建筑功能材料課程教學方法改革與成效

孫振平 馬一平 肖飛鵬

建筑是技術與藝術完美結合的產物，建筑離不開建筑材料，而建筑材料根據其在建筑中發揮的主要作用，可簡單分為建筑結構材料和建筑功能材料兩大類。建筑結構材料包括水泥、混凝土、鋼材和木材等用于制備承重結構的材料，也包括已事先在工廠（或工地現場）制備好的用于裝配式建筑的梁、柱、樓板、屋頂、陽臺和樓梯等預制構件。而建筑功能材料則是指賦予建筑物以一定功能的材料，這些功能包括防水、保溫隔熱、防腐蝕、防火、裝飾等。

衣食住行是人民最基本的物質生活需求。當前，我國各族人民在中國共產黨的領導下，經過艱苦卓絕的奮斗，在脫貧攻堅戰中取得了巨大成果，已經進入全面建成小康社會的決勝階段，中國正處于新時代中國特色社會主義建設時期。新時期的建筑應該具有新的面貌，除了要在居住面積方面滿足人民對美好生活的追求外，在居住空間的功能上，應該更加防水、防滲、防潮，更加保溫、隔熱，更加節能，更加防火、防腐，更加安全，更加美觀、和諧，更加綠色、健康、生態，對環境更加友好。這些都離不開新型高性能的功能型建筑材料。

建筑功能材料課程為同濟大學材料科學與工程本科專業土木工程材料方向的專業必修主干課程，旨在幫助學生鞏固材料科學與工程的基礎理論知識，引導學生系統學習建筑功能材料方面的知識，使學生獲得建筑功能材料研究、開發和設計的科學思維能力及技能。建筑功能材料課程的教學內容幾經調整，目前確定包括六個方面：建筑防水材料、建筑防護材料、建筑保溫隔熱材料、建筑防火材料、建筑裝飾材料、綠色建筑材料。這六個方面的內容可以較好地滿足新時期社會主義建設對于土木工程材料人才的需求。

建筑功能材料課程在之前十余年的教學中，主要依賴教師的課堂講解和課后作業來完成教學，教學方法單一，賦予學生的知識廣度和知識深度顯然不能滿足當今社會的人才需求。

隨著我國“新工科”專業建設和面向“中國制造2025”工程實踐人才培養模式改革的深入，同濟大學材料科學與工程專業開展了課程教學方法改革。建筑功能材料課程作為材料科學與工程本科專業土木工程材料方向的專業必修課，也必然被列入重點改革課程之一。

建筑功能材料課程被確定為教學改革重點課程以來，課程教師通過廣泛調研和向資深教育專家咨詢，結合學校現有條件，在教學方法改革時緊跟時代步伐，力求讓學生在有限的學時內，通過自學、聽報告、觀看實驗視頻、參觀、實踐、匯報和參加競賽等方式，養成自主學習的習慣，最大限度地拓寬學生的知識范圍。通過不斷改革創新和實踐，建筑功能材料課程的教學質量有了大幅提升。

一、建筑功能材料課程教學方法改革

針對建筑功能材料課程教學內容的特點與我國“新工科”專業人才和面向“中國制造2025”人才的需求標準，同濟大學的教學團隊經過廣泛調研，并向資深教育專家咨詢，擬定了教學改革方案。具體內容如下。

（一）拓寬專業知識面，邀請其他專業教師參與授課，建設 “交叉課程”

為實現同濟大學“引領可持續發展的專業精英與社會棟梁”的人才培養總目標，根據“知識、能力、人格”三位一體協調發展的人才培養模式要求，教學團隊希望通過傳授給學生基礎性、整體性、綜合性和廣博性的知識，同時注重不同學科的交叉融通，拓展學生視野，培養學生自主學習的能力，使學生能夠以全面的觀點認識世界和解決問題[1]。通過專業知識面的拓寬，建筑功能材料課程形成了開放性教學體系，容納多學科知識，至少涵蓋了材料科學與工程、交通工程兩個學科和專業的知識。課程邀請交通工程教師講授部分內容，學生通過聆聽其他專業教師對本課程內容的講授，能夠了解到其他專業對本課程內容的認知方式，增強學生的學習動力。

