面向工程應(yīng)用的道路建筑材料模塊化教學(xué)設(shè)計(jì)

孫 瑜，廖 劍，黃崇偉 SUN Yu, LIAO Jian, HUANG Chongwei

（1. 上海理工大學(xué)，上海200093；2. 上海浦興路橋建設(shè)工程有限公司，上海201210）

0 引 言

道路建筑材料課程是上海理工大學(xué)交通工程系的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，也是道路橋梁、市政工程等專業(yè)實(shí)踐性較強(qiáng)的必修核心課程之一，為今后“路基路面工程”、“橋梁工程”等專業(yè)課的學(xué)習(xí)做鋪墊，該課程不僅要求學(xué)生掌握常用道路材料的特性、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以及各種新型建筑材料的應(yīng)用情況等，還培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)踐中能合理選擇使用各種道路建筑材料的試驗(yàn)技能，為今后工作奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。然而，現(xiàn)階段的教學(xué)設(shè)計(jì)僅僅基于課本偏于理論化，卻忽視了實(shí)際工程中的應(yīng)用。對(duì)于工程項(xiàng)目而言，不同建筑材料的性能直接影響建筑結(jié)構(gòu)的使用壽命，而不同建筑材料的選擇以及用量也直接影響著工程造價(jià)，由此看出道路建筑材料在工程應(yīng)用中有著十分重要的地位，因此面向工程應(yīng)用的道路建筑材料教學(xué)設(shè)計(jì)是高校培養(yǎng)實(shí)踐型人才的關(guān)鍵。

1 道路建筑材料課程教學(xué)現(xiàn)狀

通過(guò)對(duì)學(xué)校該課程教學(xué)現(xiàn)狀的調(diào)研并結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)，可以梳理總結(jié)出道路建筑材料教學(xué)設(shè)計(jì)存在以下問(wèn)題。

1.1 教材內(nèi)容學(xué)習(xí)效果不佳。道路建筑材料課程內(nèi)容涉及面廣，理論知識(shí)共8 個(gè)章節(jié)，每章均為獨(dú)立體系，尤其砂石、瀝青、水泥、無(wú)機(jī)結(jié)合料、鋼材等原材料章節(jié)缺乏聯(lián)系[1]，且各類建筑材料本身就是一門專業(yè)學(xué)科，如此多跨學(xué)科的內(nèi)容壓縮在道路建筑材料課中，形成了多學(xué)科交叉的一門課程，加大了學(xué)習(xí)的難度。且教材中大多數(shù)內(nèi)容是對(duì)各類材料、試驗(yàn)資料和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，采用定性、半定量的分析，缺乏邏輯性和理論計(jì)算，許多同學(xué)在學(xué)習(xí)時(shí)感到枯燥，提不起興趣，沒(méi)有引起足夠的重視。甚至有學(xué)生認(rèn)為道路建筑材料是日常司空見慣的，沒(méi)有學(xué)習(xí)的必要，從而忽略了材料的生產(chǎn)工藝、實(shí)用性能、工程應(yīng)用等方面的深入學(xué)習(xí)[2]。

1.2 學(xué)時(shí)設(shè)置較短，課程安排不合理。以上海理工大學(xué)為例，道路建筑材料課程分為理論知識(shí)課程和試驗(yàn)課程，其中理論部分32 學(xué)時(shí)，試驗(yàn)部分16 學(xué)時(shí)。要在現(xiàn)有的48 學(xué)時(shí)內(nèi)完成課本34 小節(jié)理論知識(shí)和12 小節(jié)試驗(yàn)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，教學(xué)時(shí)間是比較緊張的。同時(shí)，這么短的時(shí)間內(nèi)還需要消化大量的概念、專業(yè)術(shù)語(yǔ)和試驗(yàn)檢測(cè)方法，使得每堂課的知識(shí)點(diǎn)和信息量都非常大。然而學(xué)生在45 分鐘的課堂時(shí)間內(nèi)很難保持注意力持續(xù)集中，難以記住如此多的知識(shí)點(diǎn)，更無(wú)法在頭腦中形成清晰的知識(shí)框架。此外，有些高校將道路建筑材料課程安排在大三上學(xué)期學(xué)習(xí)，而在此之前卻未開設(shè)工程地質(zhì)、材料力學(xué)等基礎(chǔ)課，導(dǎo)致學(xué)生基礎(chǔ)薄弱，學(xué)習(xí)該課程比較吃力，難以真正理解掌握各種材料的性能和技術(shù)原理。

