中美高校土木工程材料課程教學差異研究

張?zhí)O 金祖權 張鵬 崔祎菲 鮑玖文

摘? 要：對中美高校土木工程材料課程的課堂授課、實驗及考核等方面進行比較研究。美國的土木工程材料課程設置及講授注重實驗和工程應用，重基礎知識和自主學習。我國注重課堂基礎教學，提倡線上教育。提出我國高校應適度增加實驗學時，并根據(jù)專業(yè)方向不同對授課內容有所側重；可借鑒美國的研究生助教制度，強化課堂和實驗教學的指導以及課下與學生的溝通交流，進一步提高教學質量。

關鍵詞：土木工程材料；工程實踐；中美高校；教學差異；學時分配

中圖分類號：G640? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）05-0001-06

Abstract： This paper presents a comparative study made on the classroom teaching， experimentation and assessment of the Civil Engineering Materials courses between Chinese and American universities. Compared with domestic universities， more school hours are allocated to the experimentation in America， which illustrates the America universities putting great emphasis on students' mastery of basic knowledge and students' improvement of practical and engineering abilities， as well as their independent learning ability. In terms of teaching mode， online education is playing an increasingly important role in domestic universities. It has been proposed in this paper that Chinese universities should increase experimental hours appropriately and start to use different teaching content according to different majors. In addition， the teaching assistant system in the United States is worth learning by domestic colleges and universities. It can strengthen the communication between teachers and students after class and hereby improvethe quality of teaching.

Keywords： Civil Engineering Materials; engineering practice; Chinse and American universities; teaching differences; allocation of hours

土木工程材料課程是土木工程及相關專業(yè)的一門必修技術基礎課， 理論性、 實踐性、 綜合性很強。在新工科國際化人才需求及建設土木工程學科國際化課程教育體系的大背景下[1-3]，國內學者近年來對美國[4-5]、日本[6]、歐洲[7]、澳洲[8]等的工科課程課堂授課及實驗授課的模式進行了研究，并加以學習、借鑒和吸收。本文以美國密蘇里大學和青島理工大學（以下簡稱“我校”）為例，通過訪學得到的第一手資料對中美兩國土木工程專業(yè)的土木工程材料課程授課情況進行了比較，包括課堂授課、實驗開設及考核方式等方面。鑒于我校土木工程專業(yè)在全國高校排名30名左右，而密蘇里大學土木工程學科全美排名40名左右，雙方的比較具有一定的代表性和參考性。我校土木工程材料課程2016年入選第一批“國家級精品資源共享課”，基本能反映國內同類高校的授課情況。

一? 課程目的

美國密蘇里大學土木工程材料課程的主要目的是著重于應用型人才培養(yǎng)，強調學生對于基本概念、不同建筑材料的基本性能測試方法及所依據(jù)的各種標準及細則的掌握。培養(yǎng)學生可以應用不同的策略解決與建筑材料相關的實際問題的能力。尤其強調了這種能力包括作為個體（as an individual）和作為合格團隊一員（as a team member）的能力。這種能力主要在小組作業(yè)及實驗過程中加以培養(yǎng)和強化，美國之所以在一門專業(yè)課中強調合作能力并著重提出，體現(xiàn)了美國人對溝通能力和團隊精神的推崇。這在某種程度上與我國現(xiàn)在提倡的將“思政教育”潛移默化地融進課堂教育的思想相似。而我校土木工程材料課程的目的主要服務于應用研究型人才培養(yǎng)目標，配合近些年碩博士研究生招生規(guī)模的逐年增加，要求學生不僅掌握土木工程材料基礎知識和專業(yè)知識，用于推演、分析專業(yè)工程問題，還要能具備一定的科研能力，為以后碩、博士階段的繼續(xù)深造打下基礎。

二? 課程內容與設置

（一）? 課堂授課

表1和表2列舉了中美高校土木工程材料（以下簡稱“本課程”）課堂授課的主要內容及學時分配情況，可以看出，美國課程除基本的建材種類及定義、各種術語、配合比計算、各種材料的基本性能及測試方法外，還有幾個不同于國內的顯著特點。

