基于項目式學習的建筑材料與檢測課程設計探究

摘要：文章系統(tǒng)構建建筑材料與檢測課程的實踐教學體系，提出以三維評價為核心的項目化教學模式。通過設計混凝土強度檢測等典型項目，采用任務驅(qū)動與PDCA循環(huán)管理方法，培養(yǎng)學生標準化操作與工程決策能力。創(chuàng)新實施“理論框架—多模態(tài)演示—規(guī)范操作”三位一體教學法，融合虛實資源構建LIMS實驗室管理系統(tǒng)與BIM材料庫。建立包括課堂表現(xiàn)、實驗技能、項目成果的三維評價體系，運用三角互證法提升評估效度，形成“監(jiān)測—反饋—優(yōu)化”的動態(tài)調(diào)整機制。研究顯示，該模式通過結(jié)構化團隊協(xié)作、質(zhì)量工具應用及數(shù)字化檔案管理，有效提升了學生的檢測數(shù)據(jù)可信度分析與創(chuàng)新能力。校企協(xié)同建設的虛實融合資源生態(tài)，配合“雙師型”指導團隊，顯著提升了學生的工程實踐素養(yǎng)。評價反饋閉環(huán)系統(tǒng)通過可視化分析報告，助力學生精準定位能力坐標，實現(xiàn)職業(yè)能力的階梯式發(fā)展，為土建類專業(yè)實踐教學改革提供了可借鑒范式。

關鍵詞：項目式學習；建筑材料與檢測；課程設計；評價

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1004-9436（2024）21-0-03

0 引言

當前，職業(yè)教育面臨理論與實踐脫節(jié)、評價維度單一等突出問題。建筑材料與檢測作為土建類專業(yè)核心課程，傳統(tǒng)教學存在檢測項目離散化、過程管控粗放化、評價反饋滯后等缺陷，難以滿足智慧建造時代對檢測工程師復合能力的需求?，F(xiàn)有研究雖關注項目化教學改革，但在檢測標準銜接、數(shù)據(jù)追溯管理、多維評價體系構建等方面仍需深化。本研究基于工程教育認證標準，聚焦建筑材料與檢測課程，構建“項目設計—教學實施—資源支撐—評價反饋”四維聯(lián)動改革模型。研究數(shù)據(jù)來源于3屆學生實踐反饋與8家合作企業(yè)評估，證實該模式能顯著提升學生規(guī)范操作、數(shù)據(jù)分析和工程創(chuàng)新能力，為同類課程改革提供理論依據(jù)和實踐路徑。

1 項目式學習任務設計

1.1 構建多維聯(lián)動的項目選題體系

項目式學習任務設計依托建筑檢測行業(yè)調(diào)研報告，篩選具有工程代表性與教學適配性的典型項目：在無機材料維度，設置混凝土抗壓強度檢測與碳化深度評估；金屬材料方向設計鋼材銹蝕速率電化學測定與殘余應力檢測；有機材料領域開發(fā)防水卷材拉伸性能測試與木材含水率梯度分析［1］。每個項目均對應《混凝土物理力學性能試驗方法標準》（GB/T 50081—2019），并嵌入BIM模型展示材料服役環(huán)境。通過搭建包括基礎驗證、綜合應用、創(chuàng)新研究的三級項目群，形成覆蓋材料全生命周期檢測的知識矩陣，同步提升學生的標準化操作能力與工程問題解決能力［2］。

1.2 開發(fā)全流程數(shù)字化實施方案

項目實施方案需構建虛實結(jié)合、數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能化實施路徑。采用數(shù)字化雙胞胎技術，在虛擬仿真平臺預演檢測流程，自動生成包含設備參數(shù)配置、環(huán)境條件控制、安全防護要點的三維操作指引。實體實驗室部署智能物聯(lián)系統(tǒng)，通過RFID識別自動調(diào)取檢測標準文件，利用傳感器網(wǎng)絡實時監(jiān)測試驗機載荷曲線與溫濕度波動。建立異常數(shù)據(jù)庫，當檢測數(shù)據(jù)偏離《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》（JTG/T 3420—2020）允許范圍時，觸發(fā)AR輔助診斷系統(tǒng)定位操作失誤環(huán)節(jié)［3］。項目實施過程引入敏捷開發(fā)理念，將檢測任務拆解為需求分析、方案設計、數(shù)據(jù)采集、報告編制等迭代周期，通過釘釘協(xié)作平臺實現(xiàn)任務看板管理，培養(yǎng)學生工程管理的數(shù)字化思維。

