學(xué)科競(jìng)賽背景下土木工程材料課程教學(xué)改進(jìn)探索

學(xué)科競(jìng)賽亦稱學(xué)術(shù)競(jìng)賽或?qū)W科比賽，是在特定學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)開(kāi)展的、以提升學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維為目的的活動(dòng)。這些競(jìng)賽通常由教育機(jī)構(gòu)、學(xué)術(shù)組織或行業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)起，旨在評(píng)估參賽者對(duì)學(xué)科知識(shí)的掌握程度，以及他們解決實(shí)際問(wèn)題的能力。學(xué)生參與這些競(jìng)賽，不僅能夠獲得與同行同臺(tái)競(jìng)技的機(jī)會(huì)，還能展示自身專業(yè)技能和研究成果。同時(shí)，教師能夠根據(jù)競(jìng)賽結(jié)果的反饋調(diào)整教學(xué)計(jì)劃和教學(xué)方法，使教學(xué)內(nèi)容更加貼合學(xué)生的實(shí)際需求，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。因此，學(xué)科競(jìng)賽在提升學(xué)生專業(yè)能力、推動(dòng)學(xué)科發(fā)展以及提高教學(xué)質(zhì)量等方面發(fā)揮著重要作用。

一、開(kāi)展全國(guó)大學(xué)生混凝土材料設(shè)計(jì)大賽的重要性

當(dāng)前，以賽促教已成為推動(dòng)教學(xué)方法創(chuàng)新、促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展的重要手段。這一教育理念與傳統(tǒng)的以學(xué)生為中心的OBE（Outcome-BasedEducation，成果導(dǎo)向教育）人才培養(yǎng)目標(biāo)不謀而合，其核心在于通過(guò)實(shí)踐活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)知識(shí)有效應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)理論知識(shí)與實(shí)踐操作的有機(jī)結(jié)合。

全國(guó)大學(xué)生混凝土材料設(shè)計(jì)大賽是由中國(guó)混凝土與水泥制品協(xié)會(huì)（CCPA）教育與人力資源工作委員會(huì)主辦、面向全國(guó)高校無(wú)機(jī)非金屬材料與土木工程專業(yè)大學(xué)生的一項(xiàng)科技競(jìng)賽活動(dòng)。該競(jìng)賽每?jī)赡昱e辦一次，迄今已連續(xù)舉辦七屆，為大學(xué)生提供了展示設(shè)計(jì)思維和專業(yè)知識(shí)的平臺(tái)。競(jìng)賽分為理論和實(shí)踐兩大部分。其中，實(shí)踐操作又細(xì)分為配合比設(shè)計(jì)和實(shí)際操作兩個(gè)環(huán)節(jié)。評(píng)分體系設(shè)定為：理論部分占 4 0 % ，實(shí)踐部分占 6 0 % 。該競(jìng)賽集基礎(chǔ)知識(shí)考查、特定細(xì)分領(lǐng)域深度研究以及研究成果考查于一體，是實(shí)際工程實(shí)施的一個(gè)縮影，相當(dāng)于學(xué)生參加工作后的一次小規(guī)模實(shí)戰(zhàn)演練。通過(guò)參與這樣的競(jìng)賽活動(dòng)，學(xué)生能夠更好地理解混凝土在現(xiàn)代建筑中的應(yīng)用，掌握優(yōu)化材料性能以提高工程質(zhì)量和可持續(xù)性的方法。與此同時(shí)，競(jìng)賽也是對(duì)高等教育機(jī)構(gòu)教學(xué)成果的一次檢驗(yàn)，它在一定程度上加強(qiáng)了高校與業(yè)界的聯(lián)系，有助于推動(dòng)相關(guān)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步與發(fā)展。

