土木工程材料課程問題式教學法應用

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摘要：在土木工程材料課程教學中，結合應用型本科人才培養(yǎng)目標要求，積極開展問題式教學方法的理論與實踐研究，優(yōu)化教學方法，能提高學生解決工程實際問題的能力。基于此，文章對土木工程材料課程理論教學與實驗教學模式的改革進行了探討。

關鍵詞：土木工程材料；問題式教學法；教學模式

土木工程材料課程是土建類專業(yè)的專業(yè)基礎課。任何一種建筑物或構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基礎。每一種新材料的誕生都會隨之帶動土木工程施工技術的發(fā)展。該課程的教學分為理論教學和實驗教學兩個方面，培養(yǎng)目標有三：一是熟練掌握各種常用的土木工程材料的性質、適用范圍、技術要求以及材料性能實驗的基本方法；二是了解材料的具體外觀特征和材料檢測的相關儀器設備，掌握各種土木工程材料的實驗方法，培養(yǎng)熟練的材料質量性能驗證的能力；三是培養(yǎng)學生嚴謹認真的科研態(tài)度，提高學生的動手能力，培養(yǎng)他們分析問題和解決問題的能力[1-2]。

1土木工程材料教學現(xiàn)狀與特點

目前，土木工程材料課程的計劃學時一般為40～48學時，其中理論教學32～36課時，實驗環(huán)節(jié)8～12課時。土木工程材料課程內容涉及范圍較廣，教材有10～11章之多，除了材料基本性質這一章，還包括無機膠凝材料、金屬材料、墻體材料、防水材料、有機高分子材料等，每章介紹一類材料。各章基本上按照原料、生產制備工藝、結構組織、技術性質、應用范圍的模式順序編排，內容繁雜，記憶內容多，而學時相對偏少，從而導致學生對教材的理解不深，容易出現(xiàn)前面學、后面忘的情況，最終造成土木工程專業(yè)的學生對材料的選擇和使用方面知識欠缺，給以后的工作帶來困難[3]。目前該課程理論教學和實驗教學是分隔開的，通常主講教師在基本理論講授結束后，指導學生根據實驗指導書按部就班地完成實驗，填寫實驗現(xiàn)象和實驗數據，并對結果做陳述性分析。由于過去的教學體系中重理論、輕實踐，使得實驗教學內容陳舊，實驗項目往往只是理論知識的驗證。再加上實驗課時本身就有限[4]，授課教師為了滿足理論教學的需要不斷壓縮實驗課程學時，實驗課程就必須集體分組完成，教學方法單一，實驗結果重復，使得學生對待實驗課應付了事，實驗報告抄襲現(xiàn)象嚴重。

2教學模式改革的實施方案與實踐結果

2.1精心組織課堂教學，激發(fā)學生對課程的興趣

工程管理專業(yè)的學生未來大多是材料的使用者，從設計到施工各個環(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（包括技術性質和特性）和材料的應用范圍講解清楚。只有這樣，才能根據建筑的性質、所處的基地環(huán)境以及所用的部位合理選用合適的材料。教師在理論教學的過程中要根據材料的實際用途，采用案例教學法，選擇針對性的工程實例進行講解，使艱澀難懂的理論知識轉變成具體的實際案例，使學生更好地理解相關內容。目前各種新材料層出不窮，為了讓學生能在今后的實際工作中更好地適應工作崗位，了解行業(yè)的各種資訊，教師在理論教學過程中利用多媒體課件和視頻幫助學生了解土木工程材料的相關前沿資訊。教師在平時的教學過程中要加強自身的能力培養(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、高等級路面材料等，以使學生能夠及時掌握國內外相關的最新資訊，對國內外材料的發(fā)展動態(tài)有基本了解，對國家發(fā)展的方針有所了解。建構主義學習理論強調以學習者為中心，引發(fā)學習者的學習興趣和動機，促使學習者進行“真實的”學習[5]。在土木工程材料課程教學中靈活使用這種方法，是激發(fā)學生學習興趣、提高教學效果的有效方法，重點就在于如何選擇切入點。該課程教學可以選擇工程案例進行“切入”，以材料的過程應用為線索，著落于“教學重點與難點”來開展各個教學環(huán)節(jié)，以常見混凝土結構裂縫產生為例，設計如圖1所示。土木工程材料與工程實際緊密結合，實際工程中由于材料質量不合格或選擇使用不當而時常造成質量事故。在教學中將這些常見工程問題與工程事故作為切入點引入教學，以此創(chuàng)設具有真實感的工程意境，而將“質量分析、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)設意境”教學環(huán)節(jié)，激發(fā)學生探究問題的興趣。學生根據教師的指引，課后查閱資料，深入思考，進行自主學習。在此基礎上，安排專題討論（可以利用課堂或者MOOC平臺），讓學生在討論交流中開展協(xié)作學習，通過不同觀點的交鋒與辯論、補充與修正，加深對問題的理解，提高應用理論知識解決實際問題的能力。教師在課堂討論中，記錄學生討論時的表現(xiàn)，作為對學生掌握知識與應用能力的評價，并作為學生課程考核成績的一部分。

