“土木工程材料”實驗課程教學(xué)體系構(gòu)建研究

朱婧 徐方 沈力

摘?要：“土木工程材料”是土建類專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課程的“敲門磚”，當(dāng)前諸多高校中土木工程材料的實驗教學(xué)存在實驗資源不足、學(xué)生被動、考核評價體系單調(diào)等問題，為培養(yǎng)能夠解決實際工程問題的學(xué)生，以其為主體，提高其創(chuàng)新實踐能力為目標(biāo)，從實驗課程教學(xué)內(nèi)容、實驗室配置及管控、多層次考核方式對土木工程材料實驗課程進行改革與創(chuàng)新，提出一個脫離陳舊教學(xué)模式、具有可行性的教學(xué)改進方針的設(shè)想。重建的實驗教學(xué)體系以學(xué)生為中心，能夠從不同維度考核學(xué)生的基礎(chǔ)實驗?zāi)芰Α?chuàng)新思維能力以及團隊協(xié)作能力。

關(guān)鍵詞：土木工程材料；實驗課程；改革與創(chuàng)新；教學(xué)模式；考核方式

世界各地建筑行業(yè)的直接和間接成本將會造成建筑的累積成本，其中建筑材料作為其直接成本占據(jù)十分重要的地位。此外，土木工程師作為設(shè)計師，在保證工程建設(shè)質(zhì)量的前提下，能夠通過相關(guān)材料的規(guī)格和制備、養(yǎng)護等相關(guān)方法影響建筑工程質(zhì)量以及工程造價。針對于土建類等相關(guān)專業(yè)，在高等教育學(xué)習(xí)中“土木工程材料”課程的開設(shè)是至關(guān)重要的。“土木工程材料”課程是一門專業(yè)基礎(chǔ)課，主要介紹建筑施工過程中常用的土木工程材料的組成結(jié)構(gòu)、基本性質(zhì)、生產(chǎn)工藝、質(zhì)量要求等方面，其開設(shè)能夠使學(xué)生對建筑材料的質(zhì)量以及建筑工程施工過程中材料的質(zhì)量管控以及后續(xù)養(yǎng)護等工序形成一定的認識和了解［1］。在“土木工程材料”課程的教學(xué)過程中，涉及對理論課程與實驗課程的結(jié)合，而實驗課程的學(xué)習(xí)重中之重，其不僅僅有利于從事土建類相關(guān)工作的學(xué)生掌握相關(guān)基本技能，從而更好地走向工作崗位，同時也能進一步加深對理論課程教學(xué)中相關(guān)概念的理解。

中國作為發(fā)展中國家，其人口數(shù)量大，與此同時土木工程專業(yè)學(xué)生人數(shù)也有一定的基數(shù)，他們當(dāng)中絕大多數(shù)人會在未來的工作或?qū)W業(yè)發(fā)展過程中接觸到土木工程材料。然而，目前在中國，由于死板僵硬的教育模式，土木工程學(xué)生的實踐動手能力受到阻礙。在這種情況下，高等學(xué)校的教師的教育潛力可以獲得一種創(chuàng)新的視角，通過先進的教學(xué)理念調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)實踐能力，并且由于這種觀點的轉(zhuǎn)變，開展學(xué)術(shù)活動的內(nèi)在動機也將會變得更有意義。

1?土木工程材料實驗課程的內(nèi)容及存在問題

“土木工程材料”實驗課程現(xiàn)今的教學(xué)大綱要求的實驗大致可以分為以下幾個層次：（1）驗證性實驗；（2）操作性實驗；（3）綜合性實驗；（4）研究性實驗［2］。通過以上四個層次的實驗綜合提升學(xué)生對土木工程材料實驗課程的掌握能力，要求大多數(shù)學(xué)生能夠完成前三層次實驗的學(xué)習(xí)，力爭培養(yǎng)能夠完成第四層次——研究性實驗的學(xué)生。土木工程材料的實驗課程也存在著一些問題，筆者對其進行了如下幾方面的分析：

