“土木工程材料”实验教学的改革与创新

黄 谦 （长江师范学院土木建筑工程学院，重庆 408100）

“土木工程材料”是高等院校土建类专业的一门必修专业基础课，其课程包含理论课和实验课，以我校为例，理论课为32学时，实验课为16学时。随着我国技术产业的转型，工程教育越来越受到重视，这要求应用型本科院校倾向于提高实践环节的授课占比，力求培养出一批懂理论、善实践的高水平应用型人才。土木工程材料是一切工程结构的物质基础，也是其质量基础。因此，“土木工程材料”实验教学在培养学生实践能力、创新意识、团队协作和责任意识等方面具有重要作用。然而，目前该实验课程还是存在师资力量不足、实验设备陈旧、实验内容更新不及时、教学方法落后等问题，难以激发学生的学习兴趣，同时也会进一步影响学生对理论课程的学习热情。因此，对“土木工程材料”实验教学进行改革与创新十分必要。

1 “土木工程材料”实验教学存在的问题

1.1 师资力量不足

通常，土木工程学院都更注重引进结构工程、桥隧工程、岩土工程等方向的专业教师。“土木工程材料”的教学任务则主要由这些专业方向的教师承担。然而，“土木工程材料”是一门专业性较强的课程，其涉及内容繁多，涵盖十余大类、几百个材料品种，且各类自成体系。同时，其他专业方向的教师对相关实验内容也并不熟悉，这使得教师难以在实验教学中有适当的方法来激发学生的学习兴趣。此外，普通院校的实验室教师匹配也是不足的，也缺乏对土木工程材料的了解。因此，授课教师不仅要承担理论课程的教学，还需承担实验课的教学任务，这难以保证实验教学的质量。

1.2 实验设备陈旧其数量较少

对于地方性普通院校，其经费有限且学科建设还需逐步完善，而土木工程学科涉及的仪器设备种类多且价格昂贵，故需要大量的建设经费。由于“土木工程材料”课程没有得到足够重视，相应的实验建设经费则很少，因此实验教学设备的采购数量往往不足，且多年都不会更换新设备。因为学生人数较多（一个班约有40名学生）而实验设备较少，故只能分组进行实验，通常5～7名学生为一组共用一台设备，因此学生无法独立进行实验，参与实验的积极性降低，这也造成实验教学质量下降。此外，由于实验设备陈旧，不能满足国家新标准对“土木工程材料”实验的要求。例如每组学生都按规定的实验过程同时进行水泥胶砂实验，到相同龄期后用同一台压力机测试其力学性能，但由于各实验仪器的准确性降低，因此各组测试数据相差很大。

1.3 实验内容更新不及时

目前大多数高校开设的“土木工程材料”实验仍以演示性、验证性为主，例如建筑材料的基本性质实验、水泥实验、砂石实验、普通混凝土性能实验等。当然，这些实验对于学生进一步了解和掌握相关土木工程材料内容是必要的，但是较为陈旧的实验并不能有效激发学生的学习兴趣。以混凝土为例，近十几年混凝土技术得到飞速发展，新型混凝土不断涌现，混凝土原材料本身也有了巨大变化。因此，教师不能在实验内容上只涉及传统材料与传统测试方法，应该在此基础上增加一些综合性、设计研究性的实验内容。

1.4 课程思政融入教学实验滞后

习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调，把思想政治工作贯穿教育教学全过程。课程思政不仅需要融入理论课程，实验课程也必须进行。土木工程材料自身性质是工程结构质量的基础，同时其相关的制备、测试等过程也对工程质量起到重要作用。例如混凝土搅拌不均匀、成型不密实、养护不充分等也会严重影响混凝土强度。通常，教师在实验教学中只重视给学生讲授实验的具体操作过程，往往忽略了课程思政的重要性。因此，教师需要在实验教学过程中引导学生培养严谨的工作作风以及良好的安全责任意识。

2 “土木工程材料”实验教学的改革与创新措施

2.1 重视师资队伍的建设

加强具有土木工程材料专业背景的教师引进力度，以土木建筑工程学院为例，目前引进土木工程材料研究背景的年轻教师已达5人，初步形成了该专业方向的科研和教学团队。团队成员每月举行1次教学研讨会，及时讨论“土木工程材料”理论和实验教学的现有问题，并逐步完善和更新实验教学内容、相互交流教学经验等。同时，定期举行土木工程材料相关的小型学术报告会，团队成员汇报近期的科研成果或学术动态，并邀请其他专业方向的教师参与，一起讨论相关问题，增加其他教师对土木工程材料的认识，同时听取他们对实验课程改革的建议。

