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[摘 要] 从土木工程材料课程教学过程中的四个痛点问题入手，立足以学生为中心的教学理念，从教学内容改革、实践教学增强及引入工程案例等三个方面，对该课程的教学模式进行了创新改革，很好地培养了学生对该课程的学习兴趣，并引导学生对土木工程材料的发展进行更深层次的思考，激发学生在土木工程专业方面的创新思维，最终取得较好的教学效果。
[关 键 词] 土木工程材料;教学创新;改革思路
[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2021）28-0134-02
一、土木工程材料课程的价值和教学中的痛点问题
土木工程材料课程是土木工程专业及相关专业的基础课程，对土木工程及相关课程起支撑作用。长期以来，受种种原因的影响，土木工程材料课程的教学效果未能达到预期的教学目标，具体有以下四个方面的问题。
（1）土木工程材料课程涵盖无机胶凝材料、金属材料、有机高分子材料及复合材料四种类型的工程材料，教学内容繁杂，且各类建筑工程材料之间无相关联系，导致学生融会贯通难度较大，且难以实现灵活运用。（2）本课程教学中涉及的概念和经验性的知识点较多，理论推导及计算内容相对较少，学生在学习中较吃力，课堂教学气氛不佳。同时，本课程对现场实践内容要求较多，但实际教学中教师和学生缺乏到现场实践参观、操作的机会，学生对各类型工程材料性质缺乏直观认识，导致学生的知识生成不足，进而造成理论知识与实践脱节的现实问题。（3）随着建筑工程行业的发展，新材料、新技术等不断发展和应用，对土木工程材料课程教学内容的时效性提出了较高要求，但由于教材内容编写滞后于建筑工程行业发展，导致课程教学内容与行业发展存在一定的差距。（4）课程教学受时长限制。土木工程专业学时为34学时，实验课程为17学时，短时间内难以将课程教学内容全面、细致地展开讲授，导致课程教学质量与预期目标存在一定的差距。
二、土木工程材料课程教学改革思路和创新举措
（一）基于教材和大纲修订的教学内容改革
随着建筑行业的发展，土木工程材料种类日益繁多，且新的材料体系不断增多，新材料、新技术层出不穷，部分教材中采用的材料技术可能在工程实践中较少应用，甚至面临淘汰的问题，在该问题下，由于学生对工程实践了解不够深入，难以通过课堂教学把握学习难点和重点。因此有必要从教材和大纲修订开始进行教学内容的改革。本课程教材是学院柳俊哲教授主编的《土木工程材料》，为2015年修订后的第三次再版。新版教材强化了混凝土和混凝土材料章节，增加了部分水泥内容，并按最新的水泥检测标准更新了水泥检测试验内容，弱化了部分混凝土材料内容，如删减了粗骨料、细骨料等材料部分内容。2017年起，我校教研团队对土木工程材料课程教学大纲进行修订，对课程教学内容进行了重新设计、编排，力求与建筑行业发展现状、发展趋势相符，与工程施工实际相结合，促进学生学以致用。经重新编排后，课程教学内容以水泥、混凝土、钢材、沥青、沥青混合料为建筑工程材料为主，以新型墙体材料、节能材料为次要中单，兼顾功能性材料和合成高分子材料，并重新划分了学时，其中水泥、混凝土、钢材及沥青、沥青混凝土部分的学时占到了总学时的73%。大纲修订之后，土木工程材料课程授课内容重点突出，并且均有相应的验证性实验课程。其中墙体材料、建筑钢材及沥青材料的试验采用虚拟仿真实验进行。
（二）基于虚拟仿真实验的实践教学创新改革
