课题导向的《土木工程材料》实验教学方法研究

黄小琴　蒋必凤　陈圣宁

摘 要：分析《土木工程材料》实验教学现状，从思维方式、专业方法、专业技术、职业能力四个方面对《土木工程材料》实验课程目标进行分析，最后以“再生混凝土的制备与性能分析”课题为实例设计实验教学方法，以期提升《土木工程材料》课程的教学效果。

关键词：《土木工程材料》;实验教学;项目导向

中图分类号：G4 文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2020.11.096

0 前言

工程总投资的60%-70%花费在工程材料上，若掌握好有关材料的制备、检测、养护等材料学知识，可以在保证工程质量的前提下降低工程造价。《土木工程材料》课程的学习有利于在工程建设过程中下提高材料选择和使用的效率，有必要为土木工程和工程管理专业的学生开设。为使学生在该门课程的学习中能取得较好的学习效果，国内较多高校学者对教学方法进行分析研究。崔雷指出在新课程改革的大背景下《土木工程材料》教学应着重实行实验教学方式以提升学生的综合素质。宁波大学的贺智敏以养护条件对复合砂浆强度的影响为开放性实验教学课题，有效增强了学生的自我学习能力。文泉霖指出《土木工程材料》实验教学内容基本稳定，在优化实验教学资源配置的基础上采用开放实验和综合实验模式有利于提高实验教学质量。扬州大学的沈燕以培养新型土木工程专业人才为核心，从实验内容、研究性教学、课题研究等方面提出了改革建议。

1 《土木工程材料》实验教学现状分析

当下全国各个高校《土木工程材料》课程有只开设理论课，有开设0.5-1学分的实验课，实验课占理论课的比重较小，总体上讲，不可能让学生有机会和时间完成各种材料的制备与性能检测。高校的《土木工程材料》实验教学中，每次实验课一般设置1-2个试验，由于土木工程材料实验室每个试验所配备的仪器最多5-6套，课时时长90分钟不足让每个学生均获得动手操作机会，故一般分组进行小组试验，获得数据，撰写实验报告。在教学过程中发现，该做法存在的缺点是每个小组中只有1-2名较为积极的学生在认真做实验，其他同学旁观或者不参与，只有一小部分学生动手操作、独立思考、撰写实验报告，实验报告版本数与实验小组数基本相同，导致实验教学没有取得应有的效果。建筑材料多种多样，并且每种建筑材料技术性能检测试验也很多，在实验学时较少的情况下只能选取有代表性且耗时较少的试验用于实验教学，这种选取方法将导致，用于实验教学的试验内容彼此独立，不能形成系统的土木工程材料实验研究的知识与方法体系。例如在材料基本性质模块设置密度试验、钢材模块设置钢筋拉伸试验、石膏模块设置石膏模型试验、水泥模块设置标准稠度用水量试验、砂浆模块设置稠度试验、混凝土模块设置坍落度试验，这些试验彼此相互独立，没有产生关联，学生通过类似这样的实验课程内容安排的学习，不能形成系统的实验知识与方法，达不到实验教学目标。从已毕业学生的就业情况来看，工程实践中反映出毕业生存在不了解建筑材料特性，不清楚建筑材料试验检验原理，不会操作试验仪器，不会分析试验结果等现象。产生这些现象的原因就是学生在学校学习过程中得不到系统的锻炼，学到的相关的碎片知识只能达到通过《土木工程材料》学科考试的目的。

2 《土木工程材料》实验课程目标分析

工程项目的整体质量主要由结构设计质量、建筑材料质量以及施工质量共同决定，建筑材料的质量是否达标严重影响工程质量，故《土木工程材料》课程对于土木工程和工程管理专业来说是一门重要的学科专业基础课，在人才培养体系中占有重要地位。《土木工程材料》课程学习的主要内容包括建筑工程中常用建筑材料的品种、规格、技术性能、质量标准、取样方法、检测方法、主要特点及应用、保管等知识的学习。

实验课程开设目的是克服纯理论教学的固有缺点，分别从培養学生思维方式、专业方法、专业技术和职业能力四个方面，让《土木工程材料》课程目标得到更好的实现。具体来说，实验课程的开设对《土木工程材料》课程目标的实现的辅助作用如下：在思维方式的培养方面，要求学生能够独立完成主要的土木工程材料实验，培养学生形成自主学习、独立思考、团队合作的思维方式，力图构建学生在校学习情景与实际工作情景的一致性;在专业方法的培养方面，以建筑工程中常用材料的实验为对象，理论联系实践，以实验为依托，让学生亲自动手操作仪器设备、测定数据、分析实验结果、独立撰写实验报告，从而深刻理解各种材料的性能及应用;在专业技术的培养方面，通过实验课程的辅助学习，学生能够掌握一个工程管理工程师的必要的土木工程材料理论知识与专业检验技术，做到认识建筑材料品种、懂得质量要求、清楚技术特性和检验方法，获得满足要求的建筑产品。通过实验课程的辅助学习，完成《土木工程材料》课程重要的职业能力培养目标，使得学生能够掌握做一个合格的项目管理者必要的建筑材料理论知识，确保土木工程材料的运输、使用、保养、储存符合标准，使学生具备从事施工管理、工程监理、工程质检相关岗位工作的能力。

