基于知識分層的土木工程材料課程教學(xué)設(shè)計與實踐

戴銀所　徐迎　李朝甫　丁建黨　龔自明

摘要：基于土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案對學(xué)員“知識、能力、素質(zhì)”三個層次的培養(yǎng)要求，將土木工程材料課程知識體系相對應(yīng)地劃分為“教材知識、拓展知識、科學(xué)知識”三個層次。通過課前預(yù)習(xí)、課堂教學(xué)、實驗教學(xué)、課程考核四個階段的課程設(shè)計，分別采取不同的教學(xué)方法和考核方法，實現(xiàn)學(xué)員獲得學(xué)習(xí)、實踐和創(chuàng)新等方面能力和素質(zhì)的目的。

關(guān)鍵詞：土木工程材料；知識分層；教學(xué)設(shè)計；教學(xué)實踐；課程教學(xué)

中圖分類號：G642-0；TU375 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1005-2909（2016）01-0117-04

知識是基礎(chǔ)，是載體；能力是知識的綜合體現(xiàn)；素質(zhì)是知識與能力的升華。知識、能力、素質(zhì)是進(jìn)行創(chuàng)新的基礎(chǔ)，只有將三者的教育與培養(yǎng)結(jié)合在一起，并貫穿于教育的全過程，才能培養(yǎng)出高水平的人才。高等教育應(yīng)在傳授知識的同時提高學(xué)生的綜合能力，升華其素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新意識。布盧姆認(rèn)為，只要在提供恰當(dāng)?shù)牟牧虾瓦M(jìn)行教學(xué)的同時，給每個學(xué)生以適當(dāng)?shù)膸椭统浞值臅r間，幾乎所有的學(xué)生都能完成學(xué)習(xí)任務(wù)或達(dá)到規(guī)定的學(xué)習(xí)目標(biāo)[1]。其實很多學(xué)生學(xué)習(xí)成績不理想，學(xué)生智慧能力的欠缺并不是主導(dǎo)因素，未能提供適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)條件和合理的幫助才是造成學(xué)生學(xué)習(xí)成績不理想的最大原因。因此，筆者在土木工程材料課程教學(xué)中采取知識分層的方法，將課程知識劃分為不同層次，預(yù)定目標(biāo)，并采取針對性措施，幫助學(xué)員實現(xiàn)獲得“知識、能力、創(chuàng)新”不同層次知識的目的[2-4]。

一、土木工程材料課程知識分層的教學(xué)設(shè)計

土木工程材料課程主要介紹各類建筑材料的成分、生產(chǎn)過程、技術(shù)性能、質(zhì)量檢驗以及應(yīng)用等基本知識。材料種類繁多，內(nèi)容繁雜，各章自成體系，而且概念多、術(shù)語雜；經(jīng)驗性的東西多，邏輯推理性內(nèi)容少；文字?jǐn)⑹龆?，公式計算少。學(xué)員在學(xué)習(xí)過程中感覺對知識的理解并不難，難的是抓不住重點，感覺要記憶的東西太多，不能將繁雜的內(nèi)容梳理出條理清晰的層次，以致學(xué)生感到學(xué)習(xí)難度較大，學(xué)習(xí)效率不高。

依據(jù)土木工程材料課程知識來源及其特點，將該課程教學(xué)內(nèi)容劃分為：教材知識、拓展知識、科學(xué)知識三個層次[5]。

（1）教材知識：即人才培養(yǎng)方案和課程標(biāo)準(zhǔn)要求掌握的內(nèi)容，包括水泥、混凝土、鋼材、防水等材料的化學(xué)成分、生產(chǎn)工藝、技術(shù)性能、質(zhì)量檢驗以及材料的基本性能試驗等；

（2）拓展知識：指教員對課本知識的分析和拓展，主要內(nèi)容是教員在科研、工程等實踐過程中積累的經(jīng)驗和知識，以及課本以外的專業(yè)知識等[6]；

（3）科學(xué)知識：與土木工程有關(guān)聯(lián)的一切材料知識與實踐，重點介紹材料科學(xué)發(fā)展的最前沿知識，及其在防護(hù)工程中的應(yīng)用，如泡沫鋁、納米二氧化鈦、石墨烯、相變材料、形狀記憶材料等新材料的功能開發(fā)和應(yīng)用研究，主要作用是激發(fā)學(xué)員的創(chuàng)造力。

針對不同層次的知識，引導(dǎo)學(xué)生采用不同的學(xué)習(xí)方法和不同類型的評價方法，實現(xiàn)不同層次的教學(xué)目標(biāo)[7]。通過任務(wù)—問題，引發(fā)學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣，實現(xiàn)學(xué)員獲得“知識、能力、創(chuàng)新”三位一體課程知識的目的，培養(yǎng)學(xué)員的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。

