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土木工程材料教学改革探索3篇

土木工程材料教学改革探索3篇

土木工程材料教学改革篇1

摘要:土木工程材料课程是高等院校土建专业的必修基础课,学好该课程对于学生掌握相关材料特性以及正确合理选用材料具有重要作用。文章从课程内容、教学方法与课程思政等方面分析了本课程教学中存在的问题,并针对性地提出了本课程的改革与创新方案。

关键词:土木工程材料;教学方法;改革;创新

土木工程材料是一切土木工程的物质基础,也是其重要的质量基础。材料的基本性能、选择、存储、使用方法以及后期维护等,均显著影响着土木工程结构的正常使用性和安全性,任何一环节的失误都可能造成其质量缺陷。因此,土木工程材料课程是高等院校土建专业的一门必修基础课,其教学目标是让学生掌握常用土木工程材料的基本性能、应用方法,获得土木工程材料的一些实验检验技能,能正确选择与合理使用土木工程材料。然而,土木工程材料涉及的内容比较广泛,逻辑性不强等,加大了学生的学习难度,使得学生学习积极性不高。因此,如何提高该门课程的教学质量,促进学生达到学习效果,是授课教师在教学过程需要考虑的关键问题。

1土木工程材料课程教学中存在的问题

1.1课程内容繁多且课时不足

以长江师范学院为例,本课程选用的教材为焦宝祥主编的《土木工程材料》(第二版),该教材共有12章的理论课程与1章的实验课程。其中,课论章节主要包含金属材料、天然石材、无机胶凝材料、混凝土、建筑玻璃与陶瓷、合成高分子材料、沥青与沥青混合材等内容,涉及的材料主要有十余大类、几百个材料品种,而各章节之间缺少联系、相互独立。同时,各材料的基本性质、使用方法、选择方式等介绍以文字叙述为主。此外,本课程的学时为48学时(32理论学时+16实验学时)。学生难以在较短时间学习并掌握如此多内容,因此,学生学习积极性不高,觉得枯燥乏味,教学质量降低。

1.2教学内容更新滞缓且授课方式缺乏创新

目前,本课程的教学主要是讲解传统土木工程材料,这对于学生了解材料的基本性能等方面是必要的。但教材涉及的传统土木工程材料多是几十年前的研究成果,部分材料可能已被取消或者禁止生产,部分标准规范也已被更新。然而,近年新材料不断出现,新工艺不断诞生。新材料越来越多地应用于土木工程建设中,其不仅性能优异,还能降低生产成本、达到节能减排的目的,而这些新材料并未在教材中涉及或及时更新。同时,教师的授课方式仍较为落后,还是以讲解传统材料为主,而极少介绍新材料。这样,学生觉得课程枯燥、兴趣不高。同时,在今后工作中遇到新材料时,也会显得手足无措。

1.3课程思政融入教学过程较为滞后

如前所述,土木工程材料对工程结构的质量起着决定性作用。因此,如何将思政教育融入土木工程材料课程教学中,也是授课教师必须进行的重点教学工作。这要求学生在具备专业综合能力的同时,更应该树立高尚的工程素养和爱国情怀。然而,目前教师在教学过程中仍主要是讲授教材中的知识点,而忽略了引导学生培养良好的思想道德素养。

2针对存在的问题提出的改革与创新方案

2.1优化并整合教学内容

由于课程内容涉及繁多且课时安排较少,对此将原有教学内容做出了适当调整。例如,将专业性较强或目前使用较少的材料,如合成高分子材料与木材等,调整为学生自学章节。考虑到金属材料、无机胶凝材料、混凝土、沥青等为常用的基础性工程材料,故增加了相关章节的学习课时。同时,减少其他次要建筑材料章节的学时,如天然石材、建筑砂浆、墙体材料与建筑玻璃陶瓷等。这样,学生更清楚本课程的学习重点,化繁为简,以提高学习的积极性。此外,整合关联性较强的章节内容。例如,将材料的耐久性、水泥石的腐蚀与防护、混凝土的耐久性等内容以一个专题的形式进行融合,系统讲解水泥和混凝土的耐久性破坏机理、防护措施等,并介绍目前相关研究的进展与热点,以激发学生的学习兴趣。

