基于工程能力的土木工程材料教學(xué)改革與實(shí)踐

汪小平 潘建平 吳建奇

(江西理工大學(xué)建筑與測(cè)繪工程學(xué)院，江西贛州 341000)

0 引言

工程能力包括工程設(shè)計(jì)能力、工程施工能力、工程管理能力和工程創(chuàng)新能力等，是社會(huì)、企業(yè)對(duì)土木工程人才需求的重要指標(biāo)。《高等學(xué)校土木工程本科指導(dǎo)性專(zhuān)業(yè)規(guī)范》也指出，教學(xué)中要以工程實(shí)際為背景，以工程技術(shù)為主線，著力提升學(xué)生的工程素養(yǎng)，培育學(xué)生的工程實(shí)踐能力和工程創(chuàng)新能力［1］。《土木工程材料》作為土木工程專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，其教學(xué)必須適應(yīng)新的專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)需求，必須從教學(xué)目標(biāo)，教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)方式方法等方面，探索基于工程能力的新的有效教學(xué)模式。

1 傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問(wèn)題

傳統(tǒng)教學(xué)實(shí)踐中，學(xué)生普遍反映土木工程材料課程內(nèi)容枯燥，缺乏學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動(dòng)性，最終教學(xué)效果不理想。問(wèn)題主要存在于兩方面：

1)傳統(tǒng)教學(xué)模式下，學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的工程背景不了解，缺乏基本的感性認(rèn)識(shí)和工程實(shí)踐，學(xué)生對(duì)該課程與后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程之間的關(guān)系不了解，更不清楚該課程今后所從事的工作的重要性和意義;學(xué)生學(xué)習(xí)目的不明確，缺乏學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性;

2)土木工程材料課程教學(xué)內(nèi)容繁多，且各章節(jié)內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立，邏輯性不強(qiáng)，敘述性知識(shí)多。傳統(tǒng)的課程講授方法很難使學(xué)生分清主次，學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)易感枯燥，學(xué)習(xí)興趣不高。

針對(duì)以上問(wèn)題，作者及所屬教學(xué)團(tuán)隊(duì)根據(jù)新形勢(shì)需求和多年土木工程材料課程教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，以提高學(xué)生工程能力為目標(biāo)，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣為抓手，從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式方法等方面對(duì)土木工程材料課程教學(xué)進(jìn)行了一些改革與實(shí)踐。

2 教學(xué)改革目標(biāo)

土木工程材料課程的教學(xué)，應(yīng)以培養(yǎng)學(xué)生工程能力為目標(biāo)。具體來(lái)說(shuō)，就是要通過(guò)課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握常用土木工程材料的工程技術(shù)性質(zhì)和工程應(yīng)用情況，為混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、土木工程施工等后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，最終使學(xué)生達(dá)到在工程設(shè)計(jì)中能正確選用材料，在工程施工中能正確使用和檢測(cè)材料，并能運(yùn)用材料知識(shí)分析、解決工程中出現(xiàn)的相關(guān)質(zhì)量問(wèn)題的教學(xué)目標(biāo)。老師在第一堂課上就要向?qū)W生明確此教學(xué)目標(biāo)以及課程的地位和重要性，以增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的目的性和主動(dòng)性。

3 合理選取教學(xué)內(nèi)容

土木工程材料課程內(nèi)容繁多，而教學(xué)學(xué)時(shí)往往偏少。這就需要根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，合理選取和組織教學(xué)內(nèi)容。

