《土木工程材料》课程教学策略的

摘 要：《土木工程材料》是土木工程专业的一门专业基础课.针对土木工程材料课程教学过程中的难点,结合近年的课程教学实践,从转变教学理念、更新教学思路、丰富教学内容、改革教学方法等方面,开展了多种形式的教学策略探索,总结出了“激发兴趣、启发思维,把握主线、建立联系,注重实践、提升能力”的教学策略.

关 键 词：土木工程材料教学方法改革探索

中图分类号：TU5；G642文献标识码：A文章编号：1672-8882（2012）10-030-03

《土木工程材料》是土木工程专业的一门重要专业基础课,该课程主要是介绍各类土木工程材料的成分、生产过程、技术性能、质量检验以及使用等基本知识.通过本课程的学习,使学生能针对不同工程合理地选用材料,并能与后续课程紧密配合,理解材料与土木工程设计、施工的相互关系,初步具备解决在实际工作中出现的土木工程材料问题的能力[1].自2008年,我校主持湖南省精品课程《建筑材料》的建设以来,全体任课教师注重改革教学方法和手段,灵活运用多种有效的教学手段,能够激发学生的学习兴趣,并提高其学习积极性,在引导学生掌握有效学习方法的同时,提高了学生的综合能力.经过多年的课程教学实践,取得了一些经验,本文针对《土木工程材料》课程的教学难点,结合地方本科院校自身的特点,对该课程的教学方法进行了有益探索,总结出了“激发兴趣,引导思维,把握主线,建立联系,注重实践,提升能力”的教学策略.

一、土木工程材料课程教学难点

(一)种类繁多,各种材料自成体系

土木工程材料课程相似度检测绍的材料品种繁多、涉及面广、内容庞杂,各材料自成体系、各章节横向联系不显著,而且课时少,实践性强.课程中概念多,专业术语多,经验表格与规范多,公式推导少,逻辑与连贯性不强且以叙述为主,要求学生机械记忆力较多.而工科学生往往习惯于逻辑运算和理论推导,空间想象力和数学思维能力较强,而不太善于叙述、归纳和总结,因而学生在学习土木工程材料课程时常常感到枯燥乏味、没头绪、难记牢,甚至产生厌学心理,影响学习效果.另一方面,本课程中的材料的组成、结构与性能的关系；水泥的矿物成分、水化产物及其性能特点；构成混凝土各材料的特点、性能及配合比与混凝土拌和物及硬化混凝土性能的关系等教学内容,涉及材料的化学组成较多,但土木工程类学生在大学期间没有开设化学相关课程,所以,学生在学习过程中存在理解上的难点.

(二)承上启下,桥梁作用不易发挥

土木工程材料作为一门专业基础课,承上需运用之前学习的物理、化学、理论力学、材料力学等课程的基础理论,领会与理解各种土木工程材料的组成、结构、制备方法或施工工艺与其技术性质、质量间的相互关系和土木工程材料的环境行为与服役性能及其失效机理等知识；启下需与该专业后续课程和工程应用紧密配合,掌握土木工程材料的技术性质及其影响因素和在土木工程应用中的合理选用.本课程的教学难点是如何把握适当尺度,在基础理论、工程材料科学知识与土木工程应用间架起“桥梁”,建立紧密联系,在不同种类的材料间形成知识的连贯性,知识内容间透出逻辑性,在引导学生转变学习方法、思维方式的同时,注意激发、提高和保持学生学习的兴趣和积极性,增强学生对知识的理解和掌握,让学生通过自主学习和良好的训练,缩短“桥梁”.

二、土木工程材料课程教学策略的探索与实践

苏霍姆林斯基曾说：“只有能激发孩子去进行自我教育的教育才是真正的教育”.教学是师生的双边活动,要提高教学质量,充分调动学生课堂学习的积极性、自觉性和主动性,是十分重要的环节[2].

