劉冬梅 彭艷周 袁曉露

（三峽大學(xué)土木與建筑學(xué)院，湖北宜昌443002）

土木工程專業(yè)的《土木工程材料》課程教學(xué)探討*

劉冬梅 彭艷周 袁曉露

（三峽大學(xué)土木與建筑學(xué)院，湖北宜昌443002）

文章從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)思路、教學(xué)方法等方面探討了如何將土木工程材料教學(xué)與土木工程專業(yè)有機(jī)的結(jié)合在一起，讓學(xué)生能夠從專業(yè)的角度去學(xué)習(xí)該課程并取得既定的教學(xué)目標(biāo)。

土木工程材料；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)思路；教學(xué)方法

前言

在土木工程專業(yè)的課程設(shè)置中，土木工程材料是必修的專業(yè)核心課程，該課程的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生掌握常用工程材料的主要技術(shù)性質(zhì)及材料常見性能檢驗的試驗方法及數(shù)據(jù)處理方法等，能夠根據(jù)工程的具體情況合理選擇與使用材料，為解決實際工程中的材料問題提供一定的基本理論知識和基本試驗技能，也為學(xué)生學(xué)習(xí)其它后續(xù)專業(yè)課程提供必要的基礎(chǔ)知識。

土木工程材料所涉及的材料種類繁多，各種材料的組成、結(jié)構(gòu)、性能以及用途又都有差異。因此，具有涉及面廣，知識點多且散；理論性和實踐性強(qiáng)，邏輯性差，經(jīng)驗內(nèi)容多；文字內(nèi)容多，歸納性差等特點［1］。授課時，只注重講解各種材料自身的性能與應(yīng)用，會削弱知識間的聯(lián)系，導(dǎo)致學(xué)生掌握許多知識點卻不知道如何使用已學(xué)的知識去分析問題和解決問題，無法取得既定的教學(xué)目標(biāo)，更無法讓學(xué)生明白該課程與他們?nèi)蘸髮W(xué)習(xí)的專業(yè)課程有何聯(lián)系。因此，如何合理的安排教學(xué)，將該課程與土木工程專業(yè)有機(jī)的結(jié)合在一起，讓學(xué)生能夠從專業(yè)的角度去學(xué)習(xí)該課程并取得既定的教學(xué)目標(biāo)是每一位授課教師需要探討的問題。本論文將從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)思路、教學(xué)方法等方面來探討該問題。

一、土木工程材料教學(xué)內(nèi)容的確定

土木工程材料課程的教學(xué)學(xué)時為32學(xué)時，學(xué)時有限但教學(xué)內(nèi)容多，需根據(jù)土木工程專業(yè)需要進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的合理選擇，確定重點講授內(nèi)容、一般講授內(nèi)容和自學(xué)內(nèi)容等。土木工程專業(yè)有建筑工程和道路橋梁工程兩個方向，在這兩個方向中，常用的建筑材料主要為石灰、石膏、水泥、砂漿、混凝土、鋼材、瀝青等，故而選擇上述建筑材料作為教學(xué)內(nèi)容。上述各種建筑材料又包含很多品種，在講授時以工程中用途廣泛且用量大的建筑材料為主要授課內(nèi)容，例如以建筑石膏、通用硅酸鹽水泥、砌筑砂漿、普通水泥混凝土、石油瀝青等材料為主。工程中用量不大的建筑材料作為一般授課內(nèi)容或自學(xué)內(nèi)容，例如高強(qiáng)石膏、其他品種水泥、其他品種水泥混凝土、抹面砂漿、煤瀝青等材料。

二、土木工程材料的教學(xué)思路

土木工程材料課程在講述時，各章自成章節(jié)，聯(lián)系較弱，需要教師在授課時有明確的教學(xué)思路，盡可能將各章內(nèi)容有機(jī)地聯(lián)系在一起，避免學(xué)生學(xué)新忘舊。

