土木工程材料混凝土實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐

郭樹榮

土木工程材料課程是土建類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，其教學(xué)內(nèi)容包括課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)。無論是課堂還是實(shí)驗(yàn)教學(xué)，混凝土內(nèi)容的教學(xué)都是重點(diǎn)。因?yàn)榛炷敛牧鲜乾F(xiàn)代土木工程最重要的材料，混凝土的組成材料和其配合比的優(yōu)劣直接影響土木工程結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，甚至危及人民生命安全，混凝土配合比是通過實(shí)驗(yàn)得以實(shí)現(xiàn)。因此混凝土實(shí)驗(yàn)教學(xué)受到了高校普遍重視。隨著近年來混凝土技術(shù)的發(fā)展，節(jié)能環(huán)保、高強(qiáng)、高性能混凝土應(yīng)用越來越廣泛，滿足使用環(huán)境和施工要求的新型混凝土研究、實(shí)驗(yàn)，得到各國學(xué)者和工程技術(shù)人員的積極響應(yīng)。我校第一、二期本科教育優(yōu)質(zhì)工程和山東省應(yīng)用型人才培養(yǎng)特色名校建設(shè)工程實(shí)施以來，應(yīng)用型本科教學(xué)理念在不斷創(chuàng)新， 學(xué)校對實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的投入也日益加大， 傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式已越來越不能適應(yīng)知識、能力、素質(zhì)并重的新型工程技術(shù)人才的培養(yǎng)要求。為此結(jié)合工程實(shí)際背景，整合有效實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對混凝土實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了一系列改革和實(shí)踐。

一 傳統(tǒng)的混凝土實(shí)驗(yàn)教學(xué)分析

我?！巴聊竟こ滩牧稀睂?shí)驗(yàn)是14學(xué)時，對土木工程、工程管理、交通工程等專業(yè)開設(shè)，內(nèi)容包括水泥、砂、石、混凝土、砂漿、瀝青、瀝青混合料、鋼筋等。改革前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)以演示性和驗(yàn)證性為主，即驗(yàn)證理論的正確性或達(dá)到理論再現(xiàn)性的目的。具體由教師給定統(tǒng)一參數(shù)和數(shù)據(jù)，學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)原理、依據(jù)給定的條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作、得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，撰寫實(shí)驗(yàn)報告，基本上屬于繼承和接受前人的知識、技能。

混凝土的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括：混凝土拌合物和易性實(shí)驗(yàn)、混凝土試塊制作和混凝土抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)方法是教師給定某一強(qiáng)度等級的混凝土初步配合比，學(xué)生按照一定量換算出各種材料的質(zhì)量，分組進(jìn)行混凝土拌合物制備和性能測定，后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)試塊的制作、標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，最后測定28天的抗壓強(qiáng)度?；炷烈陨蠈?shí)驗(yàn)方式，導(dǎo)致每個小組（一般6～8人一組）的試驗(yàn)過程以及試驗(yàn)結(jié)果，甚至得出的各個環(huán)節(jié)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)幾乎都是一樣的。實(shí)驗(yàn)評價主要以學(xué)生上交的實(shí)驗(yàn)報告為主，輔助評價學(xué)生出勤情況。可見混凝土實(shí)驗(yàn)用相同實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、相同標(biāo)準(zhǔn)、單一的評價方式來要求每一位學(xué)生，且沒有以實(shí)際工程為背景進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，沒有有效利用水泥、砂、石等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，致使學(xué)生處于被動和消極的應(yīng)付狀態(tài)，不利于學(xué)生思維的擴(kuò)展，不利于學(xué)生對所學(xué)知識的整合和利用，很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新欲望，也不能提高學(xué)生分析和解決實(shí)際問題的能力。

二 混凝土實(shí)驗(yàn)的改革設(shè)計

針對以上混凝土實(shí)驗(yàn)存在的問題，在借鑒兄弟院校的經(jīng)驗(yàn)和充分了解學(xué)生興趣，以及混凝土發(fā)展?fàn)顩r的基礎(chǔ)上，提出“基于項(xiàng)目的混凝土綜合設(shè)計實(shí)驗(yàn)”教學(xué)模式。并從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、組織方式、成績評價等進(jìn)行了一系列的改革?；炷恋膶?shí)驗(yàn)“基于項(xiàng)目”是混凝土方面實(shí)驗(yàn)教學(xué)以實(shí)際土木工程中的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件為例子，可以是梁、板、柱、基礎(chǔ)等，設(shè)計的強(qiáng)度、和易性、耐久性均以現(xiàn)場施工圖為依據(jù)，水泥、砂、石等完全在現(xiàn)場工地提取，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室完成水泥、砂、石等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測定，依此數(shù)據(jù)完成混凝土配合比的設(shè)計，再進(jìn)行混凝土一系列的實(shí)驗(yàn)。讓學(xué)生通過項(xiàng)目熟悉混凝土配合比設(shè)計、混凝土拌合物性能和混凝土強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)的全過程，使學(xué)生清楚工程背景和自己的工作職責(zé)。

