“以研促教”在土木工程材料課程教學中的應用

陳昌禮??

摘要：

以科研項目為依托，探索“以研促教”在土木工程材料課程教學中的實現路徑及實現方式。用科研思維、工程案例啟迪學生學習，培養學生的科學思維和創新意識；用科研活動為教師和學生提供實踐機會，培養教師和學生的工程素質及創新能力；用科研成果豐富教學內容，拓寬學生的認知領域和思維空間。5年的實踐表明，“以研促教”達到了“研教共進、師生共長”的目的，為培養工程應用型人才提供了一條有效途徑。

關鍵詞：土木工程材料；以研促教；實現路徑；實現方式

中圖分類號：G6420文獻標志碼：A文章編號：

10052909（2015）02006404

土木工程材料課程是高校土木工程本科專業學生必修的專業基礎課，涵蓋建筑鋼材、無機膠凝材料、水泥混凝土與砂漿、砌體材料、瀝青及瀝青混合料、合成高分子材料、木材、建筑功能材料（包括防水及堵水材料、隔熱材料、吸聲材料與裝飾材料）等龐雜的教學內容，邏輯性較差、實踐性和應用性強。按照高等學校土木工程專業指導委員會制定的《土木工程材料》教學大綱，課程的教學目的是使學生掌握主要土木工程材料的性質、用途、制備、使用方法，以及質量檢測與控制方法，并了解工程材料性質與材料結構的關系，以及性能改善的途徑。通過學習，學生應能針對不同工程合理選用材料，并能與后續課程密切結合，了解材料與設計參數及施工措施選擇的相互關系[1]。因此，該課程不僅要求教師具有較深的理論功底，還要求教師具有較多的實踐經歷。對于處于起步階段的本科專業，既要為社會培養實踐能力、創新能力、適應能力較強的工程應用型人才，還要培養具有一定工程實踐經驗的專業教師，任務重、壓力大。

為此，以科研項目的實施為平臺和契機，由承擔科研項目的教師組成課題組，在土木工程材料課程教學中開展“以研促教”的探索與實踐，以豐富年輕教師的工程實踐經驗，提高其教學水平。

一、“以研促教”的目的和意義

以研促教，是指以科研項目為依托，利用科學研究促進教學工作，將課程教學和科學研究緊密結合，形成教學和科研的雙向互動，其目的是提高教學和人才培養質量。這也是高校科研與作為獨立法人的科研院所從事科研工作的顯著區別。

早在19世紀初，德國的威廉·馮·洪堡提出了“教學與科研相結合”的大學理念。從此，教學和科研成為高校的主要活動[2]。從根本上說，科研是探索未知的世界，是教學的“源”；教學是繼承已知的知識、技能和經驗，是科研的“流”。現在的教學內容基本是過去的研究成果和經驗的總結，真正體現了教學與科研的相輔相成。實踐證明，高水平的教學需要高水平的科研作支撐，高水平的科研也需要高水平的教學實現其價值，人才的培養離不開教學和科研的相互滲透[3]。《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020）》指出：“充分發揮高校在國家創新體系中的重要作用，鼓勵高校在知識創新、技術創新、國防科技創新和區域創新中作出貢獻，……促進科研與教學互動”。胡錦濤總書記2011年在清華大學建校100周年大會上發表講話時指出：“全面提高高等教育質量，必須大力增強科學研究能力”；要“以高水平的科學研究支撐高質量的高等教育，要積極推動協同創新”[4]。可見，“以研促教”對提高高校教學水平和促進高校創新人才培養具有十分重要的意義。

二、土木工程材料課程“以研促教”的實現路徑

結合貴州師范大學的實際情況，以及土木工程材料課程的特點和培養工程應用型人才的需要，經過課題組成員反復研討，并咨詢同行專家意見，確定了土木工程材料課程“以研促教”的實現路徑，如圖1。

從路徑圖可以看出，“實施科研項目”是開展“以研促教”的前提，采取集體備課形式，將教師的科研思維、過程和成果融入講課內容是推進“以研促教”的關鍵，“聽取學生、同行和督導的反饋意見”是有效實施“以研促教”的保障，“組織教師和學生參加全國性大賽”是檢驗“以研促教”效果的重要手段，“研教共進、師生共長”是實施“以研促教”的目的。