1.3 打造產(chǎn)學研協(xié)同的創(chuàng)新培養(yǎng)模式

項目實施過程需構建校企研協(xié)同的開放式創(chuàng)新生態(tài)。聯(lián)合檢測機構開發(fā)真實工程案例資源包，如橋梁混凝土強度衰減診斷、裝配式建筑連接件無損檢測等實戰(zhàn)項目。組建跨專業(yè)項目團隊，設置檢測工程師、質(zhì)量管理員、數(shù)據(jù)分析師等角色，通過角色扮演理解產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)作邏輯。引入TRIZ創(chuàng)新方法，指導學生運用矛盾矩陣優(yōu)化檢測方案，如開發(fā)多傳感器融合的智能檢測裝置［4］。建立“過程性數(shù)據(jù)+成果評價+行業(yè)認證”的三維考核體系，將檢測報告質(zhì)量、標準符合度、創(chuàng)新性等指標納入考核，優(yōu)秀成果可對接CMA認證檢測項目。定期舉辦校企聯(lián)合技術答辯，邀請行業(yè)專家參與項目評審，促進學生技術方案與產(chǎn)業(yè)需求精準對接［2］。

2 教學方法與手段

2.1 知識體系構建與標準化示范

教師需采用“理論框架—多模態(tài)演示—規(guī)范操作”三位一體的教學模式，系統(tǒng)構建學生的材料檢測知識體系。首先，通過模塊化講解梳理建筑材料分類、性能指標及檢測原理，結(jié)合材料生命周期示意圖闡明性能與工程應用的關聯(lián)。其次，運用虛實融合的演示策略，利用三維動畫解析材料微觀結(jié)構對宏觀性能的影響，通過對比實驗展示不同標號混凝土的抗壓差異，借助虛擬仿真平臺預演檢測設備操作流程。最后，依據(jù)ISO/IEC 17025標準開展標準化操作示范，重點演示萬能試驗機校準、樣品制備、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)操作等關鍵環(huán)節(jié)，同步強調(diào)PPE穿戴規(guī)范、緊急停機程序等安全要素，形成從原理認知到技術觀摩再到規(guī)范內(nèi)化的遞進學習路徑［5］。

2.2 任務驅(qū)動式實訓與過程化指導

實踐環(huán)節(jié)采用“任務分解—過程監(jiān)控—深度分析”的閉環(huán)管理模式，加強工程實踐能力培養(yǎng)。教師發(fā)布包含明確技術參數(shù)的檢測工單，指導學生完成從設備點檢、環(huán)境調(diào)控到數(shù)據(jù)采集的全流程標準化作業(yè)。通過操作視頻回放分析學生夾具裝夾偏差，利用SPC（Statistical Process Control）控制圖實時監(jiān)控抗壓強度測試數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，組織異常數(shù)據(jù)溯源研討會，如鋼材屈服平臺異常與夾持滑移的關聯(lián)分析。數(shù)據(jù)解析階段引入QFD（Quality Function Deployment）質(zhì)量工具，引導學生將檢測結(jié)果映射至工程驗收標準，通過正交試驗設計優(yōu)化材料配比方案，最終形成包含不確定度分析的檢測報告，以此培養(yǎng)學生規(guī)范操作、科學分析和工程決策的復合能力。

2.3 項目式學習實施策略

學生需以自主驅(qū)動模式完成檢測任務全流程，按照計劃、執(zhí)行、分析三階段構建閉環(huán)管理機制。任務啟動階段，基于項目方案明確技術目標，制定包含檢測參數(shù)設定、設備選型、環(huán)境控制的標準化操作流程［6］。執(zhí)行階段采用PDCA循環(huán)：通過預實驗驗證方案的可行性，運用雙人復核制確保數(shù)據(jù)采集的規(guī)范性，利用實時數(shù)據(jù)看板監(jiān)控實驗進程偏差。成果分析階段引入QFD質(zhì)量屋工具，將檢測數(shù)據(jù)與工程標準對比，通過方差分析識別關鍵影響因素，最終形成包含誤差來源追溯的技術報告。

