水泥化學課程的教學方式探索

羅暉，王振宇，李力，熊出華，梁苗苗

（重慶交通大學 材料科學與工程學院，重慶 400074）

1 水泥化學課程與工科研究生教育

《水泥化學》是重慶交通大學材料科學與工程專業(yè)土木工程材料方向研究生的專業(yè)課程，土木工程材料方向的研究生屬于工科類研究生，如何提高《水泥化學》課程的教學效果是工科研究生教學方式探索的典型案例之一。工科研究生的教育與文理等科的教育有密切聯(lián)系，但也應注意它們的區(qū)別，工科研究生的教育要做好研究生教育的“育人”和工程界“用人”的接口設(shè)計[1]。工科研究生人才培養(yǎng)目標應該是能夠培育從事研究、設(shè)計、應用、管理等方面工作，具有較高的綜合素質(zhì)和專業(yè)技術(shù)能力的應用型高級工程技術(shù)人才[2]。

目前我國工科研究生在動手能力和工程創(chuàng)新方面與發(fā)達國家仍存在差距,并且工科研究生和企業(yè)所需的人才之間也有差距[3]。一般認為，產(chǎn)學研一體化是目前公認的培養(yǎng)研究生實踐能力的有效途徑[2]。靳貴珍通過對麻省理工學院工科研究生教育的成功經(jīng)驗與做法進行分析，提出改進和完善我國工科研究生教育的幾點建議，包括在工科研究生培養(yǎng)模式方面,確立大工程教育與以問題和項目為中心的教育理念,倡導科學技術(shù)的應用價值的開發(fā)研究,加強理論研究與工程實踐的有效結(jié)合[4]。為提高工科研究生的教育水平，國內(nèi)的專家和學者也提出了一些建議，例如：促進學生參與到企業(yè)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中去,提高學生工程參與度[3]；課堂教學中注重技術(shù)知識的靈活應用，教學中以提升學習興趣為主要目標，提高學生參與度為手段；注重培養(yǎng)學生實際工程技術(shù)案例推理能力[5]，重視實驗及現(xiàn)場實踐環(huán)節(jié)對工學學科教育的重大意義[6]。

2 水泥化學課程教學面臨的問題

水泥作為工程建設(shè)中僅次于砂石用量的基礎(chǔ)性大宗材料（2008年中國水泥產(chǎn)量14.2億噸時已達世界水泥產(chǎn)量的50%，2017年產(chǎn)量更是突破23億噸），對其生產(chǎn)、反應原理的掌握對于土木工程材料專業(yè)的研究生是非常有必要的，同時也是有一定難度的。

（1）《水泥化學》課程的內(nèi)容比土木工程材料專業(yè)方向?qū)W生本科階段所學相關(guān)課程深入很多，而對于跨專業(yè)的研究生來講，內(nèi)容更加抽象。學生在學習中要很好地掌握并運用該門課程的知識具備較大難度。

（2）該專業(yè)方向?qū)W生本科階段所學相關(guān)課程多為《土木工程材料》《水泥混凝土》或《膠凝材料學》。而考慮到研究生階段知識深度的提高，重慶交通大學選用的教材是H.F.W.Taylor所著《Cement Chemistry》（F.M.Lea編著的《The Chemistry of Cement and Concrete》，在教學過程中僅作為參考教材）。由于選用的教材為英文版，也一定程度增加了教學和學習的難度。

（3）該課程在以往的教學中大多以基于相關(guān)教學資料的文字化講解為主，即使結(jié)合PPT講解，也是文字內(nèi)容居多，在此過程中，需要學生具備較強的抽象思維能力。要獲得好的教學效果，具有很大難度。

3 水泥化學課程的“四化”教學方式探索

針對《水泥化學》課程教學面臨的問題，結(jié)合工科研究生培養(yǎng)的特點，重在提高學生的興趣與參與度、技術(shù)知識的應用能力，即讓學生清晰水泥是什么、怎么生產(chǎn)（應用）、怎么設(shè)計（分析），開展四化教學方式的探索——即在教學中將可視化、現(xiàn)場化、實物化、具體化結(jié)合起來。

3.1 可視化

這里提及的可視化教學來源于知識可視化，有別于網(wǎng)絡(luò)遠程可視化雙向互動教學系統(tǒng)。圖片和圖像信息是比較重要的一種交換和處理信息的形式，人類獲取的信息80%以上通過視覺獲得，人腦中有一半的神經(jīng)元細胞用來處理視覺輸入信息，有資料表明，相比于文字信息處理，人類處理視覺信息的能力快6000倍。可視化就是充分利用人的眼、腦系統(tǒng)速度最快、頻帶最寬的功能來傳遞、處理和理解各種信息，以有效提高信息加工及信息傳遞的效能。可視化的學習更有利于理解和記憶，研究顯示使用視覺輔助能夠?qū)W習效率提高400%[7]。