三、“以研促教”在土木工程材料課程教學中的實現方式及應用

（一）用科研思維、工程案例啟迪學生學習，培養學生的科學思維和創新意識

用科研思維、工程案例啟迪學生學習，類似于20世紀50年代由美國芝加哥大學施瓦布教授在“教育現代化運動”中提出的探究式教學[5]。它要求教師針對各教學內容引導學生以主人的身份去發現問題，或者設定一些開放性的問題來激發學生的興趣和好奇心，讓學生帶著問題去學習、通過條件假設去思考問題。對于一些有深度、難度的問題，教師還要積極鼓勵、引導學生在課外通過網絡檢索、調查、觀測、實驗論證、集體研討等科學手段去分析和解決，以培養學生的科學思維、工程素質和創新意識。顯而易見，此種教學方式要求教師的專業知識面要廣、教學科研能力要強、工程實踐經驗要多。也就是說，該教學方式能夠起到倒逼教師加強學習、勤于科研、深入生產現場、緊跟科學與生產前沿的作用。

實施“以研促教”教學改革以來，課題組經過多年探索和總結，將土木工程材料課堂教學分為講解、演示、提問、習題四部分。在講解部分，列舉工程案例，介紹工程前沿；在演示部分，選取生產過程錄像、基礎實驗錄像或教師科研錄像作為教學資料；在提問部分，涉及“哪些領域需要進一步研究？如何解決工程實際問題？”等問題；在習題部分，包含理論思考題和案例分析題。各部分緊密聯系、相互滲透、層層遞進，共同實現在課堂教學中培養學生科學思維和創新意識的目的。

例如：在講到“混凝土質量控制與檢測”時，以貴州省在建的某水電站擋水壩為例，介紹課題組教師去施工現場考察發現的大壩混凝土澆筑情況。施工單位在現場完全按照實驗室配合比拌制混凝土，拌出的混凝土比實驗室偏干（坍落度低于設計要求的20 mm～50 mm）。然而，施工單位僅從方便澆筑出發，自作主張在混凝土中加水，使坍落度達到100 mm以上。同時，向學生展示實驗室和施工現場相關錄像資料和圖片。教師借機向學生提問：“混凝土的實驗室配合比能否直接應用于拌制現場混凝土？現場混凝土比實驗室混凝土偏干的原因可能有哪些？解決這種問題的方法有哪些？在混凝土中任意加水會出現哪些質量問題？目前國內外處理這些質量問題的方法有哪些？哪些問題還需要進一步研究？”等一系列問題讓學生思考。如果有學生回答“可能是因為實驗室用于拌和水工混凝土的砂石料含有水分，而現場拌制混凝土的砂石料沒有含水或者含水少于實驗室，從而導致現場混凝土偏干”時，可接著提問：“在設計水工混凝土的實驗室配合比時，是以砂石料的什么含水狀態為基準？設計建工混凝土與水工混凝土的實驗室配合比的砂石料含水狀態是否相同？為什么？”課后，將教師曾經遇到的、與混凝土質量控制相關的工程問題作為習題布置給學生繼續思考。這樣，讓學生主動將自己置于現場環境中去思考和解決問題，激發學習興趣，培養科學思維及創新意識。

（二）用科研活動為教師和學生提供實踐機會，培養教師和學生的工程素質及創新能力

“以研促教”的前提是任課教師需要承擔或參加與課程教學相關的科研項目。近5年，學校土木工程材料任課教師承擔科研項目10項（其中6項課題需要結合工程項目才能完成）。項目主持人在策劃實施科研項目時，采取將課題分解為若干個子題，通過定人、定內容、定責任、定期限、定目標，使更多教師和學生都能參與到科研工作中。這樣，教師、學生與科研項目緊密結合，定期或不定期到實驗室、工地或工廠參與科學實驗。科研項目為教師、學生提供了實實在在的、源源不斷的實踐機會，既豐富了師生的實踐經驗，又培養了師生的工程素養和創新能力。

一方面，教師參加科研項目，有助于教師深入理解和集體研討教材，準確地把握教學內容，更好把學科發展的新理論、新技術以及自己的研究成果和方法潛移默化地融入課堂教學，使學生受到

熏陶和啟發，從而更好地激發學生的創造性思維，培養解決實際問題的能力。

另一方面，吸收學生參與科研工作，能增加

學生對工程的感性認識和對課堂教學的理解，有助于幫助學生熟悉常用的試驗檢測設備，掌握實驗數據的分析處理方法；有助于提高學生的學習興趣，增進師生交流和對社會的認識，從而通過生產實踐培養學生的工程素質、創新能力和社會適應能力，縮短學生的就業適應期，提高學生從事科技開發和主動申報“大學生科研實訓項目”的積極性和主動性。

（三）用科研成果豐富教學內容，拓寬學生的認知領域和思維空間

課題組依托5年來的科研和工程實踐，積累了大量科學研究和工程施工的影像和圖片資料。這些資料進入課堂，既豐富了教學內容，拓寬了學生的認知領域和思維空間。更關鍵的是，這些資料源于教師的親身經歷，凝聚了教師的心血和智慧，對學生充滿吸引力。