“綜合設(shè)計”就是混凝土配合比實(shí)驗(yàn)改驗(yàn)證性為綜合設(shè)計性實(shí)驗(yàn)。綜合設(shè)計性實(shí)驗(yàn)，目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識和工程觀念，讓學(xué)生根據(jù)老師提出的要求，模擬實(shí)際工程，完成查找資料、獨(dú)立設(shè)計、實(shí)驗(yàn)、設(shè)計編寫實(shí)驗(yàn)報告的全過程。綜合設(shè)計性實(shí)驗(yàn)的核心是設(shè)計、選擇實(shí)驗(yàn)方案，并在實(shí)驗(yàn)中檢驗(yàn)方案的正確性與合理性。對于培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、分析問題和解決問題的能力及創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力具有重要作用，是培養(yǎng)土建類工程應(yīng)用型人才不可缺少的環(huán)節(jié)。

總之，“基于項(xiàng)目的混凝土綜合設(shè)計實(shí)驗(yàn)”教學(xué)模式就是以實(shí)際工程中的混凝土梁、板、柱、基礎(chǔ)等結(jié)構(gòu)為例子，按照設(shè)計圖紙中對混凝土強(qiáng)度、和易性、耐久性等要求，將水泥、砂、石實(shí)驗(yàn)整合進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計和相關(guān)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中嚴(yán)格按實(shí)際工作的程序進(jìn)行教學(xué)，試塊抗壓強(qiáng)度進(jìn)行兩個對比：混凝土自然養(yǎng)護(hù)和混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)相互比較，混凝土7天、28 天的抗壓強(qiáng)度相互比較。學(xué)生從對比中分析混凝土強(qiáng)度的影響因素，從而加深對理論知識的理解和掌握，同時可以保證知識的連續(xù)性和工作的真實(shí)性。實(shí)驗(yàn)過程詳細(xì)見圖1。

另外，混凝土實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)遵循因材施教的原則，在設(shè)立了必做實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（即以上實(shí)驗(yàn)）以外，還增加了選做和研究性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。選做實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要有水泥路面混凝土（交通工程專業(yè)學(xué)生必選，其他專業(yè)學(xué)生選做）、輕集料混凝土、粉煤灰混凝土和泵送混凝土等配合比設(shè)計等;研究性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要是學(xué)有余力的學(xué)生參與教師的科研項(xiàng)目。這樣可以滿足不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。選做和研究性實(shí)驗(yàn)不占計劃學(xué)時，學(xué)生利用業(yè)余時間、根據(jù)自己的興趣愛好選擇。

圖1 混凝土綜合設(shè)計性實(shí)驗(yàn)

三 混凝土實(shí)驗(yàn)的實(shí)施

混凝土綜合設(shè)計性實(shí)驗(yàn)作為教學(xué)改革的一部分，為完成好應(yīng)從以下幾方面建設(shè)和實(shí)施。

1 實(shí)驗(yàn)條件的準(zhǔn)備

為了體現(xiàn)學(xué)生人人參與、個個動手的組織理念，將改革前的5～6人一組，改為2～3人一組，實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、各種實(shí)驗(yàn)所需材料應(yīng)滿足分組要求。為此實(shí)驗(yàn)室根據(jù)學(xué)生的分組情況補(bǔ)足所用的各種儀器設(shè)備，增加實(shí)驗(yàn)用房，從硬件上滿足綜合設(shè)計性實(shí)驗(yàn)的要求。

2 組織與實(shí)施

時間安排。將改革前的分散實(shí)驗(yàn)，改為最大限度的集中時間進(jìn)行，尤其是砂石和混凝土實(shí)驗(yàn)盡可能集中進(jìn)行，以便于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效利用。依次遞進(jìn)完成各實(shí)驗(yàn)的學(xué)時分配為：水泥性能實(shí)驗(yàn)（2學(xué)時）、砂、石實(shí)驗(yàn)（2學(xué)時）、混凝土設(shè)計性實(shí)驗(yàn)（4學(xué)時）。

