土木工程材料課程問題式教學(xué)法應(yīng)用

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摘要：在土木工程材料課程教學(xué)中，結(jié)合應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)目標(biāo)要求，積極開展問題式教學(xué)方法的理論與實(shí)踐研究，優(yōu)化教學(xué)方法，能提高學(xué)生解決工程實(shí)際問題的能力?；诖?，文章對(duì)土木工程材料課程理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的改革進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：土木工程材料；問題式教學(xué)法；教學(xué)模式

土木工程材料課程是土建類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。任何一種建筑物或構(gòu)筑物都是由各種土木工程材料按某種方式組合而成的，沒有土木工程材料，就沒有土木工程，土木工程材料是一切土木工程的物質(zhì)基礎(chǔ)。每一種新材料的誕生都會(huì)隨之帶動(dòng)土木工程施工技術(shù)的發(fā)展。該課程的教學(xué)分為理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩個(gè)方面，培養(yǎng)目標(biāo)有三：一是熟練掌握各種常用的土木工程材料的性質(zhì)、適用范圍、技術(shù)要求以及材料性能實(shí)驗(yàn)的基本方法；二是了解材料的具體外觀特征和材料檢測(cè)的相關(guān)儀器設(shè)備，掌握各種土木工程材料的實(shí)驗(yàn)方法，培養(yǎng)熟練的材料質(zhì)量性能驗(yàn)證的能力；三是培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科研態(tài)度，提高學(xué)生的動(dòng)手能力，培養(yǎng)他們分析問題和解決問題的能力[1-2]。

1土木工程材料教學(xué)現(xiàn)狀與特點(diǎn)

目前，土木工程材料課程的計(jì)劃學(xué)時(shí)一般為40～48學(xué)時(shí)，其中理論教學(xué)32～36課時(shí)，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)8～12課時(shí)。土木工程材料課程內(nèi)容涉及范圍較廣，教材有10～11章之多，除了材料基本性質(zhì)這一章，還包括無機(jī)膠凝材料、金屬材料、墻體材料、防水材料、有機(jī)高分子材料等，每章介紹一類材料。各章基本上按照原料、生產(chǎn)制備工藝、結(jié)構(gòu)組織、技術(shù)性質(zhì)、應(yīng)用范圍的模式順序編排，內(nèi)容繁雜，記憶內(nèi)容多，而學(xué)時(shí)相對(duì)偏少，從而導(dǎo)致學(xué)生對(duì)教材的理解不深，容易出現(xiàn)前面學(xué)、后面忘的情況，最終造成土木工程專業(yè)的學(xué)生對(duì)材料的選擇和使用方面知識(shí)欠缺，給以后的工作帶來困難[3]。目前該課程理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)是分隔開的，通常主講教師在基本理論講授結(jié)束后，指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書按部就班地完成實(shí)驗(yàn)，填寫實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并對(duì)結(jié)果做陳述性分析。由于過去的教學(xué)體系中重理論、輕實(shí)踐，使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容陳舊，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目往往只是理論知識(shí)的驗(yàn)證。再加上實(shí)驗(yàn)課時(shí)本身就有限[4]，授課教師為了滿足理論教學(xué)的需要不斷壓縮實(shí)驗(yàn)課程學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課程就必須集體分組完成，教學(xué)方法單一，實(shí)驗(yàn)結(jié)果重復(fù)，使得學(xué)生對(duì)待實(shí)驗(yàn)課應(yīng)付了事，實(shí)驗(yàn)報(bào)告抄襲現(xiàn)象嚴(yán)重。

