面向不同專業(yè)需求的土木工程材料課程建設(shè)探討

王沖+吳建華+劉芳

摘要：土木工程專業(yè)包括了建筑工程、隧道與地下工程、水利水電工程，以及道路橋梁工程等多個(gè)專業(yè)方向。文章分析了不同土木工程專業(yè)的材料共性問題和個(gè)性要求，提出針對(duì)不同專業(yè)的實(shí)際應(yīng)用需求，以提升學(xué)生專業(yè)素質(zhì)為目的，進(jìn)行土木工程材料課程建設(shè)。

關(guān)鍵詞：專業(yè)需求；共性問題；個(gè)性要求；課程建設(shè)

中圖分類號(hào)：G6423；TU5文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：10052909（2015）06005804[AM〗土木工程材料課程是土木工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，課程教學(xué)目的是使未來(lái)的建設(shè)工程師了解和掌握工程中常用材料的基本性能與應(yīng)用方法，為今后工程實(shí)踐或科研工作提供必要的基本知識(shí)和技能[1-2]。作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課，土木工程材料課程在專業(yè)課程學(xué)習(xí)中起到了承上啟下的作用，直接關(guān)系到后續(xù)課程的學(xué)習(xí)[3]。

土木工程材料課程的前身是建筑材料課程。為適應(yīng)工程建設(shè)需要，土木工程專業(yè)在專業(yè)調(diào)整時(shí)提出了“大土木工程”概念，主要涵蓋了建筑工程、道路工程、橋梁工程、市政工程、隧道及地下工程、港口工程和水利水電工程等多個(gè)專業(yè)[1]。這些細(xì)化后不同專業(yè)的建設(shè)材料基礎(chǔ)都發(fā)源于建筑工程材料，工程技術(shù)人員的材料知識(shí)基礎(chǔ)也是建筑材料。專業(yè)調(diào)整后不同專業(yè)學(xué)生所學(xué)的課程名稱變更為土木工程材料，但其教材編排與教學(xué)大綱未作針對(duì)性調(diào)整，課程內(nèi)容與原來(lái)的建筑材料相比并未有太大變化，更多的只是原有建筑材料課程內(nèi)容的簡(jiǎn)單翻版，主要強(qiáng)調(diào)了材料的生產(chǎn)工藝與性能，忽略了不同專業(yè)的材料應(yīng)用需求，并不完全適合不同專業(yè)方向的學(xué)生培養(yǎng)。

鑒于以上原因，文章分析了不同土木工程材料方向的共性問題與個(gè)性要求，提出了以提升學(xué)生專業(yè)素質(zhì)為目的，面向不同專業(yè)需求進(jìn)行土木工程材料課程建設(shè)的幾點(diǎn)建議。

一、 土木工程專業(yè)材料共性問題

隨著工程實(shí)踐的需要和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，土木工程學(xué)科已發(fā)展成為內(nèi)涵廣泛、門類眾多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的綜合體系。其專業(yè)分支包括建筑與市政工程、道路與橋梁工程、隧道及地下工程、水利工程等。其中有些分支，如水利工程，由于自身工程對(duì)象的增多以及專有技術(shù)的發(fā)展，已從土木工程中分化出來(lái)，成為獨(dú)立的學(xué)科體系，但是它們?cè)诤艽蟪潭壬先跃哂型聊竟こ痰膶W(xué)科共性。

（一）材料組成、性能與應(yīng)用的關(guān)系

對(duì)于土木工程技術(shù)人員而言，正確選擇與使用材料，要求理解和掌握材料的性能。材料的性能又決定于材料的組成與結(jié)構(gòu)，材料的不同應(yīng)用環(huán)境又決定了材料需要具備不同的組成與結(jié)構(gòu)，材料組成結(jié)構(gòu)、性能、應(yīng)用三者的關(guān)系如圖1所示。

材料的組成與結(jié)構(gòu)內(nèi)容包括以下方面：（1）所用材料是有機(jī)材料還是金屬材料，抑或是無(wú)機(jī)非金屬材料；（2）材料是晶體材料還是非晶體材料，以及材料的孔隙結(jié)構(gòu)大小與類型等。這些組成與結(jié)構(gòu)決定了材料強(qiáng)度大小、屬于脆性材料還是韌性材料，其彈性模量如何，以及環(huán)境溫度、濕度、化學(xué)侵蝕等對(duì)材料的結(jié)構(gòu)與性能有無(wú)影響等；（3）每一類土木工程都有自己特殊的環(huán)境因素，鐵路與公路路基要考慮地下水與土壤中的溫度變化與侵蝕性物質(zhì)影響，隧道與地下結(jié)構(gòu)的挖掘必須考慮巖石的穩(wěn)定性與地下水的防排水，房屋建筑必須考慮居住與使用的舒適性和適用性；（4）相同種類的工程，還必須考慮四季交替，是靠近海洋還是鹽堿或沙漠等環(huán)境影響，任何工程都必須考慮材料的組成、結(jié)構(gòu)與性能是否適應(yīng)環(huán)境要求。

