土木工程材料砂漿設(shè)計性實驗教學(xué)改革研究

王恒昌+楊醫(yī)博+郭文瑛

doi：10.11835/j.issn.1005-2909.2014.01.036

收稿日期：2013-08-16

基金項目：華南理工大學(xué)2010年度校級實驗教學(xué)改革項目——砂漿設(shè)計性實驗的改進；華南理工大學(xué)2009年度本科教育產(chǎn)學(xué)研合作項目——土木工程材料實踐基地體系建設(shè)；華南理工大學(xué)2010年度校級教學(xué)改革項目——土木工程材料課程教學(xué)網(wǎng)站建設(shè)

作者簡介：王恒昌（1984-），男，華南理工大學(xué)土木與交通學(xué)院助理實驗師，碩士，主要從事土木工程材料實驗研究，（E-mail）cthcwang@scut.edu.cn。

摘要：傳統(tǒng)土木工程材料實驗均為演示性和驗證性實驗，學(xué)生參與主動性不高，教學(xué)效果不理想。為適應(yīng)教育部和學(xué)校對實驗教學(xué)改革的要求，進行了土木工程材料實驗教學(xué)改革，設(shè)立了砂漿設(shè)計性實驗。通過幾年的教學(xué)實踐發(fā)現(xiàn)，實驗教學(xué)質(zhì)量明顯提高，不僅使學(xué)生加深了對相關(guān)知識的掌握，而且鍛煉了學(xué)生的綜合素質(zhì)，提高了其學(xué)習(xí)的主動性和對專業(yè)的興趣。

關(guān)鍵詞：土木工程材料；砂漿；設(shè)計性實驗；教學(xué)改革

中圖分類號：TU3-4；G642.423 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1005-2909（2014）01-0139-03

實驗是科學(xué)研究的重要手段，實驗教學(xué)就是教育學(xué)生利用實驗手段觀察現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)問題、探索規(guī)律、還問題以本質(zhì)的方法[1]，是培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際及創(chuàng)新能力、增強動手能力、提高分析問題、解決問題能力的重要途徑。因此，實驗教學(xué)在本科教學(xué)中的重要性不言而喻。傳統(tǒng)實驗教學(xué)以演示性和驗證性實驗為主，主要是驗證理論的正確性或達到理論再現(xiàn)性的目的[2]。學(xué)生完全處于被動局面，缺乏應(yīng)用的積極性與主動性，不利于學(xué)生思維的擴展，很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新欲望[3]。

國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）中指出，“高等教育要堅持能力為重，優(yōu)化知識結(jié)構(gòu)，豐富社會實踐，強化能力培養(yǎng)，著力提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，實踐能力、創(chuàng)新能力、教育學(xué)生學(xué)會知識技能，學(xué)會動手動腦”。因此，為配合國家教育的改革和發(fā)展，創(chuàng)新教育教學(xué)觀念，深化人才培養(yǎng)模式改革，加快教育創(chuàng)新，加速構(gòu)建高水平研究型大學(xué)的本科教學(xué)體系，華南理工大學(xué)設(shè)立了實驗教學(xué)改革項目，資助在實驗教學(xué)中開展設(shè)計性實驗和綜合性實驗建設(shè)。

土木工程材料作為土木工程等相關(guān)專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程，其實驗教學(xué)質(zhì)量的高低對學(xué)生相關(guān)知識的掌握和綜合能力的培養(yǎng)有著重要影響。按照學(xué)校教學(xué)大綱規(guī)定，土木工程材料共48個學(xué)時，其中課堂教學(xué)38個學(xué)時，實驗教學(xué)10個學(xué)時。 土木工程材料實驗開設(shè)水泥、砂、石、混凝土、砂漿、瀝青、瀝青混合料、鋼筋等實驗內(nèi)容。從內(nèi)容上看，混凝土、砂漿、瀝青混合料均適合開設(shè)設(shè)計性實驗，但是混凝土和瀝青混合料實驗需要使用的原材料多，且學(xué)時要求較多，難以在課內(nèi)安排實驗；而砂漿實驗所用材料種類和數(shù)量相對較少。當(dāng)數(shù)據(jù)不理想時，砂漿實驗影響因素便于分析，重新調(diào)整所用時間短，學(xué)時要求較少。

綜合上述考慮，在現(xiàn)有教學(xué)大綱學(xué)時不變的前提下，將砂漿實驗改為設(shè)計性實驗獲得了學(xué)校的資助。混凝土和瀝青混合料也開設(shè)了設(shè)計性實驗，但是以土木工程材料設(shè)計性實驗選修課的形式進行，供學(xué)有余力或者對土木工程材料實驗有興趣的學(xué)生選修。筆者以砂漿設(shè)計性實驗教學(xué)改革的方法和效果為例進行詳細(xì)介紹。