本课程中，材料试验是整个教学体系中的重要环节，其教学目标是通过科学实验方法，培养学生的科研能力和严谨缜密的科研态度，通过课程试验掌握土木工程材料检测、试验方法，實现理论知识与实践操作相结合。由于学生接触工程实践机会较少，因此，虚拟仿真实验是学生为数不多的实践机会，是激发学生学习热情的绝佳机会，要求教师把握教学机会，顺势引导，培养学生动手、独立思考、分析问题和解决问题的能力。实验过程中。教师应尽量避免大包大揽的教学管理模式，重点突出学生在课程实验中的主体地位，由学生在教师的指导下自行开展实验准备、实验操作、数据处理、实验报告撰写等过程。针对实验过程中出现的问题，教师应在小组学生充分思考、讨论的基础上给予指导，针对部分共性问题，组织全班学生参与讨论，最后由教师做总结和解答。
该课程验证性实验课共安排了17学时，事实上这些实验学时还远远不够，为了更好地帮助学生理解掌握土木工程材料的技术性质，对一些验证试验比较费时、操作难度较大的材料技术性质试验采用虚拟仿真实验教学模式。
（三）新型工程材料及其应用工程案例在教学过程中的导入
土木工程材料教学团队在授课过程中可结合自身科研和现代材料的发展，事先设计选择，将实际工程中使用的新材料、新标准内容作为授课的一部分。比如，在讲授第一章“材料基本性质”这部分内容时，涉及很多概念：如强度、耐水性、抗渗性及耐火性等基本性质。理解和掌握这些基本性能概念是学习各项土木工程材料性能的基础。然而这些概念都很抽象，如果只是死记硬背，教学效果就很差，尤其是学生，很难在后面的相关学习中培养起兴趣。针对这些问题，教学团队在课前均可进行相应的案例导入设计。比如抗冻性基本概念的学习，在讲解发生冻融循环破坏时，材料必须与水接触内部含有水分，且受外界环境的影响才会导致出现冻了融、融了冻的问题，最终导致材料出现剥蚀性的破坏。讲到此处时，老师及时导入冻融破坏的案例，结合案例可以很形象地让学生理解材料的抗冻性失效的机理及破坏形态，起到了很好的教学效果。 在讲授材料的耐火性时，引入美国9·11事变的世贸双子塔被飞机撞毁而瞬间坍塌的案例。该案例中双子塔中心由四十几根钢柱支撑，周围是由网状的钢柱包围。而钢材的弱点之一就是耐火性太差。高温条件下，钢材强度下降较快，以普通低碳钢抗拉强度为例，350℃时，抗拉强度大幅度下降，至500℃时降至常温条件下抗拉强度一般，600℃环境下，抗拉强度仅为常温条件下的1/3，而这正是钢材瞬间坍塌的重要原因。这个案例既可以帮助把材料的耐火性讲授清楚，更是让学生对钢结构耐火性差的特点记忆深刻，教学效果突出。
在该课程中关于水泥、水泥混凝土、砂浆、建筑钢材及沥青等土木工程材料的授课过程中，均针对关键教学重点内容引入相应的工程案例，这样不仅可以帮助学生掌握关键的知识内容，而且可以激发学生的学习兴趣。在授课过程中以国内外知名的建筑工程结构采用的新型工程材料作为素材，比如授课中结合宁波江北中兴大桥钢-UHPC结构桥面中的超过性能混凝土（UHPC）的应用案例，可引入意大利馆外墙透明混凝土应用案例，通过引入新型土木工程材料，不仅形成了不同透明度渐变效果，而且通过折射自然光，减少了室内采光照明，达到了建筑节能的目的。正是采用引入案例进行对比的方法，来学习课程中普通水泥混凝土的相关知识内容，才帮助学生更好地理解掌握水泥混凝土的技术性能，这也在一定程度上激發了学生对现代混凝土材料技术发展的学习热情。
三、基于教学创新模式改革的教学效果评价及反思
