基于OBE的“建筑功能材料”教學(xué)方法探索

覃忠瓊，徐文總，李 真,宋小杰

（1.安徽建筑大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，安徽合肥230001；2.安徽省先進建筑材料實驗室，安徽合肥230001）

建筑是人類歷史的見證、文化的標(biāo)志、心靈的寄托。墨子云: 建筑“高可以避潤濕，旁足以圉風(fēng)寒，上足以待霜雪雨露”。高層建筑是現(xiàn)代科技發(fā)展的必然結(jié)果，是城市化的必然產(chǎn)物。建筑材料是一切建筑工程的物質(zhì)基礎(chǔ)。建筑結(jié)構(gòu)材料構(gòu)成建筑物的受力構(gòu)件，而建筑功能材料決定著建筑物的使用功能與建筑品質(zhì)。建筑功能材料領(lǐng)域?qū)Ω叻肿訉I(yè)人才的需求也越來越迫切，急需培養(yǎng)造就一批高素質(zhì)的具備在高分子材料的合成與制備、改性及加工成型等領(lǐng)域從事科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)、產(chǎn)品與工藝設(shè)計、生產(chǎn)與經(jīng)營管理能力的專業(yè)工程技術(shù)人才。

為實現(xiàn)我國由工程教育大國邁向工程教育強國的目標(biāo)，教育部提出了“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”。該計劃旨在培養(yǎng)一大批創(chuàng)新能力強、適應(yīng)社會經(jīng)濟發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才，這為高分子材料專業(yè)課程教學(xué)明確了方向和要求。

“建筑功能材料”是高分子材料與工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)選修課，其內(nèi)容涉及到建筑功能材料的分類、基本組成、作用機理、基本特性，需要學(xué)生熟悉各類材料的選用原則與施工要點，能在工程中正確選擇和檢測合適的建筑功能材料。這就要求在教學(xué)過程中，必須根據(jù)OBE的基本要求對課程的教學(xué)進行研究。下圖是本課題組對該課程教學(xué)做的多方面探索。

1 設(shè)立提高學(xué)生工程能力為導(dǎo)向的“三維”課程目標(biāo)

成功的教學(xué)應(yīng)該建立在清晰、合理的課程目標(biāo)之上。美國教育家拉爾夫·泰勒曾提出，課程目標(biāo)的設(shè)立應(yīng)該建立在三大基礎(chǔ)之上，即對學(xué)生的研究、對學(xué)科的研究以及社會生活需要的研究。因此，本課程設(shè)立了以提高學(xué)生工程能力為導(dǎo)向的課程目標(biāo)。

（1）一維——建材基礎(chǔ)知識：學(xué)生應(yīng)該能夠了解建筑功能材料特別是高分子建筑功能材料的分類，熟悉不同建筑材料的性能和作用的基本原理。

（2）二維——施工應(yīng)用基礎(chǔ)：學(xué)生應(yīng)該能夠具備根據(jù)施工條件選擇合適的建筑功能材料，熟悉施工要點。

（3）三維——優(yōu)秀工作能力：在未來從事高分子建筑材料研究、開發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用施工過程中，注重環(huán)保節(jié)能，秉持“綠色建筑”的思想。

由于人口增長和城市地區(qū)建筑施工的快速增長，建筑物的能源消耗不斷增加。 例如，住宅建筑消耗了美國總能源的21.7%；目前建筑消耗熱量幾乎占英國能源消耗的一半，占該國碳排放量的三分之一。 大約80%的熱量用于房屋和其他建筑物，其余20%用于英國的各種工業(yè)部門。與建筑物熱管理相關(guān)的能源問題直接影響環(huán)境、經(jīng)濟和生活標(biāo)準(zhǔn)，并且與正在發(fā)生的高能源成本以及減少溫室氣體排放的迫切需要的全球危機休戚相關(guān)。另外，隨著人民生活的日益現(xiàn)代化，新型建材制品、建筑裝飾材料及日用化學(xué)品的使用不斷增加，這些材料可能在室內(nèi)外釋放有害化學(xué)成份，造成污染物的不斷增加，致使室內(nèi)外環(huán)境質(zhì)量顯著惡化，各種疾病增加。高分子建筑材料作為化學(xué)建材的主要組成部分，建筑塑料、建筑膠粘劑、建筑涂料、建筑防水材料和建筑用合成纖維等產(chǎn)品的應(yīng)用，在降低建材價格、擴大建材品種、改善建筑功能等方面日益得到廣泛關(guān)注。作為未來從事高分子建筑材料研究、開發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用施工的專業(yè)工程師，必須充分認(rèn)識到環(huán)保節(jié)能和可持續(xù)發(fā)展的“綠色建筑”的重要性。因此，在“建筑保溫隔熱材料”的講授過程中，用大量的數(shù)據(jù)來說明世界和我國的能源現(xiàn)狀以及面臨的能源危機，讓學(xué)生深刻理解建筑節(jié)能的重要意義。在介紹“建筑防水涂料”章節(jié)時，要求學(xué)生必須充分了解各類防水材料的優(yōu)缺點,會分析有可能造成的污染，具備在施工過程中能夠選擇“質(zhì)量優(yōu)、無毒害、無污染、工藝先進且易施工”的高分子建材和綠色施工的能力。