此外，注重实验教师队伍的建设，应配备相关专业的实验教师，定期组织实验教师到企业中考察和学习；同时，加强实验教师与理论教师的交流，做到“理论教师会实验，实验教师懂理论”；提高实验教师待遇，保证实验课时的分配，对考取各种技能证书的实验教师给予适当补助，促进他们提升自身业务水平。

2.2 改善实验条件

为满足学生能有多动手操作的机会，高校应加强实验室建设和仪器设备的采购工作，制定详细的设备采购计划，如近期、中期需要采购哪些设备，相应价格和数量多少等。定期做好实验设备的保养和维护，保证设备的正常使用。同时，对一些测试仪器定期做好校准工作，以保证其测试的准确性。

加强与校外教学实践基地的深入合作。校外实践基地通常都具有相关专业的测试设备和仪器，并且配备有专门的操作人员。以“土木工程材料”实验教学为例，土木建筑工程学院的一家校外实践基地是本地区的建筑材料检测公司，其实验室配备了水泥砂浆、混凝土、钢筋、沥青等材料的常用仪器和设备。通过深入合作，每年我院会组织学生实地了解实验内容在企业中的应用，这不仅激发了学生的实验热情，还有助于他们培养发现问题、分析问题和解决问题的能力。此外，积极鼓励学生开展一些综合性和设计研究性强的实验项目，并让他们去这些实践基地开展相关测试。

2.3 优化实验内容

在演示性、验证性的实验基础上，增加一些综合与设计的开放性实验。以水泥胶砂实验为例，所用胶凝材料只有水泥，但为降低水泥用量以及充分利用固体废弃物，现代混凝土中往往会加入粉煤灰、矿渣、硅灰等矿物掺合料来取代部分水泥。为了让学生充分了解这些矿物掺合料对水泥性能的影响，对此授课教师在水泥胶砂实验基础上设置了开放性实验。首先，将学生分为7组，其中一组不掺矿物掺合料、两组掺20%和40%粉煤灰取代水泥、两组掺20%和40%矿渣取代水泥、两组掺10%和20%硅灰取代水泥，其他实验过程均相同；到规定龄期后，每组测试相应水泥胶砂试件的力学性能；最后，对所有组的测试数据进行对比与分析。这样，学生直观认识到矿物掺合料种类及数量对水泥胶砂力学性能的影响。

混凝土实验的养护条件为标准养护，然而实际工程的养护条件不同于标准养样。为让学生充分了解养护条件对混凝土的影响，授课教师在混凝土实验基础上设置了开放性实验。在混凝土和易性测试结束后，每组学生成型3组混凝土，拆模后分别进行自然养护、水浸泡养护与标准养护；到规定龄期后，测试3组试件的抗压强度，最后比较各组混凝土的强度。这样，学生也直观认识到养护条件对混凝土强度的影响。通过这些开放性实验不仅增加了学生的实验兴趣，也让他们巩固了理论知识的学习。

2.4 加强课程思政的融入

实验教学不仅要培养学生的实践动手能力，更应让学生培养良好的工程素养。为了让学生认识到规范操作对工程质量的重要性，授课教师在混凝土性能实验中设置了一些变化。首先，向学生介绍几起重大工程质量事故，而这些事故都是因为施工人员在混凝土成型过程中随意“加水”造成的。为了让学生了解“加水”对混凝土强度的影响，在混凝土实验时，一组按规定水灰比成型混凝土，另外几组在混凝土成型时从少到多地加入一定量的额外水；最后到规定龄期后，测试各组混凝土的抗压强度并进行比较分析，学生发现部分混凝土的强度下降了50%～70%，这样直观认识到“加水”对混凝土的危害。进而，让学生谨记在未来建设工作中工程安全重于泰山，培养良好的工程素养以及遵纪守法的意识。

3 结语

“土木工程材料”是高等院校土建类专业的必修专业基础课，其实验教学对培养理论基础扎实、实践能力强的应用型人才具有重要作用。目前，“土木工程材料”实验教学存在师资力量不足、实验设备陈旧、内容更新不及时等问题。这就要求授课教师必须对其进行改革与创新，以激发学生的学习热情，有助于提高学生的实际动手能力，同时引导学生培养严谨的工作作风和良好的工程素养。