课程教学中，教师团队通过在教学内容、教学方法两个方面不断创新，经过三年的教学实践，学生普遍反馈良好，取得了良好的教学效果。但对于不同专业的学生而言，由于土木工程材料课程专业性较强，要求教师加强教学内容、教学方法的探索与总结，提高教学内容、教学方法的适用性。对比近三年来土木工程材料课程的教学目标达成情况，看出在2018年教学大纲实施以来，该课程的分目标达成情况从2017—2018学年的75%，提高到了2018—2019学年及2019—2020学年的80%。该课程教学方法和内容改革之后的教学效果也可以通过系统的学评价得到一定程度的体现。2018—2019学年，专业学生对主讲教师评教分达到92.54分，2019—2020学年，该分数为94.33分，高于专业其他课程评教得分8～12分。因此可以根据该学教评价结果大体判断学生学习这门课程还是具有一定的兴趣，尤其表明学生对该课程的教学还是很满意的。
四、结语
在土木工程材料课程教学中，教师应从教学内容、教学模式和教学方法方面不断探索和创新，围绕学生掌握课程理论知识和虚拟仿真实验为抓手，以学生自学能力培养和科研动手能力培养为目标，瞄准建筑行业的前沿知识，不断完善和优化教学内容，加大教学方法的创新力度，提高课程教学的时效性、实效性。在授课形式上，教师可在课堂教学中引入工程案例，并合理设置课堂问题引发学生思考和讨论，促使学生形成独立思考的良好习惯。在课程实践环节，教师应通过虚拟仿真实验平台，在完成验证性项目之外，鼓励有兴趣、有能力的学生设计创新性实验，为学生提供更多的实践机会，促使学生理论知识与实践相结合，激发学生的学习热情，促进土木工程材料课程教学质量的提升。
参考文献：
[1]陈林，赵杰，王功勋.土木工程材料课程的复合式教学法[J].教育教学论坛，2016（50）：183-184.
[2]郝丽娜，霍英洲.“以学生为中心”的土木工程材料课程混合式教学模式探究[J].开封文化艺术职业学院学报，2020，40（10）：102-103.
[3]褚洪岩，黄凯健，王元纲.浅谈土木工程材料课程教学方法改革[J].教育教学论坛，2020（40）：275-276.
[4]陈金平，俞然刚，张雪松，等.基于专业认证的土木工程材料课程建设与教学改革研究[J].大学教育，2020：71-73.
◎编辑 薛直艳
[关 键 词] 土木工程材料;教学创新;改革思路
[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2021）28-0134-02
一、土木工程材料课程的价值和教学中的痛点问题
土木工程材料课程是土木工程专业及相关专业的基础课程，对土木工程及相关课程起支撑作用。长期以来，受种种原因的影响，土木工程材料课程的教学效果未能达到预期的教学目标，具体有以下四个方面的问题。
（1）土木工程材料课程涵盖无机胶凝材料、金属材料、有机高分子材料及复合材料四种类型的工程材料，教学内容繁杂，且各类建筑工程材料之间无相关联系，导致学生融会贯通难度较大，且难以实现灵活运用。（2）本课程教学中涉及的概念和经验性的知识点较多，理论推导及计算内容相对较少，学生在学习中较吃力，课堂教学气氛不佳。同时，本课程对现场实践内容要求较多，但实际教学中教师和学生缺乏到现场实践参观、操作的机会，学生对各类型工程材料性质缺乏直观认识，导致学生的知识生成不足，进而造成理论知识与实践脱节的现实问题。（3）随着建筑工程行业的发展，新材料、新技术等不断发展和应用，对土木工程材料课程教学内容的时效性提出了较高要求，但由于教材内容编写滞后于建筑工程行业发展，导致课程教学内容与行业发展存在一定的差距。（4）课程教学受时长限制。土木工程专业学时为34学时，实验课程为17学时，短时间内难以将课程教学内容全面、细致地展开讲授，导致课程教学质量与预期目标存在一定的差距。
