基于OBE的“建筑功能材料”教學方法探索

覃忠瓊，徐文總，李 真,宋小杰

（1.安徽建筑大學材料科學與工程學院，安徽合肥230001；2.安徽省先進建筑材料實驗室，安徽合肥230001）

建筑是人類歷史的見證、文化的標志、心靈的寄托。墨子云: 建筑“高可以避潤濕，旁足以圉風寒，上足以待霜雪雨露”。高層建筑是現代科技發展的必然結果，是城市化的必然產物。建筑材料是一切建筑工程的物質基礎。建筑結構材料構成建筑物的受力構件，而建筑功能材料決定著建筑物的使用功能與建筑品質。建筑功能材料領域對高分子專業人才的需求也越來越迫切，急需培養造就一批高素質的具備在高分子材料的合成與制備、改性及加工成型等領域從事科學研究、技術開發、產品與工藝設計、生產與經營管理能力的專業工程技術人才。

為實現我國由工程教育大國邁向工程教育強國的目標，教育部提出了“卓越工程師教育培養計劃”。該計劃旨在培養一大批創新能力強、適應社會經濟發展需要的高質量各類型工程技術人才，這為高分子材料專業課程教學明確了方向和要求。

“建筑功能材料”是高分子材料與工程專業的一門重要的專業選修課，其內容涉及到建筑功能材料的分類、基本組成、作用機理、基本特性，需要學生熟悉各類材料的選用原則與施工要點，能在工程中正確選擇和檢測合適的建筑功能材料。這就要求在教學過程中，必須根據OBE的基本要求對課程的教學進行研究。下圖是本課題組對該課程教學做的多方面探索。

1 設立提高學生工程能力為導向的“三維”課程目標

成功的教學應該建立在清晰、合理的課程目標之上。美國教育家拉爾夫·泰勒曾提出，課程目標的設立應該建立在三大基礎之上，即對學生的研究、對學科的研究以及社會生活需要的研究。因此，本課程設立了以提高學生工程能力為導向的課程目標。

（1）一維——建材基礎知識：學生應該能夠了解建筑功能材料特別是高分子建筑功能材料的分類，熟悉不同建筑材料的性能和作用的基本原理。

（2）二維——施工應用基礎：學生應該能夠具備根據施工條件選擇合適的建筑功能材料，熟悉施工要點。

（3）三維——優秀工作能力：在未來從事高分子建筑材料研究、開發、生產和應用施工過程中，注重環保節能，秉持“綠色建筑”的思想。

由于人口增長和城市地區建筑施工的快速增長，建筑物的能源消耗不斷增加。 例如，住宅建筑消耗了美國總能源的21.7%；目前建筑消耗熱量幾乎占英國能源消耗的一半，占該國碳排放量的三分之一。 大約80%的熱量用于房屋和其他建筑物，其余20%用于英國的各種工業部門。與建筑物熱管理相關的能源問題直接影響環境、經濟和生活標準，并且與正在發生的高能源成本以及減少溫室氣體排放的迫切需要的全球危機休戚相關。另外，隨著人民生活的日益現代化，新型建材制品、建筑裝飾材料及日用化學品的使用不斷增加，這些材料可能在室內外釋放有害化學成份，造成污染物的不斷增加，致使室內外環境質量顯著惡化，各種疾病增加。高分子建筑材料作為化學建材的主要組成部分，建筑塑料、建筑膠粘劑、建筑涂料、建筑防水材料和建筑用合成纖維等產品的應用，在降低建材價格、擴大建材品種、改善建筑功能等方面日益得到廣泛關注。作為未來從事高分子建筑材料研究、開發、生產和應用施工的專業工程師，必須充分認識到環保節能和可持續發展的“綠色建筑”的重要性。因此，在“建筑保溫隔熱材料”的講授過程中，用大量的數據來說明世界和我國的能源現狀以及面臨的能源危機，讓學生深刻理解建筑節能的重要意義。在介紹“建筑防水涂料”章節時，要求學生必須充分了解各類防水材料的優缺點,會分析有可能造成的污染，具備在施工過程中能夠選擇“質量優、無毒害、無污染、工藝先進且易施工”的高分子建材和綠色施工的能力。

2 優化教學方案，及時更新教學內容

“建筑功能材料”課程教學時的主要問題有以下幾點：

（1）課程內容過多，涵蓋建筑保溫隔熱材料、建筑防水材料、建筑防火材料、建筑光學材料、建筑聲學材料、建筑裝飾材料等多種建筑功能材料，每一大類材料又分為多個不同品種，每種材料的定義、基本特性、作用機理、性能特點、工程應用選用原則與施工要點各具特色，可以說是包羅萬象，紛亂龐雜，大量概念與規律比較抽象，相當多的知識點需要記憶。

（2）章節之間相對獨立，自成體系，邏輯推理性內容少，學生難以通過學習建立一個“全局化”的工程思維。

（3）學生具有一定的高分子專業基礎知識，但是無機材料學基礎知識欠缺。本課程開設在大三下學期，學生已經系統地學習過“高分子化學”“高分子物理”等高分子專業課程，具有一定的高分子專業基礎知識，但是大部分無機材料學基礎知識和基本概念幾乎都是學生第一次接觸，這部分內容學生感覺枯燥無味、晦澀難懂。

基于以上問題，在“建筑功能材料”的課程教學中，采用“立足基礎，有重點地偏向高分子”教學方案。在教學內容上，適當補充土木工程材料學的基礎知識，對一些建筑材料的基本術語進行重點講解，做到既能讓學生了解各種建筑功能材料作用的基本原理，又能夠熟悉有機高分子建筑功能材料的種類、性能特點、選用與施工要點。保溫隔熱材料和防水材料是高分子在建筑功能材料中最主要的應用，因此在教學課時分配上將近2/3的學時（總24 學時）放在建筑保溫隔熱材料（6學時）和建筑防水材料（8 學時）章節，而建筑防火材料、建筑光學材料和建筑聲學材料安排7個學時進行教學。

