以“刺激”为手段的土木工程材料课程改革探讨＊

2020-03-08郭锐剑言志信周文权

甘肃科技 2020年4期

郭锐剑，段建，言志信，俞莉，周文权

（1.湖南工程学院建筑工程学院，湖南湘潭411104；2.兰州大学土木工程与力学学院，甘肃兰州 730000；3.兰州理工大学土木工程学院，甘肃兰州 730050）

土木工程材料课程是土木工程、工程管理、建筑学、水利水电等许多专业的重要必修基础课之一，该课程系统介绍工程中几乎所有材料，具体内容涉及到各种材料分类、性能、特征及其适用条件等方面，它是后续专业课程的学习基础，起到承前启后的重要作用。学生只有熟练掌握了各种材料的特点，今后才能根据工程实际进行科学合理的选择，解决工程中各类问题。而实际上，当前该课程地位略显尴尬，相较于其他课程，其概念与理论较多，知识点繁杂，逻辑性不强，学生学习起来兴趣不足，而片面的认为它是一门死记硬背的课程，再加上传统的教学方法与教学理念等因素影响，导致教学效果得不到保障。该课程在这种现状下，教学改革应瞄准主要矛盾，将目标对准学习的主体：学生，通过各种“刺激”手段来提升该课程的魅力，使学生在学习过程中有压力、有动力，充分调动其主观能动性，提高学生的学习能力，完成该课程的使命。

1 教学缺乏“刺激”

俗话说“兴趣是最好的老师”，没有兴趣就没有动力，对于《土木工程材料》课堂，教师经常抱怨学生带不动，教师讲得眉飞色舞，学生却无动于衷。学生在学习过程中没有感受到自己的主体地位，参与感不强，将自己置身事外，归结原因就是“刺激”不够，教学过程没有通过有效的“刺激”让学生进入角色，进入状态，提高兴趣，从被动学习转变成主动学习。主要体现在以下几个方面。

1.1 教学内容“刺激”少

1）教学内容繁琐。《土木工程材料》课程包含的材料种类非常宽泛，教材常规将其分为有机材料、无机材料和复合材料几个大类[1,2]，各大类别下又分小类别，即使是同一类材料，其物理力学性质差别也很大。教材各章节重点介绍了水泥、混凝土、钢材、木材和沥青等内容，另外还简单介绍了砌筑材料、合成材料、高分子材料、功能材料等内容，每种材料介绍主要从结构、构造、分类、物理力学性质及其影响因素、技术规范、制备方法等多方面阐述。由于材料品种多，每种材料概念性、理论性的知识点也多，而各种材料的性能和功能差别太大，各个章节之间缺乏逻辑连贯性，导致学生对该课程的印象感受繁杂、无趣和枯燥[3]。近年来，各教材也极力通过图片和历史典故来增强该课程的趣味性，但实际教学中收效甚微。

2）与社会发展趋势脱节。土木工程材料课程应与材料的发展息息相关，跟紧新型材料研发的步伐。随着人们需求的提高，人们对材料的期望值也增加起来，这也成为土木工程材料发展的一种动力[4]。而土木工程材料课程的教学内容对传统材料的篇幅较多，对新材料涉及较少[5,6]，更没有关于这部分材料的原料、性能、制备工艺等专业性的内容，课堂内容滞后于社会发展趋势，这对学生今后的发展是十分不利的。

1.2 教学方法陈旧不“刺激”

教学方法陈旧一直是高校本科教学的一大问题，虽然近几年新的教学方法层出不穷，但许多老师仍却难以突破桎梏，喜欢采用传统的讲授法，而对于土木工程材料课程来说，讲授法又呈现许多弊端[7]。由于该课程内容多而杂且理论性较强，光听讲授完全得不到直观感受，再加上该课程授课任务紧，40个教学课时，其中30课时的理论教学，而对于9章的内容，平均起来一章约3-4个课时，紧张的课时催促着教师不敢慢讲，不能细讲，导致学生对各个知识点混淆模糊。目前虽然提倡数字化教学，但许多课堂仅仅局限于使用PPT，而幻灯片的使用让课堂的容量更大，一页页的文字和图片一闪而过，学生根本来不及细想原理和概念，在这个过程中学生完全没有消化知识，学习起来非常吃力却得不到效果，这种毫无乐趣的学习过程使有很多同学开始掉队，慢慢的追赶不上的人越来越多，教师可以明显感觉到课程越往后，认真听课的人越少。面对知识多而课时少这一对矛盾，教师在教学方法上没有足够的“刺激”手段，不仅仅课堂上没有效果，课后也没有引导学生自发学习的有效手段，使得学生的学习兴趣一步步被消耗殆尽。