實(shí)驗(yàn)組織：每個班分為4個大組，12個小組，每個小組2～3人，每個班分2批次以小組為單位進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。4個大組分別以實(shí)際工程中的柱、梁、板、基礎(chǔ)為背景資料和實(shí)驗(yàn)條件，每一大組中的3個小組，分別制作四組試塊，分別測定自然養(yǎng)護(hù)和標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下的7天、28天的抗壓強(qiáng)度。第一次實(shí)驗(yàn)完成水泥、砂，石等原材料性能實(shí)驗(yàn)后，要求每組學(xué)生在課余時間自行查閱文獻(xiàn)和新的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，結(jié)合各組成材料的檢測數(shù)據(jù)，自行設(shè)計混凝土配合比，由指導(dǎo)教師審核后再進(jìn)行混凝土拌合料的實(shí)驗(yàn)，完成混凝土抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)后，要求同一大組（3各小組）的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比、討論、分析，并在實(shí)驗(yàn)報告中充分體現(xiàn)。

3 實(shí)驗(yàn)評價改革

改革之前實(shí)驗(yàn)成績主要根據(jù)學(xué)生上交的實(shí)驗(yàn)報告評定，很難客觀公正的評出學(xué)生的真實(shí)水平。改革后，加大了實(shí)驗(yàn)成績占課程總成績的比例，從10%增加到30%。成績評定原則是以知識運(yùn)用的“合理性”為主，即學(xué)生應(yīng)能拿出理由說明其設(shè)計的合理性，并有適當(dāng)?shù)姆治雠c思辨?；炷翆?shí)驗(yàn)成績綜合了混凝土配合比設(shè)計資料（包括水泥、砂石實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)性，實(shí)驗(yàn)記錄等）、過程評價（包括出勤率、實(shí)驗(yàn)研究操作和動手能力、解決問題的能力等）、實(shí)驗(yàn)報告（對結(jié)果的對比分析、報告質(zhì)量等）、小組互評和團(tuán)隊(duì)協(xié)同能力等進(jìn)行評價。

四 混凝土實(shí)驗(yàn)的改革效果

通過混凝土實(shí)驗(yàn)的改革為真實(shí)工程條件下的綜合設(shè)計性實(shí)驗(yàn)以來，經(jīng)過2屆學(xué)生的實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果明顯提高，主要表現(xiàn)在以下幾方面。

1 學(xué)生主動獲取和綜合運(yùn)用知識的能力進(jìn)一步加強(qiáng)

以往學(xué)生做完水泥、砂石實(shí)驗(yàn)就認(rèn)為實(shí)驗(yàn)結(jié)束，基本不會對實(shí)驗(yàn)過程或結(jié)果進(jìn)行思考。現(xiàn)在，每組學(xué)生為了合理設(shè)計混凝土配合比，首先清楚應(yīng)從組成混凝土的原材料實(shí)驗(yàn)中獲取哪些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和參數(shù)，其次這些數(shù)據(jù)和參數(shù)對混凝土配合比設(shè)計要求有何影響，進(jìn)一步思考在滿足混凝土施工要求、強(qiáng)度和耐久性的前提下，采取什么方法能夠節(jié)約水泥和降低混凝土的成本等問題，能主動思考，把前后實(shí)驗(yàn)有機(jī)地結(jié)合起來，綜合運(yùn)用知識的能力、分析問題和解決問題的能力得到了鍛煉和提高。

2 培養(yǎng)了學(xué)生動手能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力

改革后，減少實(shí)驗(yàn)小組每組人數(shù)，在規(guī)定的時間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)，要求小組成員應(yīng)分工明確，相互協(xié)作，保證每個學(xué)生都能動手操作，盡量讓每個學(xué)生都得到實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練。若實(shí)驗(yàn)結(jié)果達(dá)不到有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，要求學(xué)生認(rèn)真分析原因，不得對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，培養(yǎng)實(shí)事求是、嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)工作態(tài)度與作風(fēng)。

3 激發(fā)了學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐和參與教師科研興趣

學(xué)生在實(shí)驗(yàn)設(shè)計方面的能力得到提升，對參加課外創(chuàng)新實(shí)踐課題和參與教師科研的興趣顯著提高。土木工程材料是在大二下學(xué)期開設(shè)，據(jù)幾年來的統(tǒng)計大二是大學(xué)生申報創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目和申報成功率最多的年級，在申報的課題中材料類申報成功比例近25%。另外，有部分學(xué)生從大二開始參與了教師的科研項(xiàng)目，使科研能力進(jìn)一步提升。

總之，通過幾年的教學(xué)實(shí)踐，混凝土實(shí)驗(yàn)改革取得了良好的效果，不僅使學(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。同時，我們也認(rèn)識到，近年來隨著綠色環(huán)保、高性能、高強(qiáng)度混凝土的研制、開發(fā)和應(yīng)用，混凝土設(shè)計性實(shí)驗(yàn)，也應(yīng)進(jìn)一步擴(kuò)展。尤其是應(yīng)把混凝土中外添加加劑和礦物摻合料的混凝土設(shè)計性實(shí)驗(yàn)作為主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，為學(xué)生走向工作崗位打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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