1.1?實驗課程學(xué)時較少

相比多年前，大多數(shù)高校中土木工程材料的教學(xué)學(xué)時逐漸縮減，一般在32～48個學(xué)時之間。理論課程便在其中占據(jù)很大一部分學(xué)時，留給實驗課程的僅剩8～16個學(xué)時。短暫的課程學(xué)時內(nèi)，學(xué)生并不能掌握并熟練以下諸多實驗內(nèi)容，如混凝土骨料實驗（表觀密度實驗、堆積密度實驗以及篩分實驗等）、水泥實驗（水泥密度實驗、標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量測定、凝結(jié)實驗測定、安定性實驗以及膠砂強度檢測等）以及普通混凝土實驗（配合比設(shè)計、和易性測定等）等［3］。尤其是水泥膠砂試件的養(yǎng)護需要一定的周期，目前的膠砂強度檢測通常僅測試一個7天強度，致使學(xué)生對其實驗成果沒有一個時間化的具象認識。

1.2?學(xué)生對待實驗課程積極性差

實驗課程的開設(shè)目標(biāo)是讓學(xué)生通過對土木工程材料的具體實驗過程，從而對理論知識的掌握更加爐火純青，以此提高學(xué)生實踐和理論相互聯(lián)系的能力和運用理論結(jié)合實踐創(chuàng)新的能力。當(dāng)前，實驗課程的教學(xué)內(nèi)容主要包括以下幾個方面：在課堂上通過小視頻或PPT對實驗操作進行講解、在實驗室中進行現(xiàn)場實驗操作演示、實驗室中學(xué)生以小組形式進行實操練習(xí)以及課后實驗報告等。該過程中，前兩步主要是教師發(fā)揮其主動性，學(xué)生作為聽眾其吸收知識；后兩步要求學(xué)生發(fā)揮其主觀能動性去進行實踐以及動腦凝練自己的實驗心得，對實驗過程進行相關(guān)方面的思考總結(jié)。通過筆者近年來的教學(xué)經(jīng)歷可以觀察到，大多數(shù)學(xué)生對待實驗課程并沒有給予和理論課程同樣的耐心和重視程度。一方面，部分學(xué)生在上述實驗課程教學(xué)過程中并未真的動手實踐，僅僅是作為一個實驗觀摩者。以小組為形式的教學(xué)并未調(diào)動學(xué)生的團隊協(xié)作能力，反而使得一些動手能力不足的同學(xué)無所用心。另一方面，在傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，有相當(dāng)一部分動手實踐的同學(xué)僅僅是按照書本、教學(xué)視頻或者老師演示實驗過程中的操作步驟進行機械的重復(fù)工作，而并未真正發(fā)揮自己的主觀能動性去思考為什么？這局限了學(xué)生創(chuàng)新性思維的發(fā)展。

1.3?實驗設(shè)備以及實驗教師數(shù)量不足

大多數(shù)高校中實驗設(shè)備以及實驗儀器是有限的，一個班級中動輒20人以上的學(xué)生數(shù)量，通常是多個班級同時上課，一節(jié)實驗課僅為90分鐘，配置的教師人數(shù)通常為2人左右，有時甚至僅有1個教師。此時，便存在著一批想要動手實驗卻因為儀器設(shè)備數(shù)量短缺或者實驗課程時間不足只能旁觀的學(xué)生，也存在著一批在實驗過程中想要發(fā)揮自己的創(chuàng)新思維思考卻缺乏老師的指導(dǎo)和點睛的學(xué)生。實驗教學(xué)中以小組為形式的教學(xué)模式因為實驗設(shè)備和儀器的有限致使小組內(nèi)部分同學(xué)被動觀摩，未能發(fā)揮合作能力。如果說有部分學(xué)生懶于實驗課程，那么教學(xué)過程中客觀條件的不足同樣迫使部分積極性強的學(xué)生局限住自己的發(fā)散性思維和主觀能動性。

