实体展示应用于土木工程材料教学的研究

刘涛 郭超峰 田毅

摘 要：土木工程专业是一门偏重实际应用的学科，实践在学习中占极重要的位置。传统的讲授教学模式中，很多知识点学生不能透彻理解，带着困惑使学生学习积极性下降。而带领学生实际参观工地又涉及安全，资金等因素的影响，实现起来非常困难。建立实物教学展示中可以有效解决这一问题，增强学生学习兴趣，直观了解土木工程学科的知识。本文通过研究土木工程实物教学的研究，介绍了实物教学法在土木工程学科的应用。

关键词：实物教学；土木工程材料；教学改革；实践

1 引言

土木工程材料课程是土木工程专业与工程管理专业的重要基础课程，该课程培养目标是使学生了解施工中的各种材料性质与材料结构的关系以及性能改善的途径，为学习钢筋混凝土结构设计、钢结构与组合结构设计等专业课提供必备的专业知识、基础理论和技能训练。但土木工程材料课内容偏多，知识点分散，记忆难度偏大，传统的老师讲授，学生听讲的方式，学生学习效果不佳。通过建立土木工程材料的实物展示中心使学生能够直观看到材料，了解材料性质。改变了传统的老师讲授学生听讲的模式，使同学们高效的参与到教学之中，提高学习效率。有效解决了土木工程材料课程内容繁杂，课程学时相对偏少，学生学习效果不佳等问题。同时展示中心还为同学们设计了展示材料在实际中的具体应用。

2 展示中心的内容与布局组织研究

如何有效发挥实物模型的教学效果，提高学生对土木工程材料的基本性质、技术性能指标的理解与记忆是展示中心需要解决的重要问题。同时，为了更好地建立土木工程材料教学内容与实物之间的对应关系，使同学们更好地了解材料的具体应用，实体展示中心还应布置同土木工程专业课程相结合的展示部分（如房屋建筑学，钢结构，混凝土结构设计等），对于这部分布展内容的选取也是一个重要的问题。综上，布置展示中心基于几个原则：（1）展示中心内应包含所学课程所涉及的各种材料，以便增加学生对课本内容的理解。（2）对陈列的展品需配有明确的材料性质信息（如生产工艺，结构构造，性能及应用等），便于观看者进行学习。（3）应与时俱进，紧密贴合当今材料发展的趋势，搜集新型土木工程材料。（4）应展示实际工程中的模型，使学生能将土木工程材料课程的知识与实物对应联系，增强对土木材料的理解。（5）按展品类别分别陈列，做到简洁明快，摆放有序，繁而不乱。

3 展示中心内部的布置

3.1 土木工程材料样品布置

材料展示中心包含课程中所涉及的各种材料，材料种类众多，搜集工作主要以课本内容九大类为主：水泥混凝土材料、气硬性胶凝材料、木材材料、墙体材料、建筑钢材、门窗材料、建筑功能材料、建筑装饰材料、建筑管材等九大类。在这九类中分别选取典型材料进行布置展示。以下是具体内容：

水泥混凝土材料展示内容包括：河沙、海砂、尾矿砂、碎石、硅灰、粉煤灰、矿渣粉、卵石、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、水泥胶砂试件、混凝土试块、加气混凝土试块等。混凝土时使用广泛的建筑材料，是土木工程专业学习的重中之重，介绍水泥混凝土材料的各个组成部分能使同学们建立对混凝土材料的认知观。

气硬性胶凝材料展示内容包括：建筑石膏（粉）、高强石膏（粉）、石灰、菱苦土、水玻璃等，通过介绍气硬性凝胶使同学们更好地掌握其硬化特征、性质、与应用。

木材材料展示内容包括：三合板、密度板、多层板、细木工板等展品并介绍木材的物理性质、化学性质和力学性质等。提高学生对木质材料的认知。

墙体材料展示内容包括：烧结砖、免烧结砖、多孔砖、空心砌块、加气混凝土砌块、砂浆砌块等，墙体材料是土木工程中最重要的材料之一，主要介绍各种砌体的形状、尺寸和力学性能以及应用条件等。

建筑钢材展示内容包括：不同规格钢筋、钢筋接头连接（对接焊、搭接焊、机械连接）、型钢样品等。钢材是重要的建筑材料，可以预计钢材用在日后会越来越大，通过建筑钢材的展示学生可以了解钢材的化学组成、力学性能、钢材的品种、钢材的表示符号等。

门窗材料展示内容包括：平板玻璃、钢化玻璃、夹丝玻璃、中空玻璃、真空玻璃、Low-E玻璃、门窗型材、幕墙等。

建筑功能材料展示内容包括：防水卷材、防水涂料样块、无机绝热材料、有机绝热材料、吸声材料等，通过展示特殊功能材料是学生了解特殊功能材料种类，使用原理，使用环境。

建筑装饰材料展示内容包括：瓷砖样块、天然石材板样块、人造石材板样块、装饰板材、建筑涂料样块等，使同学们更直观的看到各类装饰材料联系课本多学提高对装饰材料的认识。

建筑管材展示内容包括：PVC管材及管件连接、PP管材及管件连接、PE管材及管件连接、PB管材及管件连接、ABS管材及管件连接等。

3.2 建筑结构模型的布置

由于土木工程施工中的建筑结构体型较大，所以我们选用等比例缩小的结构模型代替实物进行展示。展示内容涉及混凝土结构、钢结构、土木工程施工等专业课知识，我们将其分为钢结构模型和混凝土配筋模型两部分进行展示：

钢结构模型包括：非正交框架梁与箱型柱的刚性连接模型、非正交框架梁与工形柱的刚性连接模型、、钢板搭接教具、型钢柱上下端螺栓连接模型、次梁与主梁的焊接与铆钉连接模型、双角钢与主梁腹板连接模型、连接板与主梁加劲板双面刚性连接模型、柱脚教具等，通过这些模型的展示，使学生了解钢结构的连接方式及各种型钢柱的形式等。

混凝土结构、砌体结构配筋模型包括：外伸板的配筋模型、外伸梁配筋模型、现浇框架抗震构造模型、牛腿配筋模型、组合砖体墙配筋模型、槽形板配筋模型、现浇无梁楼盖配筋模型、花篮梁配筋模型、变截面悬臂梁配筋模型等，通过这些模型可以使学生在材料力学、结构力学学习的力学分析计算知识同混凝土课程学习的配筋计算联系起来，增强学生对专业知识的掌握。

4 展示中心的使用效果与评价

土木工程材料是理论知识、实验、实践相结合的课程，传统教学将实验，实践放置在较轻的位置。通过建立实物教学展示中心弥补了传统教学的不足，以教师授课为主、实物教学展示实践为辅的教学方式强化了学生的自学能力，增强了教学效果，得到师生的广泛认可，提高学习的兴趣。

通过一个学期的使用和后期调查，学生学习的热情得到显著提升，学生对材料性质的认识明显增强，对土木工程材料知识的认识更加深刻。把实物教学同更多的土木工程专业课程相结合，充分发挥交互式学习的优势，不断提高学生对土木工程专业的认识，增强学习效果。

参考文献：

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[7] 王雪英，吴雅君，许东.基于建筑实践教学的建筑构造模型教学方法[J].辽宁工业大学学报：社会科学版，2015（1）：127～129.

华北理工大学大学生创新创业训练计划项目：

编号X2018202。