基于工程能力的土木工程材料教学改革与实践

2012-08-15汪小平潘建平吴建奇

山西建筑 2012年26期

汪小平潘建平吴建奇

(江西理工大学建筑与测绘工程学院，江西赣州 341000)

0 引言

工程能力包括工程设计能力、工程施工能力、工程管理能力和工程创新能力等，是社会、企业对土木工程人才需求的重要指标。《高等学校土木工程本科指导性专业规范》也指出，教学中要以工程实际为背景，以工程技术为主线，着力提升学生的工程素养，培育学生的工程实践能力和工程创新能力［1］。《土木工程材料》作为土木工程专业的一门重要的专业基础课程，其教学必须适应新的专业人才培养需求，必须从教学目标，教学内容，教学方式方法等方面，探索基于工程能力的新的有效教学模式。

1 传统教学中存在的问题

传统教学实践中，学生普遍反映土木工程材料课程内容枯燥，缺乏学习兴趣和学习主动性，最终教学效果不理想。问题主要存在于两方面：

1)传统教学模式下，学生对教学内容的工程背景不了解，缺乏基本的感性认识和工程实践，学生对该课程与后续专业课程之间的关系不了解，更不清楚该课程今后所从事的工作的重要性和意义;学生学习目的不明确，缺乏学习兴趣和主动性;

2)土木工程材料课程教学内容繁多，且各章节内容相对独立，逻辑性不强，叙述性知识多。传统的课程讲授方法很难使学生分清主次，学生学习时易感枯燥，学习兴趣不高。

针对以上问题，作者及所属教学团队根据新形势需求和多年土木工程材料课程教学经验，以提高学生工程能力为目标，以提高学生学习兴趣为抓手，从教学目标、教学内容、教学方式方法等方面对土木工程材料课程教学进行了一些改革与实践。

2 教学改革目标

土木工程材料课程的教学，应以培养学生工程能力为目标。具体来说，就是要通过课程的学习，使学生掌握常用土木工程材料的工程技术性质和工程应用情况，为混凝土结构、钢结构、土木工程施工等后续专业课程的学习打下基础，最终使学生达到在工程设计中能正确选用材料，在工程施工中能正确使用和检测材料，并能运用材料知识分析、解决工程中出现的相关质量问题的教学目标。老师在第一堂课上就要向学生明确此教学目标以及课程的地位和重要性，以增强学生学习的目的性和主动性。

3 合理选取教学内容

土木工程材料课程内容繁多，而教学学时往往偏少。这就需要根据教学目标，合理选取和组织教学内容。

1)结合专业方向，确定重点章节。

土木工程材料大体可分结构材料(水泥、钢材、混凝土、砖、沥青及沥青混合料等)和功能材料(防水材料、绝热材料、装饰材料等)两大类。对土木工程专业学生而言，应明确结构材料是其学习的重点。其中，材料基本性质、水泥、混凝土和钢材这四章内容，对所有土木工程学生，都应作为重中之重进行讲解;此外的教学内容，对土木工程专业不同专业方向的学生，侧重点应有所不同。以我校为例，我校土木工程专业开设了建筑工程与交通土建工程两个专业方向，对建筑工程方向学生，要重点讲述墙体材料、砂浆等内容;而对交通土建工程方向学生，则重点讲述沥青及沥青混合料、土工材料、路基材料等内容。

2)基于工程能力，突出重点内容。

《土木工程材料课程》的最终教学目标是使学生在工程设计、材料检测和工程施工中能够正确选择、检测和使用材料，培养学生的工程能力，故要紧紧围绕材料的工程应用这条主线，以材料的技术性能和工程应用为中心来确定教学重点内容;而材料的生产工艺、组成结构、存贮运输等内容则可作为一般内容进行。如在讲述钢材这一重点章节时，要以钢材的强度、变形能力、应力应变本构关系等技术性能作为重中之重，而钢材的生产工艺、微观结构、组成等则可按一般内容讲授。

3)关注材料发展，更新教学内容。

要跟踪土木工程材料研究和工程应用的最新进展，在教学时穿插讲述新型材料。如在讲述钢筋这一部分内容时，可介绍FRP筋的研究进展和工程应用情况;在讲述混凝土时，可介绍国外高性能混凝土的发展和应用情况;讲墙体材料时，传统教材大多都以普通实心粘土烧结砖为重点，而事实上，由于环境保护的要求，实心粘土砖在我国大中城市中已经禁止使用，因此讲述时应以一些环保、节能墙体材料如煤矸石页岩空心砖、粉煤灰砖、灰砂砖、加气混凝土砌块等为主。另外，很多材料如水泥、钢材等都有国家标准或行业标准，但教材中往往没有及时更新，讲课时要向学生作出说明，培养学生的工程标准意识。