1）國內概論部分，是對土木工程材料課程的介紹，基本設置1個學時，一般會簡要介紹課程主要內容，學時分配、實驗部分和考核方式等。而密蘇里大學設置了4個學時，在4個學時中除了教授和國內相似的內容，還著重講了土木工程材料歷史的發(fā)展，東西方的差異，及基本上把本課程所涉及的概念及之間的內在聯(lián)系全部講授完，從第一次課開始就布置大量閱讀任務（reading assignment）和課后作業(yè)（homework），在閱讀任務中不僅有大量的背景知識還有最新的學術論文，在課后作業(yè)中有大量聯(lián)系工程實際的內容，比如講到混凝土開裂的概念時，要求學生從身邊的建筑、道路、橋梁中拍攝裂紋的圖片，先對開裂有一個非常直觀強烈的印象，并在后續(xù)的混凝土高級課堂中結合討論其成因機理等，這些都幫助學生迅速地認識本課程并快速深入進去。所以美國概論課在某種程度上是一種“大概論”。

2）課程內容中瀝青混合料所占比重較大，涉及瀝青性能及瀝青混凝土的相關知識點，美國高校這部分明確的課堂授課時間占總學時的13.9%，我校只有10%；涉及瀝青的實驗項目有2次課6個學時，包括瀝青混合料集料及拌合實驗（表3），占項目總數(shù)的1/4。這與美國的國情是分不開的。美國是“車輪上的國家”，美國的交通主要靠公路，主要交通工具是汽車。無論是生活還是物資，產品的運輸大部分都依賴公路交通，這就使道路用瀝青混凝土材料顯的尤為重要，所以美國各大學的土木工程專業(yè)建筑材料授課中，這部分內容占有的比重較高，而國內只有道橋方向的學生在學習這門課時才會有所側重。

3）國內授課水泥、砂漿、混凝土及功能材料等各部分之間涇渭較分明，且涉及水化、耐久性等機理部分內容較多，與緒論一樣，美國老師上課時則把水泥和砂漿的內容揉進了混凝土初步和高級兩部分，并著重講述了骨料性能和混凝土性能，注重知識之間的串聯(lián)，引導學生自己建立知識體系，體現(xiàn)了其課程目標及定位，即注重綜合應用，注重工程能力的培養(yǎng)。

4）美國授課教師一般不指定教科書，但會給學生布置大量的課前相關閱讀、預習、知識背景了解等，并且在上課時默認學生都已完成，國內高校學生自主學習有待加強[9]。國內在講授時總是盡可能多講，以“教”為中心，以“教師講學生聽”為主。美國高校教師授課時在課堂上表現(xiàn)為引導學生思考，以學生為中心，同時結合授課教師本身的研究方向予以擴展和延伸，學生在課堂上也經(jīng)常會向教師提問或質疑。

（二）? 實驗授課

表3和表4分別為美中高校土木工程材料課程開設實驗的情況，可以看出，美國高校本課程的實驗學時遠遠多于國內，達到了24學時，而我校只有10學時，美國實驗比重較大是與其課程目的相對應，美國本科著眼于職業(yè)能力的培養(yǎng)，注重培養(yǎng)工程實用型人才，重視基本實驗技能的掌握及通過具體實驗過程增加對基本概念及術語的理解。所以通過大量實驗來驗證和鞏固理論知識， 增強感性認識， 同時鍛煉和培養(yǎng)學生的實踐動手能力和科研能力， 為將來的學習和研究工作打下基礎。

土木工程材料課程的實驗有一個較為明顯的特點就是周期長，美國的實驗學時及內容設置充分考慮到了這個特點，給學生提供了一個較寬松的時間、空間條件。例如，密蘇里大學的混凝土實驗分為骨料性能、混凝土成型和硬化體性能測試3個實驗項目，分3個不同的時間段進行，每次3學時，這充分考慮到每階段所需要的時間及實驗數(shù)據(jù)的前后關系。而國內高校普遍將混凝土實驗設為1個實驗項目，包括配合比設計、拌合、強度測試三部分內容，但普遍只給予3學時的時長[10]。眾所周知，從混凝土成型到進行強度測試，最少也需要間隔3 d的養(yǎng)護時間，這給實驗教學的組織和實施都帶來了一定的困難。

