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土木工程材料课程教改分析

土木工程材料课程教改分析

[摘要]文章在总结了“土木工程材料”课程具有内容多、实践课程缺乏、教材内容及教学大纲滞后等特点的基础上,提出本课程在教学方法及内容、实践教学、考核方式等方面的一些改进措施,提高学生的综合素质和实践能力。

[关键词]土木工程材料;教学;方法;实践

土木工程材料是我校材料科学与工程专业的一门专业选修课,该课程主要内容包括土木工程材料的性质、用途、制备和使用方法以及检测和质量控制方法。通过对该课程的学习,学生能更深入地理解材料组分、结构与材料性质的关系、外界环境和施工工艺对材料性能的影响,以及材料性能改善的途径,为以后毕业设计、进行科研以及从事专业技术工作提供必要的基础理论和技能训练。

1课程现状

1.1课程内容多、范围广、与工程应用密切相关

土木工程材料种类繁多。根据材料的来源,有天然材料及人造材料;根据材料的功能,有结构材料及功能材料;根据材料的成分,有无机材料、有机材料及复合材料,这就使得“土木工程材料”课程的内容十分广泛[1]。另外,课程的理论性、概念性及经验性的内容比较多,以文字叙述为主,而计算推理的内容相对较少。土木工程材料与工程应用紧密相连,每种土木工程材料(原材料或产品)都有相关的技术指标,有些技术指标还在不断修改和完善。在实际工程应用中,各种材料往往构成混合材料或产品,各种材料的性能以及它们之间的相互作用对整个混合材料或产品的性能都有重要影响。另外,工程应用环境对于材料的耐久性也有重要影响。因此,土木工程材料课程既要体现各类型材料的基本特性,又要在工程应用上形成统一体系。这些因素使教和学都有一定的难度。

1.2实践课程缺乏,经费不足

实践教学是我国高等教育特别是高等工程教育的一个薄弱点。传统的三大实践教学环节(实验、实习和毕业设计),被越来越弱化[2]。“土木工程材料”作为我校材料科学与工程专业的一门专业选修课,同样存在实验设备老化、实验经费短缺、缺乏实习基地等问题。另外,该课程的理论性、概念性及经验性的内容比较多,且以文字叙述为主,容易使学生感到枯燥。作为在校学生,平时也无法接触工程实践,缺乏感性认识,如果实验配套缺乏,更加无法调动学生的学习积极性。并且单纯的理论学习,会使学生学到很多的知识“碎片”,缺乏整体性的概念。例如,只有通过实践,才能更好地理解混凝土的耐久性是与组成材料、配合比设计、养护条件、结构和构件设计紧密相关的整体论,而不是由单一因素决定的。

1.3教材内容及教学大纲滞后

近年来,科学技术的飞速发展,以“三新”(新材料、新技术、新方法)技术为标志的工程建设新时代已经到来[3]。工程应用的实际需要也促进了新材料的发展。例如普通砖的砖块体积小,施工效率低,而且砖块烧制需要毁田取土,破坏生态环境,同时消耗大量能源,而加气混凝土砌块不但体积大、施工效率高,而且使矿渣、粉煤灰等工业废物得到再利用,减少了环境污染。因此这种传统的烧结砖正越来越多地被加气混凝土所替代。但教材内容的更新速度总是较新材料的发展速度慢,而教学大纲是根据教材内容而制定的。我校的教学大纲修订年限较长,进一步导致授课内容跟不上新材料的发展速度,学生毕业后不能很好地满足工作的需要。

2教改方法

2.1结合工程案例,加强多媒体技术

在教学过程中采用工程案例教学法代替传统的理论讲授法能获得较好的效果。因为土木工程材料中叙述性的内容较多,如采用平铺直叙的教学方法,很难引起学生的学习兴趣[4]。工程案例教学法就是利用多媒体展示实际工程中常出现的现象,然后分析问题,解决问题,使学生从感性认识上升到理性认识。这一认知过程也符合人类对事物的认知规律,因此学生容易理解和接受。例如通过多媒体展示工地上出现的石灰墙面鼓包、开裂现象,北方地区出现的路面、桥梁用水泥或混凝土剥落现象、沿海地区大坝的钢筋裸露、锈蚀现象,以及近几年出现的整栋房屋突然垮塌现象,激发学生的学习兴趣,结合各种材料特点及施工技术分析出现这些现象的原因,提高分析、解决问题的能力,增强学生的责任心。另外,由于课程中教学内容较多,通过制作多媒体课件,将文字、图片、动画、实例演示等教学信息通过屏幕呈现给学生,提高教学的形象性和生动性。例如对于钢材的拉伸性能,混凝土抗压强度的测试,以及时间长、操作难的实验等,通过播放录像的方式,让学生更加直观地了解实验过程和操作方法,增强了学生的感性认识,从而提高了教学质量。