1.以“学生为主体、教师为主导”的教学理念来调动学习热情

将“以教师为主体”的传统教学模式转变为“以学生为主体、教师为主导”的教育教学模式,以导学为主线,建立主导、主体相结合的教学模式,充分发挥学生的主观能动性[3].先让学生充分认识到学习建筑材料的重要性和必要性,激发学生学习的积极性；教学时教师要深入浅出地将复杂问题简单化,将枯燥的理论学习变为生动的工程实例.比如学习水泥的特性时就让学生根据水泥的特性、工程特性和环境特点来思考水泥的应用情况,某工程适宜选用何种水泥,不宜选用何种水泥.此外,在每次上课期间（课间10分钟休息）,教师确定或学生自选感兴趣的2个与本次课内容相关主题,学生课余利用网络并查阅图书馆相关书籍资料,并在下次上课时由学生自己讲解（每次汇报时间为5-8分钟）.教师适时穿插提问,也应鼓励学生提问,或就提出的问题在全班展开讨论,最后再由老师总结点评,这样可以使学生更多地参与课堂教学过程.这种学生主动参与课堂的方式,不仅回顾并拓展了上节课程的相关内容,重要的是学生独立完成查阅资料、整理材料、制作课件、自己讲解和回答问题等环节,学生积极参与课堂教学,综合自己所学过的知识从多角度看问题,既培养思维能力,又锻炼表达能力；既提高了学生学习的兴趣,又加深了学生对知识的理解和掌握,有利于锻炼和培养学生的综合能力,学生也非常乐意参与这种教学方式.这种角色的转变使得教师教学更生动,学生学习更主动,教学活动氛围更活跃,形成一种教学相长、师生共同探讨的良好环境.

2.以新颖、实用、丰富、开放的教学内容来激发学生的求知

随着当前教学设备的更新和多样化,采用多媒体教学,将大量的实验动画、工程录像、工程实景图片资料、工程实例、工程案例、工程事故、实验视频等适时地插入到课堂教学中,最大限度地缓解教学学时少与教学内容多和实践教学环节薄弱等矛盾,也可以在课堂教学中充分激发学生的学习兴趣,进一步拓宽专业知识面.另一方面,材料科学随着科学技术和生产力的进步取得了突飞猛进的发展,土木工程材料的品种不断增多,质量不断提高,功能不断丰富.新材料、新技术、新标准、新规范、新观念、新政策法规和学科发展动态都应及时充实到教学中来.新材料、新技术因其科技含量高、可持续发展性强,是今后工程建设应用的必然.如与水有关的性能引入国家大剧院“自洁净”建筑材料,建筑钢材引入“鸟巢”的Q460新型合金钢,混凝土引入上海世意大利馆的透明混凝土,建筑塑料引入水立方的乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE）膜等,在对应章节授课时,如能将这些新材料的研究最新进展和工程应用情况介绍给学生,一方面展示了材料在工程建设中的重大作用；另一方面可使学生掌握最新的科研信息,了解材料的发展动态,能有效的增强学生的求知热情.3.以自主、合作、探究的教学方式来启发学生的创造性思维

古人云：“学起于思,思源于疑”.为了培养学生的思维能力,教师要善于鼓励学生思考各种问题[4].由于使用了多媒体教学方法,就可以节约一部分板书的时间,所以在课堂就可以在教师的指导下,针对一些具有启发性或争论性的问题先让学生展开自由讨论,然后在教师统一指导下组织大家讨论发言.这种方法可以采用3种实施形式：一种是在课前布置讨论话题并提出方向性的问题,让学生带着问题去看书、查阅相关资料,做到有的放矢,上课时组织大家讨论并发,例如在讲混凝土强度时,先提出混凝土在外力作用下为什么会发生破坏,混凝土强度与哪些因素有关等几个问题.第二种是在课堂教学中也可设置一些疑问和悬念,不但能集中学生的注意力,吸引学生进入良好的学习状态,有效控制课堂气氛,还可以提高教学效果,引导学生积极思考.如在绪论中可向学生提出在18、19世纪以前为何没有大跨度建筑?在讲授影响材料导热性因素时,可提出“为什么住进新居的人们总觉得较老房子冷,到冬季更甚”等等疑问,以引导学生积极思考.第三种是就某一综合性问题布置思考题,把全班学生随机分成几组,进行小组讨论,增强学生对材料的感性和理性认识,引导学生从各个方面去思考解决的方法.

土木工程材料类型繁多,但是每一种材料又有许多不同的类型,所以就可将具有可比性的两个或多个不同对象进行系统的比较和研究,得出研究对象的本质、特点和规律.如在讲授掺混合材料的硅酸盐水泥时,在系统讲授活性混合材性质及二次水化反应的基础上,引导学生从混合材料的掺量、混合材料的特性等方面去对比硅酸盐水泥系列的共性和个性,从而总结各种水泥的应用规律,这样可以大大地提高学生学习的积极性、使其能主动运用已有的理论基础知识,达到对新知识深化理解和强化记忆的目的.

把握每种工程材料的性质及其在土木工程中的应用这条主线,将枯燥的知识讲述与工程实例相结合,从工程材料的组成、结构与制备或施工工艺等方面,分析和阐述工程材料是如何满足这些技术性质要求的,从而将工程材料的组成、结构、性能与工程应用等课程内容建立其相互间的逻辑联系——架起“桥梁”.