1.3 评价体系“刺激”不到位

课程考核由平时成绩和期末成绩组成，平时成绩是过程性考核，是对学生在整个学习过程中表现的综合评价，往往可以成为督促学生积极学习的重要武器，平时成绩一般由上课到课情况、作业情况、课堂表现等几个部分组成，然而实际过程中，由于评价体系“刺激”度不够，不仅不能如实反映学生实际学习情况，而且也不能有效提升学习的积极性。

1）上课跟踪体系不到位。上课点名是预防学生缺课的常用手段，但是到课率并不代表抬头率，有些学生人到心不到。另外，课堂表现的评价也往往成了一个模糊概念，教师经常用上课提问来衡量课堂表现，实际上覆盖面过于狭窄，由于课时紧，提问数量有限，经常达不到评价效果，而且一次提问偶然性较大，不能完全实际反映学生的听课情况，基于这种情况，上课表现有时就凭教师的课堂印象，这样评价就显得比较随意，容易出现不符合实际的情况。

2）课后评价敷衍。另一种重要评价手段就是课后作业。大部分课程的课后作业仍是纸质作业的形式，全班都是同一题目，而题目的形式主要为计算题、概念题、分析题等，很容易出现抄袭现象，而教师又难以甄别，经常造成作业形同虚设，使部分优秀的学生得不到表现，更不能“刺激”大家积极查找资料，这种单一的作业形式不能督促学生进步，作业评价失去实际意义。

1.4 实践环节缺乏创新和奖惩“刺激”

1）缺少创造力“刺激”。实践教学环节以实验教学为主，由于材料种类多，安排的10个课时远不能满足需求，故压缩为水泥、混凝土、钢筋及沥青的部分实验，通过实验直观了解这些材料的部分性质和力学性能。然而作为实践环节，严重缺乏对学生创造力和想象力的“刺激”[8,9]。实验均为验证性实验，实验数据仅仅反映了操作方法对实验结果的影响，缺少反思和创造能力的培养。

2）缺乏奖惩“刺激”机制。实验形式采用多人一组，协同完成实验，但由于人数较多，时间有限，有些同学不能亲自操作设备，缺乏对实验环节的整体认识，再加上部分学生不够自觉，不听讲解，在完全不了解实验操作的情况，也跟着同组同学敷衍完成任务，这种缺乏奖惩“刺激”机制的实验教学环节完全没有达到教学效果；另外，实验报告过于单一，由于同组同学都采用同一数据，因此避免不了抄袭的现象，教师无法从实验报告中了解学生的实验完成情况。

2 多方位“刺激”手段融入教学

2.1 增加教学内容“刺激”点

基于本课程的基本特点，在准备教学内容时，教师应该梳理教材知识点，编排好教学顺序，力求重点突出，并多与工程实例相联系，比如在介绍水泥等材料时，可通过一些失败的案例来对比出不同成分对性能的影响，这样既丰富课堂内容，也提高了学生的兴趣。近年来，材料朝着高强、高性能、高效方向发展，“绿色节能”型材料作为一种新型材料，更是近年来发展的新趋势，由于教材对这部分知识的介绍主要是大段复杂的名称和概念，学生完全无法理解其应用环境和优势，更谈不上从理论与联系实际中提高学习兴趣，教师作为引导者首先要关注土木工程材料的发展，自身具有丰富知识储备，做到与时俱进，同时结合一些新的工程实例，分析新材料的原料、性能、生产工艺及优势，给学生打开新世界的大门，另外将这部分内容作为学生课后小组讨论的课题，通过查找资料进行自学，以小组讨论和汇报的形式来加深认识和探讨发展[10]。

2.2 提高教学方法的“刺激”性

1）“刺激”自主学习。不同知识采用不同方法。在对教学内容进行梳理之后，将知识点进行分类，针对不同知识点采用不同的方法，如：无机胶凝材料中的石灰、石膏、水泥这一类知识点，可通过对比式教学，从组成、水化特点、性能等方面进行对比讲授来找出内容上的共通点和区别，以此强化记忆和知识点的理解；或者设置一系列的问题，层层引入，使学生带着问题不断深入学习而不松懈[11]；也可采用情境式教学，引入工程实例，使学生有直观认识，甚至可以采用生活实例对比的方法，比如在讲授沥青的延展性和温度敏感性时，可采用面团的拉伸和温度对其状态的影响进行类比讲解，使学生理解生动而深刻；条件允许时可采用实物教学，比如高分子材料，教师可将不同材料带入课堂进行展示，让学生有直观认识，从而有利于今后实际运用。而对于新材料和新技术类知识点，教师应可将其作为扩展课题，采取分组讨论形式，每组讨论制定方案和流程，组内成员分工合作，通过查找资料，实地观察拍照等形式，形成小组总结和汇报演示，在课堂上进行分享展示，通过自己的主动参与，大大提升了学生对新材料的认识度，同时也提高了学生的表达能力。新的形式也能提高学生兴趣，刺激学生的竞争意识，同时还培养学生自主学习的习惯和分析解决问题的能力。