1)結(jié)合專(zhuān)業(yè)方向，確定重點(diǎn)章節(jié)。

土木工程材料大體可分結(jié)構(gòu)材料(水泥、鋼材、混凝土、磚、瀝青及瀝青混合料等)和功能材料(防水材料、絕熱材料、裝飾材料等)兩大類(lèi)。對(duì)土木工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生而言，應(yīng)明確結(jié)構(gòu)材料是其學(xué)習(xí)的重點(diǎn)。其中，材料基本性質(zhì)、水泥、混凝土和鋼材這四章內(nèi)容，對(duì)所有土木工程學(xué)生，都應(yīng)作為重中之重進(jìn)行講解;此外的教學(xué)內(nèi)容，對(duì)土木工程專(zhuān)業(yè)不同專(zhuān)業(yè)方向的學(xué)生，側(cè)重點(diǎn)應(yīng)有所不同。以我校為例，我校土木工程專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)了建筑工程與交通土建工程兩個(gè)專(zhuān)業(yè)方向，對(duì)建筑工程方向?qū)W生，要重點(diǎn)講述墻體材料、砂漿等內(nèi)容;而對(duì)交通土建工程方向?qū)W生，則重點(diǎn)講述瀝青及瀝青混合料、土工材料、路基材料等內(nèi)容。

2)基于工程能力，突出重點(diǎn)內(nèi)容。

《土木工程材料課程》的最終教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生在工程設(shè)計(jì)、材料檢測(cè)和工程施工中能夠正確選擇、檢測(cè)和使用材料，培養(yǎng)學(xué)生的工程能力，故要緊緊圍繞材料的工程應(yīng)用這條主線，以材料的技術(shù)性能和工程應(yīng)用為中心來(lái)確定教學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容;而材料的生產(chǎn)工藝、組成結(jié)構(gòu)、存貯運(yùn)輸?shù)葍?nèi)容則可作為一般內(nèi)容進(jìn)行。如在講述鋼材這一重點(diǎn)章節(jié)時(shí)，要以鋼材的強(qiáng)度、變形能力、應(yīng)力應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系等技術(shù)性能作為重中之重，而鋼材的生產(chǎn)工藝、微觀結(jié)構(gòu)、組成等則可按一般內(nèi)容講授。

3)關(guān)注材料發(fā)展，更新教學(xué)內(nèi)容。

要跟蹤土木工程材料研究和工程應(yīng)用的最新進(jìn)展，在教學(xué)時(shí)穿插講述新型材料。如在講述鋼筋這一部分內(nèi)容時(shí)，可介紹FRP筋的研究進(jìn)展和工程應(yīng)用情況;在講述混凝土?xí)r，可介紹國(guó)外高性能混凝土的發(fā)展和應(yīng)用情況;講墻體材料時(shí)，傳統(tǒng)教材大多都以普通實(shí)心粘土燒結(jié)磚為重點(diǎn)，而事實(shí)上，由于環(huán)境保護(hù)的要求，實(shí)心粘土磚在我國(guó)大中城市中已經(jīng)禁止使用，因此講述時(shí)應(yīng)以一些環(huán)保、節(jié)能墻體材料如煤矸石頁(yè)巖空心磚、粉煤灰磚、灰砂磚、加氣混凝土砌塊等為主。另外，很多材料如水泥、鋼材等都有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但教材中往往沒(méi)有及時(shí)更新，講課時(shí)要向?qū)W生作出說(shuō)明，培養(yǎng)學(xué)生的工程標(biāo)準(zhǔn)意識(shí)。

4 教學(xué)方法改革與實(shí)踐

1)注重與后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程的銜接，并適當(dāng)介紹相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范。在講授《土木工程材料》課程時(shí)，要聯(lián)系《混凝土結(jié)構(gòu)原理》《鋼結(jié)構(gòu)基本原理》等后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行講授，使學(xué)生感覺(jué)到本課程的重要性和實(shí)用性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)，在講授本課程時(shí)，也要適當(dāng)介紹相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，增加學(xué)生的工程意識(shí)和“規(guī)范”意識(shí)。如講到混凝土粗骨料最大粒徑限制要求時(shí)，可介紹《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中混凝土構(gòu)件中鋼筋最小凈距的相關(guān)規(guī)定;講到鋼筋類(lèi)別和工程選用時(shí)，可介紹《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中優(yōu)先推薦使用高強(qiáng)鋼筋的思想及優(yōu)先推薦使用的鋼筋種類(lèi)、級(jí)別等等。

