建筑功能材料課程教學(xué)方法改革與成效

孫振平 馬一平 肖飛鵬

建筑是技術(shù)與藝術(shù)完美結(jié)合的產(chǎn)物，建筑離不開建筑材料，而建筑材料根據(jù)其在建筑中發(fā)揮的主要作用，可簡單分為建筑結(jié)構(gòu)材料和建筑功能材料兩大類。建筑結(jié)構(gòu)材料包括水泥、混凝土、鋼材和木材等用于制備承重結(jié)構(gòu)的材料，也包括已事先在工廠（或工地現(xiàn)場）制備好的用于裝配式建筑的梁、柱、樓板、屋頂、陽臺(tái)和樓梯等預(yù)制構(gòu)件。而建筑功能材料則是指賦予建筑物以一定功能的材料，這些功能包括防水、保溫隔熱、防腐蝕、防火、裝飾等。

衣食住行是人民最基本的物質(zhì)生活需求。當(dāng)前，我國各族人民在中國共產(chǎn)黨的領(lǐng)導(dǎo)下，經(jīng)過艱苦卓絕的奮斗，在脫貧攻堅(jiān)戰(zhàn)中取得了巨大成果，已經(jīng)進(jìn)入全面建成小康社會(huì)的決勝階段，中國正處于新時(shí)代中國特色社會(huì)主義建設(shè)時(shí)期。新時(shí)期的建筑應(yīng)該具有新的面貌，除了要在居住面積方面滿足人民對(duì)美好生活的追求外，在居住空間的功能上，應(yīng)該更加防水、防滲、防潮，更加保溫、隔熱，更加節(jié)能，更加防火、防腐，更加安全，更加美觀、和諧，更加綠色、健康、生態(tài)，對(duì)環(huán)境更加友好。這些都離不開新型高性能的功能型建筑材料。

建筑功能材料課程為同濟(jì)大學(xué)材料科學(xué)與工程本科專業(yè)土木工程材料方向的專業(yè)必修主干課程，旨在幫助學(xué)生鞏固材料科學(xué)與工程的基礎(chǔ)理論知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)建筑功能材料方面的知識(shí)，使學(xué)生獲得建筑功能材料研究、開發(fā)和設(shè)計(jì)的科學(xué)思維能力及技能。建筑功能材料課程的教學(xué)內(nèi)容幾經(jīng)調(diào)整，目前確定包括六個(gè)方面：建筑防水材料、建筑防護(hù)材料、建筑保溫隔熱材料、建筑防火材料、建筑裝飾材料、綠色建筑材料。這六個(gè)方面的內(nèi)容可以較好地滿足新時(shí)期社會(huì)主義建設(shè)對(duì)于土木工程材料人才的需求。

建筑功能材料課程在之前十余年的教學(xué)中，主要依賴教師的課堂講解和課后作業(yè)來完成教學(xué)，教學(xué)方法單一，賦予學(xué)生的知識(shí)廣度和知識(shí)深度顯然不能滿足當(dāng)今社會(huì)的人才需求。

隨著我國“新工科”專業(yè)建設(shè)和面向“中國制造2025”工程實(shí)踐人才培養(yǎng)模式改革的深入，同濟(jì)大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)開展了課程教學(xué)方法改革。建筑功能材料課程作為材料科學(xué)與工程本科專業(yè)土木工程材料方向的專業(yè)必修課，也必然被列入重點(diǎn)改革課程之一。

建筑功能材料課程被確定為教學(xué)改革重點(diǎn)課程以來，課程教師通過廣泛調(diào)研和向資深教育專家咨詢，結(jié)合學(xué)?，F(xiàn)有條件，在教學(xué)方法改革時(shí)緊跟時(shí)代步伐，力求讓學(xué)生在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，通過自學(xué)、聽報(bào)告、觀看實(shí)驗(yàn)視頻、參觀、實(shí)踐、匯報(bào)和參加競賽等方式，養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣，最大限度地拓寬學(xué)生的知識(shí)范圍。通過不斷改革創(chuàng)新和實(shí)踐，建筑功能材料課程的教學(xué)質(zhì)量有了大幅提升。