1.3 試驗(yàn)教學(xué)流于形式。道路建筑材料課程涉及大量的試驗(yàn)方法，多數(shù)院校的教學(xué)計(jì)劃是將理論課與試驗(yàn)課分解成兩門課程分別進(jìn)行教學(xué)，或是將試驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)集中安排在理論課程結(jié)束后進(jìn)行，這樣導(dǎo)致試驗(yàn)內(nèi)容要在理論課程結(jié)束后幾周甚至幾個(gè)月之后進(jìn)行。由于試驗(yàn)課和理論課的間隔時(shí)間較長(zhǎng)，容易造成學(xué)生對(duì)所學(xué)試驗(yàn)知識(shí)內(nèi)容的遺忘，從而影響試驗(yàn)學(xué)習(xí)效果[3]，使理論與試驗(yàn)實(shí)踐脫節(jié)。此外，很多院校受到試驗(yàn)設(shè)備數(shù)量的限制，往往試驗(yàn)操作都是由少數(shù)對(duì)試驗(yàn)方法、步驟比較熟悉的同學(xué)完成，同小組的其他人做記錄或者旁觀，這在一定程度上限制了學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。

1.4 教材內(nèi)容難以契合工程現(xiàn)狀。隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展, 實(shí)際工程應(yīng)用中出現(xiàn)了各種新技術(shù)、新工藝、新材料、新設(shè)備。尤其在一些重點(diǎn)項(xiàng)目和大型工程中，輕質(zhì)泡沫混凝土、澆筑式瀝青混合料、環(huán)氧瀝青混合料、新型防水卷材、泡沫瀝青攤鋪等新材料、新工藝已得到了廣泛的應(yīng)用。然而這些新知識(shí)卻沒(méi)有及時(shí)編入教材，雖然教材也會(huì)根據(jù)行業(yè)的發(fā)展進(jìn)行補(bǔ)充修訂，但教材的修訂速度很難跟上行業(yè)的發(fā)展，導(dǎo)致現(xiàn)有教材理論知識(shí)不夠全面，難以契合工程現(xiàn)狀。

1.5 理論教學(xué)與工程實(shí)際脫節(jié)。教材中對(duì)一些道路建筑材料僅介紹了物理特性和技術(shù)性質(zhì)等簡(jiǎn)單理論知識(shí)，而學(xué)生為了通過(guò)課程考核，往往死記硬背下這些內(nèi)容，卻不思考工程實(shí)踐中為什么選擇這些材料，更談不上延伸課本知識(shí)，了解并掌握工程實(shí)際的材料選用和原理。比如很多學(xué)生知道，現(xiàn)實(shí)中交通量大、軸載重的道路基層可以選用無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定粒料基層，卻不知其強(qiáng)度高、整體性好，半剛性特征的原因。再如，教材中瀝青混合料章節(jié)的試驗(yàn)，只教授了馬歇爾試驗(yàn)、車轍試驗(yàn)，而實(shí)際工程應(yīng)用中，瀝青混合料的選用往往還要考慮施工和易性、耐久性等指標(biāo)。此外，室內(nèi)教學(xué)試驗(yàn)與實(shí)際施工生產(chǎn)之間也存在一定差異。比如對(duì)無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料而言，試驗(yàn)室做出的是目標(biāo)配合比，而實(shí)際工程施工中，還需要在拌和站進(jìn)行生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)，確定施工參數(shù)。

2 道路建筑材料模塊化教學(xué)設(shè)計(jì)

