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摘要：從土木工程材料課程教學(xué)過程中的四個(gè)痛點(diǎn)問題入手，立足以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，從教學(xué)內(nèi)容改革、實(shí)踐教學(xué)增強(qiáng)及引入工程案例等三個(gè)方面，對(duì)該課程的教學(xué)模式進(jìn)行了創(chuàng)新改革，很好地培養(yǎng)了學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)興趣，并引導(dǎo)學(xué)生對(duì)土木工程材料的發(fā)展進(jìn)行更深層次的思考，激發(fā)學(xué)生在土木工程專業(yè)方面的創(chuàng)新思維，最終取得較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：土木工程材料；教學(xué)創(chuàng)新；改革思路

一、土木工程材料課程的價(jià)值和教學(xué)中的痛點(diǎn)問題

土木工程材料課程是土木工程專業(yè)及相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)課程，對(duì)土木工程及相關(guān)課程起支撐作用。長期以來，受種種原因的影響，土木工程材料課程的教學(xué)效果未能達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)，具體有以下四個(gè)方面的問題。（1）土木工程材料課程涵蓋無機(jī)膠凝材料、金屬材料、有機(jī)高分子材料及復(fù)合材料四種類型的工程材料，教學(xué)內(nèi)容繁雜，且各類建筑工程材料之間無相關(guān)聯(lián)系，導(dǎo)致學(xué)生融會(huì)貫通難度較大，且難以實(shí)現(xiàn)靈活運(yùn)用。（2）本課程教學(xué)中涉及的概念和經(jīng)驗(yàn)性的知識(shí)點(diǎn)較多，理論推導(dǎo)及計(jì)算內(nèi)容相對(duì)較少，學(xué)生在學(xué)習(xí)中較吃力，課堂教學(xué)氣氛不佳。同時(shí)，本課程對(duì)現(xiàn)場實(shí)踐內(nèi)容要求較多，但實(shí)際教學(xué)中教師和學(xué)生缺乏到現(xiàn)場實(shí)踐參觀、操作的機(jī)會(huì)，學(xué)生對(duì)各類型工程材料性質(zhì)缺乏直觀認(rèn)識(shí)，導(dǎo)致學(xué)生的知識(shí)生成不足，進(jìn)而造成理論知識(shí)與實(shí)踐脫節(jié)的現(xiàn)實(shí)問題。（3）隨著建筑工程行業(yè)的發(fā)展，新材料、新技術(shù)等不斷發(fā)展和應(yīng)用，對(duì)土木工程材料課程教學(xué)內(nèi)容的時(shí)效性提出了較高要求，但由于教材內(nèi)容編寫滯后于建筑工程行業(yè)發(fā)展，導(dǎo)致課程教學(xué)內(nèi)容與行業(yè)發(fā)展存在一定的差距。（4）課程教學(xué)受時(shí)長限制。土木工程專業(yè)學(xué)時(shí)為34學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課程為17學(xué)時(shí)，短時(shí)間內(nèi)難以將課程教學(xué)內(nèi)容全面、細(xì)致地展開講授，導(dǎo)致課程教學(xué)質(zhì)量與預(yù)期目標(biāo)存在一定的差距。

二、土木工程材料課程教學(xué)改革思路和創(chuàng)新舉措

（一）基于教材和大綱修訂的教學(xué)內(nèi)容改革

隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，土木工程材料種類日益繁多，且新的材料體系不斷增多，新材料、新技術(shù)層出不窮，部分教材中采用的材料技術(shù)可能在工程實(shí)踐中較少應(yīng)用，甚至面臨淘汰的問題，在該問題下，由于學(xué)生對(duì)工程實(shí)踐了解不夠深入，難以通過課堂教學(xué)把握學(xué)習(xí)難點(diǎn)和重點(diǎn)。因此有必要從教材和大綱修訂開始進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的改革。本課程教材是學(xué)院柳俊哲教授主編的《土木工程材料》，為2015年修訂后的第三次再版。新版教材強(qiáng)化了混凝土和混凝土材料章節(jié)，增加了部分水泥內(nèi)容，并按最新的水泥檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)更新了水泥檢測(cè)試驗(yàn)內(nèi)容，弱化了部分混凝土材料內(nèi)容，如刪減了粗骨料、細(xì)骨料等材料部分內(nèi)容。2017年起，我校教研團(tuán)隊(duì)對(duì)土木工程材料課程教學(xué)大綱進(jìn)行修訂，對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)、編排，力求與建筑行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)相符，與工程施工實(shí)際相結(jié)合，促進(jìn)學(xué)生學(xué)以致用。經(jīng)重新編排后，課程教學(xué)內(nèi)容以水泥、混凝土、鋼材、瀝青、瀝青混合料為建筑工程材料為主，以新型墻體材料、節(jié)能材料為次要中單，兼顧功能性材料和合成高分子材料，并重新劃分了學(xué)時(shí)，其中水泥、混凝土、鋼材及瀝青、瀝青混凝土部分的學(xué)時(shí)占到了總學(xué)時(shí)的73%。大綱修訂之后，土木工程材料課程授課內(nèi)容重點(diǎn)突出，并且均有相應(yīng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)課程。其中墻體材料、建筑鋼材及瀝青材料的試驗(yàn)采用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行。

