新工科背景下“土木工程材料”課程實驗教改

嚴敏嘉 張佳敏 蔣明輝 何夏萱 黃嵐

[摘 要] “土木工程材料”課程實驗具有較強的理論性、綜合性及實踐性，是土木工程專業的學科基礎課。針對目前高校開設的“土木工程材料”課程實驗，基于高?，F有的教學體系，從新工科建設背景角度出發，對該課程的實驗教學方法做出相應的探索和改進，改革后的教學方法能夠培養學生的專業能力。此次教學改革的優化方式，可為高校其他工科課程教學改革提供新的思路。

[關鍵詞] 新工科;土木工程材料;實驗;教學改革

[基金項目] 2021年度廣西高等教育本科教學改革工程項目“新工科背景下‘土木工程材料’課程與化學工程與工藝專業課程融合教學的探索與實踐”（2021JGA170）;2021年度廣西高等教育教學改革工程項目“基于弘揚廣西少數民族文化色彩的建筑學設計色彩課程教學的探索與實踐”（2021JGA169）;2019年度廣西民族大學校級高等教育教學改革工程立項項目“以創新創業教育為導向的民族院?！聊竟こ滩牧稀n程教學方法探索與實踐”（2019XJGY38）

[作者簡介] 嚴敏嘉（1991—），女，湖北宜昌人，土木工程博士，廣西民族大學建筑工程學院講師，主要從事土木工程專業教育工作研究;蔣明輝（1983—），女，湖南東安人，土木工程碩士，廣西民族大學建筑工程學院教師，高級工程師（通信作者），主要從事土木工程專業教育工作研究。

[中圖分類號] G642.0? ?[文獻標識碼] A? ?[文章編號] 1674-9324（2021）51-0065-04? ? [收稿日期] 2021-08-20

為了適應當今世界新一輪科技革命和產業變革的新趨勢，教育部提出把全面振興本科教育作為新時代高等教育改革發展的核心任務，改造、升級傳統工科專業，并加快建設、發展新工科專業，進一步提高人才培養質量[1-4]。

我國土木工程行業的發展日新月異，對于我國未來的經濟社會發展十分重要，因此急需各大高校培養出更高質量的、更適應行業發展需求的土木工程專業人才[5-8]。在新工科建設要求下，高校培養的土木工程專業人才不僅應具有充足的技術力量和知識儲備，還應具有人文情懷、科學精神和民族團結精神，以適應社會、行業發展對人才素質不斷提高的要求[9]。

目前高校開設的“土木工程材料”課程實驗具有較強的理論性、綜合性及實踐性，不僅是土木工程專業的學科基礎課，還是其他工程類專業（如建筑學、工程管理等）的重要課程。因此，針對該課程進行教學改革探索對土木工程及其他工程類專業的教學改革具有重要意義。本文分析了國內教學改革研究的現狀、課程實驗教學存在的問題，提出了相應的教學改革方法，以期提升該課程實驗的教學質量并推進其他工科課程的教學改革。

一、國內教學改革研究現狀

土木工程材料實驗是該課程教學應用的重要環節，多為演示性、對比性和驗證性實驗，學生按部就班地完成實驗，得到預期的結果，不利于學生突破實驗規程或步驟進行創新。狄娜[ 10 ]分析了土木工程材料實驗的現狀和常見問題，并通過優化實驗課的教學內容、加強實驗教學等方式對實驗教學改革問題進行深入探究。曹甫臣[ 11 ]從多方面、多角度針對當下土木工程材料實驗教學中存在的問題進行了闡述，并結合實際現狀及發展需求提出了以素質教育核心培養為改革方向的優化措施。針對土木工程材料課程基礎實驗教學中存在的問題，朱朝艷等[ 12 ]對實驗教學進行了改革，形成了實驗教學新體系以保證教學的深度和廣度。楊捷[ 13 ]針對土木工程材料實驗教學中存在的基礎實驗實踐性不強等問題，提出了加強對材料研發情況的講解等措施。劉杏[ 14 ]通過獨立設置土木工程材料實驗課程、整合更新實驗內容等方式，調動了學生參與基礎實驗環節的積極性和主動性。

由于該課程實驗對象為常見土木工程材料，且尚未引導和鼓勵學生研究、探索其他適用于工程的材料，同時，針對新型土木工程材料的探索和研究對推動其應用、普及具有重要意義;因此，提倡針對該課程的創新性實驗尤為重要。段海娟等[ 15 ]分析了傳統土木工程材料實驗教學的不足，結合多年教學實踐經驗引入研究性實驗的教學模式。尹世平等[ 16 ]經過實踐教學探索和對相關研究成果的分析，提出了構筑創新型實驗教學平臺的措施，使學生有足夠的時間和條件開展創新性實驗研究活動。根據土木工程材料課程的特點，張武滿等[ 17 ]基于設計性實驗，建立實驗與實際工程相結合、實驗與專業設計大賽相結合的多元化人才培養體系。