3 《土木工程材料》实验教学方法设计

实验教学的理念应以学生为中心，课题导向的实验教学方法是通过生产实践或教师选题设置学生感兴趣的土木工程材料相关课题，由学生自由组成研究团队，进行实验方案的设计，完成课题材料的制备与性能检测，最终形成研究报告，基于研究结果，探讨该材料研究的工程意义。教师可采用适当的方法引导学生选题，选题确定后，学生在一学期的时间内完成课题材料的制备与性能检测，最后得出图文并茂的研究报告，教师根据小组学生研究报告及期末现场答辩情况按等级给出学生的实验成绩。该方法以解决实际问题为目的，在完成项目课题的过程中，充分锻炼了学生的独立思考、团队合作以及实验操作能力。教学中教师全程跟进，给予学生研究方向的引导与仪器操作的指导，辅助学生完成小组课题，针对不同的课题小组，有针对性地采用不同方法实现教学目标，提高教学效果。在课题进行过程中，学生为完成课题而主动学习各种建筑材料的品种、规格、技术性能、质量标准、取样方法、检测方法、主要特点及应用、保管等知识，理解并掌握整个建筑材料体系框架，具有全局观念。

例如，建筑垃圾具有非常大的潜在利用价值和社会效益，将废弃混凝土高效处置和消纳，对节能减排、保护生态环境具有巨大作用。是否能利用建筑垃圾制备再生混凝土、该材料是否适合在工程上使用将成为学生感兴趣的课题。确定选题后课题小组的《土木工程材料》实验课程内容是将建筑垃圾破碎后得到的再生粗骨料与细骨料，加入合适的水泥，制备再生混凝土，研究该材料的综合性能，探讨该材料的工程运用前景。课题小组首先实地考察拆除项目，取样建筑垃圾进行筛分，获得再生细骨料和粗骨料，这一过程中涉及的《土木工程材料》知识有粗细骨料的分界和性质、砂石的筛分实验、骨料的级配等。获得级配良好的再生细骨料和再生粗骨料后，学生要解决的问题是再生混凝土配合比的设计，通过规范计算获得理论配合比，再经过实验室校正获得实验室配合比，最后考虑再生细骨料和再生粗骨料的含水率后得到再生混凝土施工配合比，完成再生混凝土的制备。在这一阶段，学生需要掌握的《土木工程材料》知识包括重要的混凝土配合比设计、外加剂、掺合料、含水率、表观密度、堆积密度、混凝土的养护等。再生混凝土性能的检测阶段，学生要对新拌再生混凝土浆体的和易性进行检测，对硬化后再生混凝土的表观密度、吸湿性、吸水性、抗压强度、抗弯强度、抗冻性、抗渗性等。最后，学生要总结这个项目的调研与实验过程，按规范的文献撰写要求完成研究报告的撰写，参与课堂答辩。由此可见，学生以完成小组课题为中心内容，在目标驱动下主动学习，掌握土木工程材料实验研究的方法，理解并掌握整个土木工程材料的知识体系。在整个课题进行过程中，学生不断形成和丰富自己的土木工程材料知识体系，还锻炼了独立思考和团队合作的能力，基本达到《土木工程材料》实验教学目标。

4 结论

从思维方式、專业方法、专业技术、职业能力四个方面进行实验课程目标分析，以“再生混凝土的制备与性能分析”课题为实例，提出实验项目教学法可以较好的实现《土木工程材料》实验教学目标。

参考文献

[1]崔雷.土木工程材料实验教学改革与实践[J].中小企业管理与科技，2019，（14）：84-85.

[2]文泉霖，胡利超，王俊烨.基于开放性实验的《土木工程材料》实验教学改革[J].四川水泥，2019，（7）：342-343

[3]贺智敏，初汉增.《土木工程材料》开放性实验教学案例研究[J].四川建材，2019，45（9）：225-226，229.

[4]沈燕.基于创新能力培养的土木工程材料实验教学改革[J].教育教学论坛，2019，（7）：118-119

基金项目：国家级大学生创新训练项目（201813892028）。

作者简介：黄小琴（1987-），女，讲师。