教師實施“動態(tài)監(jiān)控—分層指導—精準干預”的全過程管理模式。建立周進度匯報機制，采用雷達圖量化評估任務完成度，通過操作錄像回放定位技術疏漏。針對共性問題開展專題研討，對個性難點提供定制化資源包。引入敏捷管理工具，根據(jù)階段性成果動態(tài)調(diào)整實驗方案，采用“1名教師+2名高年級助教”的協(xié)同指導模式，構建多維度支持網(wǎng)絡。

項目收尾階段推行“技術答辯—成果展覽—多維評價”的立體化評估體系。學生需完成四類成果輸出：技術檔案、分析報告、工程建議書、反思日志。答辯環(huán)節(jié)設置“5分鐘匯報+10分鐘質(zhì)詢”流程，采用TRIZ矛盾矩陣評估解決方案的創(chuàng)新性。成果展覽通過實物展臺、數(shù)字看板、VR漫游等多媒介呈現(xiàn)，最終由教師、企業(yè)工程師、學生代表按權重30%、40%、30%進行綜合評價，形成能力發(fā)展圖譜。

3 構建教學資源體系與動態(tài)調(diào)整機制

構建三位一體教學資源體系與動態(tài)調(diào)整機制，需注重系統(tǒng)性設計與持續(xù)優(yōu)化。在教材建設方面，采取“基礎模塊+工程案例+創(chuàng)新專題”的立體化架構，基于材料科學、檢測技術、工程應用三大學科交叉點，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的活頁式教材［7］。例如，在金屬材料檢測模塊中嵌入高鐵輪軸探傷、航天合金失效分析等典型工程場景，通過二維碼關聯(lián)ASTM標準解讀視頻及X射線衍射儀虛擬操作程序。實驗室建設推行基礎、專項、創(chuàng)新三級遞進模式，基礎層配備金相顯微鏡、萬能試驗機等常規(guī)設備集群；專項層設置符合ISO/IEC 17025標準的無損檢測、失效分析等主題工作站；創(chuàng)新層打造開放共享的智能檢測研發(fā)平臺，集成工業(yè)CT、原位測試系統(tǒng)等前沿裝備。

在校企協(xié)同維度，聯(lián)合第三方檢測機構建立云端檢測數(shù)據(jù)中心，實時接入建筑工程、軌道交通等領域的材料檢測大數(shù)據(jù)，開發(fā)基于機器學習的數(shù)據(jù)分析沙盤。針對行業(yè)技術迭代特點，創(chuàng)建“1+N”動態(tài)資源聯(lián)盟，由1家龍頭企業(yè)牽頭組建新材料檢測技術協(xié)同創(chuàng)新中心，聯(lián)合N家中小企業(yè)提供特色工藝案例庫。實施“雙師”能力提升計劃，通過校企人員互聘、聯(lián)合技術攻關等方式，培育既掌握檢測技術前沿又熟悉工程實踐標準的復合型師資隊伍。

動態(tài)調(diào)整機制采用PDCA循環(huán)管理模式，通過嵌入式傳感器采集實驗室設備運行數(shù)據(jù)，運用Power BI構建資源使用動態(tài)看板，結(jié)合學習行為分析系統(tǒng)追蹤知識掌握軌跡。建立由學生代表、企業(yè)導師、教育專家組成的資源評價委員會，實施季度診斷與年度評估相結(jié)合的復合評價制度。針對檢測技術快速演進特點，設置資源更新預警閾值，當行業(yè)標準更新率超過15%或設備技術代差超過5年時自動觸發(fā)升級程序，形成“需求識別—資源重構—效果驗證”的質(zhì)量螺旋提升閉環(huán)。

4 課程評價與考核體系構建

課程評價體系采用三維綜合評價模式，構建覆蓋全過程的動態(tài)考核體系。在課堂表現(xiàn)評估維度，通過專注度、提問質(zhì)量、討論參與度等量化指標實施觀測，融合小組協(xié)作學習、情景模擬等教學策略搭建互動平臺。為提升參與深度，建立星級積分制與學術勛章體系雙重激勵機制，同步建立課堂行為數(shù)據(jù)儀表盤，為教師實施差異化教學干預提供實證依據(jù)。該模塊通過高頻次數(shù)據(jù)采集與分析，實現(xiàn)教學策略的實時優(yōu)化迭代。

