水泥化学课程的教学方式探索

罗晖，王振宇，李力，熊出华，梁苗苗

（重庆交通大学 材料科学与工程学院，重庆 400074）

1 水泥化学课程与工科研究生教育

《水泥化学》是重庆交通大学材料科学与工程专业土木工程材料方向研究生的专业课程，土木工程材料方向的研究生属于工科类研究生，如何提高《水泥化学》课程的教学效果是工科研究生教学方式探索的典型案例之一。工科研究生的教育与文理等科的教育有密切联系，但也应注意它们的区别，工科研究生的教育要做好研究生教育的“育人”和工程界“用人”的接口设计[1]。工科研究生人才培养目标应该是能够培育从事研究、设计、应用、管理等方面工作，具有较高的综合素质和专业技术能力的应用型高级工程技术人才[2]。

目前我国工科研究生在动手能力和工程创新方面与发达国家仍存在差距,并且工科研究生和企业所需的人才之间也有差距[3]。一般认为，产学研一体化是目前公认的培养研究生实践能力的有效途径[2]。靳贵珍通过对麻省理工学院工科研究生教育的成功经验与做法进行分析，提出改进和完善我国工科研究生教育的几点建议，包括在工科研究生培养模式方面,确立大工程教育与以问题和项目为中心的教育理念,倡导科学技术的应用价值的开发研究,加强理论研究与工程实践的有效结合[4]。为提高工科研究生的教育水平，国内的专家和学者也提出了一些建议，例如：促进学生参与到企业的生产环节中去,提高学生工程参与度[3]；课堂教学中注重技术知识的灵活应用，教学中以提升学习兴趣为主要目标，提高学生参与度为手段；注重培养学生实际工程技术案例推理能力[5]，重视实验及现场实践环节对工学学科教育的重大意义[6]。

2 水泥化学课程教学面临的问题

水泥作为工程建设中仅次于砂石用量的基础性大宗材料（2008年中国水泥产量14.2亿吨时已达世界水泥产量的50%，2017年产量更是突破23亿吨），对其生产、反应原理的掌握对于土木工程材料专业的研究生是非常有必要的，同时也是有一定难度的。

（1）《水泥化学》课程的内容比土木工程材料专业方向学生本科阶段所学相关课程深入很多，而对于跨专业的研究生来讲，内容更加抽象。学生在学习中要很好地掌握并运用该门课程的知识具备较大难度。

（2）该专业方向学生本科阶段所学相关课程多为《土木工程材料》《水泥混凝土》或《胶凝材料学》。而考虑到研究生阶段知识深度的提高，重庆交通大学选用的教材是H.F.W.Taylor所著《Cement Chemistry》（F.M.Lea编著的《The Chemistry of Cement and Concrete》，在教学过程中仅作为参考教材）。由于选用的教材为英文版，也一定程度增加了教学和学习的难度。

（3）该课程在以往的教学中大多以基于相关教学资料的文字化讲解为主，即使结合PPT讲解，也是文字内容居多，在此过程中，需要学生具备较强的抽象思维能力。要获得好的教学效果，具有很大难度。

3 水泥化学课程的“四化”教学方式探索

针对《水泥化学》课程教学面临的问题，结合工科研究生培养的特点，重在提高学生的兴趣与参与度、技术知识的应用能力，即让学生清晰水泥是什么、怎么生产（应用）、怎么设计（分析），开展四化教学方式的探索——即在教学中将可视化、现场化、实物化、具体化结合起来。

3.1 可视化

这里提及的可视化教学来源于知识可视化，有别于网络远程可视化双向互动教学系统。图片和图像信息是比较重要的一种交换和处理信息的形式，人类获取的信息80%以上通过视觉获得，人脑中有一半的神经元细胞用来处理视觉输入信息，有资料表明，相比于文字信息处理，人类处理视觉信息的能力快6000倍。可视化就是充分利用人的眼、脑系统速度最快、频带最宽的功能来传递、处理和理解各种信息，以有效提高信息加工及信息传递的效能。可视化的学习更有利于理解和记忆，研究显示使用视觉辅助能够将学习效率提高400%[7]。