根據(jù)目前道路建筑材料課程教學(xué)現(xiàn)狀來(lái)看，道路建筑材料課程在教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)設(shè)計(jì)等方面都存在著一定的偏差，這種偏差導(dǎo)致了道路建筑材料課程教學(xué)改革難以順利的進(jìn)行。因此本文針對(duì)現(xiàn)有課程設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題，提出如圖1 所示的模塊化教學(xué)設(shè)計(jì)，即基于理論知識(shí)的互動(dòng)式教學(xué)模塊、基于試驗(yàn)操作的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模塊、基于工程案例的沉浸式教學(xué)模塊和基于項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的課程思政教學(xué)模塊。

圖1 道路建筑材料課程模塊化教學(xué)設(shè)計(jì)示意圖

2.1 基于理論知識(shí)的互動(dòng)式教學(xué)模塊。理論知識(shí)作為本門課程的核心，是今后試驗(yàn)以及工程實(shí)際應(yīng)用的基礎(chǔ)，為了在規(guī)定課時(shí)內(nèi)更加高效地將理論知識(shí)講授給學(xué)生，應(yīng)對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行側(cè)重點(diǎn)劃分，對(duì)于工程應(yīng)用中常見砂石材料理化性質(zhì)及分類，瀝青技術(shù)性質(zhì)及試驗(yàn)，瀝青混合料類型、結(jié)構(gòu)、技術(shù)性能、組成設(shè)計(jì)，水泥與混凝土技術(shù)性質(zhì)、無(wú)機(jī)穩(wěn)定料技術(shù)特性等內(nèi)容，作為課堂重點(diǎn)講解，在時(shí)間安排和教學(xué)資源上，適當(dāng)?shù)叵蜻@些內(nèi)容傾斜，讓學(xué)生有足夠的時(shí)間學(xué)習(xí)掌握并吃透這些在今后工程應(yīng)用中十分重要的知識(shí)點(diǎn)。對(duì)于其他非重點(diǎn)的內(nèi)容可以稍作講解，對(duì)教材中已經(jīng)過(guò)時(shí)的內(nèi)容一帶而過(guò)即可。同時(shí)，為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)課堂上師生之間的互動(dòng)，在講解一些常見材料時(shí)，可以在條件允許的情況下將材料實(shí)物帶到課堂，用實(shí)物直觀地將材料的理化性質(zhì)等知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行解構(gòu)分析，更有助于學(xué)生理解和記憶相應(yīng)理論知識(shí)。另外，利用近些年興起的大學(xué)慕課平臺(tái)，將本學(xué)期教學(xué)課件提前分享到網(wǎng)絡(luò)，供學(xué)生上課前觀看預(yù)習(xí)即將授課內(nèi)容，這樣學(xué)生不僅可以學(xué)習(xí)到因課時(shí)限制無(wú)法在課堂講授的拓展知識(shí)，而且能夠提前將不明白的地方通過(guò)線上留言的方式告知授課教師，便于后期課堂的重點(diǎn)分析講解。課堂上的線下互動(dòng)和慕課平臺(tái)的線上互動(dòng)，能更好地增進(jìn)師生間的溝通交流，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，達(dá)到學(xué)時(shí)短效率高的效果。

2.2 基于試驗(yàn)操作的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模塊。現(xiàn)有試驗(yàn)課程主要是與理論課程分解進(jìn)行教學(xué)，為了消除因理論與試驗(yàn)間隔時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的弊端，可以將16 個(gè)學(xué)時(shí)的試驗(yàn)課程與32 個(gè)學(xué)時(shí)的理論教學(xué)課程融合為一門課程進(jìn)行教學(xué)，由授課教師統(tǒng)一、靈活地安排試驗(yàn)課程的進(jìn)度。比如上完瀝青和瀝青混合料章節(jié)的課程，直接安排瀝青針入度、軟化點(diǎn)、馬歇爾試驗(yàn)，這樣有利于鞏固課堂知識(shí)，將理論和試驗(yàn)串聯(lián)起來(lái)。在此基礎(chǔ)上，提出基于實(shí)驗(yàn)操作的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，來(lái)改變以往教師講、學(xué)生聽的填鴨式教學(xué)。所謂基于試驗(yàn)操作的“翻轉(zhuǎn)課堂”是指把課堂上教師講授的試驗(yàn)內(nèi)容“翻轉(zhuǎn)”到課下，學(xué)生在上課前通過(guò)慕課、學(xué)習(xí)視頻預(yù)先學(xué)習(xí)完成試驗(yàn)內(nèi)容，在試驗(yàn)操作課上直接由學(xué)生來(lái)講解并進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，把課后學(xué)習(xí)內(nèi)容“翻轉(zhuǎn)”到課堂上，這樣一來(lái)老師可以在試驗(yàn)過(guò)程中修正學(xué)生操作不當(dāng)?shù)牡胤讲⒔獯饘W(xué)生的疑惑[4]。教師和學(xué)生的角色發(fā)生轉(zhuǎn)變，能極大地提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，創(chuàng)造更多師生互動(dòng)討論空間和教師答疑解惑時(shí)間，鞏固并加深學(xué)生對(duì)試驗(yàn)知識(shí)和具體操作的理解掌握，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)。

