實(shí)體展示應(yīng)用于土木工程材料教學(xué)的研究

劉濤 郭超峰 田毅

摘 要：土木工程專業(yè)是一門偏重實(shí)際應(yīng)用的學(xué)科，實(shí)踐在學(xué)習(xí)中占極重要的位置。傳統(tǒng)的講授教學(xué)模式中，很多知識點(diǎn)學(xué)生不能透徹理解，帶著困惑使學(xué)生學(xué)習(xí)積極性下降。而帶領(lǐng)學(xué)生實(shí)際參觀工地又涉及安全，資金等因素的影響，實(shí)現(xiàn)起來非常困難。建立實(shí)物教學(xué)展示中可以有效解決這一問題，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，直觀了解土木工程學(xué)科的知識。本文通過研究土木工程實(shí)物教學(xué)的研究，介紹了實(shí)物教學(xué)法在土木工程學(xué)科的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：實(shí)物教學(xué)；土木工程材料；教學(xué)改革；實(shí)踐

1 引言

土木工程材料課程是土木工程專業(yè)與工程管理專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程，該課程培養(yǎng)目標(biāo)是使學(xué)生了解施工中的各種材料性質(zhì)與材料結(jié)構(gòu)的關(guān)系以及性能改善的途徑，為學(xué)習(xí)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計、鋼結(jié)構(gòu)與組合結(jié)構(gòu)設(shè)計等專業(yè)課提供必備的專業(yè)知識、基礎(chǔ)理論和技能訓(xùn)練。但土木工程材料課內(nèi)容偏多，知識點(diǎn)分散，記憶難度偏大，傳統(tǒng)的老師講授，學(xué)生聽講的方式，學(xué)生學(xué)習(xí)效果不佳。通過建立土木工程材料的實(shí)物展示中心使學(xué)生能夠直觀看到材料，了解材料性質(zhì)。改變了傳統(tǒng)的老師講授學(xué)生聽講的模式，使同學(xué)們高效的參與到教學(xué)之中，提高學(xué)習(xí)效率。有效解決了土木工程材料課程內(nèi)容繁雜，課程學(xué)時相對偏少，學(xué)生學(xué)習(xí)效果不佳等問題。同時展示中心還為同學(xué)們設(shè)計了展示材料在實(shí)際中的具體應(yīng)用。

2 展示中心的內(nèi)容與布局組織研究

如何有效發(fā)揮實(shí)物模型的教學(xué)效果，提高學(xué)生對土木工程材料的基本性質(zhì)、技術(shù)性能指標(biāo)的理解與記憶是展示中心需要解決的重要問題。同時，為了更好地建立土木工程材料教學(xué)內(nèi)容與實(shí)物之間的對應(yīng)關(guān)系，使同學(xué)們更好地了解材料的具體應(yīng)用，實(shí)體展示中心還應(yīng)布置同土木工程專業(yè)課程相結(jié)合的展示部分（如房屋建筑學(xué)，鋼結(jié)構(gòu)，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計等），對于這部分布展內(nèi)容的選取也是一個重要的問題。綜上，布置展示中心基于幾個原則：（1）展示中心內(nèi)應(yīng)包含所學(xué)課程所涉及的各種材料，以便增加學(xué)生對課本內(nèi)容的理解。（2）對陳列的展品需配有明確的材料性質(zhì)信息（如生產(chǎn)工藝，結(jié)構(gòu)構(gòu)造，性能及應(yīng)用等），便于觀看者進(jìn)行學(xué)習(xí)。（3）應(yīng)與時俱進(jìn)，緊密貼合當(dāng)今材料發(fā)展的趨勢，搜集新型土木工程材料。（4）應(yīng)展示實(shí)際工程中的模型，使學(xué)生能將土木工程材料課程的知識與實(shí)物對應(yīng)聯(lián)系，增強(qiáng)對土木材料的理解。（5）按展品類別分別陳列，做到簡潔明快，擺放有序，繁而不亂。

3 展示中心內(nèi)部的布置

3.1 土木工程材料樣品布置

材料展示中心包含課程中所涉及的各種材料，材料種類眾多，搜集工作主要以課本內(nèi)容九大類為主：水泥混凝土材料、氣硬性膠凝材料、木材材料、墻體材料、建筑鋼材、門窗材料、建筑功能材料、建筑裝飾材料、建筑管材等九大類。在這九類中分別選取典型材料進(jìn)行布置展示。以下是具體內(nèi)容：

水泥混凝土材料展示內(nèi)容包括：河沙、海砂、尾礦砂、碎石、硅灰、粉煤灰、礦渣粉、卵石、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥、水泥膠砂試件、混凝土試塊、加氣混凝土試塊等。混凝土?xí)r使用廣泛的建筑材料，是土木工程專業(yè)學(xué)習(xí)的重中之重，介紹水泥混凝土材料的各個組成部分能使同學(xué)們建立對混凝土材料的認(rèn)知觀。

氣硬性膠凝材料展示內(nèi)容包括：建筑石膏（粉）、高強(qiáng)石膏（粉）、石灰、菱苦土、水玻璃等，通過介紹氣硬性凝膠使同學(xué)們更好地掌握其硬化特征、性質(zhì)、與應(yīng)用。

木材材料展示內(nèi)容包括：三合板、密度板、多層板、細(xì)木工板等展品并介紹木材的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)等。提高學(xué)生對木質(zhì)材料的認(rèn)知。