2教學(xué)模式改革的實(shí)施方案與實(shí)踐結(jié)果

2.1精心組織課堂教學(xué)，激發(fā)學(xué)生對(duì)課程的興趣

工程管理專業(yè)的學(xué)生未來大多是材料的使用者，從設(shè)計(jì)到施工各個(gè)環(huán)節(jié)都要與土木工程材料打交道，因此在講授過程中要把各種土木工程材料性能（包括技術(shù)性質(zhì)和特性）和材料的應(yīng)用范圍講解清楚。只有這樣，才能根據(jù)建筑的性質(zhì)、所處的基地環(huán)境以及所用的部位合理選用合適的材料。教師在理論教學(xué)的過程中要根據(jù)材料的實(shí)際用途，采用案例教學(xué)法，選擇針對(duì)性的工程實(shí)例進(jìn)行講解，使艱澀難懂的理論知識(shí)轉(zhuǎn)變成具體的實(shí)際案例，使學(xué)生更好地理解相關(guān)內(nèi)容。目前各種新材料層出不窮，為了讓學(xué)生能在今后的實(shí)際工作中更好地適應(yīng)工作崗位，了解行業(yè)的各種資訊，教師在理論教學(xué)過程中利用多媒體課件和視頻幫助學(xué)生了解土木工程材料的相關(guān)前沿資訊。教師在平時(shí)的教學(xué)過程中要加強(qiáng)自身的能力培養(yǎng)，掌握最新的本專業(yè)資訊，如高性能混凝土、節(jié)能建筑使用的保溫隔熱材料、高等級(jí)路面材料等，以使學(xué)生能夠及時(shí)掌握國內(nèi)外相關(guān)的最新資訊，對(duì)國內(nèi)外材料的發(fā)展動(dòng)態(tài)有基本了解，對(duì)國家發(fā)展的方針有所了解。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論強(qiáng)調(diào)以學(xué)習(xí)者為中心，引發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)機(jī)，促使學(xué)習(xí)者進(jìn)行“真實(shí)的”學(xué)習(xí)[5]。在土木工程材料課程教學(xué)中靈活使用這種方法，是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高教學(xué)效果的有效方法，重點(diǎn)就在于如何選擇切入點(diǎn)。該課程教學(xué)可以選擇工程案例進(jìn)行“切入”，以材料的過程應(yīng)用為線索，著落于“教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)”來開展各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，以常見混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生為例，設(shè)計(jì)如圖1所示。土木工程材料與工程實(shí)際緊密結(jié)合，實(shí)際工程中由于材料質(zhì)量不合格或選擇使用不當(dāng)而時(shí)常造成質(zhì)量事故。在教學(xué)中將這些常見工程問題與工程事故作為切入點(diǎn)引入教學(xué)，以此創(chuàng)設(shè)具有真實(shí)感的工程意境，而將“質(zhì)量分析、事故原因分析及提出合理的防治措施”等確定為問題，完成“創(chuàng)設(shè)意境”教學(xué)環(huán)節(jié)，激發(fā)學(xué)生探究問題的興趣。學(xué)生根據(jù)教師的指引，課后查閱資料，深入思考，進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。在此基礎(chǔ)上，安排專題討論（可以利用課堂或者M(jìn)OOC平臺(tái)），讓學(xué)生在討論交流中開展協(xié)作學(xué)習(xí)，通過不同觀點(diǎn)的交鋒與辯論、補(bǔ)充與修正，加深對(duì)問題的理解，提高應(yīng)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。教師在課堂討論中，記錄學(xué)生討論時(shí)的表現(xiàn)，作為對(duì)學(xué)生掌握知識(shí)與應(yīng)用能力的評(píng)價(jià)，并作為學(xué)生課程考核成績(jī)的一部分。

