地方應用型高水平大學土木工程材料課程改革與實踐

錢紅梅，郝成偉，戈海玉

（皖西學院建筑與土木工程學院，安徽六安 237012）

隨著國家《統籌推進世界一流大學和一流學科建設總體方案》和《關于引導部分地方普通本科高校向應用型轉變的指導意見》以及安徽省地方高水平大學分類發展、一流學科專業五年行動計劃的推進，高等教育進入到轉型發展新時期，皖西學院成功獲批省級地方應用型高水平大學立項建設單位，土木工程專業獲得首批“專業人才培養特區”建設。面對機遇與挑戰，學校要求以專業特區為抓手，引領一流應用型學科專業群的建設；突破體制瓶頸，全方位開展校企合作；進一步深化教學改革，推進人才培養模式的創新；注重能力提升，強化高水平師資隊伍的建設；拓寬辦學渠道，加強應用型人才培養的國際交流與合作。以此為契機，土木工程材料課程作為皖西學院土建類專業基礎核心課程，又是2016年度省級精品開放課程之大規模在線開放課程（MOOC）示范項目，本課程在一流應用型人才培養模式改革過程中大膽進行了改革。

基于土木工程材料課程在專業人才培養體系中的基礎核心課程地位，其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、使用方法和質量檢測與控制方法，了解工程材料性質與結構的關系，以及材料性能改善的途徑。通過課程的學習，學生應能夠針對不同的工程進行合理的選用材料，并能與后續專業課程密切結合，了解材料與設計參數以及施工方法之間的相互關系[1,2]。本文結合省級大規模在線開放課程（MOOC）的初期建設，以皖西學院土木工程專業人才培養特區為例，總結了在一流應用型人才培養模式改革過程中土木工程材料課程進行的教學改革。

1 土木工程材料課程改革的必要性

土木工程材料課程內容繁多、敘述性強，導致教師在講授的過程中容易照本宣科；而各類材料的介紹又自成體系，缺乏橫向聯系，使得整體邏輯性不強，導致學生認為土木工程材料的學習就是死記硬背，不會做到融會貫通、舉一反三，難以激發學生的學習主動性和創造性[3]。同時，隨著現代社會大型工程、新型建筑和新的設計、施工技術的應用，建材工業也出現了新的面貌，新材料層出不窮，新品種日新月異，老規范不斷被更新。

土木工程材料實驗是課程理論部分的重要補充，通過實驗鍛煉學生的動手能力和培養工程師素養，學會用實驗來驗證材料的基本性能和質量檢測方法，從而學會運用所學的理論知識和實驗方法解決工程實際問題[4]。實驗項目主要包括：水泥的基本性質試驗、混凝土用骨料試驗、普通混凝土試驗、普通混凝土配合比設計、砂漿配合比設計以及石油瀝青試驗等[5-6]。而傳統的實驗教學過程中，學生主要學習常規的土木工程材料性能檢測，與工程實際聯系不緊密，學生處理工程實際問題的能力訓練不夠，達不到應有的實驗效果。

課程的教育模式已經不能滿足當前我校“專業人才培養特區”建設目標，亟需對課程進行改革。

2 深化課程內容和教學方法改革，加強學生工程意識

傳統的土木工程材料課程內容主要分為九個教學單元，包括：土木工程材料的基本性質、無機膠凝材料、水泥混凝土與砂漿、鋼材、砌筑材料、木材、瀝青及瀝青混合料、合成高分子材料及其他工程材料等[5-7]。課程內容各自獨立成章，相互關聯性差。為適應地方應用型本科專業人才培養目標，將課程的教學單元整合成如下五個模塊：土木工程材料的基本性能、膠凝材料、水泥基復合材料、建筑鋼材和建筑功能材料。每個模塊在教學過程中通過引入工程實例，將其和其他模塊的知識點聯系起來。比如現在的高層建筑用到的大流動性高強度混凝土，大流動性是混凝土的和易性指標，是為了提高混凝土的泵送能力，要想得到大流動性混凝土，最直接有效的方法是加大水灰比，但這樣做的后果又會導致混凝土的內部孔隙率增大，內部結構發生變化，從而使混凝土的強度降低，因此，需要通過其他手段來提高混凝土的流動性，同時通過多渠道增大混凝土的強度。通過與工程實例相結合，把學生的學習積極性充分調動起來。

膠凝材料是土木工程材料的核心內容，傳統的土木工程材料課程分氣硬性膠凝材料、水泥和瀝青及瀝青混合料三個獨立單元，在教學過程中，通過整合三部分內容，利用類比方法將其融合到一起，如圖1所示。利用MOOC的線上資源優勢，結合膠凝材料在道橋上的應用發展史和實例展示，使學生對膠凝材料的性質和應用有了更為直觀的理解和掌握。而膠凝材料是后續專業課如鋼筋混凝土基本原理、結構設計等的重要基礎，必須要掌握好，才會用起來得心應手。

圖1 膠凝材料的分類

在教學過程中，注重多種教學方法的靈活應用[2]。如講解六大通用硅酸鹽水泥的特性和應用的時候，可以使用類比法，將知識點進行橫向拓展，先將水泥按照摻混合料的多少劃分為摻少量混合料的硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥和摻大量混合料的礦渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥、復合硅酸鹽水泥兩大類；再通過列表進行對比講解，摻混合料少的兩種水泥性質基本相似，與摻混合料多的水泥性質基本相反，而摻混合料多的四種水泥性質也基本相似；最后將知識點進行縱向深入，指出其共性之外的個性，比如粉煤灰水泥的抗裂性能較好，火山灰水泥的抗滲性較好，礦渣水泥的抗滲性能較差等。這樣，六大通用水泥的基本性質就一目了然，既有助于記憶，又便于類推各自的適用范圍。再結合MOOC的線上資源案例再現，學生對六大通用水泥的特性和應用就會印象深刻，學起來也會輕松很多，不用去死記硬背。這種教學方法對學生創新思維的培養和工程師素養的訓練是有益的。