（二）基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐教學(xué)創(chuàng)新改革

本課程中，材料試驗(yàn)是整個(gè)教學(xué)體系中的重要環(huán)節(jié)，其教學(xué)目標(biāo)是通過科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，培養(yǎng)學(xué)生的科研能力和嚴(yán)謹(jǐn)縝密的科研態(tài)度，通過課程試驗(yàn)掌握土木工程材料檢測(cè)、試驗(yàn)方法，實(shí)現(xiàn)理論知識(shí)與實(shí)踐操作相結(jié)合。由于學(xué)生接觸工程實(shí)踐機(jī)會(huì)較少，因此，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是學(xué)生為數(shù)不多的實(shí)踐機(jī)會(huì)，是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情的絕佳機(jī)會(huì)，要求教師把握教學(xué)機(jī)會(huì)，順勢(shì)引導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手、獨(dú)立思考、分析問題和解決問題的能力。實(shí)驗(yàn)過程中。教師應(yīng)盡量避免大包大攬的教學(xué)管理模式，重點(diǎn)突出學(xué)生在課程實(shí)驗(yàn)中的主體地位，由學(xué)生在教師的指導(dǎo)下自行開展實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)處理、實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫等過程。針對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題，教師應(yīng)在小組學(xué)生充分思考、討論的基礎(chǔ)上給予指導(dǎo)，針對(duì)部分共性問題，組織全班學(xué)生參與討論，最后由教師做總結(jié)和解答。該課程驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)課共安排了17學(xué)時(shí)，事實(shí)上這些實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，為了更好地幫助學(xué)生理解掌握土木工程材料的技術(shù)性質(zhì)，對(duì)一些驗(yàn)證試驗(yàn)比較費(fèi)時(shí)、操作難度較大的材料技術(shù)性質(zhì)試驗(yàn)采用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。

（三）新型工程材料及其應(yīng)用工程案例在教學(xué)過程中的導(dǎo)入

土木工程材料教學(xué)團(tuán)隊(duì)在授課過程中可結(jié)合自身科研和現(xiàn)代材料的發(fā)展，事先設(shè)計(jì)選擇，將實(shí)際工程中使用的新材料、新標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容作為授課的一部分。比如，在講授第一章“材料基本性質(zhì)”這部分內(nèi)容時(shí)，涉及很多概念：如強(qiáng)度、耐水性、抗?jié)B性及耐火性等基本性質(zhì)。理解和掌握這些基本性能概念是學(xué)習(xí)各項(xiàng)土木工程材料性能的基礎(chǔ)。然而這些概念都很抽象，如果只是死記硬背，教學(xué)效果就很差，尤其是學(xué)生，很難在后面的相關(guān)學(xué)習(xí)中培養(yǎng)起興趣。針對(duì)這些問題，教學(xué)團(tuán)隊(duì)在課前均可進(jìn)行相應(yīng)的案例導(dǎo)入設(shè)計(jì)。比如抗凍性基本概念的學(xué)習(xí)，在講解發(fā)生凍融循環(huán)破壞時(shí)，材料必須與水接觸內(nèi)部含有水分，且受外界環(huán)境的影響才會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)凍了融、融了凍的問題，最終導(dǎo)致材料出現(xiàn)剝蝕性的破壞。講到此處時(shí)，老師及時(shí)導(dǎo)入凍融破壞的案例，結(jié)合案例可以很形象地讓學(xué)生理解材料的抗凍性失效的機(jī)理及破壞形態(tài)，起到了很好的教學(xué)效果。在講授材料的耐火性時(shí)，引入美國9•11事變的世貿(mào)雙子塔被飛機(jī)撞毀而瞬間坍塌的案例。該案例中雙子塔中心由四十幾根鋼柱支撐，周圍是由網(wǎng)狀的鋼柱包圍。而鋼材的弱點(diǎn)之一就是耐火性太差。高溫條件下，鋼材強(qiáng)度下降較快，以普通低碳鋼抗拉強(qiáng)度為例，350℃時(shí)，抗拉強(qiáng)度大幅度下降，至500℃時(shí)降至常溫條件下抗拉強(qiáng)度一般，600℃環(huán)境下，抗拉強(qiáng)度僅為常溫條件下的1/3，而這正是鋼材瞬間坍塌的重要原因。這個(gè)案例既可以幫助把材料的耐火性講授清楚，更是讓學(xué)生對(duì)鋼結(jié)構(gòu)耐火性差的特點(diǎn)記憶深刻，教學(xué)效果突出。在該課程中關(guān)于水泥、水泥混凝土、砂漿、建筑鋼材及瀝青等土木工程材料的授課過程中，均針對(duì)關(guān)鍵教學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容引入相應(yīng)的工程案例，這樣不僅可以幫助學(xué)生掌握關(guān)鍵的知識(shí)內(nèi)容，而且可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在授課過程中以國內(nèi)外知名的建筑工程結(jié)構(gòu)采用的新型工程材料作為素材，比如授課中結(jié)合寧波江北中興大橋鋼-UHPC結(jié)構(gòu)橋面中的超過性能混凝土（UHPC）的應(yīng)用案例，可引入意大利館外墻透明混凝土應(yīng)用案例，通過引入新型土木工程材料，不僅形成了不同透明度漸變效果，而且通過折射自然光，減少了室內(nèi)采光照明，達(dá)到了建筑節(jié)能的目的。正是采用引入案例進(jìn)行對(duì)比的方法，來學(xué)習(xí)課程中普通水泥混凝土的相關(guān)知識(shí)內(nèi)容，才幫助學(xué)生更好地理解掌握水泥混凝土的技術(shù)性能，這也在一定程度上激發(fā)了學(xué)生對(duì)現(xiàn)代混凝土材料技術(shù)發(fā)展的學(xué)習(xí)熱情。