基于可視化可以提高學習效率的分析，在“水泥化學”的教學探索過程中制作并選取相關(guān)圖片、視頻材料，其中視頻材料是對水泥生產(chǎn)過程拍攝制作出的教學錄像。視頻材料是對現(xiàn)場化教學的補充，雖然采取教師和工程師在水泥生產(chǎn)現(xiàn)場講解的方式，學生容易掌握知識點，但由于現(xiàn)場學生離講解教師的距離不同，每個學生處于生產(chǎn)線附近的位置不同，會存在聽不清講解或看不清生產(chǎn)細節(jié)的情況。“水泥化學”的可視化教學包括生產(chǎn)過程可視化，學習內(nèi)容可視化，在課堂的教學PPT中融入生產(chǎn)、實驗的視頻和圖片等內(nèi)容，這樣每個學生都能清楚看到水泥生產(chǎn)的過程細節(jié)并聽清講解。采用圖片和視頻內(nèi)容更豐富的PPT進行教學，學生在課堂上從聽課變?yōu)槁牽唇Y(jié)合。

3.2 實物化

實物教學是教學環(huán)節(jié)中將理論與實物聯(lián)系起來，直觀性較強的一種教學手段。“水泥化學”教學探索過程中通過對相關(guān)樣品的采集，制備出系列教學實物樣品，并建立實物樣品檔案與樣本數(shù)據(jù)檔案，以實物作為教具，針對課程內(nèi)容中的水泥生產(chǎn)化學、熟料和水泥性能、水泥水化、新拌和硬化水泥結(jié)構(gòu)、外加劑和特殊用途水泥部分的課程導入、重點講解，在課堂上應用實物教學。

教師向?qū)W生展示實物教具，學生通過觀察和體會掌握相關(guān)知識，這一教學方法可激發(fā)學生的學習能動性、活躍課堂氣氛、有效提高教學質(zhì)量[4]。在“水泥化學”四化教學探索過程中利用實物教學取得了明顯的效果，學生的感官認識顯著增強，對知識的理解難度降低，學習興趣明顯提升，學生的思維活躍度和參與教學的主動性都得到提高。

3.3 現(xiàn)場化

“水泥化學”的現(xiàn)場化教學即通過水泥生產(chǎn)企業(yè)和教學基地，針對課程內(nèi)容中的水泥生產(chǎn)化學、高溫化學、外加劑化學部分開展現(xiàn)場教學活動。將教學課堂設(shè)在實際的生產(chǎn)現(xiàn)場實施教學的方法具有親驗性、互動性的特點。現(xiàn)場化教學是對可視化的進一步強化，可以充分利用身體的學習感官身處其中進行感知、學習和交流，其視覺沖擊力強于課堂上的可視化教學，學生能更好地掌握知識和技能。課堂教學是現(xiàn)場教學的基礎(chǔ)，現(xiàn)場教學又是課堂教學的有益補充，這樣相得益彰[5]。把課堂中的問題帶到現(xiàn)場的教學方式，強調(diào)理論聯(lián)系實際和解決實際問題，能夠提高教學效率，保證教學效果。

3.4 具體化

采用集中陳述概念和理論的教學方法完成內(nèi)容豐富的土木工程材料專業(yè)課的講授，通常會使學生感覺枯燥乏味，這種教學方式背離了學生的思維方式，增加了學習難度，影響學生對知識的理解和吸收。“水泥化學”的具體化教學，即在教學過程中將水泥化學理論結(jié)合當前水泥實際生產(chǎn)中的實際技術(shù)參數(shù)進行分析。在“水泥化學”教學探索過程中通過調(diào)研和分析，采集重慶地區(qū)主要水泥熟料和水泥樣品的化學成分與性能數(shù)據(jù)，形成數(shù)據(jù)檔案，將具體的數(shù)據(jù)與課程內(nèi)容中的高溫化學、水泥生產(chǎn)化學、熟料和水泥性能等部分結(jié)合開展教學，比如對石灰飽和系數(shù)（KH）、硅率（SM）、鋁率（IM）計算方法的具體應用。在“水泥化學”教學過程中，學生是抽象的間接經(jīng)驗的獲得者，采用具體化教學方式，將水泥化學的理論與實際生產(chǎn)相結(jié)合，間接經(jīng)驗在教學過程中得以還原，學習過程具有針對性和可操作性，學生也學習到了知識的具體化運用。

4 結(jié)語

教學過程具有間接性的特點，學生通常在課堂上間接地獲得知識，而工科學科的特點是實踐性強，當教學內(nèi)容理論性過強時，實踐過程中容易理解的知識在學生看來卻難以掌握，尤其是研究生的課程學習（包括《水泥化學》課程）基本在研一階段，該階段學生由于實踐環(huán)節(jié)相對缺乏，對抽象知識的學習基本靠記和背，嚴重影響了對專業(yè)知識的理解。因此提高學生對間接知識的認知度和理論聯(lián)系實際的能力是工科課程教學的主要任務。以研究生專業(yè)課程“水泥化學”為研究對象，形成的可視化、現(xiàn)場化、實物化、具體化的“四化”教學模式，起到了調(diào)動學生主動性、積極性，激發(fā)學生學習興趣的效果，并促進了學生對理論知識的理解。“四化”教學方式實現(xiàn)了課堂教學與生產(chǎn)實踐相結(jié)合，有利于提高工科研究生專業(yè)課程的教學效果和工科研究生的專業(yè)技術(shù)應用能力。