水泥化學(xué)課程的教學(xué)方式探索

羅暉，王振宇，李力，熊出華，梁苗苗

（重慶交通大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，重慶 400074）

1 水泥化學(xué)課程與工科研究生教育

《水泥化學(xué)》是重慶交通大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)土木工程材料方向研究生的專業(yè)課程，土木工程材料方向的研究生屬于工科類研究生，如何提高《水泥化學(xué)》課程的教學(xué)效果是工科研究生教學(xué)方式探索的典型案例之一。工科研究生的教育與文理等科的教育有密切聯(lián)系，但也應(yīng)注意它們的區(qū)別，工科研究生的教育要做好研究生教育的“育人”和工程界“用人”的接口設(shè)計(jì)[1]。工科研究生人才培養(yǎng)目標(biāo)應(yīng)該是能夠培育從事研究、設(shè)計(jì)、應(yīng)用、管理等方面工作，具有較高的綜合素質(zhì)和專業(yè)技術(shù)能力的應(yīng)用型高級工程技術(shù)人才[2]。

目前我國工科研究生在動(dòng)手能力和工程創(chuàng)新方面與發(fā)達(dá)國家仍存在差距,并且工科研究生和企業(yè)所需的人才之間也有差距[3]。一般認(rèn)為，產(chǎn)學(xué)研一體化是目前公認(rèn)的培養(yǎng)研究生實(shí)踐能力的有效途徑[2]。靳貴珍通過對麻省理工學(xué)院工科研究生教育的成功經(jīng)驗(yàn)與做法進(jìn)行分析，提出改進(jìn)和完善我國工科研究生教育的幾點(diǎn)建議，包括在工科研究生培養(yǎng)模式方面,確立大工程教育與以問題和項(xiàng)目為中心的教育理念,倡導(dǎo)科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值的開發(fā)研究,加強(qiáng)理論研究與工程實(shí)踐的有效結(jié)合[4]。為提高工科研究生的教育水平，國內(nèi)的專家和學(xué)者也提出了一些建議，例如：促進(jìn)學(xué)生參與到企業(yè)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中去,提高學(xué)生工程參與度[3]；課堂教學(xué)中注重技術(shù)知識的靈活應(yīng)用，教學(xué)中以提升學(xué)習(xí)興趣為主要目標(biāo)，提高學(xué)生參與度為手段；注重培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際工程技術(shù)案例推理能力[5]，重視實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場實(shí)踐環(huán)節(jié)對工學(xué)學(xué)科教育的重大意義[6]。

2 水泥化學(xué)課程教學(xué)面臨的問題

水泥作為工程建設(shè)中僅次于砂石用量的基礎(chǔ)性大宗材料（2008年中國水泥產(chǎn)量14.2億噸時(shí)已達(dá)世界水泥產(chǎn)量的50%，2017年產(chǎn)量更是突破23億噸），對其生產(chǎn)、反應(yīng)原理的掌握對于土木工程材料專業(yè)的研究生是非常有必要的，同時(shí)也是有一定難度的。

（1）《水泥化學(xué)》課程的內(nèi)容比土木工程材料專業(yè)方向?qū)W生本科階段所學(xué)相關(guān)課程深入很多，而對于跨專業(yè)的研究生來講，內(nèi)容更加抽象。學(xué)生在學(xué)習(xí)中要很好地掌握并運(yùn)用該門課程的知識具備較大難度。

（2）該專業(yè)方向?qū)W生本科階段所學(xué)相關(guān)課程多為《土木工程材料》《水泥混凝土》或《膠凝材料學(xué)》。而考慮到研究生階段知識深度的提高，重慶交通大學(xué)選用的教材是H.F.W.Taylor所著《Cement Chemistry》（F.M.Lea編著的《The Chemistry of Cement and Concrete》，在教學(xué)過程中僅作為參考教材）。由于選用的教材為英文版，也一定程度增加了教學(xué)和學(xué)習(xí)的難度。

（3）該課程在以往的教學(xué)中大多以基于相關(guān)教學(xué)資料的文字化講解為主，即使結(jié)合PPT講解，也是文字內(nèi)容居多，在此過程中，需要學(xué)生具備較強(qiáng)的抽象思維能力。要獲得好的教學(xué)效果，具有很大難度。