2.2改进教学方法

由于土木工程材料种类众多,且教材多以文字叙述为主,如果教师仍采用传统讲授的方式,则无法调动学生的积极性。因此,在授课时可以借助多媒体媒介,以多元化的方式(短视频、图片动画)把专业知识融入其中。同时,利用“雨课堂”等新兴网络学习平台,学生可以在线提问,并设有互动讨论区。在课堂利用学习平台“问题”,学生在线回答,并及时查看结果,增加了师生互动,进而提高了学生的学习热情。此外,在教学过程中增加新材料和新工艺的介绍,以激发学生的学习兴趣。例如,在讲授建筑砂浆章节时,引出“建筑3D打印技术”,介绍该技术的发展进程、材料特性、技术特点以及其应用前景等。在讲授混凝土与墙体材料时,提出“废弃的混凝土或砖块能否破碎后,作为骨料用于成型新的混凝土?”的问题,这样便引出“再生骨料混凝土”的概念,并介绍其相关的知识点以及研究和应用现状等;在石膏章节,讲解到“生产建筑石膏的原材料除了天然二水石膏外,还可以利用工业副产品石膏”时,重点引出本地区存在的大量“磷石膏”,并介绍“磷石膏”的来源、生产建筑石膏的现状及存在的技术难点,这样不仅引导学生培养节能减排的意识,还能激发他们的科研兴趣。

2.3课程思政融入教学过程

在讲授土木工程材料的发展进程中,突出我国悠久的建筑发展历史和所取得的辉煌成就,以增强学生民族自豪感。在讲授天然石材时,介绍坐落于河北省赵县的赵州桥,其是世界上现存年代久远、跨度最大、保存最完整、世界桥梁史上首创“敞肩拱”结构的石拱桥。在讲授无机胶凝材料章节时,引出我国南北朝时期出现的“三合土”建筑材料,是由黄土、石灰和细砂组成,可加糯米、蛋清、红糖以及动物血等添加剂,并且明朝《天工开物》和清朝《宫式石桥做法》等史料已记载了“三合土”的制备工艺。在介绍新工程材料科技发展的同时,突出我国在新材料、新工艺方面的重大技术,以激发学生的爱国情怀。例如,在讲解金属材料时,引出我国国家体育场——鸟巢,它将中国传统文化中的镂空技术、陶瓷的纹路以及现代最先进的钢结构设计完美地融合在一起。在讲解混凝土时介绍“港珠澳大桥”,运用了多项混凝土新技术,以达到超高力学性能和耐久性能,破解了多项世界技术难题。通过向学生展示我国这些举世闻名的现代工程,引导学生培养求真务实的科学态度和精益求精的“工匠精神”,并让学生培养崇高爱国主义精神。强调土木工程材料对工程质量的重要作用,引导学生培养工程责任意识和职业操守。在课程上,向学生展示由于材料质量缺陷引发的重大工程事故。如2011年武夷山公馆大桥发生坍塌事故、2019年长沙某住宅商住混凝土重大质量事故等,以强调材料的选择、生产、使用、检验评定、储运、保管等环节的丝毫失误都可能造成工程质量缺陷,甚至造成重大工程质量事故。同时,在讲解土木工程材料相关的技术标准时,要重点强调工程标准、技术规范的重要性,并且要求学生严格按照规范执行。例如,在混凝土配合比试验中,要求学生按照相关标准进行试验操作,同时与未按标准的情况(如随意加拌合水、振捣不充分等)进行对比,分析各组试件力学性能的差异性,让学生直观地认识到严格执行标准的重要性。使学生在未来建设工作中谨记工程安全重于泰山,培养良好的工程素养以及遵纪守法的意识。

3结语

土木工程材料作为土建专业的基础课程,学好本课程对于学生掌握相关材料特性以及正确合理选用材料具有重要作用。由于本课程涉及内容众多、课时安排较少,同时新材料不断涌现等,这就要求授课教师需紧密贴合新时展并综合专业需求,通过不断的教学改革与创新,改善土木工程材料授课背景,提高教学质量,培养能适应经济社会发展的土建类高水平人才。