2.3 基于工程案例的沉浸式教學(xué)模塊。為了更好地將理論聯(lián)系實(shí)際，在理論課教學(xué)時(shí)，加入工程實(shí)例的分析講解。比如以某條市政道路的高架改建工程作為案例，當(dāng)介紹到案例中的水泥穩(wěn)定粒料道路基層時(shí)，可以延伸到砂石集料、無(wú)機(jī)穩(wěn)定材料等課本內(nèi)容；介紹到案例中SMA-13 上面層和AC-20C、AC-25C 中、下面層時(shí)，可以延伸到瀝青和瀝青混合料的組成、分類、技術(shù)性能等內(nèi)容；介紹到案例中高架橋梁樁基立柱時(shí)，可以延伸到大體積混凝土、混凝土外加劑等內(nèi)容。通過(guò)工程實(shí)例，將課程知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)，同時(shí)輔助網(wǎng)絡(luò)圖片、視頻影像、動(dòng)畫等多媒體手段來(lái)描述工程應(yīng)用中的材料特性、試驗(yàn)方法、施工技術(shù)[5]，將理論知識(shí)場(chǎng)景化，通過(guò)現(xiàn)代化教學(xué)手段將學(xué)生帶入到工程實(shí)例中。這種沉浸式教學(xué)使學(xué)生能夠更加直觀、深刻地學(xué)習(xí)到理論知識(shí)，明白工程實(shí)際中選擇某些材料的原因以及通過(guò)哪些性能參數(shù)來(lái)選擇材料。

2.4 基于項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的課程思政教學(xué)模塊。加強(qiáng)與校外企業(yè)的教學(xué)合作，建立校外實(shí)訓(xùn)基地，組織學(xué)生到學(xué)校周邊大型項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)參觀學(xué)習(xí)，讓學(xué)生了解到道路建筑材料在工程實(shí)際中的具體應(yīng)用，以及新材料、新工藝、新技術(shù)的發(fā)展[6]。通過(guò)大型項(xiàng)目的施工觀摩，能夠給學(xué)生帶來(lái)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際震撼，增強(qiáng)學(xué)生的民族榮譽(yù)感和行業(yè)自信心，明白基建強(qiáng)國(guó)的道理，從而體會(huì)到道路建筑材料這門課程的重要性。融入課程思政的現(xiàn)場(chǎng)參觀教學(xué)設(shè)計(jì)，不僅能夠增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生對(duì)材料的感性認(rèn)識(shí)和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，同時(shí)還能夠潛移默化地對(duì)學(xué)生進(jìn)行思政教育，提升學(xué)生的政治認(rèn)識(shí)和道德素養(yǎng)。

3 結(jié)束語(yǔ)

在深入分析道路建筑材料課程目前教學(xué)現(xiàn)狀及存在問(wèn)題的基礎(chǔ)上，提出基于理論知識(shí)的互動(dòng)式教學(xué)模塊、基于試驗(yàn)操作的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模塊、基于工程案例的沉浸式教學(xué)模塊和基于項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的課程思政教學(xué)模塊，探索出更加合理、實(shí)用的教學(xué)設(shè)計(jì)，從根本上保證道路建筑材料課程的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)滿足實(shí)際工程應(yīng)用、適應(yīng)社會(huì)需求的綜合型技術(shù)人才。