3 水泥化學(xué)課程的“四化”教學(xué)方式探索

針對《水泥化學(xué)》課程教學(xué)面臨的問題，結(jié)合工科研究生培養(yǎng)的特點(diǎn)，重在提高學(xué)生的興趣與參與度、技術(shù)知識的應(yīng)用能力，即讓學(xué)生清晰水泥是什么、怎么生產(chǎn)（應(yīng)用）、怎么設(shè)計(jì)（分析），開展四化教學(xué)方式的探索——即在教學(xué)中將可視化、現(xiàn)場化、實(shí)物化、具體化結(jié)合起來。

3.1 可視化

這里提及的可視化教學(xué)來源于知識可視化，有別于網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程可視化雙向互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)。圖片和圖像信息是比較重要的一種交換和處理信息的形式，人類獲取的信息80%以上通過視覺獲得，人腦中有一半的神經(jīng)元細(xì)胞用來處理視覺輸入信息，有資料表明，相比于文字信息處理，人類處理視覺信息的能力快6000倍?？梢暬褪浅浞掷萌说难邸⒛X系統(tǒng)速度最快、頻帶最寬的功能來傳遞、處理和理解各種信息，以有效提高信息加工及信息傳遞的效能?？梢暬膶W(xué)習(xí)更有利于理解和記憶，研究顯示使用視覺輔助能夠?qū)W(xué)習(xí)效率提高400%[7]。

基于可視化可以提高學(xué)習(xí)效率的分析，在“水泥化學(xué)”的教學(xué)探索過程中制作并選取相關(guān)圖片、視頻材料，其中視頻材料是對水泥生產(chǎn)過程拍攝制作出的教學(xué)錄像。視頻材料是對現(xiàn)場化教學(xué)的補(bǔ)充，雖然采取教師和工程師在水泥生產(chǎn)現(xiàn)場講解的方式，學(xué)生容易掌握知識點(diǎn)，但由于現(xiàn)場學(xué)生離講解教師的距離不同，每個(gè)學(xué)生處于生產(chǎn)線附近的位置不同，會存在聽不清講解或看不清生產(chǎn)細(xì)節(jié)的情況。“水泥化學(xué)”的可視化教學(xué)包括生產(chǎn)過程可視化，學(xué)習(xí)內(nèi)容可視化，在課堂的教學(xué)PPT中融入生產(chǎn)、實(shí)驗(yàn)的視頻和圖片等內(nèi)容，這樣每個(gè)學(xué)生都能清楚看到水泥生產(chǎn)的過程細(xì)節(jié)并聽清講解。采用圖片和視頻內(nèi)容更豐富的PPT進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生在課堂上從聽課變?yōu)槁牽唇Y(jié)合。

3.2 實(shí)物化

實(shí)物教學(xué)是教學(xué)環(huán)節(jié)中將理論與實(shí)物聯(lián)系起來，直觀性較強(qiáng)的一種教學(xué)手段?！八嗷瘜W(xué)”教學(xué)探索過程中通過對相關(guān)樣品的采集，制備出系列教學(xué)實(shí)物樣品，并建立實(shí)物樣品檔案與樣本數(shù)據(jù)檔案，以實(shí)物作為教具，針對課程內(nèi)容中的水泥生產(chǎn)化學(xué)、熟料和水泥性能、水泥水化、新拌和硬化水泥結(jié)構(gòu)、外加劑和特殊用途水泥部分的課程導(dǎo)入、重點(diǎn)講解，在課堂上應(yīng)用實(shí)物教學(xué)。

教師向?qū)W生展示實(shí)物教具，學(xué)生通過觀察和體會掌握相關(guān)知識，這一教學(xué)方法可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)能動(dòng)性、活躍課堂氣氛、有效提高教學(xué)質(zhì)量[4]。在“水泥化學(xué)”四化教學(xué)探索過程中利用實(shí)物教學(xué)取得了明顯的效果，學(xué)生的感官認(rèn)識顯著增強(qiáng)，對知識的理解難度降低，學(xué)習(xí)興趣明顯提升，學(xué)生的思維活躍度和參與教學(xué)的主動(dòng)性都得到提高。