2）辅助教学手段的“刺激”。在教学过程中，加入动画、视频、音响等元素，让学生从枯燥无味的单一讲授中解放出来，不仅通过画面对各种材料有了直观的认识，甚至对材料的生产和内部结构等难以直接观察的部分也有了形象的思维。从而强化记忆，增强理解，拓展知识，也使学生在各种“刺激”下增加了学习的兴趣。比如在讲授水泥水化时，利用视频动画，生动展示了水泥颗粒由表及里的水化以及水化产物生成的整个过程，使学生对凝结和硬化有了立体的概念；又如在讲解减水剂的机理时，通过图像绘制出亲水基团和憎水基团的定向排列规律，使得减水剂对微观结构的作用产生了画面感。通过图像和动画的演示，概念和性质当中的文字都活灵活现起来。另外，可以适当引入网络在线课程，增加学生在课堂上的参与度，如“慕课”课程，系统通过多种手段来提高学生的参与度，比如教师在系统中随堂出题，学生通过手机作答，平台立即反馈答题情况，得出答题正确率和作答率，并对学生进行及时分类，根据作答速度及准确率进行实时排名，这种及时展示的形式迅速反馈学生的参与度和听课效果，刺激学生融入课堂，同时也大大提高学习兴趣，而教师通过在线平台可以迅速了解学生的知识掌握情况，并且给后期的考核评价提供一定的依据。在线课堂的形式，由于其反馈及时和评价到位等诸多优点，对刺激学生的积极性有很大的提升。

2.3 评价体系“刺激”升级

对于应用型本科院校，对学生的评价要注重多种能力的考察，不仅是知识点的记忆，还应包含知识的理解、运用、创新以及实践动手能力。基于这种考核目标制定的考核计划应更加有针对性。尤其是平时的过程性考核，为了避免常规考核中对作业和课堂表现评价的不足，首先应将小组展示计入平时成绩，为了刺激组内成员的积极性，可将整个汇报分成资料内容，汇报材料，汇报表现等部分，成员之间分工合作完成任务，老师对汇报总体表现和每个成员的任务完成度进行评价计入平时成绩，通过这种评价形式，增加课后学习的积极性以及分工合作的能力；另外，通过在线课堂对每次课堂测试的成绩进行反馈，总结之后作为学期平时成绩的一部分，从而正确及时的反映每堂课每个学生对知识的掌握情况；再者，实验环节的动手能力也是平时考核的重要组成部分，在书写实验报告时，不仅要求了解实验方法、原理、过程等基本内容，还应强调对实验操作的领悟和实验后的总结等，避免出现实验过程跟风等问题；而且，对于作业评价，可给予同学不同的课题，通过自己查找资料，得出不同结论和感想，避免抄袭现象，使学生真正通过做作业的过程得到提升。通过以上四种考核形式，实实在在的做到以评促教，以评促学的目的。

2.4 实践环节多样化“刺激”

实践环节在土木工程材料课程教学中占用很重要的比重，由于条件的限制，实践环节主要采取实验教学的形式，而常规的实验教学模式基本都已机械设定，实验的原理、材料、步骤、方式方法均以预设给出，老师手把手教，学生仅需机械式的按照已有的步骤方法完成操作，学生投入度和创新能力都得不到提升。为了提高学生的动手能力和创新意识，可采用层次化教学，将实验教学分成验证性实验阶段和设计性实验阶段，前一阶段采用教师带领学生了解仪器及基本的实验方法和原理，使学生掌握基本的实验原理和技能，在这一过程中教师辅助学生完成部分验证性实验，为后续的设计性实验打好基础；第二阶段要求各小组在验证性实验的基础上，结合现有的实验条件，通过查找资料，确定研究目的和任务后设计一套完整的实验方案，经过老师的分析和调整后开展设计性实验，通过对比实验结果和目的真正思考和熟悉材料的属性，从而真正培养了学生的自学能力、动手能力和创新能力。层次性的实验教学，不仅体现了实验教学的价值，还将学生的创新意识和科研能力挖掘出来，为以后学生的发展提供更多空间，同时，新的实验形式可以解决常规实验报告中的各种问题，比如：报告内容雷同，书写形式单一，数据结论类似等，也能通过实验完成度和实验报告的书写对学生在实践教学中的表现进行综合评价，从多方面对学生的参与积极性和创新能力的培养进行“刺激”。