新工科背景下“土木工程材料”课程实验教改

2021-03-21严敏嘉张佳敏蒋明辉何夏萱黄岚

教育教学论坛 2021年51期

严敏嘉张佳敏蒋明辉何夏萱黄岚

[摘要] “土木工程材料”课程实验具有较强的理论性、综合性及实践性，是土木工程专业的学科基础课。针对目前高校开设的“土木工程材料”课程实验，基于高校现有的教学体系，从新工科建设背景角度出发，对该课程的实验教学方法做出相应的探索和改进，改革后的教学方法能够培养学生的专业能力。此次教学改革的优化方式，可为高校其他工科课程教学改革提供新的思路。

[关键词] 新工科;土木工程材料;实验;教学改革

[基金项目] 2021年度广西高等教育本科教学改革工程项目“新工科背景下‘土木工程材料’课程与化学工程与工艺专业课程融合教学的探索与实践”（2021JGA170）;2021年度广西高等教育教学改革工程项目“基于弘扬广西少数民族文化色彩的建筑学设计色彩课程教学的探索与实践”（2021JGA169）;2019年度广西民族大学校级高等教育教学改革工程立项项目“以创新创业教育为导向的民族院校‘土木工程材料’课程教学方法探索与实践”（2019XJGY38）

[作者简介] 严敏嘉（1991—），女，湖北宜昌人，土木工程博士，广西民族大学建筑工程学院讲师，主要从事土木工程专业教育工作研究;蒋明辉（1983—），女，湖南东安人，土木工程硕士，广西民族大学建筑工程学院教师，高级工程师（通信作者），主要从事土木工程专业教育工作研究。

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2021）51-0065-04 [收稿日期] 2021-08-20

为了适应当今世界新一轮科技革命和产业变革的新趋势，教育部提出把全面振兴本科教育作为新时代高等教育改革发展的核心任务，改造、升级传统工科专业，并加快建设、发展新工科专业，进一步提高人才培养质量[1-4]。

我国土木工程行业的发展日新月异，对于我国未来的经济社会发展十分重要，因此急需各大高校培养出更高质量的、更适应行业发展需求的土木工程专业人才[5-8]。在新工科建设要求下，高校培养的土木工程专业人才不仅应具有充足的技术力量和知识储备，还应具有人文情怀、科学精神和民族团结精神，以适应社会、行业发展对人才素质不断提高的要求[9]。

目前高校开设的“土木工程材料”课程实验具有较强的理论性、综合性及实践性，不仅是土木工程专业的学科基础课，还是其他工程类专业（如建筑学、工程管理等）的重要课程。因此，针对该课程进行教学改革探索对土木工程及其他工程类专业的教学改革具有重要意义。本文分析了国内教学改革研究的現状、课程实验教学存在的问题，提出了相应的教学改革方法，以期提升该课程实验的教学质量并推进其他工科课程的教学改革。

一、国内教学改革研究现状

土木工程材料实验是该课程教学应用的重要环节，多为演示性、对比性和验证性实验，学生按部就班地完成实验，得到预期的结果，不利于学生突破实验规程或步骤进行创新。狄娜[ 10 ]分析了土木工程材料实验的现状和常见问题，并通过优化实验课的教学内容、加强实验教学等方式对实验教学改革问题进行深入探究。曹甫臣[ 11 ]从多方面、多角度针对当下土木工程材料实验教学中存在的问题进行了阐述，并结合实际现状及发展需求提出了以素质教育核心培养为改革方向的优化措施。针对土木工程材料课程基础实验教学中存在的问题，朱朝艳等[ 12 ]对实验教学进行了改革，形成了实验教学新体系以保证教学的深度和广度。杨捷[ 13 ]针对土木工程材料实验教学中存在的基础实验实践性不强等问题，提出了加强对材料研发情况的讲解等措施。刘杏[ 14 ]通过独立设置土木工程材料实验课程、整合更新实验内容等方式，调动了学生参与基础实验环节的积极性和主动性。

