實體展示應用于土木工程材料教學的研究

劉濤 郭超峰 田毅

摘 要：土木工程專業是一門偏重實際應用的學科，實踐在學習中占極重要的位置。傳統的講授教學模式中，很多知識點學生不能透徹理解，帶著困惑使學生學習積極性下降。而帶領學生實際參觀工地又涉及安全，資金等因素的影響，實現起來非常困難。建立實物教學展示中可以有效解決這一問題，增強學生學習興趣，直觀了解土木工程學科的知識。本文通過研究土木工程實物教學的研究，介紹了實物教學法在土木工程學科的應用。

關鍵詞：實物教學；土木工程材料；教學改革；實踐

1 引言

土木工程材料課程是土木工程專業與工程管理專業的重要基礎課程，該課程培養目標是使學生了解施工中的各種材料性質與材料結構的關系以及性能改善的途徑，為學習鋼筋混凝土結構設計、鋼結構與組合結構設計等專業課提供必備的專業知識、基礎理論和技能訓練。但土木工程材料課內容偏多，知識點分散，記憶難度偏大，傳統的老師講授，學生聽講的方式，學生學習效果不佳。通過建立土木工程材料的實物展示中心使學生能夠直觀看到材料，了解材料性質。改變了傳統的老師講授學生聽講的模式，使同學們高效的參與到教學之中，提高學習效率。有效解決了土木工程材料課程內容繁雜，課程學時相對偏少，學生學習效果不佳等問題。同時展示中心還為同學們設計了展示材料在實際中的具體應用。

2 展示中心的內容與布局組織研究

如何有效發揮實物模型的教學效果，提高學生對土木工程材料的基本性質、技術性能指標的理解與記憶是展示中心需要解決的重要問題。同時，為了更好地建立土木工程材料教學內容與實物之間的對應關系，使同學們更好地了解材料的具體應用，實體展示中心還應布置同土木工程專業課程相結合的展示部分（如房屋建筑學，鋼結構，混凝土結構設計等），對于這部分布展內容的選取也是一個重要的問題。綜上，布置展示中心基于幾個原則：（1）展示中心內應包含所學課程所涉及的各種材料，以便增加學生對課本內容的理解。（2）對陳列的展品需配有明確的材料性質信息（如生產工藝，結構構造，性能及應用等），便于觀看者進行學習。（3）應與時俱進，緊密貼合當今材料發展的趨勢，搜集新型土木工程材料。（4）應展示實際工程中的模型，使學生能將土木工程材料課程的知識與實物對應聯系，增強對土木材料的理解。（5）按展品類別分別陳列，做到簡潔明快，擺放有序，繁而不亂。

3 展示中心內部的布置

3.1 土木工程材料樣品布置

材料展示中心包含課程中所涉及的各種材料，材料種類眾多，搜集工作主要以課本內容九大類為主：水泥混凝土材料、氣硬性膠凝材料、木材材料、墻體材料、建筑鋼材、門窗材料、建筑功能材料、建筑裝飾材料、建筑管材等九大類。在這九類中分別選取典型材料進行布置展示。以下是具體內容：

水泥混凝土材料展示內容包括：河沙、海砂、尾礦砂、碎石、硅灰、粉煤灰、礦渣粉、卵石、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥、水泥膠砂試件、混凝土試塊、加氣混凝土試塊等。混凝土時使用廣泛的建筑材料，是土木工程專業學習的重中之重，介紹水泥混凝土材料的各個組成部分能使同學們建立對混凝土材料的認知觀。

氣硬性膠凝材料展示內容包括：建筑石膏（粉）、高強石膏（粉）、石灰、菱苦土、水玻璃等，通過介紹氣硬性凝膠使同學們更好地掌握其硬化特征、性質、與應用。

木材材料展示內容包括：三合板、密度板、多層板、細木工板等展品并介紹木材的物理性質、化學性質和力學性質等。提高學生對木質材料的認知。

墻體材料展示內容包括：燒結磚、免燒結磚、多孔磚、空心砌塊、加氣混凝土砌塊、砂漿砌塊等，墻體材料是土木工程中最重要的材料之一，主要介紹各種砌體的形狀、尺寸和力學性能以及應用條件等。

建筑鋼材展示內容包括：不同規格鋼筋、鋼筋接頭連接（對接焊、搭接焊、機械連接）、型鋼樣品等。鋼材是重要的建筑材料，可以預計鋼材用在日后會越來越大，通過建筑鋼材的展示學生可以了解鋼材的化學組成、力學性能、鋼材的品種、鋼材的表示符號等。

門窗材料展示內容包括：平板玻璃、鋼化玻璃、夾絲玻璃、中空玻璃、真空玻璃、Low-E玻璃、門窗型材、幕墻等。

建筑功能材料展示內容包括：防水卷材、防水涂料樣塊、無機絕熱材料、有機絕熱材料、吸聲材料等，通過展示特殊功能材料是學生了解特殊功能材料種類，使用原理，使用環境。

建筑裝飾材料展示內容包括：瓷磚樣塊、天然石材板樣塊、人造石材板樣塊、裝飾板材、建筑涂料樣塊等，使同學們更直觀的看到各類裝飾材料聯系課本多學提高對裝飾材料的認識。

建筑管材展示內容包括：PVC管材及管件連接、PP管材及管件連接、PE管材及管件連接、PB管材及管件連接、ABS管材及管件連接等。

3.2 建筑結構模型的布置

由于土木工程施工中的建筑結構體型較大，所以我們選用等比例縮小的結構模型代替實物進行展示。展示內容涉及混凝土結構、鋼結構、土木工程施工等專業課知識，我們將其分為鋼結構模型和混凝土配筋模型兩部分進行展示：

鋼結構模型包括：非正交框架梁與箱型柱的剛性連接模型、非正交框架梁與工形柱的剛性連接模型、、鋼板搭接教具、型鋼柱上下端螺栓連接模型、次梁與主梁的焊接與鉚釘連接模型、雙角鋼與主梁腹板連接模型、連接板與主梁加勁板雙面剛性連接模型、柱腳教具等，通過這些模型的展示，使學生了解鋼結構的連接方式及各種型鋼柱的形式等。

混凝土結構、砌體結構配筋模型包括：外伸板的配筋模型、外伸梁配筋模型、現澆框架抗震構造模型、牛腿配筋模型、組合磚體墻配筋模型、槽形板配筋模型、現澆無梁樓蓋配筋模型、花籃梁配筋模型、變截面懸臂梁配筋模型等，通過這些模型可以使學生在材料力學、結構力學學習的力學分析計算知識同混凝土課程學習的配筋計算聯系起來，增強學生對專業知識的掌握。

4 展示中心的使用效果與評價

土木工程材料是理論知識、實驗、實踐相結合的課程，傳統教學將實驗，實踐放置在較輕的位置。通過建立實物教學展示中心彌補了傳統教學的不足，以教師授課為主、實物教學展示實踐為輔的教學方式強化了學生的自學能力，增強了教學效果，得到師生的廣泛認可，提高學習的興趣。

通過一個學期的使用和后期調查，學生學習的熱情得到顯著提升，學生對材料性質的認識明顯增強，對土木工程材料知識的認識更加深刻。把實物教學同更多的土木工程專業課程相結合，充分發揮交互式學習的優勢，不斷提高學生對土木工程專業的認識，增強學習效果。

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華北理工大學大學生創新創業訓練計劃項目：

編號X2018202。