課題導(dǎo)向的《土木工程材料》實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法研究

黃小琴　蔣必鳳　陳圣寧

摘 要：分析《土木工程材料》實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀，從思維方式、專業(yè)方法、專業(yè)技術(shù)、職業(yè)能力四個方面對《土木工程材料》實(shí)驗(yàn)課程目標(biāo)進(jìn)行分析，最后以“再生混凝土的制備與性能分析”課題為實(shí)例設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，以期提升《土木工程材料》課程的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：《土木工程材料》;實(shí)驗(yàn)教學(xué);項(xiàng)目導(dǎo)向

中圖分類號：G4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2020.11.096

0 前言

工程總投資的60%-70%花費(fèi)在工程材料上，若掌握好有關(guān)材料的制備、檢測、養(yǎng)護(hù)等材料學(xué)知識，可以在保證工程質(zhì)量的前提下降低工程造價(jià)。《土木工程材料》課程的學(xué)習(xí)有利于在工程建設(shè)過程中下提高材料選擇和使用的效率，有必要為土木工程和工程管理專業(yè)的學(xué)生開設(shè)。為使學(xué)生在該門課程的學(xué)習(xí)中能取得較好的學(xué)習(xí)效果，國內(nèi)較多高校學(xué)者對教學(xué)方法進(jìn)行分析研究。崔雷指出在新課程改革的大背景下《土木工程材料》教學(xué)應(yīng)著重實(shí)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式以提升學(xué)生的綜合素質(zhì)。寧波大學(xué)的賀智敏以養(yǎng)護(hù)條件對復(fù)合砂漿強(qiáng)度的影響為開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)課題，有效增強(qiáng)了學(xué)生的自我學(xué)習(xí)能力。文泉霖指出《土木工程材料》實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容基本穩(wěn)定，在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源配置的基礎(chǔ)上采用開放實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ接欣谔岣邔?shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。揚(yáng)州大學(xué)的沈燕以培養(yǎng)新型土木工程專業(yè)人才為核心，從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、研究性教學(xué)、課題研究等方面提出了改革建議。

1 《土木工程材料》實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀分析

當(dāng)下全國各個高校《土木工程材料》課程有只開設(shè)理論課，有開設(shè)0.5-1學(xué)分的實(shí)驗(yàn)課，實(shí)驗(yàn)課占理論課的比重較小，總體上講，不可能讓學(xué)生有機(jī)會和時(shí)間完成各種材料的制備與性能檢測。高校的《土木工程材料》實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，每次實(shí)驗(yàn)課一般設(shè)置1-2個試驗(yàn)，由于土木工程材料實(shí)驗(yàn)室每個試驗(yàn)所配備的儀器最多5-6套，課時(shí)時(shí)長90分鐘不足讓每個學(xué)生均獲得動手操作機(jī)會，故一般分組進(jìn)行小組試驗(yàn)，獲得數(shù)據(jù)，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，該做法存在的缺點(diǎn)是每個小組中只有1-2名較為積極的學(xué)生在認(rèn)真做實(shí)驗(yàn)，其他同學(xué)旁觀或者不參與，只有一小部分學(xué)生動手操作、獨(dú)立思考、撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，實(shí)驗(yàn)報(bào)告版本數(shù)與實(shí)驗(yàn)小組數(shù)基本相同，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)沒有取得應(yīng)有的效果。建筑材料多種多樣，并且每種建筑材料技術(shù)性能檢測試驗(yàn)也很多，在實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)較少的情況下只能選取有代表性且耗時(shí)較少的試驗(yàn)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，這種選取方法將導(dǎo)致，用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的試驗(yàn)內(nèi)容彼此獨(dú)立，不能形成系統(tǒng)的土木工程材料實(shí)驗(yàn)研究的知識與方法體系。例如在材料基本性質(zhì)模塊設(shè)置密度試驗(yàn)、鋼材模塊設(shè)置鋼筋拉伸試驗(yàn)、石膏模塊設(shè)置石膏模型試驗(yàn)、水泥模塊設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量試驗(yàn)、砂漿模塊設(shè)置稠度試驗(yàn)、混凝土模塊設(shè)置坍落度試驗(yàn)，這些試驗(yàn)彼此相互獨(dú)立，沒有產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，學(xué)生通過類似這樣的實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容安排的學(xué)習(xí)，不能形成系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)知識與方法，達(dá)不到實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)。從已畢業(yè)學(xué)生的就業(yè)情況來看，工程實(shí)踐中反映出畢業(yè)生存在不了解建筑材料特性，不清楚建筑材料試驗(yàn)檢驗(yàn)原理，不會操作試驗(yàn)儀器，不會分析試驗(yàn)結(jié)果等現(xiàn)象。產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因就是學(xué)生在學(xué)校學(xué)習(xí)過程中得不到系統(tǒng)的鍛煉，學(xué)到的相關(guān)的碎片知識只能達(dá)到通過《土木工程材料》學(xué)科考試的目的。