墻體材料展示內(nèi)容包括：燒結(jié)磚、免燒結(jié)磚、多孔磚、空心砌塊、加氣混凝土砌塊、砂漿砌塊等，墻體材料是土木工程中最重要的材料之一，主要介紹各種砌體的形狀、尺寸和力學(xué)性能以及應(yīng)用條件等。

建筑鋼材展示內(nèi)容包括：不同規(guī)格鋼筋、鋼筋接頭連接（對接焊、搭接焊、機(jī)械連接）、型鋼樣品等。鋼材是重要的建筑材料，可以預(yù)計鋼材用在日后會越來越大，通過建筑鋼材的展示學(xué)生可以了解鋼材的化學(xué)組成、力學(xué)性能、鋼材的品種、鋼材的表示符號等。

門窗材料展示內(nèi)容包括：平板玻璃、鋼化玻璃、夾絲玻璃、中空玻璃、真空玻璃、Low-E玻璃、門窗型材、幕墻等。

建筑功能材料展示內(nèi)容包括：防水卷材、防水涂料樣塊、無機(jī)絕熱材料、有機(jī)絕熱材料、吸聲材料等，通過展示特殊功能材料是學(xué)生了解特殊功能材料種類，使用原理，使用環(huán)境。

建筑裝飾材料展示內(nèi)容包括：瓷磚樣塊、天然石材板樣塊、人造石材板樣塊、裝飾板材、建筑涂料樣塊等，使同學(xué)們更直觀的看到各類裝飾材料聯(lián)系課本多學(xué)提高對裝飾材料的認(rèn)識。

建筑管材展示內(nèi)容包括：PVC管材及管件連接、PP管材及管件連接、PE管材及管件連接、PB管材及管件連接、ABS管材及管件連接等。

3.2 建筑結(jié)構(gòu)模型的布置

由于土木工程施工中的建筑結(jié)構(gòu)體型較大，所以我們選用等比例縮小的結(jié)構(gòu)模型代替實(shí)物進(jìn)行展示。展示內(nèi)容涉及混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、土木工程施工等專業(yè)課知識，我們將其分為鋼結(jié)構(gòu)模型和混凝土配筋模型兩部分進(jìn)行展示：

鋼結(jié)構(gòu)模型包括：非正交框架梁與箱型柱的剛性連接模型、非正交框架梁與工形柱的剛性連接模型、、鋼板搭接教具、型鋼柱上下端螺栓連接模型、次梁與主梁的焊接與鉚釘連接模型、雙角鋼與主梁腹板連接模型、連接板與主梁加勁板雙面剛性連接模型、柱腳教具等，通過這些模型的展示，使學(xué)生了解鋼結(jié)構(gòu)的連接方式及各種型鋼柱的形式等。

混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)配筋模型包括：外伸板的配筋模型、外伸梁配筋模型、現(xiàn)澆框架抗震構(gòu)造模型、牛腿配筋模型、組合磚體墻配筋模型、槽形板配筋模型、現(xiàn)澆無梁樓蓋配筋模型、花籃梁配筋模型、變截面懸臂梁配筋模型等，通過這些模型可以使學(xué)生在材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)學(xué)習(xí)的力學(xué)分析計算知識同混凝土課程學(xué)習(xí)的配筋計算聯(lián)系起來，增強(qiáng)學(xué)生對專業(yè)知識的掌握。

4 展示中心的使用效果與評價

土木工程材料是理論知識、實(shí)驗、實(shí)踐相結(jié)合的課程，傳統(tǒng)教學(xué)將實(shí)驗，實(shí)踐放置在較輕的位置。通過建立實(shí)物教學(xué)展示中心彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)的不足，以教師授課為主、實(shí)物教學(xué)展示實(shí)踐為輔的教學(xué)方式強(qiáng)化了學(xué)生的自學(xué)能力，增強(qiáng)了教學(xué)效果，得到師生的廣泛認(rèn)可，提高學(xué)習(xí)的興趣。

通過一個學(xué)期的使用和后期調(diào)查，學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情得到顯著提升，學(xué)生對材料性質(zhì)的認(rèn)識明顯增強(qiáng)，對土木工程材料知識的認(rèn)識更加深刻。把實(shí)物教學(xué)同更多的土木工程專業(yè)課程相結(jié)合，充分發(fā)揮交互式學(xué)習(xí)的優(yōu)勢，不斷提高學(xué)生對土木工程專業(yè)的認(rèn)識，增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 湖南大學(xué)，天津大學(xué)，同濟(jì)大學(xué)，東南大學(xué).土木工程材料[M].第二版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[2] 西安建筑科技大學(xué).鋼結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)[M].第三版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014.

[3] 東南大學(xué)，同濟(jì)大學(xué)，天津大學(xué).混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理[M].第六版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2016.

[4] 劉立新.砌體結(jié)構(gòu)[M].第四版.武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2012.

[5] 呂恒林.土木工程材料課程實(shí)驗教學(xué)改革探討與實(shí)踐[J].高等建筑教育，2006（12）：91～103.

[6] 費(fèi)雙.基于材料建構(gòu)方法認(rèn)知的構(gòu)造教學(xué)改革探究[J].教育教學(xué)論壇，2017（2）：106～107.

[7] 王雪英，吳雅君，許東.基于建筑實(shí)踐教學(xué)的建筑構(gòu)造模型教學(xué)方法[J].遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報：社會科學(xué)版，2015（1）：127～129.

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編號X2018202。