二、全國(guó)大學(xué)生混凝土材料設(shè)計(jì)大賽為土木工程材料課程教學(xué)帶來(lái)的思考

（一）加強(qiáng)零散知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系

在競(jìng)賽的理論部分，學(xué)生需要理解并掌握知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在聯(lián)系。例如，要了解石膏作為膠凝材料的作用，以及它作為硅酸鹽水泥組分時(shí)的功能和在實(shí)際應(yīng)用中的具體體現(xiàn)。然而，當(dāng)這兩個(gè)密切相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)被分散安排在不同的章節(jié)時(shí)，教師往往容易忽視他們之間的內(nèi)在聯(lián)系。實(shí)際上，石膏既是一種膠凝材料，也是硅酸鹽水泥的重要組分之一，其作用、成分與帶有飽和結(jié)晶水的二水石膏、不飽和結(jié)晶水的半水石膏和無(wú)水石膏密切相關(guān)。如果學(xué)生沒(méi)有掌握這些知識(shí)點(diǎn)之間的區(qū)別與聯(lián)系，就很難形成系統(tǒng)完整的知識(shí)體系。這一現(xiàn)狀也反映了當(dāng)前王木工程材料課程教學(xué)中存在的問(wèn)題。土木工程材料課程內(nèi)容廣泛且復(fù)雜，涵蓋眾多概念。若缺乏有效的教學(xué)方法，不能及時(shí)幫助學(xué)生理解知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，學(xué)生就會(huì)在學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到困難，尤其是在區(qū)分和掌握概念之間的關(guān)系方面。鑒于此，教師在備課時(shí)應(yīng)注重教學(xué)內(nèi)容的連貫性，合理安排教學(xué)資料，同時(shí)強(qiáng)調(diào)容易讓學(xué)生產(chǎn)生混淆的術(shù)語(yǔ)，確保學(xué)生準(zhǔn)確理解教學(xué)內(nèi)容的目的和意義。例如，教師應(yīng)整理、對(duì)比石灰與石膏等關(guān)鍵材料在不同材料體系中發(fā)揮的不同作用，以及水泥、砂槳與混凝土之間性能的異同，幫助學(xué)生構(gòu)建完整的知識(shí)框架。此外，在講授課程的后半部分時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)梳理，既能幫助學(xué)生鞏固專業(yè)知識(shí)，又能激發(fā)學(xué)生的探索興趣，為其未來(lái)的工程實(shí)踐奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

（二）強(qiáng)化邏輯梳理與本質(zhì)理解

競(jìng)賽的理論部分著重考查學(xué)生從混凝土的原材料出發(fā)探究其物理性能和化學(xué)性能，到混凝土的配合比設(shè)計(jì)與配制技術(shù)。例如，學(xué)生需要掌握混凝土從早期到后期所展現(xiàn)出的各類性能，明確普通混凝土、新型混凝土材料在不同領(lǐng)域的不同性能要求。這不僅檢驗(yàn)學(xué)生的理論知識(shí)儲(chǔ)備，還對(duì)他們的記憶力提出了極大挑戰(zhàn)。如果學(xué)生想要全面準(zhǔn)確地掌握這些知識(shí)點(diǎn)，就需要投入大量時(shí)間進(jìn)行記憶，而這正是當(dāng)前土木工程材料課程教學(xué)的一個(gè)顯著特點(diǎn)。鑒于此，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)化的邏輯梳理，幫助他們認(rèn)識(shí)和理解混凝土材料及其性能之間深層次的內(nèi)在聯(lián)系。這種方法如同用一條主線將若干零散的知識(shí)點(diǎn)有效串聯(lián)起來(lái)，只要學(xué)生能夠抓住這條主線，其他相關(guān)知識(shí)點(diǎn)便能通過(guò)這條主線得以拓展和延伸。例如，超高性能混凝土與海工混凝土都遵循一個(gè)設(shè)計(jì)原則，即孔隙率要低，以便形成密實(shí)結(jié)構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠確保混凝土具備超高的耐久性和強(qiáng)度，有效阻擋氯離子等有害離子的侵入。

又如，在配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中，如果想要實(shí)現(xiàn)固體材料的最密實(shí)堆積，就必須考慮引入各種類型的摻合料。透水性混凝土與輕質(zhì)混凝土的設(shè)計(jì)要點(diǎn)是形成高孔隙率。不同之處在于，透水性混凝土采用開(kāi)口的連通孔實(shí)現(xiàn)排水透水功能；而用于水上浮島的輕質(zhì)混凝土，則傾向于形成閉口孔隙，這是因?yàn)檩p質(zhì)混凝土內(nèi)部擁有眾多小孔，且這一特性使得其也適用于制作保溫隔熱材料或隔音材料。由此可見(jiàn)，就混凝土等水泥基材料而言，關(guān)鍵在于掌握材料的成分和結(jié)構(gòu)，尤其是孔隙結(jié)構(gòu)。教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生把握這一本質(zhì)特征，無(wú)論進(jìn)行性能評(píng)估還是設(shè)計(jì)優(yōu)化，都可以基于此進(jìn)行合理推測(cè)。邏輯梳理與本質(zhì)理解，可以幫助學(xué)生理解和掌握知識(shí)，使他們?cè)诿鎸?duì)實(shí)際問(wèn)題時(shí)能夠運(yùn)用所學(xué)知識(shí)找準(zhǔn)切入點(diǎn)和突破口。如此一來(lái)，不僅有助于學(xué)生“把書(shū)讀薄”，還有助于他們?cè)谖磥?lái)工作生活中，將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)踐技能，真正做到學(xué)以致用。