2.2采用合理的實驗教學方法，提高教學的總體效果

在實驗教學過程中，教師只提出實驗目的，學生在具體操作之前，自行設計實驗步驟。在完成這個工作中，學生需要自行查閱相關文獻資料，撰寫實驗預習報告，預估實驗過程中可能出現(xiàn)的問題以及相應的解決方案。在實際操作過程中，教師要在保證實驗安全的基礎上，盡量放手，讓學生大膽嘗試各種實驗方法。但是可以在實驗報告中要求學生對自己選擇的實驗方法的可行性、實驗結果和實驗現(xiàn)象做出分析，從而提高學生解決實際工程問題的能力。把理論教學放到實驗室中或現(xiàn)場進行。針對材料的性質，教師在實驗室中采取演示實驗的方法，操作材料性質的具體檢測步驟，結合多媒體幫助學生理解材料的相關性質以及檢測方法。另外，充分利用MOOC平臺。教師在平臺的聊天室中提出試驗題目和試驗目的，學生分組討論后，通過平臺和教師討論試驗方法和試驗步驟，同時可以上傳試驗過程中的相關現(xiàn)象，由教師引導試驗小組的每位同學參與到試驗過程中去。普通混凝土的性質是教學重點，根據研究成果，筆者設計了多因素、實驗與理論相結合的教學方法。在課前提出“配合比階段混凝土性質的影響因素有哪些？”引導學生對混凝土全章的內容進行預習，自行歸納出在配合比階段可能對混凝土性質造成影響的因素，這就涉及混凝土的各個組成材料的分析，包括水泥的強度與適用范圍、骨料的形狀與顆粒級配、混凝土的和易性檢測、混凝土強度的檢測等。在配合比計算過程中關系到水灰比、砂率、單位用水量這三大參數的確定，在確定過程中要考慮它們對混凝土性質的影響。根據這個題目，教師可以將學生分成若干個小組，首先讓學生明確混凝土性質的兩個主要表征量：和易性（包括流動性、黏聚性和保水性）和強度（主要是抗壓強度）；前者反映的是混凝土拌合物的性質，后者反映了硬化后混凝土的性質。然后列出對這兩個性質可能產生影響的相關因素，如水灰比、砂率、單位用水量、水泥的強度、骨料的形狀與顆粒級配，讓每組學生分別選擇一個影響因素加以實驗分析。在實驗前，采用現(xiàn)場教學方法，利用多媒體和板書講解和易性與強度的相關概念和實驗方法，然后在實驗室中由教師演示和易性和強度的實驗檢測步驟，介紹相關實驗儀器的使用方法與安全注意事項。在掌握這些基本知識之后，由學生根據選擇的影響因素進行試驗分析，討論各個因素對混凝土性質的影響。由學生自己來驗證“恒定用水量法則”“砂率的影響”等相關定理。在實驗分析的前期準備階段，學生要自行查閱相關的資料，設計實驗的具體步驟，預估實驗過程中可能遇到的問題，設想相關的解決方案。教師在試驗前根據學生的預習報告進行指導，對于原則性的錯誤幫助學生進行修改，對于某些錯誤可以留給學生在試驗中自己發(fā)現(xiàn)、自己解決。整個試驗過程教師要全程參與，但是試驗的主導權要交給學生，盡量讓學生在發(fā)現(xiàn)錯誤、解決錯誤中提高解決實際問題的能力。實驗完成后，各組的試驗數據共享，每個學生均可對數據進行分析，結合理論教學，查閱相關資料，寫出綜合實驗論文。在論文完成后，組織一次演講討論課，請每位學生在課堂上用10min發(fā)表自己對于混凝土性質影響因素的觀點，啟發(fā)其他同學針對他的觀點進行討論。

3結束語

問題式教學法能讓學生在課前根據問題查閱相關資料，通過多媒體理論教學和實驗室演示操作的教學方法，讓學生掌握相應的理論知識和實驗技能。自行選取相關的因素進行分析，根據選取的因素，通過查閱相關資料設計實驗步驟，在實驗工作中培養(yǎng)團隊合作的意識；實驗數據共享，學會如何參考他人的成果用于自己的研究中，最后把研究結論以PPT形式表示出來，通過演講討論方式加以概括，重點培養(yǎng)了學生分析問題和解決問題的能力。

參考文獻：

[1]張巖.如何打造問題式教學法的數學高效課堂[J].華夏教師,2017(14):82.

[2]陳永輝.課堂問題式(探究式)教學法應用與實效性實驗研究[J].學周刊,2019(31):50.

[3]張玉良.問題教學法在數學課堂中的應用探究[J].成才之路,2017(13):57.

[4]劉婷婷,張劼,盛佳.MOOC在工程項目管理課程教學中應用的研究[J].西昌學院學報(自然科學版),2018,32(1):107-110.

[5]林擁軍,李彤梅,潘毅,等.線上與線下融合的土木工程專業(yè)課混合式教學研究[J].高等建筑教育,2020,29(1):91-101.

作者：張劼 單位：安徽新華學院 土木與環(huán)境工程學院