2 優(yōu)化教學(xué)方案，及時更新教學(xué)內(nèi)容

“建筑功能材料”課程教學(xué)時的主要問題有以下幾點：

（1）課程內(nèi)容過多，涵蓋建筑保溫隔熱材料、建筑防水材料、建筑防火材料、建筑光學(xué)材料、建筑聲學(xué)材料、建筑裝飾材料等多種建筑功能材料，每一大類材料又分為多個不同品種，每種材料的定義、基本特性、作用機理、性能特點、工程應(yīng)用選用原則與施工要點各具特色，可以說是包羅萬象，紛亂龐雜，大量概念與規(guī)律比較抽象，相當(dāng)多的知識點需要記憶。

（2）章節(jié)之間相對獨立，自成體系，邏輯推理性內(nèi)容少，學(xué)生難以通過學(xué)習(xí)建立一個“全局化”的工程思維。

（3）學(xué)生具有一定的高分子專業(yè)基礎(chǔ)知識，但是無機材料學(xué)基礎(chǔ)知識欠缺。本課程開設(shè)在大三下學(xué)期，學(xué)生已經(jīng)系統(tǒng)地學(xué)習(xí)過“高分子化學(xué)”“高分子物理”等高分子專業(yè)課程，具有一定的高分子專業(yè)基礎(chǔ)知識，但是大部分無機材料學(xué)基礎(chǔ)知識和基本概念幾乎都是學(xué)生第一次接觸，這部分內(nèi)容學(xué)生感覺枯燥無味、晦澀難懂。

基于以上問題，在“建筑功能材料”的課程教學(xué)中，采用“立足基礎(chǔ)，有重點地偏向高分子”教學(xué)方案。在教學(xué)內(nèi)容上，適當(dāng)補充土木工程材料學(xué)的基礎(chǔ)知識，對一些建筑材料的基本術(shù)語進行重點講解，做到既能讓學(xué)生了解各種建筑功能材料作用的基本原理，又能夠熟悉有機高分子建筑功能材料的種類、性能特點、選用與施工要點。保溫隔熱材料和防水材料是高分子在建筑功能材料中最主要的應(yīng)用，因此在教學(xué)課時分配上將近2/3的學(xué)時（總24 學(xué)時）放在建筑保溫隔熱材料（6學(xué)時）和建筑防水材料（8 學(xué)時）章節(jié)，而建筑防火材料、建筑光學(xué)材料和建筑聲學(xué)材料安排7個學(xué)時進行教學(xué)。

隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，不同結(jié)構(gòu)性能的新型建筑功能材料不斷地被開發(fā)出來，為保持教學(xué)內(nèi)容的新穎性與先進性，及時關(guān)注建筑功能材料的發(fā)展和研究動態(tài)，緊跟發(fā)展趨勢，結(jié)合典型工程應(yīng)用，不斷將新技術(shù)、新應(yīng)用融入課堂，及時補充“半透明混凝土智能控制‘三明治’結(jié)構(gòu)墻體”“3D打印復(fù)合泡沫塑料”“添加超吸水聚合物防火混凝土材料”等比較前沿的內(nèi)容。

3 多種教學(xué)方法相結(jié)合

“建筑功能材料”開設(shè)在大三下學(xué)期，又是專業(yè)選修課，在沒有考試壓力下學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高，傳統(tǒng)的老師臺上講，學(xué)生課下聽的填鴨式教學(xué)不能引起學(xué)生的興趣，而且課程教學(xué)內(nèi)容多，授課學(xué)時短，沒有好的教學(xué)手段，達不到好的教學(xué)效果，無法完成既定的教學(xué)目標(biāo)，因此，在教學(xué)中采用多種教學(xué)手段相結(jié)合的教學(xué)方式。

3.1 啟發(fā)式教學(xué)

“建筑功能材料”課程實踐性非常強，在教學(xué)過程中盡量結(jié)合實際應(yīng)用進行講解。在制作教學(xué)課件時，充分利用豐富的網(wǎng)絡(luò)資源，引入各種功能材料在實際應(yīng)用中的圖片、視頻等材料輔助課堂教學(xué)。在導(dǎo)入課程內(nèi)容時，采用啟發(fā)式教學(xué)，要求學(xué)生觀察所在的教學(xué)主樓，找出自己熟悉的建筑材料，討論這些材料的作用，然后教師順勢提出“建筑材料”和“建筑功能材料”的概念，引導(dǎo)學(xué)生順利進入課程的學(xué)習(xí)。這一舉措，使課堂氣氛大為活躍，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣高漲。