作者:黄谦 单位:长江师范学院 土木建筑工程学院

土木工程材料教学改革篇2

人才培养、科学研究、社会服务、文化传承创新、国际交流与合作是国家和社会赋予高校的主要职能。立德树人是中国特色社会主义教育事业的根本任务,也是高校的时代使命。教学和科研是高等院校的永恒话题,对高校教师而言,教学是立身之本、科研是发展之道。对于人才培养而言,教学和科研关系密切,二者相辅相成[1]。从根本上说,科研是探索未知的世界,是教学的“源”;教学是继承已知的知识、技能和经验,是科研的“流”。柏林大学创始人威廉·冯·洪堡指出,大学科研是直接服务于教学和人才培养,并把科研和教学相结合的理念作为柏林大学的教学基本准则。钱伟长先生的“拆围墙”理论指出,大学必须拆除教学与科研之间的高墙,教学没有科研做底蕴就是没有观点的教育、没有灵魂的教育。高等教育以能力和素质培养为核心。湖北文理学院土木工程专业人才培养方案中培养目标包括具备较扎实的专业理论知识、较强的工程实践创新能力和一定的科研素养。理论知识、创新能力和科研素养三方面的要求是相互关联的,如图1所示。在课堂教学过程中应充分发挥科研的育人功能,促进科研与教育相结合,着重培养学生的科学精神、创造性思维和科研能力[2]。科教融合是先进的教学理念,是高校人才培养的战略选择[3-4]。吴爱华等[5]认为实施科教结合协同育人行动计划对于推动人才培养水平和创新能力提升有积极成效。因此,开展科教协同理念应用于专业人才培养的探索和实践是一件非常有意义的工作。科教融合协同育人还存在将学科特色、科研成果与育人情怀有机融入教学、教材、课堂的路径不畅通,最新的科研成果并没有完全融入课堂教学中,导致所培养的毕业生工程实践创新能力欠缺[6-7]等问题。

高校教师不仅要让学生掌握课程基本理论,更应该培养学生的自主学习和创新能力。文章以土建类专业必修课土木工程材料课程为例,针对科教协同理念用于课程教学改革实践进行了探讨。将科研项目、科研活动引入课堂教学和学生学习过程中,以提升学生学习兴趣,开阔学生学术视野为目的,提出“理论知识、创新能力、科研素养”三位一体教学目标,以培养有扎实理论基础、良好创新能力及较好科学素养为育人目标。通过在教学中不断融入科学研究的思维、方法和成果,探索实践出一套紧跟时展,培养优秀土建类专业人才的教学模式。结合任课教师所承担的工程服务及科研项目,将工程实际融入土木工程材料课程实践中,在讲好教材基本理论的同时,延伸学科发展前沿和工程热点问题,开阔学生的眼界和视野,提升学生的学习兴趣和动力。在课堂教学中强调职业道德、刻苦钻研、科学严谨等意识,培养学生良好的学习习惯;积极引导和指导学生参加教师的各种课题,强化学生发现问题、分析问题和运用所学解决工程实际问题的能力,培养学生的科学素养和实践动手能力。

一、土木工程材料课程性质及教学困境

(一)土木工程材料课程定位

土木工程材料是一门主要研究各种建筑材料的组成、构造、生产与加工方法、技术性能、质量检验及如何选用的学科[8]。课程教学内容涉及材料的基本性质、气硬性胶凝材料、水泥、混凝土与砂浆、墙体材料、建筑钢材、木材、石材、沥青与防水材料、合成高分子材料、绝热材料与吸声材料,以及建筑装饰材料等[9]。通过该课程的学习使学生掌握常用土木工程材料的基本性质、技术性能、质量控制要求及检测方法,了解材料的制备、性质与结构的关系,以及性能改善的途径,能针对不同工程要求正确合理地选用材料,为毕业后在材料的选择、优化设计、施工和管理打下基础[10]。课程教学目标是让学生掌握基础理论、专业知识、专业技能和综合能力所需的相关知识,达到知识、能力和素养的全面培养,教学目标具体如图2所示。