在傳統的“土木工程材料”實驗教學中，演示性、驗證性實驗占據著主導地位，不利于培養學生應用知識的能力和創新意識，文泉霖等[ 18 ]指出需要采用開放性的實驗方案和綜合性的實驗模式，并在此基礎上同步優化實驗教學資源配置。田冬梅[8]將實驗教學分為開放性和創新性環節，將理論知識與實驗過程相聯系，有助于培養學生的工程素養和創新能力。為了強化土木工程材料實驗教學成效，陳偉等[ 19 ]將設計實驗融入教學內容，激發了學生的學習積極性，提升了學生的實踐技能、操作技能和創新技能。

二、課程實驗教學存在的問題

根據上述研究現狀可知，廣大學者在“土木工程材料”課程實驗方面已經進行了大量研究，并取得了豐富的研究成果，為該課程實驗教學改革奠定了堅實的基礎，但圍繞“土木工程材料”課程進行教學改革的研究仍有待完善。

目前高校開設的“土木工程材料”課程實驗是在課堂上講解課件和課本，并設置一些驗證性實驗輔助學習。在學習過程中，學生會直接接受相應的標準、規范、規程和指南，缺乏理解和反思，久而久之便難以突破工程思維慣性的約束。

在課堂教學中，學生自主學習積極性不高，亟待對教學模式進行調整，這對教師、學生的素質及能力提出了新的要求。高校在人才培養過程中也存在一些問題，例如以“教師為中心、教材為中心、講授為中心”的傳統培養模式仍然存在，實踐教學等創新培養體系不完善，等等。

目前相關教學改革研究成果集中在實驗教學模式改革及內容優化整合、網絡學習平臺應用、建設智慧建筑仿真實驗中心等方面，僅從工程應用的角度向學生講解工程材料的性能及其應用，學生無法形成工程材料的完整知識體系，也不能為土木工程材料課程實驗及自主創新性實驗提供必要的知識基礎;因此，需要對“土木工程材料”課程實驗教學改革進行更為深入的研究。

三、課程實驗教學改革的探索與嘗試

“土木工程材料”課程實驗的教學目的是使學生熟悉并掌握土木工程材料的基本知識、基本性能及應用方法，對該課程實驗教學模式進行改革，使得高校在新工科的背景下，結合時代發展要求培養高素質復合型人才，并具備相應的專業能力。根據上述分析，本節從新工科建設背景出發，對該課程實驗提出了相應的教學改進方法。

（一）提升課堂教學質量

在新工科建設要求下，將“以教師為中心”轉變為“以學生為中心”，優化課程教學，在教學過程中增設傳統/新型土木工程材料的知識點，以提升理論教學質量。

目前“土木工程材料”課程教學內容多為現階段常見的土木工程材料，其范圍遠遠小于該專業涉及的所有工程材料?；诖?，教師可講述土木工程材料的發展歷史、現狀和未來趨勢，讓學生思考土木工程材料的發展，并根據案例選用不同類型的工程材料對原有材料進行代替和補充，以期更為充分地發揮各種材料的優越性，這樣能夠避免學生對各種工程材料不了解便不敢用、對新型材料持懷疑態度等問題，不僅促進化學工程與工藝專業的發展和推廣，而且有助于“土木工程材料”課程內容的豐富。

此外，“土木工程材料”課程涉及土木工程專業中的多種常用材料及其性能知識，每一章所講述的都是相互獨立的一種或一類工程材料。在教學過程中，教師可將各種材料性質的相似或不同之處展示給學生，在凸顯材料特征性質的同時加深學生對各材料性質的理解。上述方法能夠促進學生進行多角度學習，有助于揭示各種材料之間相似與不同之處的根本原因，將狹隘、零散的理論整合完善，讓學生更好地掌握各種材料的性能，進而更好地掌握學習技巧。

（二）倡導研發新型材料

土木工程材料種類繁多且與實際工程應用緊密相連，每種工程材料及其產品都具有相應的技術標準，且隨著社會發展而不斷地革新、完善。隨著科學技術的進步，傳統土木工程材料逐漸更替為新型土木工程材料，因此教師可講述土木工程材料的發展歷史、現狀和未來趨勢，既可以讓學生思考土木工程材料的發展，又能夠引導學生積極探索新型材料，研發出更多綠色、安全、智能化的材料。以混凝土為例，其原材料在生產、開發和應用的過程中，應節約資源和能源，減少廢氣廢料排放，并盡可能地減少對環境的危害，所以可以采用化學工程與工藝專業理論知識對其綜合性能進行有效改善，引導學生積極探索新型材料，如回收工業廢料（粉煤灰、硅灰、?；郀t礦渣粉）對混凝土進行改性，實現節約水泥、改善混凝土的性能、調節混凝土的強度。