首先，重視緒論部分的講解。緒論是該門課程學(xué)習(xí)目的、學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)重要性及學(xué)習(xí)方法的簡介。講解該課程學(xué)習(xí)內(nèi)容時，將工程材料的發(fā)展歷程和材料的分類與房屋結(jié)構(gòu)形式的變遷緊密聯(lián)系在一起，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識土木工程中常用的建筑材料的品種及其在工程中的使用。采用具體的工程實例講解工程材料在古代和現(xiàn)代房屋、道路、橋梁、水壩中的應(yīng)用及其對工程質(zhì)量、型式、規(guī)模的影響，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步了解工程中常用工程材料的品種及學(xué)習(xí)該課程的重要性。通過講解工程材料的發(fā)展趨勢及最新的研究熱點激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

在學(xué)習(xí)緒論的基礎(chǔ)上，講解材料的基本性質(zhì)。材料的基本性質(zhì)是研究工程材料的共性問題，是后繼各章的基礎(chǔ)知識，應(yīng)舉例詳細(xì)講授常用工程材料的宏觀結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)及基本性質(zhì)的概念。此處，可將粉煤灰、火山灰等活性礦物粉末視作典型的非晶體結(jié)構(gòu)工程材料，詳細(xì)講解其化學(xué)組成、微觀結(jié)構(gòu)及在水泥、砂漿、混凝土中的應(yīng)用，為后面的深入學(xué)習(xí)做好鋪墊。

講解石灰、石膏、水泥等無機(jī)膠凝材料時，盡管石灰、石膏及水泥的化學(xué)組成及性能差異較大，但在工程中使用時均需要加水作成漿體，因此，授課時應(yīng)從材料的水化過程和硬化過程著手，引導(dǎo)學(xué)生深入學(xué)習(xí)這三種膠凝材料的技術(shù)性質(zhì)及在工程中的應(yīng)用。

砂漿這一章，可讓學(xué)生利用前面學(xué)習(xí)的知識對比石灰砂漿、羅馬砂漿及水泥砂漿的強(qiáng)度與耐水性，進(jìn)而講解水泥砂漿的配制過程。

講解水泥混凝土?xí)r，應(yīng)緊緊圍繞主題“混凝土在工程中使用時需滿足的四個基本性能”，考慮水泥、粗細(xì)骨料、水、礦物粉末、化學(xué)外加劑等原材料品種、性能及用量等因素的影響。

建筑鋼材屬于金屬材料，瀝青屬有機(jī)材料，與前面所學(xué)無機(jī)非金屬材料差異較大。授課時先講材料性能及表征指標(biāo)，再引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)工程對材料的性能要求從相應(yīng)的國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中正確選擇鋼材和瀝青的品種與牌號。

三、土木工程材料的教學(xué)方法探討

目前，多媒體授課已成為主要的授課模式。教師采用多媒體授課時，授課速度快，內(nèi)容多，很容易形成“滿堂灌”的現(xiàn)象，師生之間缺乏交流與活動，忽視了教師在教學(xué)過程中的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主體地位。因此，教師采用多媒體授課時更需注重教學(xué)方法以保證良好的教學(xué)效果。

（一）變灌輸型教學(xué)方法為系統(tǒng)思維型啟發(fā)性教學(xué)方法

傳統(tǒng)專業(yè)課授課時，常采用面面俱到的知識點灌輸型教學(xué)方法。土木工程材料這門課具有的特征是，工程材料的種類繁多，組成、性能及用途又都有差異。采用灌輸型教學(xué)方法教學(xué)時，一般是將《土木工程材料》課程中每一章節(jié)內(nèi)容所涉及的知識點一一羅列出來。而學(xué)生則針對這些知識點下功夫，把整個知識鏈條割裂成了一塊塊碎片。當(dāng)遇到實際問題時，就不知道怎么把這些碎片拼接起來。也就是說，學(xué)生沒有學(xué)習(xí)到分析問題、解決問題的方法。