基于可视化可以提高学习效率的分析，在“水泥化学”的教学探索过程中制作并选取相关图片、视频材料，其中视频材料是对水泥生产过程拍摄制作出的教学录像。视频材料是对现场化教学的补充，虽然采取教师和工程师在水泥生产现场讲解的方式，学生容易掌握知识点，但由于现场学生离讲解教师的距离不同，每个学生处于生产线附近的位置不同，会存在听不清讲解或看不清生产细节的情况。“水泥化学”的可视化教学包括生产过程可视化，学习内容可视化，在课堂的教学PPT中融入生产、实验的视频和图片等内容，这样每个学生都能清楚看到水泥生产的过程细节并听清讲解。采用图片和视频内容更丰富的PPT进行教学，学生在课堂上从听课变为听看结合。

3.2 实物化

实物教学是教学环节中将理论与实物联系起来，直观性较强的一种教学手段。“水泥化学”教学探索过程中通过对相关样品的采集，制备出系列教学实物样品，并建立实物样品档案与样本数据档案，以实物作为教具，针对课程内容中的水泥生产化学、熟料和水泥性能、水泥水化、新拌和硬化水泥结构、外加剂和特殊用途水泥部分的课程导入、重点讲解，在课堂上应用实物教学。

教师向学生展示实物教具，学生通过观察和体会掌握相关知识，这一教学方法可激发学生的学习能动性、活跃课堂气氛、有效提高教学质量[4]。在“水泥化学”四化教学探索过程中利用实物教学取得了明显的效果，学生的感官认识显著增强，对知识的理解难度降低，学习兴趣明显提升，学生的思维活跃度和参与教学的主动性都得到提高。

3.3 现场化

“水泥化学”的现场化教学即通过水泥生产企业和教学基地，针对课程内容中的水泥生产化学、高温化学、外加剂化学部分开展现场教学活动。将教学课堂设在实际的生产现场实施教学的方法具有亲验性、互动性的特点。现场化教学是对可视化的进一步强化，可以充分利用身体的学习感官身处其中进行感知、学习和交流，其视觉冲击力强于课堂上的可视化教学，学生能更好地掌握知识和技能。课堂教学是现场教学的基础，现场教学又是课堂教学的有益补充，这样相得益彰[5]。把课堂中的问题带到现场的教学方式，强调理论联系实际和解决实际问题，能够提高教学效率，保证教学效果。

3.4 具体化

采用集中陈述概念和理论的教学方法完成内容丰富的土木工程材料专业课的讲授，通常会使学生感觉枯燥乏味，这种教学方式背离了学生的思维方式，增加了学习难度，影响学生对知识的理解和吸收。“水泥化学”的具体化教学，即在教学过程中将水泥化学理论结合当前水泥实际生产中的实际技术参数进行分析。在“水泥化学”教学探索过程中通过调研和分析，采集重庆地区主要水泥熟料和水泥样品的化学成分与性能数据，形成数据档案，将具体的数据与课程内容中的高温化学、水泥生产化学、熟料和水泥性能等部分结合开展教学，比如对石灰饱和系数（KH）、硅率（SM）、铝率（IM）计算方法的具体应用。在“水泥化学”教学过程中，学生是抽象的间接经验的获得者，采用具体化教学方式，将水泥化学的理论与实际生产相结合，间接经验在教学过程中得以还原，学习过程具有针对性和可操作性，学生也学习到了知识的具体化运用。

4 结语

教学过程具有间接性的特点，学生通常在课堂上间接地获得知识，而工科学科的特点是实践性强，当教学内容理论性过强时，实践过程中容易理解的知识在学生看来却难以掌握，尤其是研究生的课程学习（包括《水泥化学》课程）基本在研一阶段，该阶段学生由于实践环节相对缺乏，对抽象知识的学习基本靠记和背，严重影响了对专业知识的理解。因此提高学生对间接知识的认知度和理论联系实际的能力是工科课程教学的主要任务。以研究生专业课程“水泥化学”为研究对象，形成的可视化、现场化、实物化、具体化的“四化”教学模式，起到了调动学生主动性、积极性，激发学生学习兴趣的效果，并促进了学生对理论知识的理解。“四化”教学方式实现了课堂教学与生产实践相结合，有利于提高工科研究生专业课程的教学效果和工科研究生的专业技术应用能力。