一、建筑功能材料課程教學(xué)方法改革

針對(duì)建筑功能材料課程教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)與我國“新工科”專業(yè)人才和面向“中國制造2025”人才的需求標(biāo)準(zhǔn)，同濟(jì)大學(xué)的教學(xué)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過廣泛調(diào)研，并向資深教育專家咨詢，擬定了教學(xué)改革方案。具體內(nèi)容如下。

（一）拓寬專業(yè)知識(shí)面，邀請其他專業(yè)教師參與授課，建設(shè) “交叉課程”

為實(shí)現(xiàn)同濟(jì)大學(xué)“引領(lǐng)可持續(xù)發(fā)展的專業(yè)精英與社會(huì)棟梁”的人才培養(yǎng)總目標(biāo)，根據(jù)“知識(shí)、能力、人格”三位一體協(xié)調(diào)發(fā)展的人才培養(yǎng)模式要求，教學(xué)團(tuán)隊(duì)希望通過傳授給學(xué)生基礎(chǔ)性、整體性、綜合性和廣博性的知識(shí)，同時(shí)注重不同學(xué)科的交叉融通，拓展學(xué)生視野，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，使學(xué)生能夠以全面的觀點(diǎn)認(rèn)識(shí)世界和解決問題[1]。通過專業(yè)知識(shí)面的拓寬，建筑功能材料課程形成了開放性教學(xué)體系，容納多學(xué)科知識(shí)，至少涵蓋了材料科學(xué)與工程、交通工程兩個(gè)學(xué)科和專業(yè)的知識(shí)。課程邀請交通工程教師講授部分內(nèi)容，學(xué)生通過聆聽其他專業(yè)教師對(duì)本課程內(nèi)容的講授，能夠了解到其他專業(yè)對(duì)本課程內(nèi)容的認(rèn)知方式，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。

（二）聘請校外專家進(jìn)行授課

為了提升學(xué)生對(duì)建筑功能材料課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生能夠提前了解課程內(nèi)容在社會(huì)工業(yè)和建筑業(yè)中的重要用途，同濟(jì)大學(xué)特別安排了兩個(gè)學(xué)時(shí)，由任職于生產(chǎn)型企業(yè)的技術(shù)負(fù)責(zé)人進(jìn)課堂講授。這些授課教師每次都會(huì)介紹一些生產(chǎn)實(shí)踐中面臨的“卡脖子”技術(shù)。這不僅能夠吸引學(xué)生的興趣，還能夠開闊學(xué)生的視野，促使學(xué)生在課后積極查閱資料，并希望能夠通過自身的努力攻克這些問題。

（三）要求學(xué)生利用課余時(shí)間觀看教材配套視頻

現(xiàn)在的本科生獲取知識(shí)的途徑比較多，接受知識(shí)的速度也非?？?。建筑功能材料課程采用授課教授編著出版的教材。考慮到目前大多高校已將專業(yè)實(shí)驗(yàn)課與專業(yè)課分開設(shè)置，專業(yè)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容往往不能與專業(yè)課內(nèi)容同步。因此，為了提高教學(xué)質(zhì)量，在編著出版教材時(shí)，專門邀請專業(yè)人士制作了配套的實(shí)驗(yàn)操作教學(xué)視頻，學(xué)生可以在學(xué)習(xí)專業(yè)課內(nèi)容時(shí)觀看相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)操作，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的同步，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

（四）每周布置一次作業(yè)

以往，學(xué)生總以為只要順利通過期末考試就可高枕無憂，所以他們通常是到期末考試前才集中看書、整理知識(shí)點(diǎn)、鞏固知識(shí)和進(jìn)行復(fù)習(xí)。這種學(xué)習(xí)方法不利于學(xué)生牢固掌握知識(shí)，更不利于學(xué)生學(xué)以致用，及時(shí)投入創(chuàng)新活動(dòng)。本次改革注重督促學(xué)生及時(shí)鞏固知識(shí)，并及時(shí)查閱文獻(xiàn)。對(duì)于每周一次的作業(yè)安排（要求一周內(nèi)必須提交），大部分學(xué)生最初感覺苦不堪言，但經(jīng)過半個(gè)學(xué)期的磨練，學(xué)生已經(jīng)完全適應(yīng)，能夠自覺保質(zhì)保量地完成習(xí)題，既收獲了知識(shí)，也使創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)開展得有聲有色。