（二）聘請校外專家進行授課

為了提升學生對建筑功能材料課程內容的學習興趣，使學生能夠提前了解課程內容在社會工業和建筑業中的重要用途，同濟大學特別安排了兩個學時，由任職于生產型企業的技術負責人進課堂講授。這些授課教師每次都會介紹一些生產實踐中面臨的“卡脖子”技術。這不僅能夠吸引學生的興趣，還能夠開闊學生的視野，促使學生在課后積極查閱資料，并希望能夠通過自身的努力攻克這些問題。

（三）要求學生利用課余時間觀看教材配套視頻

現在的本科生獲取知識的途徑比較多，接受知識的速度也非常快。建筑功能材料課程采用授課教授編著出版的教材。考慮到目前大多高校已將專業實驗課與專業課分開設置，專業實驗的內容往往不能與專業課內容同步。因此，為了提高教學質量，在編著出版教材時，專門邀請專業人士制作了配套的實驗操作教學視頻，學生可以在學習專業課內容時觀看相應的實驗操作，實現了教學內容與實驗內容的同步，大大提高了學生的學習效率。

（四）每周布置一次作業

以往，學生總以為只要順利通過期末考試就可高枕無憂，所以他們通常是到期末考試前才集中看書、整理知識點、鞏固知識和進行復習。這種學習方法不利于學生牢固掌握知識，更不利于學生學以致用，及時投入創新活動。本次改革注重督促學生及時鞏固知識，并及時查閱文獻。對于每周一次的作業安排（要求一周內必須提交），大部分學生最初感覺苦不堪言，但經過半個學期的磨練，學生已經完全適應，能夠自覺保質保量地完成習題，既收獲了知識，也使創新實踐活動開展得有聲有色。

（五）學期中安排每位學生至少做一次專題報告

在建筑功能材料課程開課的第一周，教師便給全班明確布置本課程的任務安排：每周的課堂上要請2～3 位學生做課堂專題報告（每位同學5 分鐘），報告可以針對教師上課中的難點問題，也可以針對學生自身在閱讀、實習、參觀或專題討論中碰到的難題。對于這一安排，學生們熱情高漲，認真準備，爭先恐后地進行專題報告。

（六）安排校外基地實踐和小組討論活動

以往的建筑功能材料課程教學都采用的是“滿堂灌”模式，學生沒有機會去建筑工地參觀體驗[2]。因此，建筑功能材料課程改革后安排學生利用課余時間到建筑工地參觀混凝土外加劑的典型應用工程，并組織小組討論。形式多樣的教學內容和教學方法，令學生們苦學、樂學、會學，勤思、善思、恒思、巧思，取得了較佳的教學效果。

（七）要求學生參加 “土木工程材料知識競賽”或 “土木工程作品設計大賽”

“土木工程材料知識競賽” （以下簡稱知識競賽）和“土木工程作品設計大賽”（以下簡稱作品大賽），是同濟大學材料科學與工程學院土木工程材料系為增加學生對土木工程材料專業知識的學習興趣，打通本、碩、博學生的學習界限，加強不同高校土木工程材料方向師生交流而創辦和組織的兩項重要賽事[3]。要求學習建筑功能材料課程的學生必須參加一次知識競賽或作品大賽，鞏固其對建筑功能材料知識的學習成果，展示其創新能力。

二、建筑功能材料課程教學改革成效

習近平總書記在黨的十九大報告中指出，經過長期努力，中國特色社會主義進入了新時代。如何促使大學生踐行社會主義核心價值觀，盡快承擔起中華民族偉大復興的重任，是一項十分重要且十分緊迫的任務。大學生是社會主義的建設者和接班人，青年大學生的價值觀取向決定了未來的社會價值觀，青年大學生所掌握的科學知識和獲得的自我學習、自我提高的能力，決定了未來我國科技發展的動力和自我更新、自我創造的速度，決定了未來我國科技的發展方向。中國于2020年向全世界宣布了“雙碳”目標。實現“雙碳”目標，既要大學生群體明確肩上的責任和走向社會后要擔負的光榮使命，又要求大學生在學習期間要掌握過硬的本領[4]。