例如，在講到“大體積混凝土”時，通過大量的實驗數據、曲線和圖片資料，將課題組承擔的國家自然科學基金項目“水化環境對輕燒氧化鎂膨脹效應的影響研究”的最新科研成果及現場應用情況融入教學中，使學生了解到在大體積混凝土中適當摻用氧化鎂膨脹劑，可以使氧化鎂的“膨脹”弊病變成“補償混凝土溫降收縮”的優勢，從而增加學生對大體積混凝土科研前沿、生產前沿的認識。再如，當講到混凝土的摻合料時，教師結合課題組完成的科技部科技人員服務企業行動項目“活性二氧化硅微粉在高性能混凝土中的應用研究”和貴州省優秀科技教育人才省長專項資金項目“新形勢下貴州省粉煤灰資源綜合利用途徑及對策研究”的科研成果，通過多媒體將目前實際工程使用最多的摻合料——粉煤灰、硅灰和礦渣粉的微觀形態、對環境的破壞作用和“變廢為寶”的效果、高性能混凝土工程應用摻合料的方法、途徑展示給學生，極大地增強了學生對這些抽象的摻合料的感性認識，拓寬了學生的認知領域和思維空間。

四、結語

中國著名科學家錢偉長院士說過，“教學沒有科研做底蘊，就是一種沒有觀點的教育，沒有靈魂的教育”，“教學和科研是一種互動關系、相長關系”[6]。時代的發展、社會的進步、現實的需要都要求高校教師要以提高教學質量和人才培養質量為目標，以科研帶動教學，實現科研與教學之間的良性互動。學校土木工程材料課程實施“以研促教”5年來，課題組不僅按期完成了2009年成功申報的三個科研項目，還再次成功申報國家自然科學基金項目1項、貴州省“125”重大科技攻關項目1項、貴州省自然科學基金項目1項、貴州省水利廳科研項目1項。同時，指導本科生成功申報并完成或正在實施的貴州師范大學“大學生科研實訓項目”3項；課題組教師獨立或以第一作者身份累計發表論文25篇（其中核心期刊17篇、EI收錄3篇），指導本科生以第一作者身份發表論文2篇；課題組成員李維維老師參加2013年“全國高校《土木工程材料》青年教師講課大賽”榮獲二等獎；課題組教師指導學生連續兩屆參加了由教育部無機非金屬材料工程專業教學指導委員會和中國混凝土與水泥制品協會教育與人力資源工作委員會、全國高等學校建筑材料學科研究會聯合主辦的“全國大學生混凝土材料設計大賽”，均榮獲三等獎，指導教師榮獲“優秀指導教師獎”；筆者榮獲2010年度“中國資源綜合利用協會科學技術三等獎”。事實說明，通過實施“以研促教”教學實踐，教師的科研能力、教學水平和學生的工程素質、實踐能力、創新能力顯著增強，達到了“研教共進、師生共長”的目的，為學校土木工程、工程管理專業培養工程應用型人才探索了一條有效途徑。參考文獻：

[1]高等學校土木工程專業指導委員會.高等學校土木工程專業本科教育培養目標和培養方案及課程教學大綱[M].北京：中國建筑工業出版社，2007.

[2]趙映川.大學教學與科研孰源孰流[J].內蒙古科技與經濟，2003（12）：130-131.

[3]李保家.以研促教在“材料科學與方法”教學中的應用[J].中國電力教育.2012（29）：68-69.

[4]胡錦濤.在慶祝清華大學建校100周年大會上的講話[N].人民日報，2011-04-25.

[5]李華.探究式科學教學的本質特征及問題探討[J].課程·教材·教法，2003（4）：55-59.

[6]錢偉長.大學必須拆除教學與科研之間的高墻[J].群言，2003（10）：16-20.

Abstract：

Based on teachers research program， the implementation path and methods of promoting teaching with scientific research in civil engineering materials course teaching were discussed. Scientific research thinking and engineering cases were used to inspire students， cultivating their scientific thinking and innovation consciousness； the scientific research activities provided practice opportunities for teachers and students， training their engineering quality and innovation ability； and the scientific research achievements enriched the teaching content， broadening students cognitive domain and thinking space. Fiveyear practice shows that promoting teaching with scientific research is an effective way to cultivate engineering applicationoriented talents， which can promote both research and teaching， and can promote the development of teachers and students.

Keywords： civil engineering materials； promote teaching with scientific research； implementation path； implementation methods

（編輯梁遠華）