一、傳統(tǒng)砂漿實驗教學(xué)方法

傳統(tǒng)砂漿實驗教學(xué)中，實驗設(shè)置為2個學(xué)時。在教學(xué)形式上，教師按實驗指導(dǎo)書進行講解，并提供砂漿配合比及實驗操作方法及步驟，學(xué)生按照教師的講解機械地模仿實驗過程。在實驗設(shè)置上，所有的實驗都是驗證性實驗。學(xué)生的動手能力及分析問題、解決問題的能力得不到體現(xiàn)。這種教學(xué)的結(jié)果造成了學(xué)生實驗?zāi)康牟粔蛎鞔_，準(zhǔn)備不充分，單純?yōu)樽鰧嶒灦鴮嶒?。也很難將課堂上所學(xué)到的理論知識與實驗結(jié)合起來。缺乏對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，使學(xué)生技術(shù)化，而不是科研型、創(chuàng)新型[4]。因此，必須改變傳統(tǒng)的“實驗員準(zhǔn)備實驗，教師講解，學(xué)生照做”的灌輸式實驗課教學(xué)模式，建立以學(xué)生為主體的教學(xué)模式，充分調(diào)動學(xué)生的主動性與積極性。

傳統(tǒng)砂漿成分相對單一，但隨著科技的發(fā)展及環(huán)保節(jié)能的要求，越來越多的礦物摻合料、外加劑和保水增稠材料將作為功能性組分摻入到砂漿中[7]，賦予砂漿新的性能，新的砂漿品種也應(yīng)運而生。砂漿性能朝高性能方向發(fā)展，傳統(tǒng)的測試方法已經(jīng)不能滿足如今砂漿發(fā)展的要求，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)在近幾年均進行了修訂。如《砌筑砂漿配合比設(shè)計規(guī)程》（JGJ/T 98—2010）中取消了分層度指標(biāo)，增加了砂漿保水率的要求[5]；《建筑砂漿基本性能實驗方法》（JGJ 70—2009）中增加了砂漿保水性實驗、拉伸粘結(jié)強度實驗，立方體抗壓強度實驗中每組試塊數(shù)量由6塊變成3塊，實驗用底模材質(zhì)也由磚底模變?yōu)殇摰啄；蛩芰系啄５萚6]；《抹灰砂漿技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 220—2010）中也對各種抹灰砂漿的保水性、拉伸粘結(jié)強度等作了新的規(guī)定[7]。

因此，針對以前實驗教學(xué)中存在的各種不足及砂漿品種和性能檢測的發(fā)展，在綜合分析的基礎(chǔ)上，對砂漿設(shè)計性實驗教學(xué)方法進行了改革。

二、砂漿設(shè)計性實驗教學(xué)方法

設(shè)計性實驗的定義是指實驗室給定實驗?zāi)康?、要求和實驗條件，由學(xué)生自行設(shè)計實驗方案并加以實現(xiàn)[8]。一個完整的實驗過程，應(yīng)能形成與該實驗相關(guān)的知識體系，包含文獻綜述、熟悉和了解與實驗內(nèi)容相關(guān)的材料性能、整個實驗設(shè)計原理和方法、實驗過程的影響因素、實驗可能的結(jié)果、實驗過程的操作、結(jié)果計算，以及對實驗過程出現(xiàn)的現(xiàn)象進行分析總結(jié)等[9]。因此，對于砂漿設(shè)計性實驗，在以下方面進行了建設(shè)。

首先，在實驗學(xué)時和實驗硬件方面做足功課。在總學(xué)時不變的基礎(chǔ)上，對各部分實驗的學(xué)時進行了調(diào)整，適當(dāng)壓縮了水泥、砂、石實驗內(nèi)容，將砂漿實驗擴充為3個學(xué)時，保證學(xué)生有足夠時間進行設(shè)計性實驗。按照3～4個學(xué)生為一組，將各個班的學(xué)生分成若干小組，共同完成實驗，培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作精神，并根據(jù)學(xué)生的分組情況補足所用的各種儀器設(shè)備，從硬件上滿足設(shè)計性實驗的要求。

其次，認(rèn)真做好設(shè)計性實驗的組織和實施。在選題上以砌筑砂漿，抹灰砂漿為主，所有參數(shù)根據(jù)各種砂漿的使用要求由學(xué)生自行設(shè)計，設(shè)計完成后要求學(xué)生在課余時間自行查閱文獻和新的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，結(jié)合實驗室的原材料，自行設(shè)計砂漿配合比，并通過教材及教學(xué)錄像，熟悉實驗方法及儀器操作，最大程度地發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性。