（二）材料強(qiáng)度的要求

不同土木工程對(duì)材料的共同要求還體現(xiàn)在，所有工程中用到的材料都必須具備基本的強(qiáng)度要求。橋梁的橋墩、橋身，建筑工程中的梁、柱等結(jié)構(gòu)構(gòu)件要求其材料具有足夠的抗壓強(qiáng)度或抗折強(qiáng)度等，以承受結(jié)構(gòu)荷載。房屋建筑中的墻體材料、橋梁上的欄桿等也需要足夠高的強(qiáng)度，以承受自重或荷載。建筑裝飾的涂料與基層之間、建筑保溫系統(tǒng)中的各個(gè)構(gòu)造之間、道路工程中的瀝青路面與混凝土基層之間，都需要足夠的粘結(jié)強(qiáng)度以保證材料間的相互協(xié)同作用。因此，具備適宜的強(qiáng)度是土木工程對(duì)材料的最基本要求，也是其共性問題。

高等建筑教育2015年第24卷第6期

王沖， 等面向不同專業(yè)需求的土木工程材料課程建設(shè)探討

（三）結(jié)構(gòu)耐久性的要求

土木工程材料對(duì)耐久性的定義是，在長(zhǎng)期使用過程中，材料抵抗周圍各種介質(zhì)的侵蝕而不被破壞的能力。土木工程材料在使用過程中，除內(nèi)在原因使其組成結(jié)構(gòu)及性能發(fā)生變化以外，更多的是受到使用環(huán)境中各種因素的侵蝕作用，侵蝕作用包括物理、機(jī)械、化學(xué)和生物作用等，如金屬材料因化學(xué)和電化學(xué)作用引起銹蝕，無(wú)機(jī)非金屬材料因受到化學(xué)腐蝕、溶解、凍融、機(jī)械摩擦等因素的作用而引起開裂和剝落，有機(jī)材料因生物作用、化學(xué)腐蝕、光熱作用等引起老化。不同材料受到環(huán)境作用的因素雖然各自不同，但都屬于材料耐久性問題。因此，確保足夠的耐久性，滿足工程設(shè)計(jì)使用壽命，是所有土木工程對(duì)材料的基本要求，也是共性問題之一。

（四）工程防水的要求

結(jié)構(gòu)的防水防潮一直是土木工程領(lǐng)域需要克服的重要技術(shù)難題之一。建筑工程出現(xiàn)滲水，會(huì)造成居住不便與環(huán)境質(zhì)量的下降。隧道與地下工程滲水，易誘發(fā)安全隱患，導(dǎo)致隧道與地下結(jié)構(gòu)使用不便。結(jié)構(gòu)內(nèi)出現(xiàn)滲水返潮等問題，會(huì)對(duì)安裝于其中的大型設(shè)備產(chǎn)生腐蝕，即使鋼筋混凝土材料本身，也容易因水分滲透進(jìn)入導(dǎo)致內(nèi)部鋼筋銹蝕，或被其他化學(xué)介質(zhì)侵蝕破壞。因此，工程的防水抗?jié)B問題也是所有土木工程面臨的材料共性問題之一。

（五）不同土木工程的通用材料

雖然工程類型不同，使用環(huán)境不同，設(shè)計(jì)要求不同，但不同土木工程中所用的材料仍具有普遍的通用性。水泥混凝土、鋼材是所有工程必不可少的結(jié)構(gòu)承重材料，防水材料是所有類型工程都要選擇使用的產(chǎn)品。按照化學(xué)成分來(lái)說(shuō)，有機(jī)高分子材料中的塑料、橡膠和膠粘劑等，無(wú)機(jī)材料中的石材、水泥、石灰等，在各個(gè)土木工程領(lǐng)域都可能被用到。

二、不同土木工程專業(yè)對(duì)材料的個(gè)性要求

由于土木工程專業(yè)方向不同，其使用目的、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、性能要求等不同，對(duì)工程材料要求也有所不同，反映的是不同土木工程對(duì)材料的個(gè)性要求。文章總結(jié)了以下四種土木工程類型。