在介紹土木工程材料未來發展趨勢時，教師可以通過實例和數據向學生介紹我國土木工程新型材料在實際工程中的應用，培養學生的專業情感。例如，“海綿城市”建設中的透水混凝土、核殼復合結構相變微膠囊等，既提升了工程品質，也改善了人類的生活質量。基于綠色建筑和高新技術的發展趨勢，教師在課堂上分別展現環保節能材料和不斷攻克技術難關的工程材料實例，在增強學生民族自豪感的同時，可以從人類可持續發展的角度指導學生進行自主創新實驗，倡導學生研發出更多綠色節能、安全環保、智能化的材料。以上教學活動可以鼓勵學生樹立環保節能的理念，同時利用新知識完善學生的知識結構，提升其綜合能力，讓學生理解新工科背景下的“工匠精神”，更好地為社會主義現代化建設服務。

（三）開展自主設計創新性實驗

教師根據“土木工程材料”課程的實驗改革目標編寫實驗指導書，指導學生自主學習儀器設備的使用、操作步驟和數據處理方法，然后學生自由分組，合理分工，進入實驗室開展實驗并完成實驗任務，這樣使學生由被動接受知識灌輸轉變為主動加工信息，有利于培養學生的學習能力，并激發其主動性和積極性，同時培養學生善于思考和積極行動的能力，不斷豐富和發展該課程的實驗，以培養學生綜合能力為目標，并與現代土木工程行業的發展、技術同步。

四、結語

本次“土木工程材料”教學改革基于我國新工科建設的要求和土木工程行業人才的培養需求，提高學生對“土木工程材料”課程的學習興趣，引導學生學習土木工程材料的發展歷程，增強民族自豪感，培養專業情感，培養學生順應我國可持續發展潮流，樹立環保節能的理念。同時，開展自主設計創新型實驗，增強學生的學習能力和探究精神，促進學生自主探索土木工程新型材料的創新設計和優化方法。

參考文獻

[1]尹毅，李思琦.以“新工科”建設引領高等工程教育創新與變革[J].高等建筑教育，2019，28（4）：1-6.

[2]吳愛華，楊秋波，郝杰.以“新工科”建設引領高等教育創新變革[J].高等工程教育研究，2019（1）：1-7+61.

[3]林健.引領高等教育改革的新工科建設[J].中國高等教育，2017（Z2）：40-43.

[4]桂還官尚，陳鵬.民族院校新工科建設的價值審視與實施路徑[J].民族教育研究，2020，31（2）：112-118.

[5]蒲武川，谷倩，馮仲仁.以創新思維訓練提升土木工程專業學生創新能力[J].高等建筑教育，2019，28（6）：20-25.

[6]羅玲.基于能力培養下的土木工程專業教改新模式分析[J].居舍，2019（23）：174.

[7]郭鐘群，朱易春，秦艷華.培養創新和應用能力的土木工程材料教學改革探討[J].教育教學論壇，2019（28）：88-89.

[8]田冬梅.培養創新能力與工程素養的土木工程材料教學改革實踐[J].現代職業教育，2016（30）：30-31.

[9]趙亮，姚爽，李永強.“新工科”背景下《土木工程材料》教學改革與實踐探討[J].河南建材，2019（4）：273-274.

[10]狄娜.土木工程材料實驗教學改革問題[J].黑龍江科學，2016，7（19）：102-103.

[11]曹甫臣.土木工程材料實驗教學改革與實踐探索[J].黑龍江科學，2020，11（9）：78-79.

[12]朱朝艷，劉紅艷，董錦坤，等.土木工程材料實驗教學改革研究與實踐[J].遼寧工業大學學報（社會科學版），2016，18（5）：132-134.

[13]楊捷.《土木工程材料》課程實驗教學改革探析[J].時代教育，2016（23）：65+77.

[14]劉杏.土木工程材料實驗課程的教學改革[J].安陽工學院學報，2017，16（2）：126-128.

[15]段海娟，陳兵，鄧檢良.構建研究性實驗教學模式培養學生創新能力——以“土木工程材料”課程實驗教學為例[J].中國建設教育，2019（4）：91-94.

[16]尹世平，呂恒林，周淑春.基于學生創新能力培養的土木工程材料實驗教學探討[J].新課程研究（中旬刊），2015（6）：78-79.

[17]張武滿，張迎晨.基于設計性試驗提升本科生自主創新能力——以土木工程材料實驗課程教學改革為視角[J].高等建筑教育，2019，28（1）：106-109.

[18]文泉霖，胡利超，王俊燁.基于開放性實驗的《土木工程材料》實驗教學改革[J].四川水泥，2019（7）：342-343.

[19]陳偉，李薈，王軍華，等.基于綜合素質提升的土木工程材料實驗教學改革[J].廣西教育學院學報，2018（4）：156-160.

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