隨著科技和社會經濟的快速發展，特別是科技資料電子化、信息化以及多媒體的全面普及，大學本科專業課程的教學正悄然發生著變化。最突出的是教學模式由單一模式向多元化模式轉變，教學中心從過去的以教師為中心向以學生為主體轉變[5]。

新時代中國特色社會主義建設時期，大學生不僅渴望在大學期間獲得更多、更具實用性的、能夠終生受用的科學知識，而且更渴望在科技日新月異發展的背景下掌握學習新知識的方法，掌握能夠快速解決科學和工程問題的金鑰匙。這就需要教師在設計課程內容、優化授課方案時充分考慮到學生的這些新需求。建筑功能材料課程的內容包含了建筑防水材料、建筑防護材料、建筑保溫隔熱材料、建筑防火材料、建筑裝飾材料和綠色建筑材料，但建筑功能材料的種類還有很多，如重要的建筑吸聲和建筑隔聲材料、建筑吸濕放濕（建筑調濕）材料、建筑殺菌材料、智能建筑材料、空氣凈化建筑材料，以及建筑吸碳固碳材料等。各類材料的教學內容又包含了其定義與種類、作用原理、功能與影響因素、生產工藝、產品檢驗、產品應用以及產品今后的發展方向等。諸多內容不能在課堂上進行“滿堂灌”，而是要抓重點、抓精品、抓交叉、抓結合。建筑功能材料課程改革中采取的“交叉課程”建設、校外專家進課堂以及觀看實驗視頻的措施，能夠將本專業與外專業相結合、課堂內與課堂外相結合、任課教師與校外專家相結合，使學生可以最大限度地獲取知識，最大限度地接觸外面的世界，聆聽行業專家的教誨，最大限度地了解產品研發和產品檢驗方法[6]。

學習知識的目的在于將知識應用于實踐，在于不斷發展和創新。為檢驗學生對課堂學習內容掌握程度的深淺，建筑功能材料課程在改革中專門為學生設計了作業、專題討論、校外基地實踐和小組討論環節，并要求學生參加兩項重要賽事，幫助學生再認識、再提高，學會全面應用所學知識，自發、努力而大膽地創新，使教學效果得到了不斷的提升。

建筑功能材料課程的改革使學生的學習目標越來越明確，學習態度越來越端正，學習熱情越來越高漲，學習能力得到很大程度提高，創新能力得到顯著增強。2020年春季學期，因新冠肺炎疫情防控需要，學生不得不在家里上網課。在這種非常不利于教學的情況下，學生仍然接受了校內外教師的授課，完成了學習任務，而且十分主動地觀看了課程實驗教學視頻，并利用ZOOM（多人手機云視頻會議軟件）和騰訊會議進行討論，為知識競賽和作品大賽做了充分準備。2020年7月，當國家允許大學生返校，并能夠正常開展教學活動后，學生立即返校參加了知識競賽，并快速動手制作出了作品大賽的作品。雖然知識競賽和作品大賽分別升級為上海市級別和國家級別的賽事，但冠軍仍然連年出自同濟大學學習建筑功能材料課程的學生中。這本身就是對建筑功能材料課程教學方法改革成效的有力證明[7]。

作為土木工程材料方向本科生的主干專業課程，建筑功能材料課程教學方法的改革非常重要。在改革過程中，雖然遭遇了新冠肺炎疫情，但改革的成果經受住了考驗。課程教學沒有因受到嚴重干擾而被打亂。這也正說明，將“滿堂灌”教學模式轉變為“鼓勵學生利用一切資源自主學習”教學模式的重要性。從學生在“土木工程材料知識競賽”或“土木工程作品設計大賽”中取得的優異成績來看，建筑功能材料課程的改革是成功的，改革經驗是值得借鑒的。