應(yīng)用型本科高校土木工程材料課程教學(xué)改革研究

張仁巍，田爾布

(三明學(xué)院 建筑工程學(xué)院， 福建 三明 365004)

應(yīng)用型本科高校土木工程材料課程教學(xué)改革研究

張仁巍，田爾布

(三明學(xué)院 建筑工程學(xué)院， 福建 三明 365004)

應(yīng)用型本科院校是以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為主。針對(duì)土木工程材料教學(xué)中存在的問題，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，通過課堂教學(xué)方式和實(shí)踐教學(xué)的改革，尋求適合應(yīng)用型本科院校的土木工程材料教學(xué)方法。經(jīng)過教學(xué)改革后，教學(xué)和實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)效果良好。

應(yīng)用型本科院校；教學(xué)內(nèi)容；實(shí)踐教學(xué)；教學(xué)改革

向應(yīng)用型本科院校轉(zhuǎn)型的高校，大部分是2000年后才升本的院校，與傳統(tǒng)研究性高校相比，其具有年輕教師多，科研力量薄弱，培養(yǎng)的學(xué)生畢業(yè)后主要是走向就業(yè)崗位，繼續(xù)深造的少。所以，以成果為導(dǎo)向，各課程需重視工程應(yīng)用，特別是專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課。

《土木工程材料》是一門土木工程專業(yè)都必須開的專業(yè)基礎(chǔ)課，不同專業(yè)方向，側(cè)重點(diǎn)有所不同，主要還是講述工程中常用的鋼材、水泥、混凝土、砂石、瀝青等。傳統(tǒng)的教學(xué)活動(dòng)與教材均偏重理論教學(xué)，不注重實(shí)驗(yàn)。根據(jù)部分用人單位反映現(xiàn)在大學(xué)畢業(yè)生實(shí)踐動(dòng)手能力差，工程材料知識(shí)匱乏，很多畢業(yè)生連最基本材料密度、坍落度等測(cè)試都不會(huì)[1-4]。為此，分析土木工程材料教學(xué)中的不足，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，通過課堂教學(xué)方式和實(shí)踐教學(xué)的改革，尋求適合應(yīng)用型本科院校的土木工程材料教學(xué)方法。

1 教學(xué)中存在的問題

大部分教材中，土木工程材料分為教學(xué)與實(shí)踐兩個(gè)部分，教學(xué)部分為32學(xué)時(shí)，實(shí)踐部分為8～16學(xué)時(shí)，由于土木工程材料所含內(nèi)容龐雜、內(nèi)容相互交叉，且多為實(shí)踐和工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的，對(duì)于應(yīng)用型本科院校來說，眾多教材教學(xué)內(nèi)容和編排，理論性東西太多，大部分教材主要存在如下問題：

(1)以某一具體原材料為章節(jié)，如水泥、石灰、石膏等，過多介紹其原材料的特性，而弱化了其在工程應(yīng)用特性，如混凝土、三合土等，且未與施工相結(jié)合。

(2)大部分土木工程材料教材未根據(jù)不同專業(yè)方向進(jìn)行不同側(cè)重點(diǎn)編排，在有限課時(shí)里，很難讓教師上課時(shí)面面俱到且又不走馬觀花。

(3)實(shí)驗(yàn)部分，幾乎所有教材只編寫了砂石、水泥的密度等原材料實(shí)驗(yàn)和混凝土實(shí)驗(yàn)，而對(duì)像木材、鋼筋等觀摩性認(rèn)識(shí)，卻幾乎沒有涉及。

(4)知識(shí)點(diǎn)太零碎，不同章節(jié)的相聯(lián)系的知識(shí)點(diǎn)沒有很好體現(xiàn)出來。

除了教材問題，在現(xiàn)實(shí)教學(xué)中，大部分高校在實(shí)踐教學(xué)上也存在著一些問題：

(1)大部分應(yīng)用型高校實(shí)驗(yàn)室，建材類儀器相對(duì)較少，很多實(shí)驗(yàn)如密度、篩分、混凝土成型等，只進(jìn)行觀摩實(shí)驗(yàn)。