4 教学方法改革与实践

1)注重与后续专业课程的衔接，并适当介绍相关设计规范。在讲授《土木工程材料》课程时，要联系《混凝土结构原理》《钢结构基本原理》等后续专业课程的相关内容进行讲授，使学生感觉到本课程的重要性和实用性，提高学生的学习兴趣。同时，在讲授本课程时，也要适当介绍相关设计规范，增加学生的工程意识和“规范”意识。如讲到混凝土粗骨料最大粒径限制要求时，可介绍《混凝土结构设计规范》中混凝土构件中钢筋最小净距的相关规定;讲到钢筋类别和工程选用时，可介绍《混凝土结构设计规范》中优先推荐使用高强钢筋的思想及优先推荐使用的钢筋种类、级别等等。

2)大力倡导、实施案例教学。案例教学法是教师利用案例，引导学生解决案例中的问题，使其获得知识和能力的一种教学方法［2］。案例教学中，案例是核心，学生是主体，教师在教学中扮演着设计者和激励者的角色。具体教学中，案例教学法可采取案例讲解式、案例导入式、案例讨论式等形式。

案例讲解式就是以案例来讲解知识点，加深学生对知识点的印象。如讲述钢材防火性能差这一特点时，可以结合美国纽约世贸大厦遭飞机撞击，爆炸产生的高温使钢材软化而致大厦倒塌这一事件进行讲解。这种方式仍以老师讲解为主，但老师要引导学生积极思考。

案例导入式就是在讲授教学内容时，以工程实例作为切入点，展现要研究和解决的问题，并围绕教学目标和教学要点，导入正常的课堂教学过程，最后再回到工程实例［3］，是案例教学中应用较多的一种模式。如讲到混凝土配合比设计时，可先准备一实际工程案例，介绍其工程概况，重点强调工程不同部位、不同构件对混凝土强度等级、和易性及耐久性的要求，然后引入混凝土配合比设计这一知识点，讲述如何根据强度、和易性及耐久性要求进行配合设计，最后回到工程实例，比较按所讲知识设计得到的配合比与工程实际中的配合比的异同。

案例讨论式则主要是针对具体工程案例中的问题，组织学生进行分析、讨论，并提出可能的解决方案。其特点是案例本身较复杂，没有绝对的标准答案，主要用于培养学生的发散思维和创新能力。此方式要求较高，准备不足的情况下不宜过多采用。

实践表明，在《土木工程材料》课程中采用案例教学，可以充分调动学生学习积极性，培养学生工程意识和创新意识，提高学生独立分析问题、解决工程问题的能力。

3)引导学生掌握教学规律和学习方法，培养学生学习能力。土木工程材料课程讲述的材料种类多，且相对独立，但每种材料的教学内容编排有一定的规律，一般都是按照生产工艺—组成结构—技术性能—工程应用—检测测试—运输贮存的顺序进行教学组织，引导学生认识到这一规律后，学生就能对每章内容有一个总体把握，而不会感到零乱、无序。土木工程材料课程要记忆的内容很多，要引导学生在理解的基础上进行记忆，而不能死记硬背。如石膏的技术性能大多都与其孔隙率高有关，只要理解了这一特点，石膏密度低、吸湿性强、强度低、耐火性高等性能就能轻松记住。此外，对比学习也是土木工程材料课程学习的一种有效方法。土木工程材料课程的很多内容都可以进行对比学习，如气硬性胶凝材料与水硬性胶凝材料的对比，气硬性胶凝材料中石灰与石膏的对比，不同品种水泥技术性能的对比等等。通过对比，一方面突出相近材料各自的特点，加深学生对内容的掌握，另一方面学生学习相近材料的教学内容时，可把学习重点放到各种相近材料的特点或不同之处上，而相同的地方则不必重复学习，从而提高学习效率。

4)建立课程网站，实施多媒体教学。针对课程内容繁杂、逻辑性不强，易感枯燥等特点，教师根据课程内容及要求，收集整理、制作了大量相关图片、动画和视频资料，制作了内容丰富的多媒体课件，开展了多媒体教学，把课程内容直观、生动地展示给学生，激发学生的学习兴趣。同时，《土木工程材料》课程也建立了课程网站。课程网站提供了课程内容、多媒体资料、教学论坛、友情链接等模块，学生在网站上可以自主学习课程内容，也能够方便地就课程内容与老师、同学进行沟通讨论，还可以通过链接浏览其他相关专业论坛和网站，扩大了课程的信息量，拓展了学生视野。

5)构建合理的课程考核模式。教学改革的目的在于提高教学质量，增强教学效果。改革成功与否要以事实为依据，教学质量是否真正提高，课程考核模式构建是否合理至关重要［4］。我校《土木工程材料》课程改变以往以考试成绩为唯一考核标准的状况，构建了“以工程能力为核心，理论知识和实践能力并重”的考核方式，推行课堂讨论表现、创新实践能力与考试成绩相结合的综合评价方法，较真实地反映了学生对理论知识的掌握水平和能力水平，效果较好。