3.3 現(xiàn)場化

“水泥化學(xué)”的現(xiàn)場化教學(xué)即通過水泥生產(chǎn)企業(yè)和教學(xué)基地，針對課程內(nèi)容中的水泥生產(chǎn)化學(xué)、高溫化學(xué)、外加劑化學(xué)部分開展現(xiàn)場教學(xué)活動(dòng)。將教學(xué)課堂設(shè)在實(shí)際的生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)施教學(xué)的方法具有親驗(yàn)性、互動(dòng)性的特點(diǎn)。現(xiàn)場化教學(xué)是對可視化的進(jìn)一步強(qiáng)化，可以充分利用身體的學(xué)習(xí)感官身處其中進(jìn)行感知、學(xué)習(xí)和交流，其視覺沖擊力強(qiáng)于課堂上的可視化教學(xué)，學(xué)生能更好地掌握知識和技能。課堂教學(xué)是現(xiàn)場教學(xué)的基礎(chǔ)，現(xiàn)場教學(xué)又是課堂教學(xué)的有益補(bǔ)充，這樣相得益彰[5]。把課堂中的問題帶到現(xiàn)場的教學(xué)方式，強(qiáng)調(diào)理論聯(lián)系實(shí)際和解決實(shí)際問題，能夠提高教學(xué)效率，保證教學(xué)效果。

3.4 具體化

采用集中陳述概念和理論的教學(xué)方法完成內(nèi)容豐富的土木工程材料專業(yè)課的講授，通常會使學(xué)生感覺枯燥乏味，這種教學(xué)方式背離了學(xué)生的思維方式，增加了學(xué)習(xí)難度，影響學(xué)生對知識的理解和吸收。“水泥化學(xué)”的具體化教學(xué)，即在教學(xué)過程中將水泥化學(xué)理論結(jié)合當(dāng)前水泥實(shí)際生產(chǎn)中的實(shí)際技術(shù)參數(shù)進(jìn)行分析。在“水泥化學(xué)”教學(xué)探索過程中通過調(diào)研和分析，采集重慶地區(qū)主要水泥熟料和水泥樣品的化學(xué)成分與性能數(shù)據(jù)，形成數(shù)據(jù)檔案，將具體的數(shù)據(jù)與課程內(nèi)容中的高溫化學(xué)、水泥生產(chǎn)化學(xué)、熟料和水泥性能等部分結(jié)合開展教學(xué)，比如對石灰飽和系數(shù)（KH）、硅率（SM）、鋁率（IM）計(jì)算方法的具體應(yīng)用。在“水泥化學(xué)”教學(xué)過程中，學(xué)生是抽象的間接經(jīng)驗(yàn)的獲得者，采用具體化教學(xué)方式，將水泥化學(xué)的理論與實(shí)際生產(chǎn)相結(jié)合，間接經(jīng)驗(yàn)在教學(xué)過程中得以還原，學(xué)習(xí)過程具有針對性和可操作性，學(xué)生也學(xué)習(xí)到了知識的具體化運(yùn)用。

4 結(jié)語

教學(xué)過程具有間接性的特點(diǎn)，學(xué)生通常在課堂上間接地獲得知識，而工科學(xué)科的特點(diǎn)是實(shí)踐性強(qiáng)，當(dāng)教學(xué)內(nèi)容理論性過強(qiáng)時(shí)，實(shí)踐過程中容易理解的知識在學(xué)生看來卻難以掌握，尤其是研究生的課程學(xué)習(xí)（包括《水泥化學(xué)》課程）基本在研一階段，該階段學(xué)生由于實(shí)踐環(huán)節(jié)相對缺乏，對抽象知識的學(xué)習(xí)基本靠記和背，嚴(yán)重影響了對專業(yè)知識的理解。因此提高學(xué)生對間接知識的認(rèn)知度和理論聯(lián)系實(shí)際的能力是工科課程教學(xué)的主要任務(wù)。以研究生專業(yè)課程“水泥化學(xué)”為研究對象，形成的可視化、現(xiàn)場化、實(shí)物化、具體化的“四化”教學(xué)模式，起到了調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)性、積極性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的效果，并促進(jìn)了學(xué)生對理論知識的理解?！八幕苯虒W(xué)方式實(shí)現(xiàn)了課堂教學(xué)與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，有利于提高工科研究生專業(yè)課程的教學(xué)效果和工科研究生的專業(yè)技術(shù)應(yīng)用能力。