(2)學(xué)生動(dòng)手機(jī)會(huì)少，對(duì)儀器原理理解少，以致對(duì)材料性能影響了解不透徹。

(3)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)抄襲嚴(yán)重，不理解實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是對(duì)材料真實(shí)特性反應(yīng)。

朝應(yīng)用型本科院校轉(zhuǎn)型的學(xué)校大部分是新建本科院校，基本上是2005年左右以后剛升為本科，擴(kuò)招力度大，學(xué)校基礎(chǔ)設(shè)施相對(duì)不足，部分的班級(jí)超過45人，師生比較低，經(jīng)常合班上課，實(shí)驗(yàn)人員缺編，理論課教師通常要兼顧實(shí)驗(yàn)。學(xué)生相對(duì)素質(zhì)比老本科院校差一些，學(xué)習(xí)自主性差；應(yīng)用本科學(xué)校近些年大規(guī)模招聘教師，年輕教師太多，缺乏社會(huì)、工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，很多老師同時(shí)上幾門課程，疲于應(yīng)付課堂教學(xué)，無法兼顧學(xué)生實(shí)際掌握知識(shí)情況，以致用人單位對(duì)畢業(yè)生適應(yīng)工作能力與知識(shí)掌握情況反映普遍較差。

2 教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化

2.1 應(yīng)用型人才的教學(xué)目標(biāo)

對(duì)于應(yīng)用型高校，土木工程專業(yè)學(xué)生畢業(yè)后主要從事設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、項(xiàng)目管理等工作，土木工程質(zhì)量最終都跟土木工程材料有莫大的關(guān)系，土木工程材料也是日后繼續(xù)深造和參加各種職業(yè)資格考試必備知識(shí)。因此，根據(jù)成果導(dǎo)向方法對(duì)土木工程材料進(jìn)行系統(tǒng)的分析，重新制定不同土木工程專業(yè)方向工程材料教學(xué)大綱，理論上掌握材料的特性與其工程應(yīng)用性能之間關(guān)系，從實(shí)踐上認(rèn)識(shí)材料性質(zhì)對(duì)工程質(zhì)量變化影響。

2.2 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

應(yīng)用型本科高校學(xué)生畢業(yè)后絕大多數(shù)是走向工作崗位的，大部分高校在大三進(jìn)行專業(yè)分方向，土木工程主要有建筑工程(或稱結(jié)構(gòu)工程)、橋梁與隧道工程、巖土工程、公路與城市道路、鐵路工程等。根據(jù)專業(yè)方向，可以把土木工程材料分為通用材料和分方向材料；根據(jù)材料特性，可以分為基本狀態(tài)特性和專業(yè)特性；根據(jù)材料種類，可以分為結(jié)構(gòu)類、墻體類、功能類；根據(jù)材料品種，可以分為水泥、砂漿、混凝土、鋼材、瀝青、木材、石材、石膏、菱苦土、水玻璃等。由于不同專業(yè)，對(duì)土木工程材料的要求有所不一樣，可以有針對(duì)性地進(jìn)行授課，具體見表1。

優(yōu)化前優(yōu)化后上課時(shí)間大一、大二大二、大三所有方向房建市政道橋內(nèi)容第一塊(基本狀態(tài))密度(包括密度、表觀密度、堆積密度)、孔隙、空隙；材料力學(xué)性質(zhì)，強(qiáng)度、比強(qiáng)度、彈性、塑性等；材料與水相關(guān)的特性，有親水性、憎水性、吸濕性、吸水性、耐水性、抗?jié)B性、抗凍性等；材料的熱性質(zhì)，有熱容性、導(dǎo)熱性、熱變形性；材料的耐久性，有酸堿鹽侵蝕等第二塊(通用材料)水泥、石灰、混凝土、木材、鋼材等。主要介紹材料的生產(chǎn)、品種、分類，材料的技術(shù)指標(biāo)與要求，材料的選用，材料的應(yīng)用。第三塊(分方向)瀝青、瀝青混合料、高性能混凝土、鋼結(jié)構(gòu)材料、涂料、塑料、燒結(jié)磚、玻璃、絕熱材料、吸聲材料、穩(wěn)定類材料、石材等鋼結(jié)構(gòu)材料、涂料、塑料、燒結(jié)磚、玻璃、絕熱材料、吸聲材料瀝青、瀝青混合料、穩(wěn)定類材料、石材等瀝青、瀝青混合料、穩(wěn)定類材料、石材等