(二)土木工程材料课程特点

土木工程材料种类繁多,课程内容相对庞杂,概念术语多[11]。如无机胶凝材料中的气硬性胶凝材料有石膏、石灰、水玻璃和菱苦土四种,而有机胶凝材料包括沥青、树脂、橡胶等。通用硅酸盐水泥按混合材料的品种和掺量分为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥。定性的文字性描述或经验规律的结论较多[12]。如同一种材料的孔隙率越大,其密实度越低,材料的表观密度越小,强度越小。材料的开口孔隙率越高,其耐水性、抗渗性、抗腐蚀性能越差。实践性与综合性强[12]。土木工程材料是指工程建设中所使用的各种材料及其制品的总称,是决定建筑物结构设计形式和施工方法的重要因素,课程所涉及的各种材料与实际工程联系极为紧密。

(三)土木工程材料课程教学困境

目前,土木工程材料课程在教学中存在教学内容跟不上新材料、新工艺、新技术和新规范的更新速度,教材内容滞后于实际;理论教学和实践应用脱节;教学内容枯燥乏味,学生学习兴趣不浓,学习主动性不强等问题[13]。对于教材和教学内容滞后于实际的问题通过引入教师的科研项目和科研成果可有效缓解;通过介绍教师主持或参加的社会服务及生产实践性项目可以实现理论知识和工程实践应用的有效衔接;在教学过程中通过采用问题为导向、启发性和研究性教学方法可提高学生的学习兴趣和学习主动性。

二、科教协同理念下的土木工程材料课程教学改革

根据土木工程材料课程定位、课程特点及教学困境,在深化科研工作促进教学改革的指引下,从科研工作凝练转化为育人素材和资源的衔接点、课程教学中挖掘科研工作与专业知识的切入点、科教协同理念的实施路径、科教协同理念实践效果等方面分别阐述,深入探讨科教协同教学理念在土木工程材料课程教学中的应用和实践。

(一)科研工作转化为教学素材的衔接点

土木工程材料课程一般包括理论教学和实验教学两部分。理论教学中关于科研活动或科研成果转化为育人资源的衔接点有:讲解学科领域的基础知识、研究现状和前沿动态发展趋势,用科学的思维、严谨的态度、严密的逻辑讲解知识点,熏陶感染学生,吸纳学生参与教师的纵向横向等各级各类研究课题,指导学生参加学科竞赛活动,申报大学生创新创业项目,指导学生撰写学术论文,面对面交流学习成果和成效。实验教学过程中的衔接点有:组织学生参观实验室等科研场所,指导学生设计实验方案,在完成验证性实验的基础上开展探索性实验,组织学生到建材市场、混凝土搅拌站、构件制作厂、施工场地等地开展现场调研。这些都可以考虑深入挖掘并凝练转化为教学素材和育人资源。

(二)课堂教学理论知识与科研成果切入点

引入教学大纲之外的教学内容需谨慎,要妥善选择好教学切入点,控制好专业发展新成果引入的深度和广度[14]。如果科研成果引入得太专业太深奥可能适得其反,不利于提升课堂教学质量。一方面,如果忽视了本科生的基本学情,知识点太深太难会占用较多课时,甚至会使学生有退怯畏惧心理,从而失去学习信心;另一方面学术性太强使授课成了学术报告,使得部分学生对课程的学习兴趣降低。科教协同理念和课堂教学的切入点,不仅要将土木工程材料学科最新研究成果和发展方向传授给学生,激发专业学习兴趣和自我成才的动力,而且要让学生对教学内容感兴趣、愿意听并且听得懂。因此,在教学方法选择、教学方案设计时要深入思考,在教学过程实施中要适时根据学生课堂参与度、学生的学习热情等作相应调整。