2 《土木工程材料》實(shí)驗(yàn)課程目標(biāo)分析

工程項(xiàng)目的整體質(zhì)量主要由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量、建筑材料質(zhì)量以及施工質(zhì)量共同決定，建筑材料的質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)嚴(yán)重影響工程質(zhì)量，故《土木工程材料》課程對于土木工程和工程管理專業(yè)來說是一門重要的學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)課，在人才培養(yǎng)體系中占有重要地位。《土木工程材料》課程學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容包括建筑工程中常用建筑材料的品種、規(guī)格、技術(shù)性能、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、取樣方法、檢測方法、主要特點(diǎn)及應(yīng)用、保管等知識的學(xué)習(xí)。

實(shí)驗(yàn)課程開設(shè)目的是克服純理論教學(xué)的固有缺點(diǎn)，分別從培養(yǎng)學(xué)生思維方式、專業(yè)方法、專業(yè)技術(shù)和職業(yè)能力四個方面，讓《土木工程材料》課程目標(biāo)得到更好的實(shí)現(xiàn)。具體來說，實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)對《土木工程材料》課程目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)的輔助作用如下：在思維方式的培養(yǎng)方面，要求學(xué)生能夠獨(dú)立完成主要的土木工程材料實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生形成自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考、團(tuán)隊(duì)合作的思維方式，力圖構(gòu)建學(xué)生在校學(xué)習(xí)情景與實(shí)際工作情景的一致性;在專業(yè)方法的培養(yǎng)方面，以建筑工程中常用材料的實(shí)驗(yàn)為對象，理論聯(lián)系實(shí)踐，以實(shí)驗(yàn)為依托，讓學(xué)生親自動手操作儀器設(shè)備、測定數(shù)據(jù)、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果、獨(dú)立撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，從而深刻理解各種材料的性能及應(yīng)用;在專業(yè)技術(shù)的培養(yǎng)方面，通過實(shí)驗(yàn)課程的輔助學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠掌握一個工程管理工程師的必要的土木工程材料理論知識與專業(yè)檢驗(yàn)技術(shù)，做到認(rèn)識建筑材料品種、懂得質(zhì)量要求、清楚技術(shù)特性和檢驗(yàn)方法，獲得滿足要求的建筑產(chǎn)品。通過實(shí)驗(yàn)課程的輔助學(xué)習(xí)，完成《土木工程材料》課程重要的職業(yè)能力培養(yǎng)目標(biāo)，使得學(xué)生能夠掌握做一個合格的項(xiàng)目管理者必要的建筑材料理論知識，確保土木工程材料的運(yùn)輸、使用、保養(yǎng)、儲存符合標(biāo)準(zhǔn)，使學(xué)生具備從事施工管理、工程監(jiān)理、工程質(zhì)檢相關(guān)崗位工作的能力。

3 《土木工程材料》實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)的理念應(yīng)以學(xué)生為中心，課題導(dǎo)向的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法是通過生產(chǎn)實(shí)踐或教師選題設(shè)置學(xué)生感興趣的土木工程材料相關(guān)課題，由學(xué)生自由組成研究團(tuán)隊(duì)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，完成課題材料的制備與性能檢測，最終形成研究報(bào)告，基于研究結(jié)果，探討該材料研究的工程意義。教師可采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄒ龑?dǎo)學(xué)生選題，選題確定后，學(xué)生在一學(xué)期的時(shí)間內(nèi)完成課題材料的制備與性能檢測，最后得出圖文并茂的研究報(bào)告，教師根據(jù)小組學(xué)生研究報(bào)告及期末現(xiàn)場答辯情況按等級給出學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績。該方法以解決實(shí)際問題為目的，在完成項(xiàng)目課題的過程中，充分鍛煉了學(xué)生的獨(dú)立思考、團(tuán)隊(duì)合作以及實(shí)驗(yàn)操作能力。教學(xué)中教師全程跟進(jìn)，給予學(xué)生研究方向的引導(dǎo)與儀器操作的指導(dǎo)，輔助學(xué)生完成小組課題，針對不同的課題小組，有針對性地采用不同方法實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，提高教學(xué)效果。在課題進(jìn)行過程中，學(xué)生為完成課題而主動學(xué)習(xí)各種建筑材料的品種、規(guī)格、技術(shù)性能、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、取樣方法、檢測方法、主要特點(diǎn)及應(yīng)用、保管等知識，理解并掌握整個建筑材料體系框架，具有全局觀念。

