土木工程材料课程问题式教学法应用

摘要：在土木工程材料课程教学中，结合应用型本科人才培养目标要求，积极开展问题式教学方法的理论与实践研究，优化教学方法，能提高学生解决工程实际问题的能力。基于此，文章对土木工程材料课程理论教学与实验教学模式的改革进行了探讨。

关键词：土木工程材料；问题式教学法；教学模式

土木工程材料课程是土建类专业的专业基础课。任何一种建筑物或构筑物都是由各种土木工程材料按某种方式组合而成的，没有土木工程材料，就没有土木工程，土木工程材料是一切土木工程的物质基础。每一种新材料的诞生都会随之带动土木工程施工技术的发展。该课程的教学分为理论教学和实验教学两个方面，培养目标有三：一是熟练掌握各种常用的土木工程材料的性质、适用范围、技术要求以及材料性能实验的基本方法；二是了解材料的具体外观特征和材料检测的相关仪器设备，掌握各种土木工程材料的实验方法，培养熟练的材料质量性能验证的能力；三是培养学生严谨认真的科研态度，提高学生的动手能力，培养他们分析问题和解决问题的能力[1-2]。

1土木工程材料教学现状与特点

目前，土木工程材料课程的计划学时一般为40～48学时，其中理论教学32～36课时，实验环节8～12课时。土木工程材料课程内容涉及范围较广，教材有10～11章之多，除了材料基本性质这一章，还包括无机胶凝材料、金属材料、墙体材料、防水材料、有机高分子材料等，每章介绍一类材料。各章基本上按照原料、生产制备工艺、结构组织、技术性质、应用范围的模式顺序编排，内容繁杂，记忆内容多，而学时相对偏少，从而导致学生对教材的理解不深，容易出现前面学、后面忘的情况，最终造成土木工程专业的学生对材料的选择和使用方面知识欠缺，给以后的工作带来困难[3]。目前该课程理论教学和实验教学是分隔开的，通常主讲教师在基本理论讲授结束后，指导学生根据实验指导书按部就班地完成实验，填写实验现象和实验数据，并对结果做陈述性分析。由于过去的教学体系中重理论、轻实践，使得实验教学内容陈旧，实验项目往往只是理论知识的验证。再加上实验课时本身就有限[4]，授课教师为了满足理论教学的需要不断压缩实验课程学时，实验课程就必须集体分组完成，教学方法单一，实验结果重复，使得学生对待实验课应付了事，实验报告抄袭现象严重。

2教学模式改革的实施方案与实践结果

2.1精心组织课堂教学，激发学生对课程的兴趣

工程管理专业的学生未来大多是材料的使用者，从设计到施工各个环节都要与土木工程材料打交道，因此在讲授过程中要把各种土木工程材料性能（包括技术性质和特性）和材料的应用范围讲解清楚。只有这样，才能根据建筑的性质、所处的基地环境以及所用的部位合理选用合适的材料。教师在理论教学的过程中要根据材料的实际用途，采用案例教学法，选择针对性的工程实例进行讲解，使艰涩难懂的理论知识转变成具体的实际案例，使学生更好地理解相关内容。目前各种新材料层出不穷，为了让学生能在今后的实际工作中更好地适应工作岗位，了解行业的各种资讯，教师在理论教学过程中利用多媒体课件和视频帮助学生了解土木工程材料的相关前沿资讯。教师在平时的教学过程中要加强自身的能力培养，掌握最新的本专业资讯，如高性能混凝土、节能建筑使用的保温隔热材料、高等级路面材料等，以使学生能够及时掌握国内外相关的最新资讯，对国内外材料的发展动态有基本了解，对国家发展的方针有所了解。建构主义学习理论强调以学习者为中心，引发学习者的学习兴趣和动机，促使学习者进行“真实的”学习[5]。在土木工程材料课程教学中灵活使用这种方法，是激发学生学习兴趣、提高教学效果的有效方法，重点就在于如何选择切入点。该课程教学可以选择工程案例进行“切入”，以材料的过程应用为线索，着落于“教学重点与难点”来开展各个教学环节，以常见混凝土结构裂缝产生为例，设计如图1所示。土木工程材料与工程实际紧密结合，实际工程中由于材料质量不合格或选择使用不当而时常造成质量事故。在教学中将这些常见工程问题与工程事故作为切入点引入教学，以此创设具有真实感的工程意境，而将“质量分析、事故原因分析及提出合理的防治措施”等确定为问题，完成“创设意境”教学环节，激发学生探究问题的兴趣。学生根据教师的指引，课后查阅资料，深入思考，进行自主学习。在此基础上，安排专题讨论（可以利用课堂或者MOOC平台），让学生在讨论交流中开展协作学习，通过不同观点的交锋与辩论、补充与修正，加深对问题的理解，提高应用理论知识解决实际问题的能力。教师在课堂讨论中，记录学生讨论时的表现，作为对学生掌握知识与应用能力的评价，并作为学生课程考核成绩的一部分。