近幾年，隨著教育部大力支持教學教改研究項目，國內高校在引導學生掌握基本方法的同時，采取許多靈活的方法提高實驗效能，增加綜合性設計性實驗的比重[11]，我校在近些年的土木工程材料實驗教學授課中，也逐步加大綜合類及設計類實驗項目的比重。在具體實驗小項和實驗設備沒有大改變的前提條件下，引導學生拓寬思路，培養(yǎng)學生解決工程實踐、實際問題的能力。比如，在水泥性質測試實驗中，改變了以往逐項介紹水泥標準稠度用水量、安定性、凝結時間及砂漿強度和水泥細度等的具體測試方法，然后讓學生逐一操作的教學模式，改為提供一份水泥，讓學生自己查閱相關標準，獨立自主確定應檢測哪些項目才能對水泥是否是合格產品進行檢測鑒定，根據(jù)水泥品種的不同測試項目會有差別。這樣就鍛煉了學生思考問題及解決問題的能力，而不是機械地去學習相關實驗操作，增加了學生的學習興趣。

與國內強調的增加綜合性設計性實驗的趨勢不同，密蘇里大學雖然混凝土實驗學時項目較多，但基本仍為面向工程實踐的傳統(tǒng)類基礎實驗，比如其混凝土配比相對較單一且固定，但極為側重對相關規(guī)范、檢驗方法和標準的掌握。而我校的混凝土配合比綜合性實驗引導學生就一個綜合課題展開配合比設計，配合比組數(shù)經(jīng)常達到十數(shù)組，學生之間共享實驗結果去完成實驗報告，在最大程度上服務于應用研究型人才培養(yǎng)的目標。但某種程度上國內由于學時有限，追求在較為集中的時間里使學生最大程度地接觸實驗，且由于實驗條件、實驗時間和組織管理上的限制，學生在實驗基本功方面有待加強。在實驗依據(jù)方面我國實驗主要依據(jù)國家標準和行業(yè)標準，美國主要依據(jù)協(xié)會標準和州交通部標準。

三? 考核方式及成績構成

我校本課程考核包括平時成績、實驗成績和期末考試成績，平時成績中線上學習情況占總成績的10%，線下作業(yè)5%，課堂討論5%，每一項按百分制單獨計分，平均值作為最終平時成績。成績比例及考核細則如圖1所示。美國試卷成績占55%，我校為50%，相差不大，但美國試卷成績比較分散，分為期中三次測驗和期末一次總測驗。且實驗成績、期中成績和期末成績三項中有兩項達不到及格（C）標準，直接視為本課程不合格，在無特殊情況不安排補考，直接重修。“寬進嚴出”一直是美國高等教育異于我國的地方，密蘇里大學每年都有近1/3的學生拿不到畢業(yè)證，原因之一就是課程考核達不到規(guī)定要求且一般沒有補考。

國內近幾年開始強調線上教育的重要性及參與度[12]，有些學校有制度性指標，比如對學生的登錄次數(shù)，老師的線上輔導時間有硬性要求。我校的成績中亦比密蘇里大學多了線上成績10%的要求。雖然美國高校計算機的應用遠比我國要早及廣泛，但密蘇里大學只是由老師將學習資料（課堂資料、實驗資料）上傳到課程網(wǎng)頁，學生登陸后可自由下載查看，除此之外并沒有硬性要求學生的登錄次數(shù)、網(wǎng)上必須完成的習題等，但學生的部分實驗報告可在線提交，教師在線批改給出成績。

四? 授課情況

授課形式上，密蘇里大學實施20～25人小班化教學，每次課1學時，師生比遠高于國內；教師教案是PPT電子教案和書面教案相結合，基本各占50%，而國內有全面電子化教案的趨勢，尤其在年輕教師中板書教學越來越弱化。電子PPT有時存在節(jié)奏過快，學生印象模糊等缺點，板書教學有其特有的優(yōu)勢，可以吸引學生注意力，調節(jié)課堂節(jié)奏，應提倡電子教案和板書的適度結合[13]，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢。