3.2 以學(xué)生為主體的反轉(zhuǎn)角色教學(xué)

在建筑功能材料領(lǐng)域高分子材料最重要的應(yīng)用是用作高分子建筑防水材料，在該章節(jié)授課時，打破了傳統(tǒng)的教師為授課主體的教學(xué)方法，改由學(xué)生擔(dān)任授課的主角。具體做法是在介紹完防水材料的防水機理之后，將余下的章節(jié)內(nèi)容劃分為“三元乙丙橡膠防水卷材”“氯丁橡膠防水卷材”“聚氯乙烯防水卷材”“丁基橡膠防水卷材”“共混及復(fù)合型防水卷材”“丙烯酸酯防水涂料”“聚氨酯防水涂料”和“JS防水涂料”8個模塊，將全班學(xué)生分為8 個小組，每組同學(xué)通過集體收集資料、協(xié)商制作課件、課堂展示課件來共同完成一個模塊的授課任務(wù)。結(jié)果表明，這種以學(xué)生為主體的教學(xué)方法，教學(xué)效果非常理想。從課件制作來看，學(xué)生的課件內(nèi)容詳盡，重點突出；從課件展示來看，大部分同學(xué)非常熟悉課件內(nèi)容，能夠很通順流利地講述ppt的內(nèi)容，對比較生疏難懂的施工工藝也能解釋清楚，儼然一個侃侃而談的“老師”；再加上老師在旁邊適度點評，并且提出相應(yīng)的問題要求學(xué)生現(xiàn)場回答，學(xué)生的專注力得到很大的提高，普遍反映對本章節(jié)的內(nèi)容掌握得很好。從另外一個角度來看，以學(xué)生擔(dān)任授課主角是一次動手實踐的過程，增強了學(xué)生的自學(xué)能力、實際動手能力，培養(yǎng)了學(xué)生的團隊合作精神，為OBE的實施提供了有力的支撐。

3.3 “精講”和“串講”相結(jié)合教學(xué)

建筑大師賴特特別強調(diào)“整體統(tǒng)一才是建筑的根本，完美的相互關(guān)系、整體才是生命”，因此，雖然不同的建筑功能材料在建筑中賦予建筑物防水、防火、保溫、隔熱、采光、隔聲、裝飾、防腐等不同的功能，但是相互之間是有機聯(lián)系、不可分割的。在教學(xué)過程中，既要注意用精講介紹各種材料各自的特點，又能通過串講的模式點明其共同之處。比如泡沫塑料被廣泛用于建筑保溫材料和建筑吸音材料，在授課時，既介紹二者的一些特征參數(shù)比如導(dǎo)熱系數(shù)、吸聲特性，又點明其具有易老化、耐火性能差的共性。在介紹玻璃幕墻設(shè)計原則時，特別注重其審美要求的設(shè)計，同時還強調(diào)風(fēng)壓變形性能、空氣和雨水的滲透性能以及保溫隔熱、防火性能要求的設(shè)計，力求讓學(xué)生認(rèn)識到建筑是一個有機整體，要用全局化的眼光來學(xué)習(xí)各類建筑功能材料。

4 不同層次相結(jié)合的考核方式

本課程需要學(xué)生能夠熟悉各類材料的選用原則與施工要點，從而可以對某一工程實例中的建筑功能材料進行正確選用和檢測，能熟練地將知識運用到實際工程中。因此設(shè)計了多層次的考核方式：

第一層次：課堂提問。老師在上課過程中就某個知識點進行提問，檢驗學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)能力。

第二層次：課程小論文。由學(xué)生自由選擇不同的主題，查閱相關(guān)資料，撰寫課程小論文，檢驗學(xué)生對章節(jié)內(nèi)容的掌握情況。

第三層次：綜合能力的考察。在課程結(jié)束后，提供系列典型的建筑功能材料樣品，要求學(xué)生通過觀察，判斷其歸屬于哪一種材料，并簡要說明其原料、基本性能、技術(shù)參數(shù)和適用場所，以及使用后對建筑的功能性產(chǎn)生的影響。

通過以上“點—線—面”三個層次的考核，學(xué)生能夠掌握課程內(nèi)容，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，達到課程教學(xué)的目標(biāo)。

5 結(jié)束語

“建筑功能材料”是一門實踐性非常強的課程，課題組進行了多方面的探索，通過初步設(shè)立“三維”課程目標(biāo)，優(yōu)化教學(xué)方案，及時更新教學(xué)內(nèi)容，多種教學(xué)手段相結(jié)合，精心設(shè)計多樣化的考核方式，以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)主體地位，改善教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生的全局意識；另外將環(huán)保節(jié)能理念始終貫穿于整個教學(xué)過程，為培養(yǎng)高素質(zhì)的具有環(huán)保節(jié)能理念的工程技術(shù)人才提供有益的支持。