2.2采用合理的实验教学方法，提高教学的总体效果

在实验教学过程中，教师只提出实验目的，学生在具体操作之前，自行设计实验步骤。在完成这个工作中，学生需要自行查阅相关文献资料，撰写实验预习报告，预估实验过程中可能出现的问题以及相应的解决方案。在实际操作过程中，教师要在保证实验安全的基础上，尽量放手，让学生大胆尝试各种实验方法。但是可以在实验报告中要求学生对自己选择的实验方法的可行性、实验结果和实验现象做出分析，从而提高学生解决实际工程问题的能力。把理论教学放到实验室中或现场进行。针对材料的性质，教师在实验室中采取演示实验的方法，操作材料性质的具体检测步骤，结合多媒体帮助学生理解材料的相关性质以及检测方法。另外，充分利用MOOC平台。教师在平台的聊天室中提出试验题目和试验目的，学生分组讨论后，通过平台和教师讨论试验方法和试验步骤，同时可以上传试验过程中的相关现象，由教师引导试验小组的每位同学参与到试验过程中去。普通混凝土的性质是教学重点，根据研究成果，笔者设计了多因素、实验与理论相结合的教学方法。在课前提出“配合比阶段混凝土性质的影响因素有哪些？”引导学生对混凝土全章的内容进行预习，自行归纳出在配合比阶段可能对混凝土性质造成影响的因素，这就涉及混凝土的各个组成材料的分析，包括水泥的强度与适用范围、骨料的形状与颗粒级配、混凝土的和易性检测、混凝土强度的检测等。在配合比计算过程中关系到水灰比、砂率、单位用水量这三大参数的确定，在确定过程中要考虑它们对混凝土性质的影响。根据这个题目，教师可以将学生分成若干个小组，首先让学生明确混凝土性质的两个主要表征量：和易性（包括流动性、黏聚性和保水性）和强度（主要是抗压强度）；前者反映的是混凝土拌合物的性质，后者反映了硬化后混凝土的性质。然后列出对这两个性质可能产生影响的相关因素，如水灰比、砂率、单位用水量、水泥的强度、骨料的形状与颗粒级配，让每组学生分别选择一个影响因素加以实验分析。在实验前，采用现场教学方法，利用多媒体和板书讲解和易性与强度的相关概念和实验方法，然后在实验室中由教师演示和易性和强度的实验检测步骤，介绍相关实验仪器的使用方法与安全注意事项。在掌握这些基本知识之后，由学生根据选择的影响因素进行试验分析，讨论各个因素对混凝土性质的影响。由学生自己来验证“恒定用水量法则”“砂率的影响”等相关定理。在实验分析的前期准备阶段，学生要自行查阅相关的资料，设计实验的具体步骤，预估实验过程中可能遇到的问题，设想相关的解决方案。教师在试验前根据学生的预习报告进行指导，对于原则性的错误帮助学生进行修改，对于某些错误可以留给学生在试验中自己发现、自己解决。整个试验过程教师要全程参与，但是试验的主导权要交给学生，尽量让学生在发现错误、解决错误中提高解决实际问题的能力。实验完成后，各组的试验数据共享，每个学生均可对数据进行分析，结合理论教学，查阅相关资料，写出综合实验论文。在论文完成后，组织一次演讲讨论课，请每位学生在课堂上用10min发表自己对于混凝土性质影响因素的观点，启发其他同学针对他的观点进行讨论。

3结束语

问题式教学法能让学生在课前根据问题查阅相关资料，通过多媒体理论教学和实验室演示操作的教学方法，让学生掌握相应的理论知识和实验技能。自行选取相关的因素进行分析，根据选取的因素，通过查阅相关资料设计实验步骤，在实验工作中培养团队合作的意识；实验数据共享，学会如何参考他人的成果用于自己的研究中，最后把研究结论以PPT形式表示出来，通过演讲讨论方式加以概括，重点培养了学生分析问题和解决问题的能力。

参考文献：

[1]张岩.如何打造问题式教学法的数学高效课堂[J].华夏教师,2017(14):82.

[2]陈永辉.课堂问题式(探究式)教学法应用与实效性实验研究[J].学周刊,2019(31):50.

[3]张玉良.问题教学法在数学课堂中的应用探究[J].成才之路,2017(13):57.

[4]刘婷婷,张劼,盛佳.MOOC在工程项目管理课程教学中应用的研究[J].西昌学院学报(自然科学版),2018,32(1):107-110.

[5]林拥军,李彤梅,潘毅,等.线上与线下融合的土木工程专业课混合式教学研究[J].高等建筑教育,2020,29(1):91-101.

作者：张劼 单位：安徽新华学院 土木与环境工程学院