（五）學(xué)期中安排每位學(xué)生至少做一次專題報(bào)告

在建筑功能材料課程開課的第一周，教師便給全班明確布置本課程的任務(wù)安排：每周的課堂上要請2～3 位學(xué)生做課堂專題報(bào)告（每位同學(xué)5 分鐘），報(bào)告可以針對(duì)教師上課中的難點(diǎn)問題，也可以針對(duì)學(xué)生自身在閱讀、實(shí)習(xí)、參觀或?qū)ｎ}討論中碰到的難題。對(duì)于這一安排，學(xué)生們熱情高漲，認(rèn)真準(zhǔn)備，爭先恐后地進(jìn)行專題報(bào)告。

（六）安排校外基地實(shí)踐和小組討論活動(dòng)

以往的建筑功能材料課程教學(xué)都采用的是“滿堂灌”模式，學(xué)生沒有機(jī)會(huì)去建筑工地參觀體驗(yàn)[2]。因此，建筑功能材料課程改革后安排學(xué)生利用課余時(shí)間到建筑工地參觀混凝土外加劑的典型應(yīng)用工程，并組織小組討論。形式多樣的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，令學(xué)生們苦學(xué)、樂學(xué)、會(huì)學(xué)，勤思、善思、恒思、巧思，取得了較佳的教學(xué)效果。

（七）要求學(xué)生參加 “土木工程材料知識(shí)競賽”或 “土木工程作品設(shè)計(jì)大賽”

“土木工程材料知識(shí)競賽” （以下簡稱知識(shí)競賽）和“土木工程作品設(shè)計(jì)大賽”（以下簡稱作品大賽），是同濟(jì)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院土木工程材料系為增加學(xué)生對(duì)土木工程材料專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)興趣，打通本、碩、博學(xué)生的學(xué)習(xí)界限，加強(qiáng)不同高校土木工程材料方向師生交流而創(chuàng)辦和組織的兩項(xiàng)重要賽事[3]。要求學(xué)習(xí)建筑功能材料課程的學(xué)生必須參加一次知識(shí)競賽或作品大賽，鞏固其對(duì)建筑功能材料知識(shí)的學(xué)習(xí)成果，展示其創(chuàng)新能力。

二、建筑功能材料課程教學(xué)改革成效

習(xí)近平總書記在黨的十九大報(bào)告中指出，經(jīng)過長期努力，中國特色社會(huì)主義進(jìn)入了新時(shí)代。如何促使大學(xué)生踐行社會(huì)主義核心價(jià)值觀，盡快承擔(dān)起中華民族偉大復(fù)興的重任，是一項(xiàng)十分重要且十分緊迫的任務(wù)。大學(xué)生是社會(huì)主義的建設(shè)者和接班人，青年大學(xué)生的價(jià)值觀取向決定了未來的社會(huì)價(jià)值觀，青年大學(xué)生所掌握的科學(xué)知識(shí)和獲得的自我學(xué)習(xí)、自我提高的能力，決定了未來我國科技發(fā)展的動(dòng)力和自我更新、自我創(chuàng)造的速度，決定了未來我國科技的發(fā)展方向。中國于2020年向全世界宣布了“雙碳”目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，既要大學(xué)生群體明確肩上的責(zé)任和走向社會(huì)后要擔(dān)負(fù)的光榮使命，又要求大學(xué)生在學(xué)習(xí)期間要掌握過硬的本領(lǐng)[4]。

隨著科技和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，特別是科技資料電子化、信息化以及多媒體的全面普及，大學(xué)本科專業(yè)課程的教學(xué)正悄然發(fā)生著變化。最突出的是教學(xué)模式由單一模式向多元化模式轉(zhuǎn)變，教學(xué)中心從過去的以教師為中心向以學(xué)生為主體轉(zhuǎn)變[5]。