二、 土木工程材料課程知識分層的教學(xué)實踐

為了深入貫徹解放軍理工大學(xué)精英教育理念，充分發(fā)揮教員的主導(dǎo)作用，引導(dǎo)學(xué)員全面成長，更好地對學(xué)員因材施教，拓寬學(xué)員視野，培養(yǎng)學(xué)員的實踐能力和科研創(chuàng)新能力，從2009年開始，筆者嘗試在土木工程材料課程教學(xué)過程中實施“本科生導(dǎo)師制”。實踐中將導(dǎo)師制與課堂教學(xué)內(nèi)容形成良好的銜接、互補(bǔ)，并對課程的知識體系進(jìn)行梳理，逐步形成了“知識分層”的教學(xué)思想，

在探索實踐中，收到了較好的效果。

（一）課前預(yù)習(xí)

以教材和學(xué)習(xí)指導(dǎo)書為載體，引導(dǎo)學(xué)員進(jìn)行有針對性的課前自學(xué)，時間以10分鐘至30分鐘為限。課前自學(xué)能使學(xué)員對概念性知識有初步認(rèn)識，對不能理解的知識點或各類疑問帶到課堂上反饋給教員。本過程以讓學(xué)員了解和掌握教材知識為目標(biāo)。

（二）課堂教學(xué)

教員對學(xué)員的預(yù)習(xí)情況進(jìn)行檢查，獲得學(xué)員不能理解的知識點或各類疑問，在課堂上有針對性地講解必須掌握的重點、難點，確保學(xué)員能夠掌握人才培養(yǎng)方案要求掌握的知識。本過程以讓學(xué)員了解和掌握教材知識為目標(biāo)。

在此基礎(chǔ)上，教員對課本知識進(jìn)行拓展，介紹真實的工程案例或事故，重點是軍事工程。本過程以讓學(xué)員了解和掌握拓展知識為目標(biāo)。主要包括如下三方面內(nèi)容：

（1）大型工程涉及的材料：包括國內(nèi)外各類典型工程及本地區(qū)的重點工程，如青藏鐵路、水立方、鳥巢、蘇通大橋、杭州灣大橋、永興島建設(shè)等工程中涉及的各類材料，體現(xiàn)理論知識與工程應(yīng)用的緊密聯(lián)系。

（2）工程事故：包括各類媒體介紹的工程事故及環(huán)境污染實例，如重慶彩虹橋垮塌事件、家庭裝修帶來的“裝修病”等，以此作為切入點介紹材料性能對工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量和使用性能影響的重要性。

（3）特種材料及技術(shù)：如“耐高溫—高寒混凝土”“耐海水混凝土”“泵送混凝土”“混凝土結(jié)構(gòu)搶修加固材料”“再生混凝土”“材料無損檢測技術(shù)應(yīng)用”等，并在此基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)員針對工程實踐特點，根據(jù)基礎(chǔ)理論知識進(jìn)行材料創(chuàng)新設(shè)計。

（三）實驗教學(xué)

實驗教學(xué)作為大學(xué)本科教學(xué)的重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和綜合素質(zhì)的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。相對于理論教學(xué)，實驗教學(xué)更具直觀性，更能培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題和分析問題的能力，在提高大學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力方面發(fā)揮著重要作用[8-9]。

1.基本實驗

按照《全國高等學(xué)校土木工程專業(yè)本科教育評估標(biāo)準(zhǔn)》對土木工程材料課程實驗教學(xué)的要求，完成六個驗證性實驗。本過程以讓學(xué)員了解和掌握教材知識為目標(biāo)。

2.自主實驗

即開放式“三性”試驗，實行自主選題、自行設(shè)計、自主操作。采取“本科生導(dǎo)師制”[10]，引導(dǎo)學(xué)生組成興趣小組或科研團(tuán)隊自行選擇試驗內(nèi)容，合理利用實驗室已有設(shè)備制定試驗方案，并得出實驗結(jié)論。遵循“引導(dǎo)—自學(xué)—輔導(dǎo)—實踐”四個環(huán)節(jié)，激發(fā)學(xué)生自主進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)的熱情，把綜合理論知識和技術(shù)融入到研究過程中，培養(yǎng)學(xué)生合作研究能力、技術(shù)創(chuàng)新能力，增強(qiáng)學(xué)生的綜合素質(zhì)，充分開發(fā)學(xué)生的潛力，為培養(yǎng)優(yōu)秀學(xué)員創(chuàng)造條件。本過程以讓學(xué)員了解科學(xué)知識為目標(biāo)。

在自主實驗的基礎(chǔ)上，教員根據(jù)學(xué)員的選題提供研究思路，以國防工程新材料研制俱樂部為平臺，帶領(lǐng)學(xué)員進(jìn)行各類實踐活動，如面向?qū)W生的科研立項、開展學(xué)科競賽、參與教員的科研項目等。主要成果形式可以分為三大類：論文類、發(fā)明類、競賽類。