2)大力倡導(dǎo)、實(shí)施案例教學(xué)。案例教學(xué)法是教師利用案例，引導(dǎo)學(xué)生解決案例中的問(wèn)題，使其獲得知識(shí)和能力的一種教學(xué)方法［2］。案例教學(xué)中，案例是核心，學(xué)生是主體，教師在教學(xué)中扮演著設(shè)計(jì)者和激勵(lì)者的角色。具體教學(xué)中，案例教學(xué)法可采取案例講解式、案例導(dǎo)入式、案例討論式等形式。

案例講解式就是以案例來(lái)講解知識(shí)點(diǎn)，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的印象。如講述鋼材防火性能差這一特點(diǎn)時(shí)，可以結(jié)合美國(guó)紐約世貿(mào)大廈遭飛機(jī)撞擊，爆炸產(chǎn)生的高溫使鋼材軟化而致大廈倒塌這一事件進(jìn)行講解。這種方式仍以老師講解為主，但老師要引導(dǎo)學(xué)生積極思考。

案例導(dǎo)入式就是在講授教學(xué)內(nèi)容時(shí)，以工程實(shí)例作為切入點(diǎn)，展現(xiàn)要研究和解決的問(wèn)題，并圍繞教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)要點(diǎn)，導(dǎo)入正常的課堂教學(xué)過(guò)程，最后再回到工程實(shí)例［3］，是案例教學(xué)中應(yīng)用較多的一種模式。如講到混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，可先準(zhǔn)備一實(shí)際工程案例，介紹其工程概況，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)工程不同部位、不同構(gòu)件對(duì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)、和易性及耐久性的要求，然后引入混凝土配合比設(shè)計(jì)這一知識(shí)點(diǎn)，講述如何根據(jù)強(qiáng)度、和易性及耐久性要求進(jìn)行配合設(shè)計(jì)，最后回到工程實(shí)例，比較按所講知識(shí)設(shè)計(jì)得到的配合比與工程實(shí)際中的配合比的異同。

案例討論式則主要是針對(duì)具體工程案例中的問(wèn)題，組織學(xué)生進(jìn)行分析、討論，并提出可能的解決方案。其特點(diǎn)是案例本身較復(fù)雜，沒(méi)有絕對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)答案，主要用于培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維和創(chuàng)新能力。此方式要求較高，準(zhǔn)備不足的情況下不宜過(guò)多采用。

實(shí)踐表明，在《土木工程材料》課程中采用案例教學(xué)，可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)和創(chuàng)新意識(shí)，提高學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題、解決工程問(wèn)題的能力。

3)引導(dǎo)學(xué)生掌握教學(xué)規(guī)律和學(xué)習(xí)方法，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力。土木工程材料課程講述的材料種類(lèi)多，且相對(duì)獨(dú)立，但每種材料的教學(xué)內(nèi)容編排有一定的規(guī)律，一般都是按照生產(chǎn)工藝—組成結(jié)構(gòu)—技術(shù)性能—工程應(yīng)用—檢測(cè)測(cè)試—運(yùn)輸貯存的順序進(jìn)行教學(xué)組織，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到這一規(guī)律后，學(xué)生就能對(duì)每章內(nèi)容有一個(gè)總體把握，而不會(huì)感到零亂、無(wú)序。土木工程材料課程要記憶的內(nèi)容很多，要引導(dǎo)學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上進(jìn)行記憶，而不能死記硬背。如石膏的技術(shù)性能大多都與其孔隙率高有關(guān)，只要理解了這一特點(diǎn)，石膏密度低、吸濕性強(qiáng)、強(qiáng)度低、耐火性高等性能就能輕松記住。此外，對(duì)比學(xué)習(xí)也是土木工程材料課程學(xué)習(xí)的一種有效方法。土木工程材料課程的很多內(nèi)容都可以進(jìn)行對(duì)比學(xué)習(xí)，如氣硬性膠凝材料與水硬性膠凝材料的對(duì)比，氣硬性膠凝材料中石灰與石膏的對(duì)比，不同品種水泥技術(shù)性能的對(duì)比等等。通過(guò)對(duì)比，一方面突出相近材料各自的特點(diǎn)，加深學(xué)生對(duì)內(nèi)容的掌握，另一方面學(xué)生學(xué)習(xí)相近材料的教學(xué)內(nèi)容時(shí)，可把學(xué)習(xí)重點(diǎn)放到各種相近材料的特點(diǎn)或不同之處上，而相同的地方則不必重復(fù)學(xué)習(xí)，從而提高學(xué)習(xí)效率。