新時(shí)代中國特色社會(huì)主義建設(shè)時(shí)期，大學(xué)生不僅渴望在大學(xué)期間獲得更多、更具實(shí)用性的、能夠終生受用的科學(xué)知識(shí)，而且更渴望在科技日新月異發(fā)展的背景下掌握學(xué)習(xí)新知識(shí)的方法，掌握能夠快速解決科學(xué)和工程問題的金鑰匙。這就需要教師在設(shè)計(jì)課程內(nèi)容、優(yōu)化授課方案時(shí)充分考慮到學(xué)生的這些新需求。建筑功能材料課程的內(nèi)容包含了建筑防水材料、建筑防護(hù)材料、建筑保溫隔熱材料、建筑防火材料、建筑裝飾材料和綠色建筑材料，但建筑功能材料的種類還有很多，如重要的建筑吸聲和建筑隔聲材料、建筑吸濕放濕（建筑調(diào)濕）材料、建筑殺菌材料、智能建筑材料、空氣凈化建筑材料，以及建筑吸碳固碳材料等。各類材料的教學(xué)內(nèi)容又包含了其定義與種類、作用原理、功能與影響因素、生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品檢驗(yàn)、產(chǎn)品應(yīng)用以及產(chǎn)品今后的發(fā)展方向等。諸多內(nèi)容不能在課堂上進(jìn)行“滿堂灌”，而是要抓重點(diǎn)、抓精品、抓交叉、抓結(jié)合。建筑功能材料課程改革中采取的“交叉課程”建設(shè)、校外專家進(jìn)課堂以及觀看實(shí)驗(yàn)視頻的措施，能夠?qū)⒈緦I(yè)與外專業(yè)相結(jié)合、課堂內(nèi)與課堂外相結(jié)合、任課教師與校外專家相結(jié)合，使學(xué)生可以最大限度地獲取知識(shí)，最大限度地接觸外面的世界，聆聽行業(yè)專家的教誨，最大限度地了解產(chǎn)品研發(fā)和產(chǎn)品檢驗(yàn)方法[6]。

學(xué)習(xí)知識(shí)的目的在于將知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐，在于不斷發(fā)展和創(chuàng)新。為檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容掌握程度的深淺，建筑功能材料課程在改革中專門為學(xué)生設(shè)計(jì)了作業(yè)、專題討論、校外基地實(shí)踐和小組討論環(huán)節(jié)，并要求學(xué)生參加兩項(xiàng)重要賽事，幫助學(xué)生再認(rèn)識(shí)、再提高，學(xué)會(huì)全面應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，自發(fā)、努力而大膽地創(chuàng)新，使教學(xué)效果得到了不斷的提升。

建筑功能材料課程的改革使學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)越來越明確，學(xué)習(xí)態(tài)度越來越端正，學(xué)習(xí)熱情越來越高漲，學(xué)習(xí)能力得到很大程度提高，創(chuàng)新能力得到顯著增強(qiáng)。2020年春季學(xué)期，因新冠肺炎疫情防控需要，學(xué)生不得不在家里上網(wǎng)課。在這種非常不利于教學(xué)的情況下，學(xué)生仍然接受了校內(nèi)外教師的授課，完成了學(xué)習(xí)任務(wù)，而且十分主動(dòng)地觀看了課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)視頻，并利用ZOOM（多人手機(jī)云視頻會(huì)議軟件）和騰訊會(huì)議進(jìn)行討論，為知識(shí)競賽和作品大賽做了充分準(zhǔn)備。2020年7月，當(dāng)國家允許大學(xué)生返校，并能夠正常開展教學(xué)活動(dòng)后，學(xué)生立即返校參加了知識(shí)競賽，并快速動(dòng)手制作出了作品大賽的作品。雖然知識(shí)競賽和作品大賽分別升級(jí)為上海市級(jí)別和國家級(jí)別的賽事，但冠軍仍然連年出自同濟(jì)大學(xué)學(xué)習(xí)建筑功能材料課程的學(xué)生中。這本身就是對(duì)建筑功能材料課程教學(xué)方法改革成效的有力證明[7]。

作為土木工程材料方向本科生的主干專業(yè)課程，建筑功能材料課程教學(xué)方法的改革非常重要。在改革過程中，雖然遭遇了新冠肺炎疫情，但改革的成果經(jīng)受住了考驗(yàn)。課程教學(xué)沒有因受到嚴(yán)重干擾而被打亂。這也正說明，將“滿堂灌”教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)椤肮膭?lì)學(xué)生利用一切資源自主學(xué)習(xí)”教學(xué)模式的重要性。從學(xué)生在“土木工程材料知識(shí)競賽”或“土木工程作品設(shè)計(jì)大賽”中取得的優(yōu)異成績來看，建筑功能材料課程的改革是成功的，改革經(jīng)驗(yàn)是值得借鑒的。