在授課教師組成上，美國高校存在成熟的RA（科研助理，researching assistant）和TA（教學助理，teaching assistant）制度，均由博、碩士研究生擔任。但多數(shù)為博士研究生。其中TA可以承擔實驗教學任務，從下發(fā)實驗指導書到實際指導學生實驗操作到最后給出實驗成績，均由TA來完成。但TA一般不獨立承擔，通常是由不同級的2～3人共同承擔，以保證在新舊更替時的教學質量。TA也可以幫助授課教師承擔課堂教學的輔助工作，比如批改課后作業(yè)、批改試卷、線上線下負責給學生答疑等。學有余力的學生，或自主要求，或由教師招募，在語言和績點達到一定要求后，參加學院組織的面試和答辯后可獲得參與的機會。學校需同時給予學生一定的勞務報酬。國內雖然通常會由課堂授課教師兼職或專職的實驗教師進行實驗授課，但建筑材料類實驗課會涉及大量的實驗材料準備及數(shù)據(jù)處理等課下輔導工作，所以也可以在實驗教學方面借鑒這種助教制度，聘請一定量的碩、博士作為實驗授課教師的輔助人員，一方面可以緩解實驗人員配備不足，對學生課下溝通指導能夠更充分，還可以使碩博士的個人能力得到鍛煉。

五? 建議

比較中美高校土木工程材料課程教學之異同，有幾方面可以討論和借鑒。

（一）? 課程內容方面

可以因科研資源、專業(yè)方向、地域等不同有所側重。例如，可視土木、建筑、隧道和材料等專業(yè)方向不同，在課堂內容安排上有不同側重；或者根據(jù)高校各自的科研優(yōu)勢，將科研資源融入教學內容，再比如沿海高校也可適當增加海工混凝土等有針對性的實驗項目等，打造特色課程。

（二）? 學時分配方面

適度增加實驗比重甚至可以考慮單獨設置實驗課。土木工程材料是一門實用性很強的土木工程專業(yè)課程， 只有通過一定強度的實驗才能使學生對土木工程材料有一定的感性認識， 對相關規(guī)范、檢驗方法和評價標準有初步的了解和掌握。不管是工程實踐還是科學研究，動手能力都是重要一環(huán)，不應培養(yǎng)只會紙上談兵的人才。美國高校實驗人員配置、場地設備等條件普遍優(yōu)于國內，我國實驗教學比重小，在掌握實驗技能及通過實驗鞏固深化課堂知識上存在不足，實驗學時應適度增加。在有條件時還可以考慮單獨設課。目前我國高校中只有清華大學、浙江大學、重慶大學等為數(shù)不多的高校對土木工程材料實驗教學單獨設課。單獨設課可以給予實驗老師更大的自主權來安排實驗過程，也能給予學生更大的動力來學習這門課。在不減少基礎實驗學時的基礎上，給學生更大的發(fā)揮空間。

（三）? 教學手段方面

不論是理論授課還是實驗授課，均加大網(wǎng)絡化和信息化建設，引導教師及學生的積極投入、參與線上網(wǎng)絡教育，建設網(wǎng)絡教學資源。我國線上教學的巨大作用和優(yōu)勢在新冠病毒感染疫情期間已經(jīng)得到了充分展現(xiàn)。在常態(tài)教學中，也應該注重充分發(fā)揮線上教學的獨特優(yōu)勢。除理論授課外，實驗教學也應該充分利用“視頻+文字”的形式，改革傳統(tǒng)純文字形式的實驗指導書（簡單包括實驗目的、實驗步驟、實驗器材和若干思考問題），必要時穿插一些編程、大數(shù)據(jù)、建模等。豐富的視頻會給學生更直觀的印象，也更具有科學性，更加形象生動具體。編程大數(shù)據(jù)等的應用更能增加學生興趣，從而更有利于學生知識掌握、開拓思路及擴展。而在國際合作和全球科技融合大背景下，土木工程材料實驗雙語教學也可以加以開展。

六? 結論

1）課程的培養(yǎng)目標定位方面，美國本科階段特色分明，即注重夯實專業(yè)基礎和職業(yè)技能訓練，致力于培養(yǎng)實用型/應用型/工程型人才，我校則由應用型向應用研究型轉變，應根據(jù)不同國情、自身定位、社會崗位需求等制定不同的授課目標。

2）應根據(jù)高校自身及地域特點等發(fā)展特色教學，增加實驗教學的比重，在線上網(wǎng)絡教育方面，引導教師及學生積極參與，在夯實基礎知識的同時實現(xiàn)教學效果的整體提升。

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