（一）建筑工程

建筑工程與人的關(guān)系最為密切，是人類生活、學(xué)習(xí)與工作最重要的空間結(jié)構(gòu)，是人類社會(huì)生存與發(fā)展的最基本需求。工程所用材料的質(zhì)量決定了建筑工程的質(zhì)量，也決定了人的生活質(zhì)量。一個(gè)民族、一個(gè)地區(qū)或一個(gè)國(guó)家的文化與藝術(shù)水平也可通過建筑的水平與風(fēng)格得到體現(xiàn)，建筑工程中所用材料要能充分表達(dá)建筑設(shè)計(jì)的形狀與顏色，裝飾裝修對(duì)材料性能與環(huán)保的要求也最為突出。近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的要求，建筑節(jié)能要求越來(lái)越高，因此，保溫絕熱材料成為建筑工程中的主要選擇。此外，吸聲與隔聲材料也是建筑工程中的專用材料之一。

（二）水利工程

人類通過修建水利工程，達(dá)到控制水流，防止洪澇災(zāi)害，并進(jìn)行水量的調(diào)節(jié)和分配以滿足人們生活和生產(chǎn)對(duì)水資源的需要。水利工程需要修建壩、堤、溢洪道、水閘等不同類型的水工建筑物，以實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)。水利工程最主要的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)體量大，修建周期長(zhǎng)，安全性要求高，使用壽命要求也長(zhǎng)，這些都是水利工程在選用材料時(shí)必須考慮的。水利工程所用結(jié)構(gòu)材料主要是低熱水泥、中熱水泥，以及專門的水工混凝土等。

（三）隧道與地下工程

隧道與地下工程，包括交通運(yùn)輸?shù)乃淼?，軍事工程的各種國(guó)防坑道，市政、采礦、儲(chǔ)存和生產(chǎn)等用途的地下工程，地下發(fā)電廠房以及各種水工隧洞等。因?yàn)檫@些工程是在巖體或土層中修建，施工過程中巖體或土層的穩(wěn)定性對(duì)施工進(jìn)度與施工安全至關(guān)重要，因此，注漿、支護(hù)、錨固等材料成為隧道與地下工程中的專用材料。

（四）道路工程

道路工程在建設(shè)與使用過程中，路基應(yīng)穩(wěn)定、密實(shí)以對(duì)路面結(jié)構(gòu)提供支撐，要考慮其變形、耐水性與穩(wěn)定性的協(xié)調(diào)，墊層與基層應(yīng)具有足夠的抗沖刷能力和適當(dāng)?shù)膭偠?，剛度過大過小都不行。道路路面材料要考慮耐磨、抗滑與平整，設(shè)計(jì)要考慮抗彎折荷載與變形，還要考慮汽車行駛的安全性與舒適性。不同的路基、不同結(jié)構(gòu)部位所用材料皆不同。工程用土、瀝青混合料、道路混凝土等可看作是道路工程的專用材料。

三、 面向不同專業(yè)需求的土木工程材料課程建設(shè)

基于不同土木工程的材料共性問題和個(gè)性要求的實(shí)際情況，應(yīng)面向不同專業(yè)需求進(jìn)行土木工程材料課程建設(shè)。

（一）課程內(nèi)容增加

應(yīng)根據(jù)大土木專業(yè)增加新的課程內(nèi)容，如土工材料、無(wú)機(jī)結(jié)合料、防排水材料、錨噴支護(hù)材料等。以使土木工程材料課程更適合整個(gè)土木工程專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)。

在增加新的課程內(nèi)容后，為適應(yīng)不同專業(yè)學(xué)生對(duì)土木工程材料的學(xué)習(xí)要求，應(yīng)及時(shí)調(diào)整土木工程材料課程內(nèi)容。筆者的建議是，將土木工程材料教學(xué)內(nèi)容分為三部分。

第1部分：土木工程材料的組成與基本性質(zhì)。這部分內(nèi)容包括材料的組成與結(jié)構(gòu)、材料的基本物理性質(zhì)、材料的基本力學(xué)性能、材料的耐久性、材料的安全性等。這部分內(nèi)容體現(xiàn)的是土木工程材料的組成結(jié)構(gòu)、性能與應(yīng)用相互之間的關(guān)系，目的是掌握土木工程的材料理論共性問題。

第2部分：土木工程通用材料。包括膠凝材料（氣硬性膠凝材料和水泥）、石材與骨料、混凝土、金屬材料、有機(jī)高分子材料、瀝青與防水材料等。這幾種材料基本上在所有土木工程中都有應(yīng)用，針對(duì)的也是土木工程的材料共性問題。