由于该课程实验对象为常见土木工程材料，且尚未引导和鼓励学生研究、探索其他适用于工程的材料，同时，针对新型土木工程材料的探索和研究对推动其应用、普及具有重要意义;因此，提倡针对该课程的创新性实验尤为重要。段海娟等[ 15 ]分析了传统土木工程材料实验教学的不足，结合多年教学实践经验引入研究性实验的教学模式。尹世平等[ 16 ]经过实践教学探索和对相关研究成果的分析，提出了构筑创新型实验教学平台的措施，使学生有足够的时间和条件开展创新性实验研究活动。根据土木工程材料课程的特点，张武满等[ 17 ]基于设计性实验，建立实验与实际工程相结合、实验与专业设计大赛相结合的多元化人才培养体系。

在传统的“土木工程材料”实验教学中，演示性、验证性实验占据着主导地位，不利于培养学生应用知识的能力和创新意识，文泉霖等[ 18 ]指出需要采用开放性的实验方案和综合性的实验模式，并在此基础上同步优化实验教学资源配置。田冬梅[8]将实验教学分为开放性和创新性环节，将理论知识与实验过程相联系，有助于培养学生的工程素养和创新能力。为了强化土木工程材料实验教学成效，陈伟等[ 19 ]将设计实验融入教学内容，激发了学生的学习积极性，提升了学生的实践技能、操作技能和创新技能。

二、课程实验教学存在的问题

根据上述研究现状可知，广大学者在“土木工程材料”课程实验方面已经进行了大量研究，并取得了丰富的研究成果，为该课程实验教学改革奠定了坚实的基础，但围绕“土木工程材料”课程进行教学改革的研究仍有待完善。

目前高校开设的“土木工程材料”课程实验是在课堂上讲解课件和课本，并设置一些验证性实验辅助学习。在学习过程中，学生会直接接受相应的标准、规范、规程和指南，缺乏理解和反思，久而久之便难以突破工程思维惯性的约束。

在课堂教学中，学生自主学习积极性不高，亟待对教学模式进行调整，这对教师、学生的素质及能力提出了新的要求。高校在人才培养过程中也存在一些问题，例如以“教师为中心、教材为中心、讲授为中心”的传统培养模式仍然存在，实践教学等创新培养体系不完善，等等。

目前相关教学改革研究成果集中在实验教学模式改革及内容优化整合、网络学习平台应用、建设智慧建筑仿真实验中心等方面，仅从工程应用的角度向学生讲解工程材料的性能及其应用，学生无法形成工程材料的完整知识体系，也不能为土木工程材料课程实验及自主创新性实验提供必要的知识基础;因此，需要对“土木工程材料”课程实验教学改革进行更为深入的研究。

三、课程实验教学改革的探索与尝试

“土木工程材料”课程实验的教学目的是使学生熟悉并掌握土木工程材料的基本知识、基本性能及应用方法，对该课程实验教学模式进行改革，使得高校在新工科的背景下，结合时代发展要求培养高素质复合型人才，并具备相应的专业能力。根据上述分析，本节从新工科建设背景出发，对该课程实验提出了相应的教学改进方法。

（一）提升课堂教学质量

在新工科建设要求下，将“以教师为中心”转变为“以学生为中心”，优化课程教学，在教学过程中增设传统/新型土木工程材料的知识点，以提升理论教学质量。

目前“土木工程材料”课程教学内容多为现阶段常见的土木工程材料，其范围远远小于该专业涉及的所有工程材料。基于此，教师可讲述土木工程材料的发展历史、现状和未来趋势，让学生思考土木工程材料的发展，并根据案例选用不同类型的工程材料对原有材料进行代替和补充，以期更为充分地发挥各种材料的优越性，这样能够避免学生对各种工程材料不了解便不敢用、对新型材料持怀疑态度等问题，不仅促进化学工程与工艺专业的发展和推广，而且有助于“土木工程材料”课程内容的丰富。

此外，“土木工程材料”课程涉及土木工程专业中的多种常用材料及其性能知识，每一章所讲述的都是相互独立的一种或一类工程材料。在教学过程中，教师可将各种材料性质的相似或不同之处展示给学生，在凸显材料特征性质的同时加深学生对各材料性质的理解。上述方法能够促进学生进行多角度学习，有助于揭示各种材料之间相似与不同之处的根本原因，将狭隘、零散的理论整合完善，让学生更好地掌握各种材料的性能，进而更好地掌握学习技巧。