采用多媒體授課時，傳統(tǒng)的灌輸性教學(xué)方法應(yīng)該向系統(tǒng)思維型啟發(fā)性教學(xué)方法轉(zhuǎn)變，后者強(qiáng)調(diào)的是基本概念、原理應(yīng)用與宏觀的性能分析。由于土木工程材料是一門實踐性很強(qiáng)的課程，在學(xué)習(xí)過程中學(xué)生對材料的應(yīng)用較為感興趣，而忽視了基本原理和概念的學(xué)習(xí)。但筆者通過多年的授課經(jīng)驗和科研經(jīng)驗得出了以下結(jié)論：教學(xué)過程中應(yīng)強(qiáng)化對基本原理和概念的講解，提高學(xué)生的重視程度。但基本原理和概念的講解一定要密切聯(lián)系材料性能和應(yīng)用。只有深入了解了材料的基本原理，才能更深刻地掌握材料現(xiàn)有的性能和應(yīng)用，進(jìn)而掌握改進(jìn)材料性能的措施。因此，在講解每章內(nèi)容時，注重強(qiáng)調(diào)基本概念、原理運用與宏觀的性能分析，一些實驗細(xì)節(jié)及具體應(yīng)用中技術(shù)細(xì)節(jié)則忽略不講，留待學(xué)生在做實驗和實習(xí)等實踐環(huán)節(jié)中自己體驗。例如，在講解工程材料的技術(shù)性質(zhì)時，會涉及到很多基本概念，為了便于學(xué)生更好地理解概念，通常會介紹有關(guān)性質(zhì)的試驗測定方法，但介紹應(yīng)盡可能簡短明了，講課的重點一定要放在對基本概念的理解，而非詳細(xì)地介紹實驗測定過程及實驗數(shù)據(jù)的處理上。在精講基本概念、原理及應(yīng)用的基礎(chǔ)上，對學(xué)科前沿及未來發(fā)展趨勢進(jìn)行全面滲透。

（二）圖片、圖表、工程實例、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計、施工規(guī)范的大量引用

針對土木工程材料課程的特點，筆者在幻燈片的制作過程，盡可能做到版面簡潔、重點突出?；脽羝膬?nèi)容與書本內(nèi)容大致相同，但根據(jù)講課需要進(jìn)行了授課順序上的調(diào)整。盡量避免采用大篇幅文字內(nèi)容的幻燈片形式，在適量文字表述的基礎(chǔ)上增加生動形象的圖片、圖表、工程實例、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計、施工規(guī)范等形式加深學(xué)生對所學(xué)知識的理解。

圖片內(nèi)容密切結(jié)合所講授課本內(nèi)容，盡可能做到以圖代文字的效果。在該課程的幻燈片中，有工程材料的圖片，有工程材料在房建工程、道路工程、橋梁工程應(yīng)用的圖片，有工程材料具體施工過程的圖片，有反映工程材料技術(shù)性質(zhì)的圖片。

圖1 石灰漿體硬化過程

授課過程中，根據(jù)授課內(nèi)容自行設(shè)計圖表講授。例如，講解無機(jī)膠凝材料時需從材料的水化過程和硬化過程兩方面著手，這兩個過程牽涉到了復(fù)雜的物理化學(xué)變化，講解難度大，學(xué)生理解也難。筆者沒有枯燥地以文字而是采用圖表形式（圖1～圖3）直觀形象地表現(xiàn)了這一過程。先從膠凝材料加水后，其相態(tài)隨時間延長發(fā)生的變化講起，而后從理論上進(jìn)行探討。通過講解膠凝材料的水化、硬化過程，引出了其技術(shù)性質(zhì)。

圖2 石膏水化及硬化過程

圖3 水泥水化及硬化過程

工程實例的引入同樣要與所講內(nèi)容密切相關(guān)，要圍繞工程材料的性能及在房建工程、道路工程、橋梁工程中的應(yīng)用?？紤]到工程實例收集的困難和學(xué)生學(xué)習(xí)時的重要性，筆者為學(xué)生選擇了蘇達(dá)根編寫的《土木工程材料》，書中列舉了許多工程實例分析，主要針對土木工程材料在工程使用中可能出現(xiàn)的問題。