1.4?實驗課程評價形式單一

實驗課程結(jié)束后，一般以學(xué)生的實驗報告來對其掌握情況進行評價。學(xué)生們本就習(xí)慣于使用如紙張、平板、書籍，甚至中性筆等常規(guī)學(xué)習(xí)材料來學(xué)習(xí)。就基本知識水平和理論學(xué)習(xí)而言，我們的學(xué)生大致令人滿意。但參照典型的土木工程學(xué)科，它顯然是一個基于解決基本問題的學(xué)習(xí)實踐，而不是表面理論的記錄和深層次的推理。通常有學(xué)生在實驗課程中并未動手實踐卻能在課程結(jié)束后交出一份評分很高的實驗課程報告，這種評價方式是否脫離了實驗課程教學(xué)的本質(zhì)？筆者看來，實驗課程的本質(zhì)是在掌握實驗技能的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作能力、動手實踐能力、創(chuàng)新思維能力以及對實驗以及團隊同伴的責(zé)任感等。僅通過學(xué)生個人的實驗報告并不能反映學(xué)生在實驗課程中的綜合能力，缺乏針對性或階段性的評價和考核。

綜合上述“土木工程材料”實驗課程中存在的問題，我們必須思考并提出相關(guān)的教學(xué)改革措施，才能更好地培養(yǎng)土木工程專業(yè)學(xué)生理論結(jié)合實踐的能力、實踐創(chuàng)新思維的能力以及對實驗材料和實驗同伴的責(zé)任感等等。這樣，我們的學(xué)生無論是在步入未來工作還是進一步深造學(xué)習(xí)都會具備合格的專業(yè)素養(yǎng)。

2?土木工程材料實驗課程的目的與重要性

對“土木工程材料”實驗課程的教育與學(xué)習(xí)主要有以下幾個目的。

第一，實踐與理論的相結(jié)合。根據(jù)馬克思主義理論體系，實踐是理論的來源，我們學(xué)習(xí)理論是為了更好地實踐；同樣，我們對于實驗課程的學(xué)習(xí)，在實踐實驗的過程中，能夠?qū)φn堂上、書本里所學(xué)習(xí)到的理論知識有更深刻的認識；進一步的，實踐與理論相輔相成，實驗課程的學(xué)習(xí)能夠豐富學(xué)生們對如水泥、混凝土、砂漿等土木工程基礎(chǔ)材料以及如水泥實驗、混凝土實驗等基礎(chǔ)實驗操作的書本理論知識的認知。

第二，走上更好的實踐工作。通過土木工程材料實驗課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生們能夠?qū)唧w材料的基本性質(zhì)與特點有一個深層次的認知，從而培養(yǎng)其能夠獨立評估常用的土木工程材料的質(zhì)量的能力。這樣，等我們的學(xué)生們走上實習(xí)、走上社會工作時才能夠更好地融入本職工作，而不是成為一個只懂理論不懂實踐的指揮家。對于真正的土木工程與建筑而言，實際操作是一個非常重要的方面。

第三，培養(yǎng)學(xué)生的科研能力。未來從事土木工程相關(guān)專業(yè)的進一步研究時，不僅僅是研究理論或是利用模擬軟件來對研究方向內(nèi)容進行探究，不可缺少的是大量的實際實驗與對實際工程應(yīng)用的研究，我們追求的研究并不能夠僅僅是在紙上談兵，更重要的是能夠落地。實驗課程的學(xué)習(xí)有助于學(xué)生提高其分析與解決實際問題的能力，有助于學(xué)生能夠開展初步的科學(xué)研究，有助于培養(yǎng)學(xué)生對于科研認真嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度［2］。

3?土木工程材料實驗課程的改革與創(chuàng)新

針對上述在“土木工程材料”實驗課程中存在的問題，并且在實驗課程重要性的驅(qū)使下，筆者在此嘗試結(jié)合現(xiàn)有調(diào)研的資料［46］，提出一個具有可行性的改革創(chuàng)新方案的設(shè)想。我們知道，大膽的創(chuàng)新不僅容易令學(xué)生難以接受，同時也會使得教師無所適從。為此，針對實驗課程改革的設(shè)想，我們只能在保守教學(xué)的基礎(chǔ)上進行合適程度的創(chuàng)新。