在實驗內(nèi)容設(shè)置上包括了砂漿配合比設(shè)計、稠度、表觀密度、保水性、抗壓強度等基本性能實驗，在設(shè)計性試驗的基礎(chǔ)上同時包含驗證性實驗，提高學(xué)生的動手能力。實驗中并沒有強制將舊標(biāo)準(zhǔn)中的實驗進行刪除，而是將其作為選做性實驗。如砂漿保水性實驗中，分層度實驗作為選做實驗，用于與保水率實驗進行比較；砂漿抗壓強度實驗中，除了采用塑料模具以外，還可以選用紅磚、加氣混凝土砌塊和蒸壓灰砂磚等作為基底，以便學(xué)生對比研究新舊標(biāo)準(zhǔn)的異同，提高學(xué)生分析問題的能力。

最后，在數(shù)據(jù)分析及實驗評價方面進行改進。實驗全部做完后，除對數(shù)據(jù)進行處理外，還要求學(xué)生對實驗結(jié)果進行分析，如強度性能是否達到設(shè)計要求，如果不能達到要求，還需分析原因，并寫入報告。改變以實驗報告冊的完成情況為評分依據(jù)的模式，對學(xué)生在實驗過程中的動手能力及團隊合作能力及時記錄，并作為一項重要組成部分，在最后實驗評價中加以體現(xiàn)。這樣更能考察學(xué)生的動手能力及分析和解決問題的能力。

三、實驗教學(xué)改革效果

砂漿設(shè)計性實驗從2010年開始，在2009級土木工程和水利水電工程專業(yè)試點，并根據(jù)實際教學(xué)效果進行了改進和完善，在2011年開始正式實施。通過幾年的教學(xué)改革實踐發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和實驗教學(xué)效果明顯提高，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）教師集中講授的內(nèi)容比以前明顯減少，學(xué)生實驗操作步驟相對更加規(guī)范，且在實驗過程中提問的次數(shù)比以往明顯增多，表明學(xué)生在實驗課前作了較好的準(zhǔn)備，發(fā)現(xiàn)問題的能力有所提高。

（2）以往學(xué)生做完實驗就認(rèn)為實驗結(jié)束，基本不會對實驗過程或結(jié)果進行思考。現(xiàn)在，每組學(xué)生都比較看重自己設(shè)計的砂漿性能，并相互之間進行比較。在實驗教學(xué)中經(jīng)常會碰到學(xué)生在規(guī)定課時內(nèi)沒有達到設(shè)計目標(biāo)，而要求在課余重新完成實驗的情況。

（3）針對實驗結(jié)果，學(xué)生會通過組與組之間數(shù)據(jù)進行比較，或通過組內(nèi)分析的方式，找出實驗中的不足，學(xué)生分析和解決問題的能力得到了鍛煉和提高。

（4）學(xué)生在實驗設(shè)計方面的能力得到提升，對參加課外科研的興趣顯著提高，每年均有大量學(xué)生報名參加材料類的本科生課外科研課題，錄取比例大約25%，并且在參加課外科研的學(xué)生中很多都在材料類專業(yè)的核心期刊中發(fā)表過科研論文[10-12]，并在全國土木工程專業(yè)本科生優(yōu)秀創(chuàng)新實踐成果獎等全國性比賽中屢屢獲獎。

四、結(jié)語

通過幾年的教學(xué)實踐，表明改革是成功的，不僅僅使學(xué)生加深了對知識的掌握，而且鍛煉了學(xué)生的綜合素質(zhì)，提高了其學(xué)習(xí)的主動性和對專業(yè)的興趣。結(jié)合教學(xué)網(wǎng)站的建設(shè)，考慮將實驗教學(xué)資源和實驗結(jié)果上網(wǎng)，以方便學(xué)生學(xué)習(xí)，促使學(xué)生更認(rèn)真地對待實驗，從而進一步提高實驗教學(xué)質(zhì)量。

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Reform on design experiment teaching of cement mortar of

civil engineering materials

WANG Hengchanga， YANG Yiboa，b， GUO Wenyinga

（a. School of Civil Engineering and Transportation； b. The State Key Laboratory of Subtropical

Architecture Science， South China University of Technology， Guangzhou 510640， P. R. China）

Abstract： Currently， demonstration and validation experiments are dominant in civil engineering materials experiment teaching， which leads to low participation enthusiasm of students and unsatisfactory teaching effect. According to the reform of experiment teaching proposed by Ministry of Education， the experiment teaching reform was carried out on civil engineering materials and the design experiment of cement mortar was set up. Years of teaching practice shows that the teaching quality is improved. It deepened students understanding on related knowledge， strengthened their comprehensive quality， and improved their initiative in study and interest in the specialty.

Keywords： civil engineering materials； cement mortar； design experiment； teaching reform

（編輯 梁遠(yuǎn)華）