例如，建筑垃圾具有非常大的潛在利用價(jià)值和社會效益，將廢棄混凝土高效處置和消納，對節(jié)能減排、保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有巨大作用。是否能利用建筑垃圾制備再生混凝土、該材料是否適合在工程上使用將成為學(xué)生感興趣的課題。確定選題后課題小組的《土木工程材料》實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容是將建筑垃圾破碎后得到的再生粗骨料與細(xì)骨料，加入合適的水泥，制備再生混凝土，研究該材料的綜合性能，探討該材料的工程運(yùn)用前景。課題小組首先實(shí)地考察拆除項(xiàng)目，取樣建筑垃圾進(jìn)行篩分，獲得再生細(xì)骨料和粗骨料，這一過程中涉及的《土木工程材料》知識有粗細(xì)骨料的分界和性質(zhì)、砂石的篩分實(shí)驗(yàn)、骨料的級配等。獲得級配良好的再生細(xì)骨料和再生粗骨料后，學(xué)生要解決的問題是再生混凝土配合比的設(shè)計(jì)，通過規(guī)范計(jì)算獲得理論配合比，再經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室校正獲得實(shí)驗(yàn)室配合比，最后考慮再生細(xì)骨料和再生粗骨料的含水率后得到再生混凝土施工配合比，完成再生混凝土的制備。在這一階段，學(xué)生需要掌握的《土木工程材料》知識包括重要的混凝土配合比設(shè)計(jì)、外加劑、摻合料、含水率、表觀密度、堆積密度、混凝土的養(yǎng)護(hù)等。再生混凝土性能的檢測階段，學(xué)生要對新拌再生混凝土漿體的和易性進(jìn)行檢測，對硬化后再生混凝土的表觀密度、吸濕性、吸水性、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗凍性、抗?jié)B性等。最后，學(xué)生要總結(jié)這個項(xiàng)目的調(diào)研與實(shí)驗(yàn)過程，按規(guī)范的文獻(xiàn)撰寫要求完成研究報(bào)告的撰寫，參與課堂答辯。由此可見，學(xué)生以完成小組課題為中心內(nèi)容，在目標(biāo)驅(qū)動下主動學(xué)習(xí)，掌握土木工程材料實(shí)驗(yàn)研究的方法，理解并掌握整個土木工程材料的知識體系。在整個課題進(jìn)行過程中，學(xué)生不斷形成和豐富自己的土木工程材料知識體系，還鍛煉了獨(dú)立思考和團(tuán)隊(duì)合作的能力，基本達(dá)到《土木工程材料》實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)。

4 結(jié)論

從思維方式、專業(yè)方法、專業(yè)技術(shù)、職業(yè)能力四個方面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課程目標(biāo)分析，以“再生混凝土的制備與性能分析”課題為實(shí)例，提出實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教學(xué)法可以較好的實(shí)現(xiàn)《土木工程材料》實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1]崔雷.土木工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐[J].中小企業(yè)管理與科技，2019，（14）：84-85.

[2]文泉霖，胡利超，王俊燁.基于開放性實(shí)驗(yàn)的《土木工程材料》實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J].四川水泥，2019，（7）：342-343

[3]賀智敏，初漢增.《土木工程材料》開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例研究[J].四川建材，2019，45（9）：225-226，229.

[4]沈燕.基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的土木工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J].教育教學(xué)論壇，2019，（7）：118-119

基金項(xiàng)目：國家級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目（201813892028）。

作者簡介：黃小琴（1987-），女，講師。