二、土木工程材料课程教学改革思路和创新举措
（一）基于教材和大纲修订的教学内容改革
随着建筑行业的发展，土木工程材料种类日益繁多，且新的材料体系不断增多，新材料、新技术层出不穷，部分教材中采用的材料技术可能在工程实践中较少应用，甚至面临淘汰的问题，在该问题下，由于学生对工程实践了解不够深入，难以通过课堂教学把握学习难点和重点。因此有必要从教材和大纲修订开始进行教学内容的改革。本课程教材是学院柳俊哲教授主编的《土木工程材料》，为2015年修订后的第三次再版。新版教材强化了混凝土和混凝土材料章节，增加了部分水泥内容，并按最新的水泥检测标准更新了水泥检测试验内容，弱化了部分混凝土材料内容，如删减了粗骨料、细骨料等材料部分内容。2017年起，我校教研团队对土木工程材料课程教学大纲进行修订，对课程教学内容进行了重新设计、编排，力求与建筑行业发展现状、发展趋势相符，与工程施工实际相结合，促进学生学以致用。经重新编排后，课程教学内容以水泥、混凝土、钢材、沥青、沥青混合料为建筑工程材料为主，以新型墙体材料、节能材料为次要中单，兼顾功能性材料和合成高分子材料，并重新划分了学时，其中水泥、混凝土、钢材及沥青、沥青混凝土部分的学时占到了总学时的73%。大纲修订之后，土木工程材料课程授课内容重点突出，并且均有相应的验证性实验课程。其中墙体材料、建筑钢材及沥青材料的试验采用虚拟仿真实验进行。
（二）基于虚拟仿真实验的实践教学创新改革
本课程中，材料试验是整个教学体系中的重要环节，其教学目标是通过科学实验方法，培养学生的科研能力和严谨缜密的科研态度，通过课程试验掌握土木工程材料检测、试验方法，實现理论知识与实践操作相结合。由于学生接触工程实践机会较少，因此，虚拟仿真实验是学生为数不多的实践机会，是激发学生学习热情的绝佳机会，要求教师把握教学机会，顺势引导，培养学生动手、独立思考、分析问题和解决问题的能力。实验过程中。教师应尽量避免大包大揽的教学管理模式，重点突出学生在课程实验中的主体地位，由学生在教师的指导下自行开展实验准备、实验操作、数据处理、实验报告撰写等过程。针对实验过程中出现的问题，教师应在小组学生充分思考、讨论的基础上给予指导，针对部分共性问题，组织全班学生参与讨论，最后由教师做总结和解答。
该课程验证性实验课共安排了17学时，事实上这些实验学时还远远不够，为了更好地帮助学生理解掌握土木工程材料的技术性质，对一些验证试验比较费时、操作难度较大的材料技术性质试验采用虚拟仿真实验教学模式。
（三）新型工程材料及其应用工程案例在教学过程中的导入
土木工程材料教学团队在授课过程中可结合自身科研和现代材料的发展，事先设计选择，将实际工程中使用的新材料、新标准内容作为授课的一部分。比如，在讲授第一章“材料基本性质”这部分内容时，涉及很多概念：如强度、耐水性、抗渗性及耐火性等基本性质。理解和掌握这些基本性能概念是学习各项土木工程材料性能的基础。然而这些概念都很抽象，如果只是死记硬背，教学效果就很差，尤其是学生，很难在后面的相关学习中培养起兴趣。针对这些问题，教学团队在课前均可进行相应的案例导入设计。比如抗冻性基本概念的学习，在讲解发生冻融循环破坏时，材料必须与水接触内部含有水分，且受外界环境的影响才会导致出现冻了融、融了冻的问题，最终导致材料出现剥蚀性的破坏。讲到此处时，老师及时导入冻融破坏的案例，结合案例可以很形象地让学生理解材料的抗冻性失效的机理及破坏形态，起到了很好的教学效果。 在讲授材料的耐火性时，引入美国9·11事变的世贸双子塔被飞机撞毁而瞬间坍塌的案例。该案例中双子塔中心由四十几根钢柱支撑，周围是由网状的钢柱包围。而钢材的弱点之一就是耐火性太差。高温条件下，钢材强度下降较快，以普通低碳钢抗拉强度为例，350℃时，抗拉强度大幅度下降，至500℃时降至常温条件下抗拉强度一般，600℃环境下，抗拉强度仅为常温条件下的1/3，而这正是钢材瞬间坍塌的重要原因。这个案例既可以帮助把材料的耐火性讲授清楚，更是让学生对钢结构耐火性差的特点记忆深刻，教学效果突出。