實驗技能評估維度聚焦科研素養(yǎng)培育，構建從過程到結(jié)果的雙軌評價模型。依據(jù)國家標準開發(fā)實驗操作規(guī)范評估量表，重點監(jiān)測儀器操作規(guī)范性、流程執(zhí)行準確度及安全規(guī)程落實率。通過實驗日志追蹤數(shù)據(jù)采集的嚴謹性與結(jié)果分析的邏輯性，采用AR輔助技術實現(xiàn)操作過程的數(shù)字化留痕。

項目化學習評估維度創(chuàng)新性構建“三維九項”考核框架，設置進度管理、成果質(zhì)量、創(chuàng)新指數(shù)三大核心指標。在建筑材料與檢測等實踐課程中，開發(fā)包含數(shù)據(jù)偏差率、方法科學性等要素的可信度評估矩陣，并引入團隊角色貢獻度分析模型。評價過程實施多元化主體參與機制，采用教師評價（占比60%）、同伴互評（30%）、自我反思（10%）的加權計分方式，依托學習檔案云平臺實現(xiàn)過程數(shù)據(jù)的可視化呈現(xiàn)。建立“24小時反饋—72小時改進計劃—周度成長報告”的時效性改進機制，通過能力雷達圖定位學生發(fā)展坐標，激發(fā)其元認知調(diào)控能力與可持續(xù)發(fā)展動力。

5 結(jié)語

本研究針對職業(yè)教育中建筑材料與檢測課程存在的理論與實踐割裂、評價維度固化等問題，系統(tǒng)構建了四維聯(lián)動的課程改革框架，整合項目設計、教學實施、資源支撐與評價反饋機制。通過開發(fā)覆蓋材料全生命周期的多層次實踐項目群，融合虛實結(jié)合的LIMS實驗室管理系統(tǒng)與BIM數(shù)字化資源，創(chuàng)新形成“理論認知—多模態(tài)演示—規(guī)范實踐”三位一體教學模式。研究結(jié)果表明，基于PDCA循環(huán)的任務驅(qū)動教學與三維動態(tài)評價體系有效提升了學生的標準化操作能力、檢測數(shù)據(jù)分析能力及工程創(chuàng)新能力，校企協(xié)同構建的多元化考核機制顯著提升了人才培養(yǎng)與行業(yè)需求的契合度。研究的創(chuàng)新性體現(xiàn)在多維度檢測項目矩陣的構建、智能化實驗平臺的開發(fā)以及資源動態(tài)管理閉環(huán)的形成。然而，項目化教學對教師工程實踐經(jīng)驗的要求、資源聯(lián)盟的可持續(xù)運維壓力及評價體系數(shù)據(jù)處理效率等問題仍需突破。未來應著力深化產(chǎn)教融合路徑，優(yōu)化輕量化評價工具與智能診斷技術應用，構建更具適應性的職業(yè)教育生態(tài)體系，為土建類專業(yè)實踐教學改革提供理論范式與實踐路徑。

參考文獻：

［1］ 羅東燕.探析高職建筑材料與檢測課程教學改革［J］.四川水泥，2018（10）：326.

［2］ 梁志瑛. SPOC混合式教學模式在中職 《建筑材料與檢測》課程中的應用研究［D］.貴陽：貴州師范大學，2023.

［3］ 張威亮.三維創(chuàng)意設計教學：項目式學習組織與實施［J］.中國信息技術教育，2022（12）：24-25.

［4］ 徐青青，茅君平，袁媛.基于工程設計法的STEM項目實踐：以“生活中的橋梁設計”為例［J］.中學物理，2020，38（5）：34-37.

［5］ 楊春燕.建筑材料與施工方法的教學實踐：新課程的應用［J］.新課程研究，2024（3）：16-18.

［6］ 葛林慧，熊琦，齊明俠，等.基于“課崗證賽”融通的建筑材料與檢測理實一體化課程設計［J］.現(xiàn)代職業(yè)教育，2020（1）：94-95.

［7］ 趙晴.基于數(shù)字博物館的小學項目式學習活動設計與應用研究［D］.湖州：湖州師范學院，2023：87.

作者簡介：王錦 （1982—） ，男，副教授，研究方向：建筑施工技術、建筑材料；胡軍 （1987—） ，男，高級工程師，研究方向：建筑市場管理；李頔 （1987—） ，男，工程師，研究方向：高等職業(yè)教育教學；楊懷 （1996—） ，男，講師，研究方向：建筑工程技術；徐航 （1991—） ，男，助教，研究方向：土木工程道路與橋梁工程。