（三）加強(qiáng)對(duì)土木工程材料前沿領(lǐng)域的關(guān)注

競(jìng)賽的理論部分考查學(xué)生對(duì)混凝土科學(xué)與技術(shù)前沿發(fā)展趨勢(shì)的了解程度，并明確對(duì)新型混凝土的考查占理論總分?jǐn)?shù)的 2 5 % 。這就要求學(xué)生掌握自密實(shí)混凝土、泡沫混凝土、海工混凝土等特種混凝土的特點(diǎn)、配制技術(shù)、適用場(chǎng)合以及相關(guān)注意事項(xiàng)。在實(shí)踐部分進(jìn)行大流動(dòng)態(tài)綠色高性能混凝土設(shè)計(jì)時(shí)，學(xué)生要有創(chuàng)新思維，采用非標(biāo)準(zhǔn)方法，而不應(yīng)拘泥于JGJ55-2011標(biāo)準(zhǔn)，從而學(xué)習(xí)和掌握現(xiàn)代混凝土配合比設(shè)計(jì)的新理念。這反映出競(jìng)賽對(duì)新材料、新工藝的高度重視。然而，這也暴露出當(dāng)前土木工程材料課程存在的一個(gè)問(wèn)題，即教材內(nèi)容往往滯后于實(shí)際工程需求，且教材內(nèi)容多年未及時(shí)更新。鑒于此，教師應(yīng)從課程內(nèi)容入手。在課堂教學(xué)中加強(qiáng)對(duì)特種混凝土的講解，從本質(zhì)上揭示普通混凝土與特種混凝土之間的關(guān)系。同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到普通混凝土是基礎(chǔ)，特種混凝土是針對(duì)不同適用場(chǎng)合的靈活應(yīng)用，并指出在性能和設(shè)計(jì)方法上，普通混凝土與特種混凝土既存在共性又有差異。此外，布置作業(yè)任務(wù)，鼓勵(lì)學(xué)生查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，如自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)的發(fā)展歷程，了解其演變過(guò)程，讓學(xué)生做到學(xué)以致用，增強(qiáng)前沿意識(shí)。

教師通過(guò)課堂教學(xué)，讓學(xué)生在掌握基礎(chǔ)理論的同時(shí)，關(guān)注行業(yè)的發(fā)展動(dòng)態(tài)，把握最新的技術(shù)進(jìn)展，并能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中，真正做到學(xué)有所用，不斷提升他們的專業(yè)素養(yǎng)和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

（四）強(qiáng)調(diào)混凝土中各組分發(fā)揮的不同作用

在競(jìng)賽的實(shí)踐部分，學(xué)生需要根據(jù)所提供的原材料進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)與配制，確保混凝土滿足各項(xiàng)性能指標(biāo)。然而，如何在保證性能的前提下平衡材料的質(zhì)量和成本，成了一個(gè)難題。競(jìng)賽提供的摻合料種類繁多，有粉煤灰、硅灰、礦粉、石灰石粉以及其他工業(yè)廢渣摻合料。同時(shí)，石子也有多種不同粒級(jí)，供參賽者自由組合選用。這種原材料的多樣性為參賽者提供了更多可能性，使其能夠制作出性能優(yōu)異、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的混凝土。不過(guò)，要想符合強(qiáng)度、和易性、綠色環(huán)保等標(biāo)準(zhǔn)，就必須進(jìn)一步理解各種材料的特性。例如，摻合料中的礦粉因具有較高的強(qiáng)度發(fā)展?jié)摿Χ鴤涫芮嗖A，粉煤灰和石灰石粉則因能改善混凝土的流動(dòng)性而被廣泛應(yīng)用，硅灰的加入主要促進(jìn)混凝土早期的強(qiáng)度增長(zhǎng)。這些細(xì)微的差別不容忽視，最終將影響著混凝土的性能。同時(shí)，骨料之間的連續(xù)級(jí)配同樣重要。只有當(dāng)骨料顆粒大小分布均勻，形成連續(xù)級(jí)配時(shí)，才能制作出不易產(chǎn)生離析或分層泌水現(xiàn)象的混凝土。這些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)往往并非教材的重點(diǎn)內(nèi)容，學(xué)生僅通過(guò)閱讀教材很難獲得深刻理解。對(duì)于沒(méi)有親身參與過(guò)實(shí)際工程的學(xué)生來(lái)說(shuō)，更是難以認(rèn)識(shí)到這些細(xì)節(jié)的重要性。鑒于此，教師應(yīng)采取有效的教學(xué)策略。比如，在授課過(guò)程中結(jié)合競(jìng)賽中的實(shí)際案例，如大流動(dòng)態(tài)混凝土的設(shè)計(jì)，講解相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，將抽象的理論知識(shí)具象化，讓學(xué)生直觀了解實(shí)踐的關(guān)鍵點(diǎn)，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度，幫助他們打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