第3部分：土木工程專用材料。（1）建筑與市政工程專用材料。裝飾材料、墻體材料與屋面材料等；（2）道路工程專用材料。道路混凝土、土、無(wú)機(jī)結(jié)合料、瀝青混合料等；（3）隧道工程專用材料。注漿材料、錨噴支護(hù)材料等；（4）水利水電工程專用材料。低熱水泥、水工混凝土等。第3部分內(nèi)容體現(xiàn)的是不同土木工程對(duì)材料的個(gè)性要求，這部分內(nèi)容可滿足不同專業(yè)方向?qū)W生學(xué)習(xí)和掌握本專業(yè)必須掌握的材料及其工程應(yīng)用。

（二）講授重點(diǎn)轉(zhuǎn)變

近年來(lái)，各個(gè)高校土木工程材料課時(shí)都有不同程度的壓縮。以重慶大學(xué)為例，現(xiàn)在土木工程材料總課時(shí)為40～48，其中包括14～16課時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。在課時(shí)數(shù)如此之少的情況下，為補(bǔ)充新的教學(xué)內(nèi)容，只有對(duì)原有個(gè)別內(nèi)容進(jìn)行刪減。筆者的意見是，為保證教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)課時(shí)數(shù)相匹配，可減少材料生產(chǎn)與生成方面的內(nèi)容，加強(qiáng)材料的工程應(yīng)用案例教學(xué)。以水泥這一章節(jié)為例，對(duì)于以工程應(yīng)用為主的土木工程專業(yè)畢業(yè)生而言，他們感興趣的是水泥的工程性質(zhì)與應(yīng)用問題，不會(huì)對(duì)生產(chǎn)與水化過程感興趣，因此可將相關(guān)內(nèi)容縮減。同時(shí)，在教學(xué)內(nèi)容中應(yīng)增加工程經(jīng)典實(shí)例，給學(xué)生講解如何從設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理等角度學(xué)習(xí)和掌握各種土木工程材料。在此基礎(chǔ)上，對(duì)一些“吃不飽”的學(xué)生，可以通過“自主學(xué)習(xí)”[4-5]理解和掌握更多的土木工程材料知識(shí)。

三、結(jié)語(yǔ)

文章分析了不同土木工程的材料共性問題和個(gè)性要求，進(jìn)而提出了應(yīng)面向不同專業(yè)實(shí)際需求，以提升學(xué)生專業(yè)素質(zhì)為目的，進(jìn)行土木工程材料課程建設(shè)，針對(duì)課程內(nèi)容與講授重點(diǎn)提出了具體建議。

我國(guó)是土木工程建設(shè)大國(guó)，現(xiàn)有500多所高校設(shè)有土木工程專業(yè)[6]，作為土木類專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課，土木工程材料課程的教學(xué)效果對(duì)后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和今后工作都會(huì)產(chǎn)生很大影響。然而，忽視不同專業(yè)的工程特性，不能針對(duì)不同工程專業(yè)進(jìn)行土木工程材料課程教學(xué)是國(guó)內(nèi)土木工程材料教學(xué)普遍存在的問題，希望通過此文引起國(guó)內(nèi)各位同行的響應(yīng)，共同探討解決之道。

參考文獻(xiàn)：

[1]王沖， 萬(wàn)朝均， 劉芳，等.側(cè)重于工程應(yīng)用的土木工程材料課程建設(shè)構(gòu)想[J]. 高等建筑教育， 2010， 19（2）：72-74.

[2]王沖.土木工程材料課程信息化教學(xué)的思考與實(shí)踐[J]. 高等建筑教育， 2013， 22（6）： 134-136.

[3]吳東云，張建新.新形勢(shì)下土木工程材料課程教學(xué)改革與建設(shè)探究[J]. 高等建筑教育， 2012， 21（6）：70-72.

[4]董明晶.運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力[J]. 中國(guó)科技信息， 2005（16）：292.

[5]宋新峰.激發(fā)大學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)促進(jìn)其自主學(xué)習(xí)的研究[J]. 大學(xué)教育， 2014（1）：32-33.

[6]楊鼎宜， 李琮琦.土木工程材料課程研究性教學(xué)的探索與實(shí)踐[J]. 教學(xué)研究， 2013， 36（5）： 73-74.

Curriculum construction of civil engineering materials

based on different professional requirements

WANG Chong， WU Jianhua， LIU Fang

（College of Material Science and Engineering， Chongqing University， Chongqing 400045， P. R. China）

Abstract： Civil engineering is divided into building engineering， road and bridge engineering， tunnel and underground engineering and hydraulic and hydropower engineering. Common problems and individual demands of civil engineering materials in different projects were analyzed. According to the results， we suggested that curriculum construction of civil engineering materials based on different professional requirements to improve students professional quality.

Keywords： professional requirements； common problems； individual demands； curriculum construction