土木工程材料課程教學創新探究

巴明芳 孫琦 張娜 賀智敏

[摘? ? ? ? ? ?要]? 從土木工程材料課程教學過程中的四個痛點問題入手，立足以學生為中心的教學理念，從教學內容改革、實踐教學增強及引入工程案例等三個方面，對該課程的教學模式進行了創新改革，很好地培養了學生對該課程的學習興趣，并引導學生對土木工程材料的發展進行更深層次的思考，激發學生在土木工程專業方面的創新思維，最終取得較好的教學效果。

[關? ? 鍵? ?詞]? 土木工程材料;教學創新;改革思路

[中圖分類號]? G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2021）28-0134-02

一、土木工程材料課程的價值和教學中的痛點問題

土木工程材料課程是土木工程專業及相關專業的基礎課程，對土木工程及相關課程起支撐作用。長期以來，受種種原因的影響，土木工程材料課程的教學效果未能達到預期的教學目標，具體有以下四個方面的問題。

（1）土木工程材料課程涵蓋無機膠凝材料、金屬材料、有機高分子材料及復合材料四種類型的工程材料，教學內容繁雜，且各類建筑工程材料之間無相關聯系，導致學生融會貫通難度較大，且難以實現靈活運用。（2）本課程教學中涉及的概念和經驗性的知識點較多，理論推導及計算內容相對較少，學生在學習中較吃力，課堂教學氣氛不佳。同時，本課程對現場實踐內容要求較多，但實際教學中教師和學生缺乏到現場實踐參觀、操作的機會，學生對各類型工程材料性質缺乏直觀認識，導致學生的知識生成不足，進而造成理論知識與實踐脫節的現實問題。（3）隨著建筑工程行業的發展，新材料、新技術等不斷發展和應用，對土木工程材料課程教學內容的時效性提出了較高要求，但由于教材內容編寫滯后于建筑工程行業發展，導致課程教學內容與行業發展存在一定的差距。（4）課程教學受時長限制。土木工程專業學時為34學時，實驗課程為17學時，短時間內難以將課程教學內容全面、細致地展開講授，導致課程教學質量與預期目標存在一定的差距。

二、土木工程材料課程教學改革思路和創新舉措

（一）基于教材和大綱修訂的教學內容改革

隨著建筑行業的發展，土木工程材料種類日益繁多，且新的材料體系不斷增多，新材料、新技術層出不窮，部分教材中采用的材料技術可能在工程實踐中較少應用，甚至面臨淘汰的問題，在該問題下，由于學生對工程實踐了解不夠深入，難以通過課堂教學把握學習難點和重點。因此有必要從教材和大綱修訂開始進行教學內容的改革。本課程教材是學院柳俊哲教授主編的《土木工程材料》，為2015年修訂后的第三次再版。新版教材強化了混凝土和混凝土材料章節，增加了部分水泥內容，并按最新的水泥檢測標準更新了水泥檢測試驗內容，弱化了部分混凝土材料內容，如刪減了粗骨料、細骨料等材料部分內容。2017年起，我校教研團隊對土木工程材料課程教學大綱進行修訂，對課程教學內容進行了重新設計、編排，力求與建筑行業發展現狀、發展趨勢相符，與工程施工實際相結合，促進學生學以致用。經重新編排后，課程教學內容以水泥、混凝土、鋼材、瀝青、瀝青混合料為建筑工程材料為主，以新型墻體材料、節能材料為次要中單，兼顧功能性材料和合成高分子材料，并重新劃分了學時，其中水泥、混凝土、鋼材及瀝青、瀝青混凝土部分的學時占到了總學時的73%。大綱修訂之后，土木工程材料課程授課內容重點突出，并且均有相應的驗證性實驗課程。其中墻體材料、建筑鋼材及瀝青材料的試驗采用虛擬仿真實驗進行。

（二）基于虛擬仿真實驗的實踐教學創新改革

本課程中，材料試驗是整個教學體系中的重要環節，其教學目標是通過科學實驗方法，培養學生的科研能力和嚴謹縝密的科研態度，通過課程試驗掌握土木工程材料檢測、試驗方法，實現理論知識與實踐操作相結合。由于學生接觸工程實踐機會較少，因此，虛擬仿真實驗是學生為數不多的實踐機會，是激發學生學習熱情的絕佳機會，要求教師把握教學機會，順勢引導，培養學生動手、獨立思考、分析問題和解決問題的能力。實驗過程中。教師應盡量避免大包大攬的教學管理模式，重點突出學生在課程實驗中的主體地位，由學生在教師的指導下自行開展實驗準備、實驗操作、數據處理、實驗報告撰寫等過程。針對實驗過程中出現的問題，教師應在小組學生充分思考、討論的基礎上給予指導，針對部分共性問題，組織全班學生參與討論，最后由教師做總結和解答。

該課程驗證性實驗課共安排了17學時，事實上這些實驗學時還遠遠不夠，為了更好地幫助學生理解掌握土木工程材料的技術性質，對一些驗證試驗比較費時、操作難度較大的材料技術性質試驗采用虛擬仿真實驗教學模式。

（三）新型工程材料及其應用工程案例在教學過程中的導入

土木工程材料教學團隊在授課過程中可結合自身科研和現代材料的發展，事先設計選擇，將實際工程中使用的新材料、新標準內容作為授課的一部分。比如，在講授第一章“材料基本性質”這部分內容時，涉及很多概念：如強度、耐水性、抗滲性及耐火性等基本性質。理解和掌握這些基本性能概念是學習各項土木工程材料性能的基礎。然而這些概念都很抽象，如果只是死記硬背，教學效果就很差，尤其是學生，很難在后面的相關學習中培養起興趣。針對這些問題，教學團隊在課前均可進行相應的案例導入設計。比如抗凍性基本概念的學習，在講解發生凍融循環破壞時，材料必須與水接觸內部含有水分，且受外界環境的影響才會導致出現凍了融、融了凍的問題，最終導致材料出現剝蝕性的破壞。講到此處時，老師及時導入凍融破壞的案例，結合案例可以很形象地讓學生理解材料的抗凍性失效的機理及破壞形態，起到了很好的教學效果。