在该课程中关于水泥、水泥混凝土、砂浆、建筑钢材及沥青等土木工程材料的授课过程中，均针对关键教学重点内容引入相应的工程案例，这样不仅可以帮助学生掌握关键的知识内容，而且可以激发学生的学习兴趣。在授课过程中以国内外知名的建筑工程结构采用的新型工程材料作为素材，比如授课中结合宁波江北中兴大桥钢-UHPC结构桥面中的超过性能混凝土（UHPC）的应用案例，可引入意大利馆外墙透明混凝土应用案例，通过引入新型土木工程材料，不仅形成了不同透明度渐变效果，而且通过折射自然光，减少了室内采光照明，达到了建筑节能的目的。正是采用引入案例进行对比的方法，来学习课程中普通水泥混凝土的相关知识内容，才帮助学生更好地理解掌握水泥混凝土的技术性能，这也在一定程度上激發了学生对现代混凝土材料技术发展的学习热情。
三、基于教学创新模式改革的教学效果评价及反思
课程教学中，教师团队通过在教学内容、教学方法两个方面不断创新，经过三年的教学实践，学生普遍反馈良好，取得了良好的教学效果。但对于不同专业的学生而言，由于土木工程材料课程专业性较强，要求教师加强教学内容、教学方法的探索与总结，提高教学内容、教学方法的适用性。对比近三年来土木工程材料课程的教学目标达成情况，看出在2018年教学大纲实施以来，该课程的分目标达成情况从2017—2018学年的75%，提高到了2018—2019学年及2019—2020学年的80%。该课程教学方法和内容改革之后的教学效果也可以通过系统的学评价得到一定程度的体现。2018—2019学年，专业学生对主讲教师评教分达到92.54分，2019—2020学年，该分数为94.33分，高于专业其他课程评教得分8～12分。因此可以根据该学教评价结果大体判断学生学习这门课程还是具有一定的兴趣，尤其表明学生对该课程的教学还是很满意的。
四、结语
在土木工程材料课程教学中，教师应从教学内容、教学模式和教学方法方面不断探索和创新，围绕学生掌握课程理论知识和虚拟仿真实验为抓手，以学生自学能力培养和科研动手能力培养为目标，瞄准建筑行业的前沿知识，不断完善和优化教学内容，加大教学方法的创新力度，提高课程教学的时效性、实效性。在授课形式上，教师可在课堂教学中引入工程案例，并合理设置课堂问题引发学生思考和讨论，促使学生形成独立思考的良好习惯。在课程实践环节，教师应通过虚拟仿真实验平台，在完成验证性项目之外，鼓励有兴趣、有能力的学生设计创新性实验，为学生提供更多的实践机会，促使学生理论知识与实践相结合，激发学生的学习热情，促进土木工程材料课程教学质量的提升。
参考文献：
[1]陈林，赵杰，王功勋.土木工程材料课程的复合式教学法[J].教育教学论坛，2016（50）：183-184.
[2]郝丽娜，霍英洲.“以学生为中心”的土木工程材料课程混合式教学模式探究[J].开封文化艺术职业学院学报，2020，40（10）：102-103.
[3]褚洪岩，黄凯健，王元纲.浅谈土木工程材料课程教学方法改革[J].教育教学论坛，2020（40）：275-276.
[4]陈金平，俞然刚，张雪松，等.基于专业认证的土木工程材料课程建设与教学改革研究[J].大学教育，2020：71-73.
◎编辑 薛直艳