2.2加强实践教学

实验教学对于学生基本原理的掌握和工程实践的培养,具有举足轻重的作用,是学生能力和素质提高的重要环节。然而由于实验学时有限,而涉及的内容较多,并且有些实验周期很长,无法在课堂内把所有实验都完成,因此应采用多种方式进行。首先,在实验课上完成基础实验,例如完成水泥细度、标准稠度用水量的测定,胶砂强度试件的制作,水泥凝结时间的检测,水泥水化产物的分析,石膏制品的制作,沥青的粘度测试等实验。其次可以利用开放实验室,以教师指导及研究生助教的形式,在课余时间完成设计性或综合性实验。例如各种矿物外加剂和化学外加剂对混凝土流动性、保水性、凝结时间、水化热、水化产物、强度等性能的影响。教师可以提供题目,学生确定选题,然后分组完成。最后每组同学递交实验结果及分析报告。为进一步提高学生的实践能力,采用校企联合培养模式,学生利用假期到企业实习,积累实践经验,鼓励部分有能力的学生直接参与企业的材料性能检测实验、新材料的开发研究或者实际工程项目,提高学生分析和解决实际工程问题的能力。

2.3关注学科发展前沿

教材是教学的依据和根本[1],但教材内容的更新速度总是较新材料的发展速度慢,因此,教师应密切关注土木工程材料研究和工程应用的最新进展以及相关技术指标的更新,引导学生及时了解学科发展动态,拓宽专业视野,培养创新意识,以适应时展的需要。在关注学科前沿和培养创新意识上,特别注意要根据我国国情和工程实际情况,研发符合我国工程特点的新材料。例如,在国内外,聚氨酯外墙保温材料得到了广泛应用,但聚氨酯的防火性较差。许多事故表明,火灾造成的巨大伤害都是由于所用材料的防火性差,并且燃烧释放出大量的毒气而造成的。由于我国的特点是人口密度大,建筑物密集且高大,聚氨酯作为外墙保温材料必然存在重大安全隐患。因此,要引导学生这些事故中吸取教训,并且研发符合我国国情特点的新材料。另外,应缩短教学大纲的修订年限,同时应把教学内容的主动权交到教师手中,紧跟时展步伐,固有体制会制约教学的发展和提高。

2.4改变考核方式

闭卷考试是应试教学方式中的传统评价方法,对培养提高学生的综合业务素质存在着一定的弊端[5]。对于考核方式,本课程采取平时成绩、实验报告与开卷考试相结合的方式。平时成绩的评定主要根据课堂出勤、上课听讲、平时作业完成情况等作为依据。平时作业紧扣教学重点,例如石灰的成分与性能的关系,骨料细度模数的计算,普通混凝土配合比设计,砂浆的配合比设计等,主要考察学生对基本知识掌握情况。实验报告反应了学生的实践动手能力,以及分析和解决问题的能力。本课程教材包含了大量关于材料的技术指标以及混凝土和砂浆配合比设计公式。随着新材料和技术的发展,很多技术指标也会不断地被修订和完善。在信息时代,电脑能够为人类提供海量数据,并可及时查询,因此很多内容无需特别记忆。因此,开卷考试能够回避很多需要记忆的内容,更多地考察学生对基础知识的应用能力,以及分析和解决问题的能力。以上三种考核方式的结合,更能全面地考察学生的综合素质。

3总结

“土木工程材料”课程教学改革紧密联系工程实例,激发学生的学习兴趣,开拓学生视野;通过实验和实践认识促进对课堂理论知识的理解和掌握,并且注重培养学生的创新意识;通过改革考核方式,全面考察学生的综合素质。

参考文献

[1]程云虹.“土木工程材料”课程教学研究[J].高教学刊,2015(4):27-28.

[2]张俊,罗伟.《材料工程基础》教改[J].广东化工,2011,38(3):200.

[3]张灵辉.《土木工程材料》课程教学的改革[J].四川建材,2015,41(2):295-296.

[4]苏达根,张志杰,钟明峰.以学为中心的网络课程设计[J].中国远程教育,2007,27(11):49-51.

[5]靳正国,郭瑞松,侯信,等.大材料专业“材料科学基础”课程的教改认识与实践[J].高等工程教育研究(增刊),2005:31-34.

作者:王美平 单位:成都理工大学材料与化学化工学院