（1）論文類，包括科普類論文和學(xué)術(shù)類論文。從材料角度對大型工程進(jìn)行材料設(shè)計，或從工程事故分析報告等角度撰寫論文，要求正式發(fā)表，包括會議論文。如論文《‘美國911事件中鋼材對火災(zāi)產(chǎn)生、蔓延的影響》《建筑環(huán)境污染事件中材料的決定因素》等；也可以根據(jù)國家戰(zhàn)略或國防戰(zhàn)略選題，如《設(shè)計南海、西南高寒地區(qū)所需要的特種建筑材料》等。

（2）發(fā)明類：以土木工程建設(shè)、國防工程建設(shè)或軍事需求進(jìn)行選題，包括材料發(fā)明、材料結(jié)構(gòu)設(shè)計等，通過試驗進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)造，并申請發(fā)明專利或?qū)嵱眯滦蛯＠?/p>

（3）競賽類：以材料的創(chuàng)造發(fā)明或論文形式，參加校內(nèi)外各類學(xué)科競賽。如每年一次的理工大學(xué) “卓越杯”科技創(chuàng)新大賽，每兩年舉辦一屆的“全國大學(xué)生混凝土設(shè)計比賽” “中國大學(xué)生新材料創(chuàng)新設(shè)計大賽”“‘挑戰(zhàn)杯全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽”等，甚至可以參加相關(guān)學(xué)科的競賽，如“全國大學(xué)生混凝土結(jié)構(gòu)大賽”等。

（四）課程考核

課程考核包括教學(xué)不同階段的全過程評價，既考核結(jié)果，也考核過程。一是考核學(xué)員對教材知識的掌握情況，占總成績的70%，具體包括預(yù)習(xí)單、作業(yè)本、實驗報告、考試成績等。二是考核學(xué)員對拓展知識的了解、掌握情況，占總成績的20%，主要包括課堂表現(xiàn)、創(chuàng)新選題等。三是考核學(xué)員對科學(xué)知識的了解、掌握情況，占總成績的10%，是課程成績評定為優(yōu)的重要依據(jù)。主要以課外創(chuàng)新作品的呈現(xiàn)程度來進(jìn)行評價，如撰寫論文5分，如果論文發(fā)表了（或有錄用通知）就10分；發(fā)明創(chuàng)造有作品的5分，申請了專利的10分；正式參加了比賽的5分，已經(jīng)獲獎的10分。

三、土木工程材料課程知識分層教學(xué)成效

在“土木工程材料知識分層”教學(xué)設(shè)計和實踐的過程中，先后獲得學(xué)院“建筑材料課程教學(xué)改革研究”“本科精英教育的探索——課外實踐導(dǎo)師制”“基于建筑材料課程的學(xué)員自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)研究”等教學(xué)科研項目的支持，獲得一些教學(xué)改革成果。在課程考核方面，近幾年學(xué)生通過率都達(dá)到100%。優(yōu)秀率從5%左右提高到10%以上。在撰寫論文方面，學(xué)員團(tuán)隊在教員的指導(dǎo)下撰寫了《泡沫鋁的特性及其在防護(hù)工程中的應(yīng)用探討》《室內(nèi)電磁輻射污染分析與評估》《基于金屬熱工藝“四火”原理實現(xiàn)鑄強(qiáng)兵之“劍”》等多篇學(xué)術(shù)論文。 在創(chuàng)造發(fā)明方面，在教員的指導(dǎo)下，學(xué)員自主開展“寒區(qū)單兵多用途自熱包”“一種高強(qiáng)陶?；炷恋难兄啤薄癒-15快速高強(qiáng)搶修加固材料”等材料研究，并申請了專利。 在參加競賽方面，學(xué)員連續(xù)四年組隊參加解放軍理工大學(xué)“‘卓越杯科技創(chuàng)新競賽”“第三屆全國大學(xué)生混凝土大賽”，多人次獲獎；參與“本科生導(dǎo)師制”課外創(chuàng)新學(xué)習(xí)的學(xué)員，有多名被保送或考取研究生。

四、 結(jié)語

在解放軍理工大學(xué)實行“一導(dǎo)五法”教學(xué)改革的大環(huán)境下，教員和學(xué)員參與教學(xué)改革的熱情空前高漲，學(xué)員各類課外科技創(chuàng)新活動得到了校院多級政策支持，“本科生導(dǎo)師制”也在各學(xué)院深入推進(jìn)。今后應(yīng)將全國或兄弟院校的更多有價值的學(xué)科競賽引入學(xué)校，并將參賽的組織模式固定下來。此外應(yīng)進(jìn)一步加大學(xué)員課外科技創(chuàng)新活動成效與學(xué)分、評優(yōu)、保研等評價體系的聯(lián)系，為學(xué)員的成長創(chuàng)造更加廣闊的平臺。

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（編輯 王 宣）