隨著建筑行業的發展，不同結構性能的新型建筑功能材料不斷地被開發出來，為保持教學內容的新穎性與先進性，及時關注建筑功能材料的發展和研究動態，緊跟發展趨勢，結合典型工程應用，不斷將新技術、新應用融入課堂，及時補充“半透明混凝土智能控制‘三明治’結構墻體”“3D打印復合泡沫塑料”“添加超吸水聚合物防火混凝土材料”等比較前沿的內容。

3 多種教學方法相結合

“建筑功能材料”開設在大三下學期，又是專業選修課，在沒有考試壓力下學生的學習積極性不高，傳統的老師臺上講，學生課下聽的填鴨式教學不能引起學生的興趣，而且課程教學內容多，授課學時短，沒有好的教學手段，達不到好的教學效果，無法完成既定的教學目標，因此，在教學中采用多種教學手段相結合的教學方式。

3.1 啟發式教學

“建筑功能材料”課程實踐性非常強，在教學過程中盡量結合實際應用進行講解。在制作教學課件時，充分利用豐富的網絡資源，引入各種功能材料在實際應用中的圖片、視頻等材料輔助課堂教學。在導入課程內容時，采用啟發式教學，要求學生觀察所在的教學主樓，找出自己熟悉的建筑材料，討論這些材料的作用，然后教師順勢提出“建筑材料”和“建筑功能材料”的概念，引導學生順利進入課程的學習。這一舉措，使課堂氣氛大為活躍，學生學習興趣高漲。

3.2 以學生為主體的反轉角色教學

在建筑功能材料領域高分子材料最重要的應用是用作高分子建筑防水材料，在該章節授課時，打破了傳統的教師為授課主體的教學方法，改由學生擔任授課的主角。具體做法是在介紹完防水材料的防水機理之后，將余下的章節內容劃分為“三元乙丙橡膠防水卷材”“氯丁橡膠防水卷材”“聚氯乙烯防水卷材”“丁基橡膠防水卷材”“共混及復合型防水卷材”“丙烯酸酯防水涂料”“聚氨酯防水涂料”和“JS防水涂料”8個模塊，將全班學生分為8 個小組，每組同學通過集體收集資料、協商制作課件、課堂展示課件來共同完成一個模塊的授課任務。結果表明，這種以學生為主體的教學方法，教學效果非常理想。從課件制作來看，學生的課件內容詳盡，重點突出；從課件展示來看，大部分同學非常熟悉課件內容，能夠很通順流利地講述ppt的內容，對比較生疏難懂的施工工藝也能解釋清楚，儼然一個侃侃而談的“老師”；再加上老師在旁邊適度點評，并且提出相應的問題要求學生現場回答，學生的專注力得到很大的提高，普遍反映對本章節的內容掌握得很好。從另外一個角度來看，以學生擔任授課主角是一次動手實踐的過程，增強了學生的自學能力、實際動手能力，培養了學生的團隊合作精神，為OBE的實施提供了有力的支撐。

3.3 “精講”和“串講”相結合教學

建筑大師賴特特別強調“整體統一才是建筑的根本，完美的相互關系、整體才是生命”，因此，雖然不同的建筑功能材料在建筑中賦予建筑物防水、防火、保溫、隔熱、采光、隔聲、裝飾、防腐等不同的功能，但是相互之間是有機聯系、不可分割的。在教學過程中，既要注意用精講介紹各種材料各自的特點，又能通過串講的模式點明其共同之處。比如泡沫塑料被廣泛用于建筑保溫材料和建筑吸音材料，在授課時，既介紹二者的一些特征參數比如導熱系數、吸聲特性，又點明其具有易老化、耐火性能差的共性。在介紹玻璃幕墻設計原則時，特別注重其審美要求的設計，同時還強調風壓變形性能、空氣和雨水的滲透性能以及保溫隔熱、防火性能要求的設計，力求讓學生認識到建筑是一個有機整體，要用全局化的眼光來學習各類建筑功能材料。

4 不同層次相結合的考核方式

本課程需要學生能夠熟悉各類材料的選用原則與施工要點，從而可以對某一工程實例中的建筑功能材料進行正確選用和檢測，能熟練地將知識運用到實際工程中。因此設計了多層次的考核方式：

第一層次：課堂提問。老師在上課過程中就某個知識點進行提問，檢驗學生的課堂學習能力。

第二層次：課程小論文。由學生自由選擇不同的主題，查閱相關資料，撰寫課程小論文，檢驗學生對章節內容的掌握情況。

第三層次：綜合能力的考察。在課程結束后，提供系列典型的建筑功能材料樣品，要求學生通過觀察，判斷其歸屬于哪一種材料，并簡要說明其原料、基本性能、技術參數和適用場所，以及使用后對建筑的功能性產生的影響。

通過以上“點—線—面”三個層次的考核，學生能夠掌握課程內容，提高了學生的學習能力，達到課程教學的目標。

5 結束語

“建筑功能材料”是一門實踐性非常強的課程，課題組進行了多方面的探索，通過初步設立“三維”課程目標，優化教學方案，及時更新教學內容，多種教學手段相結合，精心設計多樣化的考核方式，以提升學生的學習主體地位，改善教學效果，培養學生的全局意識；另外將環保節能理念始終貫穿于整個教學過程，為培養高素質的具有環保節能理念的工程技術人才提供有益的支持。