隨著科技發(fā)展，那些能耗高的、不環(huán)保材料會(huì)慢慢被淘汰，綠色環(huán)保的新型材料會(huì)不斷出現(xiàn)，教師要通過各種渠道不斷更新知識(shí)，不僅要在課堂讓學(xué)生學(xué)會(huì)關(guān)注材料發(fā)展，也要讓學(xué)生養(yǎng)成終身學(xué)習(xí)的習(xí)慣。

3 理論教學(xué)方式改革

傳統(tǒng)教學(xué)方法通常是從第一章開始依次講授，教師注重課堂教，這樣會(huì)出現(xiàn)課堂氛圍差、教師唱獨(dú)角戲情況。而土木工程材料是一門理論綜合實(shí)踐性較強(qiáng)課程，教師必須更新教學(xué)理念，堅(jiān)持因材施教，根據(jù)學(xué)生反映調(diào)整教學(xué)方法。

土木工程材料課程通常安排在第三至第五學(xué)期，而實(shí)習(xí)課程安排第五至第七學(xué)期，所以大部分學(xué)生對(duì)土木工程材料的理解是基于課堂的教師講述和PPT資料，同時(shí)大部分工程材料又是日常生活中常見到的。所以上第二塊通用材料和第三塊分方向材料時(shí)，教師應(yīng)多舉例工程應(yīng)用案例，鼓勵(lì)學(xué)生講述對(duì)所見到材料的理解，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，參與課堂討論。

在工程應(yīng)用案例教學(xué)中，注意案例來源應(yīng)貼近生活，案例的難度根據(jù)教學(xué)反映靈活組織，多方面引導(dǎo)學(xué)生參與問題的討論和解決。同時(shí)案例不能過度使用，需與教學(xué)任務(wù)相結(jié)合，與材料特性、章節(jié)復(fù)習(xí)相結(jié)合。相關(guān)研究表明[6]，案例教學(xué)可以降低高分低能現(xiàn)象，使學(xué)生意識(shí)到工程材料應(yīng)用特性，符合應(yīng)用型學(xué)生培養(yǎng)的導(dǎo)向。

案例1：如石灰應(yīng)用問題。現(xiàn)象：某施工現(xiàn)場(chǎng)急需石灰砂漿?，F(xiàn)場(chǎng)有生石灰、消石灰粉、生石灰粉。施工人員選了價(jià)格較為便宜的生石灰，并馬上加水配制石灰膏，再配制石灰砂漿。但是粉刷幾天后，石灰砂漿出現(xiàn)凸起、開裂等裂縫，請(qǐng)?jiān)嚪治隽芽p產(chǎn)生原因。分析：由于生石灰是塊狀，在未磨細(xì)就直接加水配置砂漿，使石灰砂漿中可能存在顆粒狀的過火石灰，數(shù)日后部分過火石灰在已硬化的石灰砂漿中熟化，體積膨脹，以致產(chǎn)生膨脹性裂紋，根本原因是該石灰的陳伏時(shí)間不夠。若選用生石灰粉，其在磨細(xì)過程中，把過火石灰磨成細(xì)粉，易于克服過火石灰在熟化時(shí)造成的體積安定性不良的危害。

案例2：如膨脹水泥與膨脹劑的應(yīng)用。泰國曼谷年降雨量 2000～3000mm，雨期長達(dá)6個(gè)月，使館區(qū)地勢(shì)低洼，暴雨后地面積水深達(dá)500mm，其某工地在該使館工程，樓板、公寓、地下室、室外游泳池、觀賞池的混凝土中采用U型膨脹劑(UEA)防水混凝土。摻UEA的混凝土用內(nèi)摻法，UEA的用量為水泥用量的12%，經(jīng)長時(shí)間使用未發(fā)現(xiàn)混凝土收縮裂縫，效果好。因?yàn)楣杷猁}水泥水化收縮，會(huì)產(chǎn)生裂縫。為此，引入膨脹組分如明礬石、石灰等以補(bǔ)償收縮，或產(chǎn)生自應(yīng)力。