(三)科教协同的教学实施方式

在讲解土木工程材料重要性时,采用问题式教学方式引入Astructuralengineerwhoisignorantaboutthe“insandouts”ofthecivilengineeringmaterialscanneverbeacompetentdesigner这句话的翻译。中文的意思是不知道土木工程材料的来龙去脉,就只能是一位不称职的土木工程师。进一步让学生思考为什么说不懂土木工程材料的土木工程技术人员是不称职的。材料是土木工程的物质基础,材料费一般占工程造价的50%~60%,选择物优价廉的材料对降低工程造价、节省建设投资意义重大。材料也是建筑物的质量基础,是决定其结构设计形式和施工方法的重要因素,进一步加深学生对课程的重视。因此,学好土木工程材料课程对于一个合格的土木工程职业人员是非常重要的。土木工程材料的发展历史是人类文明进步和生产力水平不断提高的见证,是人类在生产活动中不断探索实践中的选择。采用启发式教学介绍土木工程材料的发展史,历经古代、近代和现代三个阶段,表明了事物发展是前进性与曲折性的统一,要用发展的眼光来看待问题,鼓励学生要敢于创新,勇攀高峰。正确看待挫折和失败,对学生正确认识事物发展的曲折性和前进性有重要意义。可扩展延伸到中国共产党是历史和人民的选择,引导学生树立远大理想和爱国主义情怀,激发学生勇敢地肩负起时代赋予的光荣使命。

讲解土木工程材料发展方向时,给学生布置开放性作业,即以小组为单位查阅文献和相关资料论述土木工程材料未来发展前景和趋势。每个小组根据完成的调查报告展开互动交流,教师作点评总结。通过资料搜集、文献总结、小组合作、互动交流的方式提高学生课堂参与度和学习热情。讲解钢筋混凝土的起源时,通过故事引入其发明者既不是工程师,也不是建筑材料专家,而是一位园艺师。他从打碎的花盆里花木根系纵横交错将松软的泥土牢牢连在一起的发现中得到启发,将铁丝仿照花木根系编成网状,然后与水泥、砂石搅拌砌花坛,有效避免了花坛被游客踏碎。通过这个案例引导学生要主动思考探索,养成观察自然现象的习惯,培养观察事物的兴趣和能力,锻炼创新能力,主动去调查、去体验、去探索分析,这样才能全面、细致、深入地了解事物,才能透过事物的表面抓住事物的本质。讲解土木工程材料标准时,采用案例教学法引入偷工减料豆腐渣工程致使发生工程事故,强化学生对标准重要性的理解。进一步介绍标准的知识点,土木工程材料标准规范是对材料产品统一制定的技术要求和执行标准,其内容主要包括:产品规格、分类、技术要求、检验方法、验收规则、标志、运输和储存注意事项等。它一方面可促进企业加强管理,提高生产率,保证产品质量;另一方面,使用部门应当按标准选用材料,使设计和施工标准化,从而加快施工进度,降低工程造价。同时,技术标准也是生产和使用单位对产品质量进行验收、确认产品质量是否合格的依据。工程从业人员在设计、研发或施工时必须养成严格遵守国家、行业或地方各种标准规范的习惯,强化学生遵纪守法意识,牢记土木工程师的社会责任感和使命担当。

结合课程教学内容和教师所承担的各类课题项目,寻找让学生参与各课题的切入点,将科研工作渗透到课堂教学和学生学习过程中,通过理论与实践结合,一方面让学生将理论知识运用到实际工程问题中;另一方面锻炼学生发现问题、思考问题和解决问题的能力,培养学生的综合素质和创新能力。在教师主持的磷石膏改性及其资源化利用项目中,带领学生去磷化工厂磷石膏堆场实地调研,在了解到作为大宗固体废弃物的磷石膏的快速减量消纳是工厂复工复产的前提时,学生兴趣得到激发,对磷化工厂的生产设备、技术工艺和生产流程产生了一定的兴趣。讲解了磷石膏的性能与技术要求,介绍了项目的研究目标、研究内容及研究方案,学生在参加磷石膏改性固化剂研发时,掌握了固化剂的组成材料及配方、作用原理。在道路建筑材料和墙体材料中实现资源的合理化利用是磷石膏快速减量消纳的主要方式。磷石膏在道路工程中作为垫层能有效解决磷石膏遇水软化导致耐久性、耐候性差的问题,而磷石膏改性制免烧砖应用于墙体材料中,学生需要掌握原料配比、搅拌成型、养护、力学性能测试等全部流程和注意事项。通过参与科研项目,学生对课堂所学的磷石膏生产工艺与品种、水化与硬化、基本性能、技术要求及应用有了更深刻的理解,科研素养和创新能力得到同步提升。实验教学环节主要训练学生材料性能检测常用试验仪器设备的操作,培养学生的实践动手能力、团队合作意识及爱护公共财物的良好习惯。对于成绩优异的学生在完成验证性项目后可进一步开展综合探索性项目,理论联系实际,更好地巩固课堂所学,强化学生利用试验手段解决工程技术问题的能力,提高其综合素质。讲解通用硅酸盐水泥时以生态文明为切入点,引导学生树立正确的生态环境观。硅酸盐水泥掺加不同比例的粉煤灰、炉渣等大宗固体废弃物材料,不仅可以增加固废材料的消纳方式和出路,还可以改善水泥的性能,既变废为宝,又可为创建“资源节约,环境友好”社会作出应有贡献。日愈严重的全球十大环境问题对社会提出了巨大挑战,作为环境保护的主力军,青年学生要坚信绿水青山就是金山银山,努力学习,积极探索,勇于担起重任,找寻合理可行的解决方法,为建设美丽中国而奋斗。