2.2采用合理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，提高教學(xué)的總體效果

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，教師只提出實(shí)驗(yàn)?zāi)康模瑢W(xué)生在具體操作之前，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟。在完成這個(gè)工作中，學(xué)生需要自行查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，撰寫實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告，預(yù)估實(shí)驗(yàn)過程中可能出現(xiàn)的問題以及相應(yīng)的解決方案。在實(shí)際操作過程中，教師要在保證實(shí)驗(yàn)安全的基礎(chǔ)上，盡量放手，讓學(xué)生大膽嘗試各種實(shí)驗(yàn)方法。但是可以在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中要求學(xué)生對(duì)自己選擇的實(shí)驗(yàn)方法的可行性、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象做出分析，從而提高學(xué)生解決實(shí)際工程問題的能力。把理論教學(xué)放到實(shí)驗(yàn)室中或現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。針對(duì)材料的性質(zhì)，教師在實(shí)驗(yàn)室中采取演示實(shí)驗(yàn)的方法，操作材料性質(zhì)的具體檢測(cè)步驟，結(jié)合多媒體幫助學(xué)生理解材料的相關(guān)性質(zhì)以及檢測(cè)方法。另外，充分利用MOOC平臺(tái)。教師在平臺(tái)的聊天室中提出試驗(yàn)題目和試驗(yàn)?zāi)康?，學(xué)生分組討論后，通過平臺(tái)和教師討論試驗(yàn)方法和試驗(yàn)步驟，同時(shí)可以上傳試驗(yàn)過程中的相關(guān)現(xiàn)象，由教師引導(dǎo)試驗(yàn)小組的每位同學(xué)參與到試驗(yàn)過程中去。普通混凝土的性質(zhì)是教學(xué)重點(diǎn)，根據(jù)研究成果，筆者設(shè)計(jì)了多因素、實(shí)驗(yàn)與理論相結(jié)合的教學(xué)方法。在課前提出“配合比階段混凝土性質(zhì)的影響因素有哪些？”引導(dǎo)學(xué)生對(duì)混凝土全章的內(nèi)容進(jìn)行預(yù)習(xí)，自行歸納出在配合比階段可能對(duì)混凝土性質(zhì)造成影響的因素，這就涉及混凝土的各個(gè)組成材料的分析，包括水泥的強(qiáng)度與適用范圍、骨料的形狀與顆粒級(jí)配、混凝土的和易性檢測(cè)、混凝土強(qiáng)度的檢測(cè)等。在配合比計(jì)算過程中關(guān)系到水灰比、砂率、單位用水量這三大參數(shù)的確定，在確定過程中要考慮它們對(duì)混凝土性質(zhì)的影響。根據(jù)這個(gè)題目，教師可以將學(xué)生分成若干個(gè)小組，首先讓學(xué)生明確混凝土性質(zhì)的兩個(gè)主要表征量：和易性（包括流動(dòng)性、黏聚性和保水性）和強(qiáng)度（主要是抗壓強(qiáng)度）；前者反映的是混凝土拌合物的性質(zhì)，后者反映了硬化后混凝土的性質(zhì)。然后列出對(duì)這兩個(gè)性質(zhì)可能產(chǎn)生影響的相關(guān)因素，如水灰比、砂率、單位用水量、水泥的強(qiáng)度、骨料的形狀與顆粒級(jí)配，讓每組學(xué)生分別選擇一個(gè)影響因素加以實(shí)驗(yàn)分析。在實(shí)驗(yàn)前，采用現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)方法，利用多媒體和板書講解和易性與強(qiáng)度的相關(guān)概念和實(shí)驗(yàn)方法，然后在實(shí)驗(yàn)室中由教師演示和易性和強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)步驟，介紹相關(guān)實(shí)驗(yàn)儀器的使用方法與安全注意事項(xiàng)。在掌握這些基本知識(shí)之后，由學(xué)生根據(jù)選擇的影響因素進(jìn)行試驗(yàn)分析，討論各個(gè)因素對(duì)混凝土性質(zhì)的影響。由學(xué)生自己來驗(yàn)證“恒定用水量法則”“砂率的影響”等相關(guān)定理。在實(shí)驗(yàn)分析的前期準(zhǔn)備階段，學(xué)生要自行查閱相關(guān)的資料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的具體步驟，預(yù)估實(shí)驗(yàn)過程中可能遇到的問題，設(shè)想相關(guān)的解決方案。教師在試驗(yàn)前根據(jù)學(xué)生的預(yù)習(xí)報(bào)告進(jìn)行指導(dǎo)，對(duì)于原則性的錯(cuò)誤幫助學(xué)生進(jìn)行修改，對(duì)于某些錯(cuò)誤可以留給學(xué)生在試驗(yàn)中自己發(fā)現(xiàn)、自己解決。整個(gè)試驗(yàn)過程教師要全程參與，但是試驗(yàn)的主導(dǎo)權(quán)要交給學(xué)生，盡量讓學(xué)生在發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤、解決錯(cuò)誤中提高解決實(shí)際問題的能力。實(shí)驗(yàn)完成后，各組的試驗(yàn)數(shù)據(jù)共享，每個(gè)學(xué)生均可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)合理論教學(xué)，查閱相關(guān)資料，寫出綜合實(shí)驗(yàn)論文。在論文完成后，組織一次演講討論課，請(qǐng)每位學(xué)生在課堂上用10min發(fā)表自己對(duì)于混凝土性質(zhì)影響因素的觀點(diǎn)，啟發(fā)其他同學(xué)針對(duì)他的觀點(diǎn)進(jìn)行討論。

3結(jié)束語

問題式教學(xué)法能讓學(xué)生在課前根據(jù)問題查閱相關(guān)資料，通過多媒體理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)室演示操作的教學(xué)方法，讓學(xué)生掌握相應(yīng)的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能。自行選取相關(guān)的因素進(jìn)行分析，根據(jù)選取的因素，通過查閱相關(guān)資料設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，在實(shí)驗(yàn)工作中培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作的意識(shí)；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)共享，學(xué)會(huì)如何參考他人的成果用于自己的研究中，最后把研究結(jié)論以PPT形式表示出來，通過演講討論方式加以概括，重點(diǎn)培養(yǎng)了學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

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作者：張劼 單位：安徽新華學(xué)院 土木與環(huán)境工程學(xué)院