract：The relationship between the durability of concrete in cold region and cementious materious was elaborated Combined with xinjiang's actual situation.Aiming at the problems of teaching methods，teaching contents of cementious materious science and the curriculum of graduate students major in hydraulic material，in conjunction with the teaching experience of the research team，the teaching model，combining multimedia cases teaching，practice teaching theory，practice class discussion teaching，and so on，was proposed as supplement to the traditional way of teaching，and multielement exam ways was also adopted to stimulate students enthusiasm to their professional，the teaching mode combining teaching with the testing of students' learning processes has been explored step by step.Practice has showed that the teaching model not only could effectively relieve the contradictions between more teaching content and less course time，clearly guide graduate students to understand and apply new cementitious material，but also could improve students' interest and efficiency in learning，inspire students' research and innovation capacity.

Key words：cementious materious science;hydraulic material;graduate education;research and innovation capacity;teaching mode