三、科教协同理念下土木工程材料课程教学实践与改革成效

围绕“理论知识、创新能力、科研素养”三位一体的教学目标,在课堂教学中突出了科研工作在人才培养中的重要作用,实现了科研与教学协同育人的融通。通过科教协同理念的探究与实践使学生在理论知识、创新能力、科研素养等方面得到了较大进步,学习兴趣提高,课堂参与度提升,互动氛围更浓,学习主动性和自主学习能力更强,学习的目的性更加明确,从被动接受知识的状态转变成自主学习,对于课堂教学内容的理解显著增强,巩固并夯实了专业理论知识,理论联系实际、理论应用于实际做得更好。学生参加科技创新活动积极性更高,创新意识增强,且更加热爱创新,实践动手能力及创新能力有明显提高。基于科教协同理念,在教师的带动和引领下,学生从事科学研究的兴趣有所提高,学术视野有所开阔,激发了做科研的兴趣和潜力。学生在教师的鼓励、支持和指导下更早接触科研活动,在文献资料检索、项目背景调研、实验方案设计、项目申报、学术论文撰写等方面有了全方位针对性训练和培养,学生发现问题、解决问题的能力得以提升,不断养成了良好的科学思维习惯,以及求真务实、踏实严谨的研究,学生身心得到全面发展。学生的科研实践水平和能力逐步提高,科研素养等综合素质更强,参加专业相关学科竞赛,公开、申请专利、申请软件著作权、申请大学生创新创业项目的人明显增多。根据对教学试点班级科教协同理念实施效果的信息收集和跟踪调查。试点班级学生共47人,土木工程材料课程及格率为100%,与上一届教学班级考试结果对比,最高分及平均成绩均有所提高,学生参加各类学科竞赛人数占全班总人数的70%,学生申请大学生创新创业项目7项,获批立项大学生创新创业项目5项,其中部级大学生创新创业项目2项,公开10篇次,申请国家实用新型专利3件,试点班荣获校级“优良学风班”荣誉称号。统计结果表明,科教协同理念在试点班级土木工程材料课程教学中取得了良好的教学效果,可启迪学生的科研思维,强化知识应用和创新能力培养。

四、结语

湖北文理学院土木工程与建筑学院土木工程材料课程教学团队,把握科教协同理念的深刻内涵,对于科研工作凝练转化为育人资源的衔接点、研究成果与专业知识的切入点以及科教协同理念的实施路径等进行了探究,提出的“理论知识、创新能力、科研素养”三位一体的教学模式收效显著。教育者先受教育,让教师更好承担起学生健康成长指导者和引路人的责任。高校教师要不断提升育人水平,让学生掌握课程的基本理论知识,更应该通过教学培养学生的自主学习和创新能力。在教学中不断融入科研思维、方法和成果,培养学生运用课堂所学知识解决工程实际问题,强化学生发现问题、分析问题、解决问题的能力,培养学生的科学素养和实践动手能力。科教协同理念不仅增强了教学团队教师教学水平和科研能力,而且提升了学生专业技能和综合能力。基于科教协同育人理念,通过科研工程实践和教学的相互结合,互相促进,达到了教学与科学研究的和谐统一,增强了学生学习的主动性和课堂参与度,强化了对学生知识应用、创新能力和科研素养的培养,为学生毕业后较快成为适应新时代新形势下土建类专业人才打下了基础。