1.以“一个中心、两条线索”的教学思路贯穿理论教学的全过程

由于土木工程材料课程涵盖了上十类常见的工程材料.虽然各类材料不同,但由于同属材料大类,在第一次上课时,可提醒学生,从材料科学与工程的角度出发,以“材料性能”为中心,以“材料的组成决定材料性能”和“材料性能决定其使用领域与范围”为线索,分析各种材料在组成（Composition）、性能（Property）和应用（Utilization）上的共性和特性,采用这三个内容英文字母的第一个字母,简称为“CPU”主线,既形象又便于理解掌握.学习每类材料的“CPU”,便掌握了土木工程材料的核心内容和教学目标[5].如本课程的核心章节“混凝土”部分,教学过程中只要把握“CPU”主线,及组成（水泥、集料、水、外加剂和掺合料）、技术性能（混凝土硬化前的和易性及混凝土硬化后强度、耐久性和变形）以及使用（根据环境、工程特点,选择合理配合比的混凝土）便可将其主要知识点涵盖,也能够对其有一个整体掌握.

2.以“自主协作、虚实结合”的工程实例教学架起基础课与专业课桥梁

土木工程材料作为专业基础课,是一门实践性极强的应用学科,材料品种繁多、性能各异.一项实际的工程,不但对材料的物理、力学性质及耐久性有着具体的要求,而且,成本也是不容忽视的.因此,要做到合理、正确地选材,就必须清楚地了解和掌握相关的基本理论、基本知识,将课堂学习与工程实例紧密地结合在一起.如讲述研究土木工程材料耐久性的意义时,可给出一些因材料耐久性达不到要求而出现严重事故的例子,引起学生的重视.如某年我国某处一水塔的突然崩溃,造成了严重的人员伤亡及经济损失,而事故的原因,是由于混凝土内钢筋的锈蚀.再如,日本、美国、加拿大等国的混凝土所面临的耐久性问题已相当严重,已经引起了学术界的广泛重视,若全部进行修复所需费用非常巨大.在此基础上,提出研究和保证土木工程材料耐久性的重要意义.这些工程事故的案例使学生心灵产生极大的震憾,虽然有设计和施工方面的原因,但是也有采用劣质材料或不严格验收原因.学生听后深感今后工作责任的重大,唤起学生的工程意识,加深了对本门课程重要性的认识,也激发了学生对后续专业课程学习的兴趣.学生课后信息反馈也表明：学生对改革后的教学方法非常满意,学习热情得到提高.后续的建筑构造课和建筑施工课,任课教师反映学生对材料的理解力有了明显提高,为相关专业课程的学习打下了良好基础.

(三)注重实践,提升能力

结合科研开展教学是培养应用型人才的有效途径,将与本课程内容相关的工程材料及其应用的最新科研问题引入课堂教学,将国家正在建设的重大土木工程和需要解决的重大技术难题介绍给学生,将最新研究成果融入教学.针对不同的工程,如何合理选择和正确使用土木工程材料,如何对传统材料进行改性,或研制和开发新材料,都与建筑结构的使用功能及安全性息息相关.随着土木工程材料的发展,如何合理地综合利用工业废渣、废料,对土木工程材料进行改性和降低成本,研发生态型、功能型、智能型建材等问题,都已成为当前建材领域研究的重要内容.让学生接触到本课程内容的科学前沿知识,引发学生思考,明确自己肩负的重任；同时,积极组织和鼓励学生参与本课程的开放式研究型实验和申报省级、校级大学生研究性学习和创新性实验课题,以此培养学生的综合能力和创新思维.2009至2011年期间,我系学生申报的课题先后有“提高湖南地区砖混结构沼气池材料耐久性研究”、“回弹法测定混凝土强度能力研究实验”、“湖南地区既有建筑节能改造方案研究”等5项课题被遴选为湖南省大学生研究性学习和创新性实验项目,“新型自洁净建筑外墙材料的研制”、“废弃混凝土回收再利用研究”、“双掺重钙和粉煤灰对自密实混凝土性能的影响”等8项获校级大学生研究性学习和创新性实验项目立项.这些项目的开展,不仅巩固并拓宽了学生所学的土木工程材料相关理论知识,并提高了学生的动手能力和解决实际工程问题能力,也为培养应用型专业技术人才提供了新途径.

三、结语

教学改革是一项综合性和系统性的工程,不断提高教学质量是高等院校追求的目标.实践证明,在《土木工程材料》课程的教学活动中,开展多种形式的教学方法改革与探索是转变教育观念、提高教学质量的有效途径.总结出了“激发兴趣,引导思维,把握主线,建立联系,注重实践,提升能力”的教学策略,有利于激发学生的学习兴趣,有利于调动学生学习的主动性,有利于提高学生综合能力,能够为地方院校培养应用型人才提供新途径.