又如某建筑工地大體積混凝土，結(jié)合水泥的特性，分析在澆筑前應(yīng)注意哪些問題，同時(shí)澆筑后又可能會(huì)產(chǎn)生哪些問題。工程材料知識(shí)點(diǎn)比較宂散，可以利用教學(xué)案例串聯(lián)知識(shí)點(diǎn)，從分析工程案例中展示材料特性，培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力，同時(shí)教師可利用事故分析過程中，對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)歸納。

4 實(shí)踐教學(xué)模式改變

實(shí)驗(yàn)設(shè)施、教學(xué)經(jīng)費(fèi)不足是應(yīng)用型本科院校遇到的普遍問題，根據(jù)傳統(tǒng)教學(xué)理念，大部分教師與學(xué)生不重視實(shí)驗(yàn)課、動(dòng)手能力差等。所以為了培養(yǎng)應(yīng)用型畢業(yè)生，需對(duì)實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行改革、建設(shè)，也是應(yīng)用型高校教學(xué)改革的關(guān)鍵之處。

4.1 綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

根據(jù)土木工程材料教學(xué)大綱，實(shí)驗(yàn)主要是密度、砂石篩分、膠砂、混凝土力學(xué)性能等，主要針對(duì)通用材料，且實(shí)驗(yàn)過程基本按實(shí)驗(yàn)室規(guī)程來操作，而未考慮工程實(shí)際條件，易致課堂知識(shí)與實(shí)驗(yàn)相脫節(jié)。為此，我們對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，開設(shè)綜合實(shí)驗(yàn)，即材料基本特征實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用至配合比等實(shí)驗(yàn)，改變了傳統(tǒng)一課一數(shù)據(jù)的單一模式。

在綜合實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生固定分組，從第一次實(shí)驗(yàn)課時(shí)就進(jìn)行總體布置，讓學(xué)生心里有個(gè)總體規(guī)劃，認(rèn)真完成每一次實(shí)驗(yàn)。如混凝土實(shí)驗(yàn)，完全模擬工地實(shí)驗(yàn)進(jìn)行操作，學(xué)生實(shí)驗(yàn)安排：第一次，原材料基本實(shí)驗(yàn)，包括水泥密度、砂石表觀密度等；第二次，骨料篩分實(shí)驗(yàn)，算出細(xì)度模數(shù)和級(jí)配；第四次，露天骨料含水率實(shí)驗(yàn)；第五次，混凝土和易性、試塊成型、強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)。學(xué)生完成前四次的實(shí)驗(yàn)后，根據(jù)已完成各項(xiàng)數(shù)據(jù)，計(jì)算配合比，再通過第五次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行和易性調(diào)整，強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)。

綜合實(shí)驗(yàn)使學(xué)生不僅理解了原材料基本參數(shù)準(zhǔn)確性對(duì)實(shí)際工程的影響，也有利于整個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、計(jì)算、操作及結(jié)果分析處理，提高學(xué)生解決實(shí)際問題能力。

4.2 觀摩實(shí)驗(yàn)教學(xué)

混凝土實(shí)驗(yàn)室是各個(gè)分專業(yè)都要做的實(shí)驗(yàn)，而針對(duì)路橋?qū)I(yè)的，還需進(jìn)行瀝青混合料實(shí)驗(yàn)，但是瀝青混合料實(shí)驗(yàn)，在實(shí)操上，比較難以展開。所以我們通過視頻觀摩、或者現(xiàn)場(chǎng)觀摩進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)室，除了上述動(dòng)手實(shí)驗(yàn)是增加學(xué)生認(rèn)識(shí)材料外，一些高校施工館、建筑模型等也是很好的教學(xué)資源。而一些如石灰、水玻璃、瀝青混合料、水管、木材節(jié)理等，卻很難通過分組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，通過觀摩實(shí)驗(yàn)加深對(duì)材料認(rèn)識(shí)。