土木工程專業(yè)的學(xué)生日后主要從事土木工程的設(shè)計、施工與管理工作，工作中需遵守各種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計與施工規(guī)范。土木工程材料課程的教材中有各種工程材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但沒有工程材料設(shè)計和施工規(guī)范。工程材料在工程中應(yīng)用時，需由設(shè)計單位根據(jù)具體的使用環(huán)境和使用部位確定材料的性能，施工單位采用合適的施工方法和施工機(jī)械進(jìn)行工程材料的施工。因此，工程材料的選擇需遵循一定的設(shè)計規(guī)范和施工規(guī)范，應(yīng)在授課過程中根據(jù)所講內(nèi)容引入相應(yīng)的設(shè)計、施工規(guī)范。隨著工程技術(shù)的不斷進(jìn)步，常用工程材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計和施工規(guī)范在不斷更新，授課時也要根據(jù)現(xiàn)行的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計和施工規(guī)范及時更新授課內(nèi)容，而非教條地照搬教材內(nèi)容。

（三）創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

現(xiàn)在大家都在強(qiáng)調(diào)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，但創(chuàng)新能力靠的是扎實的理論基礎(chǔ)，沒有扎實的基礎(chǔ)搞出來的創(chuàng)新是偽科學(xué)，缺乏寬厚的基礎(chǔ)也沒有創(chuàng)新的思路。對于土木工程材料課程而言，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力應(yīng)著眼于學(xué)生是否能夠根據(jù)具體的工程環(huán)境、工程部位以及施工方法正確的選擇工程材料，或者根據(jù)已有的工程材料知識分析并解決工程中的材料問題。講解各種工程材料時，從材料的常見實物和工程應(yīng)用引出，介紹材料的現(xiàn)狀、性能特點、原理以及應(yīng)用條件、局限性、可能的發(fā)展趨勢，重點放在材料的基本原理、概念及應(yīng)用。教學(xué)過程中，合理地設(shè)計思考題與作業(yè)，將課堂教學(xué)與延伸式教學(xué)有機(jī)地結(jié)合在一起，引導(dǎo)學(xué)生用分析和發(fā)展的思路來看待現(xiàn)有的材料，掌握各種材料的性能，并正確使用各種工程材料，做到舉一反三，從而激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神。

考慮到水泥這一章的重要性，筆者以講解水泥為例說明如何將課堂教學(xué)與延伸式教學(xué)有機(jī)地結(jié)合在一起。在講完硅酸鹽水泥熟料礦物的組成及其水化性能后，讓同學(xué)們思考：快硬硅酸鹽水泥、中熱硅酸鹽水泥、低熱硅酸鹽水泥、道路硅酸鹽水泥的組成及其應(yīng)用。在講解完硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)中體積安定性之后，讓同學(xué)們思考：導(dǎo)致水泥體積安定性不良的因素有哪些，這些因素在什么情況下可以變害為利？結(jié)合膨脹水泥和自應(yīng)力水泥的組成、性能及應(yīng)用說明。在水泥這一章全部講解完后，讓同學(xué)們給出常見建筑物（三峽大壩、夷陵長江大橋、及教學(xué)樓）在建時不同工程部位可能選用的水泥品種及標(biāo)號。

四、結(jié)束語

總之，在教學(xué)中如何將土木工程材料與土木工程專業(yè)有機(jī)結(jié)合是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程。需要授課教師根據(jù)教學(xué)實踐經(jīng)驗合理選擇教學(xué)內(nèi)容，明確教學(xué)思路，改進(jìn)教學(xué)課件，研究教學(xué)方法和教學(xué)手段，創(chuàng)造性地設(shè)計和組織多媒體教學(xué)，提高教學(xué)效率，爭取使課堂教學(xué)達(dá)到既定的教學(xué)目標(biāo)，培養(yǎng)出具有創(chuàng)新能力的應(yīng)用性人才。

［1］陳愛玖.建筑材料課程教材建設(shè)與思考［J］.華北水利水電學(xué)院學(xué)報（社科版），2000（4）：68-69.

The paper has studied how to combine the teaching of civil engineering materials with civil engineering major from the teaching content，teaching ideas，teaching methods and so on，making the students to study the course from a professional standpoint and achieve the established teaching objectives.

civil engineering materials；teaching content；teaching ideas；teaching methods

G642

A

2096-000X（2016）19-0066-03

三峽大學(xué)土木與建筑學(xué)院重點課程建設(shè)項目（編號：001010612）

劉冬梅（1977，10-），女，內(nèi)蒙古包頭，副教授，博士，主要從事建筑材料課程教學(xué)與科研。