（五）拓展混凝土配合比設(shè)計(jì)的深度與廣度

競(jìng)賽要求參賽者完成混凝土配合比設(shè)計(jì)并通過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證。實(shí)際上，配合比設(shè)計(jì)并非簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)問(wèn)題，而是涉及混凝土化學(xué)成分、物理性能和施工工藝等多方面因素的綜合考量。在混凝土生產(chǎn)流程中，配合比設(shè)計(jì)是技術(shù)含量最高的環(huán)節(jié)之一。可以說(shuō)，其他工序，如材料采購(gòu)、稱量、測(cè)試等，可由普通工人或者機(jī)器完成，而基于性能與成本優(yōu)化的配合比設(shè)計(jì)，需要由具備深厚專業(yè)知識(shí)和豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員來(lái)完成。毋庸置疑，配合比設(shè)計(jì)也是學(xué)生需要重點(diǎn)學(xué)習(xí)的內(nèi)容。當(dāng)前，在土木工程課程體系中，新拌混凝土性能試驗(yàn)多采用機(jī)器攪拌方式，這導(dǎo)致學(xué)生難以直觀感知混凝土流動(dòng)性、粘聚性和保水性等性能的動(dòng)態(tài)變化。盡管實(shí)驗(yàn)課程引入了新拌混凝土的試拌環(huán)節(jié)，但由于缺少人工干預(yù)，機(jī)械攪拌過(guò)程缺乏可視性，學(xué)生無(wú)法觀察到因配合比參數(shù)調(diào)整而引起的性能指標(biāo)變化。例如，減水劑摻量的變化對(duì)混凝土流動(dòng)性和粘結(jié)性的影響，這些都是學(xué)生在理論學(xué)習(xí)中難以獲得的直觀體驗(yàn)。針對(duì)當(dāng)前教學(xué)的痛點(diǎn)，教師應(yīng)將新拌混凝土性能試驗(yàn)由機(jī)械攪拌調(diào)整為人工拌合。如此，學(xué)生可直觀觀察配合比參數(shù)調(diào)整引起的混凝土流動(dòng)性等關(guān)鍵性能指標(biāo)的變化過(guò)程。當(dāng)然，如果受課時(shí)限制無(wú)法開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)人工拌合，教師可將競(jìng)賽訓(xùn)練中的混凝土拌合操作制作成視頻，在課堂上播放，供學(xué)生觀看。這既能完整展示操作過(guò)程，又能剖析操作背后的原理和技巧，從而幫助學(xué)生全面掌握混凝土配合比設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)。總之，通過(guò)優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和改進(jìn)教學(xué)方式，教師能夠在學(xué)校環(huán)境中模擬出類似于行業(yè)競(jìng)賽的實(shí)戰(zhàn)情境，深化學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

三、結(jié)語(yǔ)

全國(guó)大學(xué)生混凝土材料設(shè)計(jì)大賽作為推動(dòng)土木工程材料教育創(chuàng)新的重要平臺(tái)，不僅為學(xué)生提供了展示才華的舞臺(tái)，還為土木工程學(xué)科的教學(xué)內(nèi)容和方式注人了新的活力。它促使教師采用更貼近實(shí)際、注重應(yīng)用的教學(xué)內(nèi)容，以培養(yǎng)能夠滿足未來(lái)工程建設(shè)需求的高素質(zhì)人才。通過(guò)優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方式，學(xué)生能夠獲得類似于行業(yè)競(jìng)賽的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，逐步成長(zhǎng)為適應(yīng)未來(lái)工程需求的高素質(zhì)人才。

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責(zé)編：勉耘