3 深化實驗教學改革，培養學生綜合實踐能力

土木工程材料實驗是本課程重要的教學環節，其任務就是驗證所學的基本理論，學習材料的試驗方法，培養科學研究的能力和嚴謹縝密的科學態度[2-4]。結合應用型人才培養目標，實驗教學改革著力從三方面展開。

3.1 基本實驗

土木工程材料課程基本實驗包括水泥的基本性質測定，集料的表觀密度、堆積密度和篩分實驗，鋼材的拉伸實驗和砌體材料的性能測試等驗證性項目，主要是培養學生學會常規實驗儀器設備的操作，學會用實驗驗證所學的理論知識，并能將其應用到實際工程中。為了提高學生的學習興趣，授課老師可以將工程上的質檢樣品引入到實驗過程中，讓學生用實際工程樣品做材料的性能檢測。試驗前，要求學生制定出合理的實驗方案；試驗中，實時記錄觀察到的現象、樣品變化和實驗數據；試驗后，對數據進行處理分析，并給出檢測結論。基本實驗部分的考核綜合考慮實驗過程的評價和實驗報告的完整性。

3.2 綜合設計性實驗

此類實驗主要包含混凝土配合比設計和砂漿配合比設計，是根據混凝土的強度等級或砂漿的強度等級要求，設計不同配比的原材料，在施工和易性滿足要求的前提下經拌和、振搗、養護、強度測試等實驗操作，獲得和易性、強度、耐久性、經濟性等符合要求的各材料配比。配合比設計實驗是綜合運用所學材料的理論知識來設計、試驗材料的性能，是解決工程實際問題。在試驗過程中，注重培養學生實事求是的科學態度和嚴謹求實的工程師素養。

綜合設計性實驗要求學生在完成基本實驗項目的基礎上，可以拓展實驗內容，如混凝土強度測定部分，可將混凝土試塊作為研究對象，老師講解混凝土試塊的破壞原理、加載方式和加載速度對破壞強度的影響等，通過示范演示后，各小組自己動手完成混凝土試塊的加載破壞，包括加載速度的設定、加載變形直至破壞的過程記錄、實驗數據的處理和分析等。通過拓展實驗，學生對混凝土試塊的強度、變形、破壞發展過程能深入地了解，也更能把學習的積極性調動起來，將所學的基本理論和實驗方法真正應用到工程實際中。通過拓展實驗收獲了良好的實驗效果，學生的綜合實踐能力也得到明顯提高。

3.3 現場參觀調研

通過參觀建材市場、混凝土攪拌站和鋼筋、鋼構件加工廠等，來拓展學生的工程實踐能力。參觀建材市場，增強對各種建材產品的直觀感性認識，通過對比直觀感受不同質量等級的建材產品其外觀表現出來的質感差別；參觀攪拌站的過程中，由工程師現場給學生介紹混凝土攪拌站的運行管理，包括過程控制、質量控制以及如何保證混凝土在施工前和施工中的施工和易性等具體實際工程問題；參觀鋼筋、鋼構件加工廠，讓學生現場感受鋼筋、鋼構件的生產加工過程，知道鋼材的性能與生產加工過程質量控制的關系等。參觀結束后，要求學生寫心得體會，要對參觀的過程有記錄、有思考，以及參觀過程中發現的問題及其解決辦法等。這個過程既可避免部分學生在參觀過程中走馬觀花現象，又能讓學生體會到“細節在于觀察，成功在于積累”的優良工程師素養。

4 課程改革效果

課程改革的效果之一，體現在教育的主體——學生上，學習土木工程材料課程的興趣得到很大激發，綜合能力有很大提高，為后續專業課程的學習打下了良好的基礎；吸引部分學生參與到課程組老師的科研項目中，積極申報大學生研究性學習項目，部分已結項并獲校級獎勵。

課程改革的效果之二，體現在課程本身的建設與教師的發展上。2016年《土木工程材料》獲批安徽省省級大規模在線開放課程（MOOC）示范項目立項；同年“基于創新性應用型人才培養的工程材料學科類課程教學改革研究與實踐”獲批安徽省省級重大教學研究項目立項；2016年副主編出版發行“十三五”普通高等教育本科規劃教材《土木工程材料》；課程組老師近三年已有三人次獲得課堂教學考核優秀等級。

通過課程改革，激發了學生學習興趣、提高了其工程師素養、增強了其創新能力，課程組老師教學水平、教育質量也得以提高，土木工程材料課程改革在我校應用型人才培養方面取得了明顯的成效。

5 結論

土木工程材料課程是土木工程類專業基礎核心課程，在專業人才培養課程體系中處于重要地位。通過課程改革，課堂教學內容得以充實和更具條理，學生視野得到了拓寬，學習興趣得以激發，對學生綜合能力的提高起到了一定的促進作用，為“土木工程材料”的教學改革提供了經驗。今后將繼續結合《土木工程材料》省級精品大規模在線開放課程建設目標進一步完善建設內容，為我校應用型人才培養課程建設進行有益探索和實踐。