4)建立課程網(wǎng)站，實(shí)施多媒體教學(xué)。針對(duì)課程內(nèi)容繁雜、邏輯性不強(qiáng)，易感枯燥等特點(diǎn)，教師根據(jù)課程內(nèi)容及要求，收集整理、制作了大量相關(guān)圖片、動(dòng)畫(huà)和視頻資料，制作了內(nèi)容豐富的多媒體課件，開(kāi)展了多媒體教學(xué)，把課程內(nèi)容直觀、生動(dòng)地展示給學(xué)生，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)，《土木工程材料》課程也建立了課程網(wǎng)站。課程網(wǎng)站提供了課程內(nèi)容、多媒體資料、教學(xué)論壇、友情鏈接等模塊，學(xué)生在網(wǎng)站上可以自主學(xué)習(xí)課程內(nèi)容，也能夠方便地就課程內(nèi)容與老師、同學(xué)進(jìn)行溝通討論，還可以通過(guò)鏈接瀏覽其他相關(guān)專(zhuān)業(yè)論壇和網(wǎng)站，擴(kuò)大了課程的信息量，拓展了學(xué)生視野。

5)構(gòu)建合理的課程考核模式。教學(xué)改革的目的在于提高教學(xué)質(zhì)量，增強(qiáng)教學(xué)效果。改革成功與否要以事實(shí)為依據(jù)，教學(xué)質(zhì)量是否真正提高，課程考核模式構(gòu)建是否合理至關(guān)重要［4］。我校《土木工程材料》課程改變以往以考試成績(jī)?yōu)槲ㄒ豢己藰?biāo)準(zhǔn)的狀況，構(gòu)建了“以工程能力為核心，理論知識(shí)和實(shí)踐能力并重”的考核方式，推行課堂討論表現(xiàn)、創(chuàng)新實(shí)踐能力與考試成績(jī)相結(jié)合的綜合評(píng)價(jià)方法，較真實(shí)地反映了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握水平和能力水平，效果較好。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)《土木工程材料》傳統(tǒng)教學(xué)模式中存在的學(xué)生學(xué)習(xí)目的不明確、學(xué)習(xí)興趣不高、學(xué)習(xí)效果差等問(wèn)題，以提高學(xué)生工程能力為教學(xué)目標(biāo)，從教學(xué)內(nèi)容、課堂教學(xué)方法等方面進(jìn)行了改革與實(shí)踐，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)《土木工程材料》課程的興趣，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，培養(yǎng)了學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力。

課題支持：

1)2011年江西省教學(xué)改革研究課題“基于‘工程任務(wù)導(dǎo)向，培養(yǎng)設(shè)計(jì)能力’的土木工程專(zhuān)業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)類(lèi)課程體系的構(gòu)建”。

2)2010年江西理工大學(xué)教學(xué)質(zhì)量工程項(xiàng)目“土木工程材料”重點(diǎn)建設(shè)課程。

3)2010年江西省省級(jí)教學(xué)團(tuán)隊(duì)“土木工程教學(xué)團(tuán)隊(duì)”。

［1］ 高等學(xué)校土木工程學(xué)科專(zhuān)業(yè)指導(dǎo)委員會(huì).高等學(xué)校土木工程本科指導(dǎo)性專(zhuān)業(yè)規(guī)范［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

［2］ 柯昌君，劉秀偉.《土木工程材料》課程案例教學(xué)法探索［J］.貴陽(yáng)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2006，1(2)：45-48.

［3］ 劉紅艷，朱朝艷.應(yīng)用型本科院校的土木工程材料課程改革實(shí)踐［J］.遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版)，2011，13(3)：119-121.

［4］ 潘建平，汪小平，朱洪威.隧道工程課程教學(xué)改革探索［J］.山西建筑，2011，37(30)：240-241.