作者:曾刚 李峥 王元元 徐福卫 单位:湖北文理学院 土木工程与建筑学院

土木工程材料教学改革篇3

为主动应对人工智能、云计算、智能化等现代科技发展带来的产业变革与技术革新,教育部提出了“新工科”建设理念,其宗旨在于不断适应社会发展,培养具有创新能力的复合应用型人才,为我国高等工程教育的改革带来了新机遇并指明了新方向[1]。在新工科建设背景下,土木工程学科向着工业化、数字化、智能化的方向发展。围绕国家战略需求,顺应建筑业转型升级趋势,智能建造专业应运而生。目前,各大高校对智能建造专业的建设十分重视,但大多数局限于理论教学的改革和体系构建,忽略了实践教学的完善。事实上,实践教学作为强化学生实践能力的关键教学环节,是培养创新意识,重塑创新思维的重要推手[2-3]。“土木工程材料实验”是智能建造专业实践教学环节的专业必修课,重点针对土木工程材料制备及其性能测试,以及原材料性质检测等开展实践教学设计,已成为提高学生工程创新能力的重要课程。该课程的学习可帮助学生熟悉土木工程材料实验的基本原理,掌握材料各项性能的检测方法,培养设计实验、收集、处理、分析与解释数据的能力,以及培养主动发现问题、思考问题、创新性解决问题的能力。本文以福建工程学院智能建造专业为例,探讨新工科理念下土木工程材料实验教学的改革举措,以期为相关实践教学改革提供借鉴与参考。

1土木工程材料实验教学过程中存在的问题

1.1教学模式老化

许多高校在开展土木工程材料实验教学的过程中仍沿用传统的教学模式。课前,学生通过预习了解实验内容并完成预习报告;课中,针对实验基本原理、操作流程与注意事项,通过老师先讲解、学生后操作的形式,完成实验内容教学和实验数据记录;课后,学生分析实验数据与规律并撰写实验报告。传统教学模式仍以教师灌输知识为主导,学生被动接受知识,而后机械性地重复实验操作,这种教学氛围较为枯燥乏味,容易使学生失去兴趣与动力[4]。在此过程中,学生缺乏对知识应用的主动性与创造性,导致无法形成基本的创新意识,学生分析和解决问题能力得不到较好的锻炼,难以达成培养学生创新能力的目的。

1.2实验内容固化

大部分高校的土木工程材料实验均是成熟的验证性试验,缺乏综合性和设计性实验[5]。实验主要包括:水泥细度、标准稠度、强度等级;骨料表观密度、堆积密度与颗粒级配;混凝土制备及其和易性和强度等级测定。这类传统的验证性实验无法保证教学内容的实效性和前沿性,也激发不了学生的积极性与探索欲,难以培养学生自主学习与自主解决问题的能力,更无法拓展学生的开放性思维,不符合新工科建设背景下创新型人才培养的核心思想。

1.3考核评价单一

实验课程的考核指标多以预习情况和实验报告为主,而这种考核评价模式过于片面、单一[6]。由于实验内容基本相同,学生的预习报告和实验报告的相似度高,经常出现抄袭的现象且难以甄别,无法全面客观地反映学生的学习成果和掌握程度,也不易准确评价学生的动手能力,更难以评估学生的创新思维及自主解决问题的能力。同时,这类评价方法也消磨了学生自主创新实验的热情与兴趣,不利于学生分析能力和创新思考能力的培养。

1.4实验室管理制度陈旧

大部分高校的本科教学实验室仅对本科生课程实验开放,本科生只能完成规定的教学内容,难以利用实验室资源自主开展探索性实验。这无法满足本科生创新实践能力培养的基础硬件条件,极大限制了教学模式的改革和实验内容的更新,同时也极大浪费了实验室的仪器设备资源[7]。