（二）倡导研发新型材料

土木工程材料种类繁多且与实际工程应用紧密相连，每种工程材料及其产品都具有相应的技术标准，且随着社会发展而不断地革新、完善。随着科学技术的进步，传统土木工程材料逐渐更替为新型土木工程材料，因此教师可讲述土木工程材料的发展历史、现状和未来趋势，既可以让学生思考土木工程材料的发展，又能够引导学生积极探索新型材料，研发出更多绿色、安全、智能化的材料。以混凝土为例，其原材料在生产、开发和应用的过程中，应节约资源和能源，减少废气废料排放，并尽可能地减少对环境的危害，所以可以采用化学工程与工艺专业理论知识对其综合性能进行有效改善，引导学生积极探索新型材料，如回收工业废料（粉煤灰、硅灰、粒化高炉矿渣粉）对混凝土进行改性，实现节约水泥、改善混凝土的性能、调节混凝土的强度。

在介绍土木工程材料未来发展趋势时，教师可以通过实例和数据向学生介绍我国土木工程新型材料在实际工程中的应用，培养学生的专业情感。例如，“海绵城市”建设中的透水混凝土、核壳复合结构相变微胶囊等，既提升了工程品质，也改善了人类的生活质量。基于绿色建筑和高新技术的发展趋势，教师在课堂上分别展现环保节能材料和不断攻克技术难关的工程材料实例，在增强学生民族自豪感的同时，可以从人类可持续发展的角度指导学生进行自主创新实验，倡导学生研发出更多绿色节能、安全環保、智能化的材料。以上教学活动可以鼓励学生树立环保节能的理念，同时利用新知识完善学生的知识结构，提升其综合能力，让学生理解新工科背景下的“工匠精神”，更好地为社会主义现代化建设服务。

（三）开展自主设计创新性实验

教师根据“土木工程材料”课程的实验改革目标编写实验指导书，指导学生自主学习仪器设备的使用、操作步骤和数据处理方法，然后学生自由分组，合理分工，进入实验室开展实验并完成实验任务，这样使学生由被动接受知识灌输转变为主动加工信息，有利于培养学生的学习能力，并激发其主动性和积极性，同时培养学生善于思考和积极行动的能力，不断丰富和发展该课程的实验，以培养学生综合能力为目标，并与现代土木工程行业的发展、技术同步。

四、结语

本次“土木工程材料”教学改革基于我国新工科建设的要求和土木工程行业人才的培养需求，提高学生对“土木工程材料”课程的学习兴趣，引导学生学习土木工程材料的发展历程，增强民族自豪感，培养专业情感，培养学生顺应我国可持续发展潮流，树立环保节能的理念。同时，开展自主设计创新型实验，增强学生的学习能力和探究精神，促进学生自主探索土木工程新型材料的创新设计和优化方法。

参考文献

[1]尹毅，李思琦.以“新工科”建设引领高等工程教育创新与变革[J].高等建筑教育，2019，28（4）：1-6.

[2]吴爱华，杨秋波，郝杰.以“新工科”建设引领高等教育创新变革[J].高等工程教育研究，2019（1）：1-7+61.

[3]林健.引领高等教育改革的新工科建设[J].中国高等教育，2017（Z2）：40-43.

[4]桂还官尚，陈鹏.民族院校新工科建设的价值审视与实施路径[J].民族教育研究，2020，31（2）：112-118.

[5]蒲武川，谷倩，冯仲仁.以创新思维训练提升土木工程专业学生创新能力[J].高等建筑教育，2019，28（6）：20-25.

[6]罗玲.基于能力培养下的土木工程专业教改新模式分析[J].居舍，2019（23）：174.

[7]郭钟群，朱易春，秦艳华.培养创新和应用能力的土木工程材料教学改革探讨[J].教育教学论坛，2019（28）：88-89.

[8]田冬梅.培养创新能力与工程素养的土木工程材料教学改革实践[J].现代职业教育，2016（30）：30-31.

[9]赵亮，姚爽，李永强.“新工科”背景下《土木工程材料》教学改革与实践探讨[J].河南建材，2019（4）：273-274.

[10]狄娜.土木工程材料实验教学改革问题[J].黑龙江科学，2016，7（19）：102-103.

[11]曹甫臣.土木工程材料实验教学改革与实践探索[J].黑龙江科学，2020，11（9）：78-79.