3.1?關(guān)注教學(xué)對象，實現(xiàn)因材施教

從古至今，從小到大，從初等教育體系到高等教育體系，教師都被要求對學(xué)生實行因材施教的教育方式。中國是一個人口大國，教育越來越普及，但學(xué)生的人數(shù)還是遠超老師的人數(shù)，高等教育中亦是如此。在過去的教授實驗課程的經(jīng)驗中，筆者知道不同學(xué)生的接受能力、學(xué)習(xí)方法、創(chuàng)新思維等都存在著差異。自然，高校教師無法擁有足夠的精力去了解每一個學(xué)生，但是我們可以嘗試?yán)没ヂ?lián)網(wǎng)的發(fā)達，通過在網(wǎng)上發(fā)配有關(guān)學(xué)習(xí)調(diào)研的小問卷，對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況以及積極性進行一定程度的了解，在進行實驗小組的分配時，教師將不再是被動地讓熟悉的同學(xué)自由組隊，而是發(fā)揮自身的主動性，根據(jù)調(diào)研情況對小組同學(xué)進行合理分配。這樣的小組組成可以調(diào)動團隊協(xié)作，積極調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和興趣，以及使同學(xué)能夠在團隊協(xié)作中變得更有責(zé)任心。

3.2?實驗室配置的優(yōu)化

實驗室配置的優(yōu)化主要涉及兩方面：一方面是加大對實驗室儀器設(shè)備的資金投入，另一方面是改善實驗室開放時間的管理制度。現(xiàn)在大多數(shù)高校所配置的實驗設(shè)備與儀器的數(shù)量對于本科生的實驗課程來言相對較少，加大資金購買足夠數(shù)量的實驗儀器以及實驗設(shè)備能夠改善部分學(xué)生在上實驗課程時只能作為一個觀摩者的現(xiàn)象。而加大資金購置足夠數(shù)量的實驗器具設(shè)備對學(xué)校的資金也是一個考驗，我們可以在購置部分實驗儀器設(shè)備的基礎(chǔ)上對實驗室管理制度進行一定的改善。比如，可以在非上課時間內(nèi)對實驗室進行間歇性的開放，以致在實驗課上未能進行實操的學(xué)生能夠在小組同學(xué)的幫助下進行相關(guān)實驗方面的操作，也方便部分學(xué)生能在實驗課程教學(xué)結(jié)束后重溫實驗，同時學(xué)生還可以對自己課上制備的混凝土或者水泥膠砂等試件的養(yǎng)護情況進行觀察和了解。

3.3?實驗課程內(nèi)容的層次性教學(xué)

關(guān)于實驗內(nèi)容大致可以分為兩種：一種是基本實驗型，另一種則是創(chuàng)新開放型。對于基礎(chǔ)實驗型的課程，我們可以采用理論教學(xué)、PPT演示、視頻教學(xué)相結(jié)合的方式在課堂上教授學(xué)生如何進行實驗以及其基本概念。在課堂后，可以設(shè)計一個線上虛擬實驗教學(xué)的小程序或網(wǎng)頁，讓學(xué)生們能夠在進入實驗室前在線上對實驗步驟得心應(yīng)手。

對于創(chuàng)新開放型實驗課程，首先，可以讓學(xué)生在課后多多閱讀有關(guān)土木工程材料的書籍或者文獻，再讓學(xué)生撰寫閱讀筆記或心得。在基礎(chǔ)實驗課程教學(xué)結(jié)束后，讓學(xué)生積極發(fā)揮自己的主觀能動性以小組模式互動或直接與實驗指導(dǎo)老師進行溝通。其次，鼓勵學(xué)生參與挑戰(zhàn)杯、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目、科報會等需要發(fā)揮學(xué)生自己的創(chuàng)新能力的項目，以達到讓學(xué)生訓(xùn)練自己的實驗創(chuàng)新思維的目的。