2基于新工科理念的土木工程材料实验教学改革举措

2.1以学生自主创新实验为主的实验教学模式

随着信息技术的快速发展,可利用慕课等网络资源引导学生在课前完成实验内容基础知识的识记与理解,并通过“雨课堂”等APP提供的课前小测,保障学生的预习质量。课程内容主要以开放性的问题为主,如:以增强混凝土强度,提升水泥基材料耐久性等为导向,组织学生分组收集资料与自主学习研讨,提出解决问题的设想(依据)与实验方案,并由专任教师点评讲解,分析设想依据的科学性与研究方案的可行性,同时加深学生对知识点的理解与掌握。而后学生运用所学知识开始自主实验,最后学生通过分析实验结果与规律,提出知识点的创新应用。这种以学生自主创新实验为主的教学模式,不仅能激发学生主动学习新知识的热情与兴趣,而且有助于培养学生自行设计实验、自主解决问题、开展探索性研究的能力。

2.2实验内容多样化

新工科背景下“土木工程材料实验”课程设置的教学目标,除了使学生获得专业所必需的试验基本技能,具备解决一般土木工程材料检验问题的能力外,更注重创新实践能力的培养。除了传统的验证性实验外,可与地方经济产业发展需求相结合,适当增加些开放型课题实验,激发学生的兴趣与主动性。例如:福建工程学院地处于福建沿海地区,可提供海砂海水混凝土研制、混凝土耐腐蚀性研究及透水混凝土耐磨性能提升研究等实验课题,供学生自主选择,以丰富学生的实验内容。学生结合所学知识点,并通过自主查阅资料设计方案,解决问题。这类举措能解除学生的思维限制,提升学生在实验过程中的自主性,同时促进课程实验与理论的协同配合,不仅有利于培养学生创新解决实际问题的能力与创新意识,而且对培养学生的创新应用能力具有现实意义。

2.3考核评价多元化

教学模式和实验内容的改革可激发学生的兴趣与学习热情,并为学生创新实践能力的培养提供条件,而合理的考核评价方法则是保障教学效果与学习效果的基础[8]。除了预习报告和实验报告,可对学生的方案设计、实验操作和分析总结等多环节进行考核。最终,将各环节成绩按一定比例计入总成绩。其中,方案设计中侧重考查设想依据来源的合理性及文献收集与总结能力;实验操作中侧重考查操作规范;分析总结侧重考查规律分析和机理解释的科学性。这种多元化考核方法可缩小单一方式对学习效果评估的偏差,从而使得考核结果更为客观、全面,不仅有利于整体评估学生对土木工程材料知识点的掌握与应用情况,而且有助于从专业视角评估学生从土木工程材料创新提升的角度思考问题、组织协调、收集信息的实践能力。

2.4实验室开放制度的建立

实验室开放制度的建立是土木工程材料实验教学改革的基础。受到有限课时量的制约,在课余时间开放实验室可为本科生自主开展创新实验提供硬件保障。首先,需要出台完善的实验室申请、使用及维护准则,这是保障实验室开放运行有序、有效进行的前提。同时,也需要建立消防安全、设备管理、耗材管理、环境卫生管理等相关制度体系,以及学生自主使用实验室及相关仪器设备的使用细则。此外,学生必须经过实验室管理员的安全培训,在完成相关考核并合格后才可进入实验室。学生应严格执行《实验中心安全管理制度》和《实验中心消防安全管理规定》的相关要求,确保实验时的人身安全和实验室财产安全。其次,可通过网页建立一套实验室及仪器设备的申请、预约与管理系统,保障实验室对学生的有序开放。最后,可在学生中选拔有责任心的负责人,协助指导教师进行日常实验室的管理工作。

3结语

随着新工科建设的不断发展,对人才创新意识和创新应用能力的要求也日渐提升。土木工程材料实验作为“新工科”智能建造专业的专业必修课,是培养学生创新意识与创新应用能力的重要环节。基于新工科建设理念,探讨了改革土木工程材料实验教学的可行路径,创新了以培养学生自主创新实验能力为目的的实验教学模式,更新补充了问题解决型的实验内容,提出了多元化改革考核评价方法,建立了实验室开放制度,为学生自主开展创新实验提供硬件保障。以上举措将为创新应用型人才的培养提供借鉴。

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作者:杨宇 张筱逸 单位:福建工程学院 土木工程学院