三、基于教學(xué)創(chuàng)新模式改革的教學(xué)效果評(píng)價(jià)及反思

課程教學(xué)中，教師團(tuán)隊(duì)通過在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法兩個(gè)方面不斷創(chuàng)新，經(jīng)過三年的教學(xué)實(shí)踐，學(xué)生普遍反饋良好，取得了良好的教學(xué)效果。但對(duì)于不同專業(yè)的學(xué)生而言，由于土木工程材料課程專業(yè)性較強(qiáng)，要求教師加強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法的探索與總結(jié)，提高教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法的適用性。對(duì)比近三年來土木工程材料課程的教學(xué)目標(biāo)達(dá)成情況，看出在2018年教學(xué)大綱實(shí)施以來，該課程的分目標(biāo)達(dá)成情況從2017—2018學(xué)年的75%，提高到了2018—2019學(xué)年及2019—2020學(xué)年的80%。該課程教學(xué)方法和內(nèi)容改革之后的教學(xué)效果也可以通過系統(tǒng)的學(xué)評(píng)價(jià)得到一定程度的體現(xiàn)。2018—2019學(xué)年，專業(yè)學(xué)生對(duì)主講教師評(píng)教分達(dá)到92.54分，2019—2020學(xué)年，該分?jǐn)?shù)為94.33分，高于專業(yè)其他課程評(píng)教得分8~12分。因此可以根據(jù)該學(xué)教評(píng)價(jià)結(jié)果大體判斷學(xué)生學(xué)習(xí)這門課程還是具有一定的興趣，尤其表明學(xué)生對(duì)該課程的教學(xué)還是很滿意的。

四、結(jié)語

在土木工程材料課程教學(xué)中，教師應(yīng)從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和教學(xué)方法方面不斷探索和創(chuàng)新，圍繞學(xué)生掌握課程理論知識(shí)和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)為抓手，以學(xué)生自學(xué)能力培養(yǎng)和科研動(dòng)手能力培養(yǎng)為目標(biāo)，瞄準(zhǔn)建筑行業(yè)的前沿知識(shí)，不斷完善和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，加大教學(xué)方法的創(chuàng)新力度，提高課程教學(xué)的時(shí)效性、實(shí)效性。在授課形式上，教師可在課堂教學(xué)中引入工程案例，并合理設(shè)置課堂問題引發(fā)學(xué)生思考和討論，促使學(xué)生形成獨(dú)立思考的良好習(xí)慣。在課程實(shí)踐環(huán)節(jié)，教師應(yīng)通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在完成驗(yàn)證性項(xiàng)目之外，鼓勵(lì)有興趣、有能力的學(xué)生設(shè)計(jì)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生提供更多的實(shí)踐機(jī)會(huì)，促使學(xué)生理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，促進(jìn)土木工程材料課程教學(xué)質(zhì)量的提升。

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作者:巴明芳 單位:寧波大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院