4.3 與科研相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

應(yīng)用本科院校的教師，雖然科研不是其主要工作內(nèi)容，但是教師科研可以極大促進(jìn)教師對(duì)教學(xué)的理解。讓學(xué)生走進(jìn)科研，參與科研實(shí)踐，加深學(xué)生對(duì)課堂教學(xué)的認(rèn)識(shí)。為了滿足學(xué)生參與科研興趣，學(xué)校每年都會(huì)安排一些項(xiàng)目，在教師指導(dǎo)下書寫申請(qǐng)書、實(shí)驗(yàn)、結(jié)題等，不僅能夠?yàn)橄ＭM(jìn)一步的學(xué)習(xí)深造的學(xué)生打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，還能為教師科研提供實(shí)驗(yàn)幫助，達(dá)到雙贏的效果。

近些年，建筑工程學(xué)院老師主要從新型材料研究讓學(xué)生積極參與，研究方向有：鋼渣混凝土、尾礦渣混凝土、再生混凝土等。每年基本有40～50名學(xué)生可以直接參與實(shí)驗(yàn)，通過這些實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生加深對(duì)土木工程材料的認(rèn)識(shí)。近三年學(xué)生發(fā)表論文達(dá)30余篇，激發(fā)了學(xué)生進(jìn)一步深造動(dòng)力，每年考上研究生年年遞增，今年達(dá)15人。

5 課程考核改革

改革之前課程考核方式如下：70%期末成績+30%實(shí)驗(yàn)成績，其中實(shí)驗(yàn)成績主要以學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告為主。隨著教學(xué)內(nèi)容的改革，課程考核也隨之改革，現(xiàn)在把實(shí)驗(yàn)課作為一門獨(dú)立的課程進(jìn)行單獨(dú)考核，同時(shí)把科研納入第二課堂進(jìn)行學(xué)分考核，但是考核時(shí)，把課堂考核、實(shí)驗(yàn)考核、科研考核相互關(guān)聯(lián)起來，具體如下：課堂考核分為兩種方式，(1)不參與科研的，考核1=20%平時(shí)(包括作業(yè))+80%期末成績；(2)參與科研的，考核2=10%平時(shí)(包括作業(yè))+20%科研(參與項(xiàng)目情況，包括論文)+10%實(shí)驗(yàn)+60%期末。實(shí)驗(yàn)考核也分為兩種，(1)不參與科研的，考核1=60%平時(shí)(操作)+40%實(shí)驗(yàn)報(bào)告(數(shù)據(jù)記錄、計(jì)算過程)；(2)參與科研的，考核2=40%平時(shí)(操作)+20%科研(參與項(xiàng)目情況，包括論文)+40%實(shí)驗(yàn)報(bào)告(數(shù)據(jù)記錄、計(jì)算過程)。第二課堂學(xué)分，參與此方面科研項(xiàng)目0.5分，有發(fā)表論文的加1分。

6 結(jié)語

通過近些年的教學(xué)改革，分析土木工程材料教學(xué)中的不足，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，改變課堂教學(xué)方式和實(shí)踐教學(xué)，同時(shí)加大學(xué)生實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力的考核，不僅調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高了解決工程實(shí)際問題的能力，還通過相關(guān)的實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)科研嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度和團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神，提高了學(xué)生就業(yè)競(jìng)爭力。

[1]朱朝艷,劉紅艷,董錦坤,劉敬宇. 土木工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究與實(shí)踐[J]. 遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版),2016,(5):132-134.

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On Teaching Reform of Civil Engineering Materials Course in Application-oriented University at Undergraduate Level

ZHANG Ren-wei, TIAN Er-bu
(College of Civil Engineering and Architecture, Sanming University, Sanming Fujian 365004, China)

The application-oriented university focuses on applied talents training. According to the existing problems in the teaching of civil engineering materials course, the paper optimizes the teaching content, and carries out reforms in teaching methods and practice teaching to seek the teaching method of civil engineering materials suitable for application-oriented university. The reformed teaching and experimental teaching receives positive response.

application-oriented university; teaching content; practice teaching; teaching reform

TU5-4

A

1674-344X(2017)8-0095-04

2017-06-19

三明學(xué)院教育教學(xué)改革項(xiàng)目(J1420)；福建省高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目(JZ160186)

張仁巍(1982-)，男，江西萬年人，講師，博士生，研究方向?yàn)橥聊竟こ滩牧稀?/p>