3.4?實驗課程教學(xué)評價體系的優(yōu)化

將實驗課程教學(xué)評價體系分為書面形式考核、實驗過程考核、小組模式考核三種形式的考核方式。

書面形式考核：根據(jù)學(xué)生在實驗課程中所產(chǎn)出的紙質(zhì)化或電子版的成果，如實驗方案制訂、實驗報告總結(jié)、相關(guān)文獻書籍閱讀心得等來對其進行評分，另外鼓勵學(xué)生以PPT演示的模式對上述產(chǎn)出的成果進行思維過程的講解，可算附加分。

實驗過程考核：通過線上問卷調(diào)查形式如實記錄實驗學(xué)習(xí)過程，從而對學(xué)生進行有效指導(dǎo)。學(xué)生錄制個人或小組的實驗過程，以視頻模式上傳，對學(xué)生的實操過程進行考核。

小組模式考核：為增強學(xué)生團隊協(xié)作能力以及責(zé)任心，將團隊成績計為總評分中的一部分。團隊成績在基準(zhǔn)分之上，以提供團隊貢獻值的形式考核。另一方面，讓小組成員基于實驗過程中以及實驗課程后進行交流互評，如實驗方案、實驗操作、實驗報告等考核中分?jǐn)?shù)的一部分采用團隊評價［7］。

結(jié)語

教學(xué)包括教與學(xué)兩個方面，但當(dāng)前的高等教育主要集中在“教”上面，而且往往依賴于過時的教材，有必要發(fā)展更多以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)和教學(xué)方法，并確保學(xué)生能夠?qū)W習(xí)最新最前沿的專業(yè)知識。在中國式教育的背景下，高等教育提供的學(xué)術(shù)質(zhì)量較差。其中，面臨最為艱巨的挑戰(zhàn)是學(xué)生如何將理論知識轉(zhuǎn)化為實踐能力，以確保他們在課程、研究、知識轉(zhuǎn)換、高等教育教學(xué)方法等均達到國際標(biāo)準(zhǔn)。高校教師如何才能為中國的土木工程教育做出貢獻？我們所追逐的并非僅僅是學(xué)生實踐能力的提升，而是期望學(xué)生能在學(xué)習(xí)過程中從單純的實用主義方法過渡到更廣闊的理論視野。上述進行的教學(xué)活動是基于“學(xué)會學(xué)習(xí)、學(xué)會實踐、學(xué)會團隊協(xié)作”三個方面所提出的建設(shè)性設(shè)想，此外，在實踐課程的教學(xué)過程中教育學(xué)生成為創(chuàng)造性思維者和創(chuàng)造性問題解決者也是我們所力達的教學(xué)目標(biāo)。

參考文獻：

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［2］劉媛媛，李博淵，劉永娟.土木工程材料實驗多面向教學(xué)探索［J］.科教文匯（上旬刊），2020（11）：7374.

［3］顧亞敏，宋旭艷，郜志海.“混凝土設(shè)計—耐久性為目標(biāo)”的土木工程材料創(chuàng)新性實驗教學(xué)實踐［J］.科教導(dǎo)刊，2022（13）：113115.

［4］徐方，朱婧，顧功輝.《土木工程材料》實驗課程研究型教學(xué)方法分析與實踐［J］.教育教學(xué)論壇，2018（12）：279280.

［5］陳偉，李薈，王軍華，等.基于綜合素質(zhì)提升的土木工程材料實驗教學(xué)改革［J］.廣西教育學(xué)院學(xué)報，2018（04）：156160.

［6］段海娟，王英.基于ADDIE模式的土木工程材料實驗課混合式教學(xué)探索［J］.實驗室研究與探索，2021，40（08）：159162.

［7］權(quán)娟娟，傅少君，羅滔，等.產(chǎn)出導(dǎo)向的“土木工程材料”課程實驗教學(xué)改革研究［J］.教育教學(xué)論壇，2021（23）：4144.

基金項目：全國青年教師教育教學(xué)研究課題（2018?QNJ032）

作者簡介：朱婧（1982—?），女，漢族，湖北武漢人，工學(xué)碩士，講師，研究方向：土木工程材料課程教學(xué)研究。