前言
在土木工程专业的课程设置中,土木工程材料是必修的专业核心课程,该课程的教学目标是使学生掌握常用工程材料的主要技术性质及材料常见性能检验的试验方法及数据处理方法等,能够根据工程的具体情况合理选择与使用材料,为解决实际工程中的材料问题提供一定的基本理论知识和基本试验技能,也为学生学习其它后续专业课程提供必要的基础知识。土木工程材料所涉及的材料种类繁多,各种材料的组成、结构、性能以及用途又都有差异。因此,具有涉及面广,知识点多且散;理论性和实践性强,逻辑性差,经验内容多;文字内容多,归纳性差等特点。授课时,只注重讲解各种材料自身的性能与应用,会削弱知识间的联系,导致学生掌握许多知识点却不知道如何使用已学的知识去分析问题和解决问题,无法取得既定的教学目标,更无法让学生明白该课程与他们日后学习的专业课程有何联系。因此,如何合理的安排教学,将该课程与土木工程专业有机的结合在一起,让学生能够从专业的角度去学习该课程并取得既定的教学目标是每一位授课教师需要探讨的问题。本论文将从教学内容、教学思路、教学方法等方面来探讨该问题。
一、土木工程材料教学内容的确定
土木工程材料课程的教学学时为 32 学时,学时有限但教学内容多,需根据土木工程专业需要进行教学内容的合理选择,确定重点讲授内容、一般讲授内容和自学内容等。土木工程专业有建筑工程和道路桥梁工程两个方向,在这两个方向中,常用的建筑材料主要为石灰、石膏、水泥、砂浆、混凝土、钢材、沥青等,故而选择上述建筑材料作为教学内容。上述各种建筑材料又包含很多品种,在讲授时以工程中用途广泛且用量大的建筑材料为主要授课内容,例如以建筑石膏、通用硅酸盐水泥、砌筑砂浆、普通水泥混凝土、石油沥青等材料为主。工程中用量不大的建筑材料作为一般授课内容或自学内容,例如高强石膏、其他品种水泥、其他品种水泥混凝土、抹面砂浆、煤沥青等材料。
二、土木工程材料的教学思路
土木工程材料课程在讲述时,各章自成章节,联系较弱,需要教师在授课时有明确的教学思路,尽可能将各章内容有机地联系在一起,避免学生学新忘旧。首先,重视绪论部分的讲解。绪论是该门课程学习目的、学习内容、学习重要性及学习方法的简介。讲解该课程学习内容时,将工程材料的发展历程和材料的分类与房屋结构形式的变迁紧密联系在一起,引导学生认识土木工程中常用的建筑材料的品种及其在工程中的使用。采用具体的工程实例讲解工程材料在古代和现代房屋、道路、桥梁、水坝中的应用及其对工程质量、型式、规模的影响,引导学生进一步了解工程中常用工程材料的品种及学习该课程的重要性。通过讲解工程材料的发展趋势及最新的研究热点激发学生的学习热情。在学习绪论的基础上,讲解材料的基本性质。材料的基本性质是研究工程材料的共性问题, 是后继各章的基础知识,应举例详细讲授常用工程材料的宏观结构和微观结构及基本性质的概念。此处,可将粉煤灰、火山灰等活性矿物粉末视作典型的非晶体结构工程材料,详细讲解其化学组成、微观结构及在水泥、砂浆、混凝土中的应用,为后面的深入学习做好铺垫。讲解石灰、石膏、水泥等无机胶凝材料时,尽管石灰、石膏及水泥的化学组成及性能差异较大,但在工程中使用时均需要加水作成浆体,因此,授课时应从材料的水化过程和硬化过程着手,引导学生深入学习这三种胶凝材料的技术性质及在工程中的应用。砂浆这一章,可让学生利用前面学习的知识对比石灰砂浆、罗马砂浆及水泥砂浆的强度与耐水性,进而讲解水泥砂浆的配制过程。讲解水泥混凝土时,应紧紧围绕主题“混凝土在工程中使用时需满足的四个基本性能”,考虑水泥、粗细骨料、水、矿物粉末、化学外加剂等原材料品种、性能及用量等因素的影响。建筑钢材属于金属材料,沥青属有机材料,与前面所学无机非金属材料差异较大。授课时先讲材料性能及表征指标,再引导学生根据工程对材料的性能要求从相应的国家技术标准中正确选择钢材和沥青的品种与牌号。
三、土木工程材料的教学方法探讨
目前,多媒体授课已成为主要的授课模式。教师采用多媒体授课时,授课速度快,内容多,很容易形成“满堂灌”的现象师生之间缺乏交流与活动,忽视了教师在教学过程中的主导作用和学生的主体地位。因此,教师采用多媒体授课时更需注重教学方法以保证良好的教学效果。
(一)变灌输型教学方法为系统思维型启发性教学方法
传统专业课授课时,常采用面面俱到的知识点灌输型教学方法。土木工程材料这门课具有的特征是,工程材料的种类繁多,组成、性能及用途又都有差异。采用灌输型教学方法教学时,一般是将《土木工程材料》课程中每一章节内容所涉及的知识点一一罗列出来。而学生则针对这些知识点下功夫,把整个知识链条割裂成了一块块碎片。当遇到实际问题时,就不知道怎么把这些碎片拼接起来。也就是说,学生没有学习到分析问题、解决问题的方法。采用多媒体授课时,传统的灌输性教学方法应该向系统思维型启发性教学方法转变,后者强调的是基本概念、原理应用与宏观的性能分析。由于土木工程材料是一门实践性很强的课程,在学习过程中学生对材料的应用较为感兴趣,而忽视了基本原理和概念的学习。但笔者通过多年的授课经验和科研经验得出了以下结论:教学过程中应强化对基本原理和概念的讲解,提高学生的重视程度。但基本原理和概念的讲解一定要密切联系材料性能和应用。只有深入了解了材料的基本原理,才能更深刻地掌握材料现有的性能和应用,进而掌握改进材料性能的措施。因此,在讲解每章内容时,注重强调基本概念、原理运用与宏观的性能分析,一些实验细节及具体应用中技术细节则忽略不讲,留待学生在做实验和实习等实践环节中自己体验。例如,在讲解工程材料的技术性质时,会涉及到很多基本概念,为了便于学生更好地理解概念,通常会介绍有关性质的试验测定方法,但介绍应尽可能简短明了,讲课的重点一定要放在对基本概念的理解,而非详细地介绍实验测定过程及实验数据的处理上。在精讲基本概念、原理及应用的基础上,对学科前沿及未来发展趋势进行全面渗透。
(二)图片、图表、工程实例、技术标准及设计、施工规范的大量引用
针对土木工程材料课程的特点,笔者在幻灯片的制作过程,尽可能做到版面简洁、重点突出。幻灯片的内容与书本内容大致相同,但根据讲课需要进行了授课顺序上的调整。尽量避免采用大篇幅文字内容的幻灯片形式,在适量文字表述的基础上增加生动形象的图片、图表、工程实例、技术标准及设计、施工规范等形式加深学生对所学知识的理解。图片内容密切结合所讲授课本内容,尽可能做到以图代字的效果。在该课程的幻灯片中,有工程材料的图片,有工程材料在房建工程、道路工程、桥梁工程应用的图片,有工程材料具体施工过程的图片,有反映工程材料技术性质的图片。授课过程中,根据授课内容自行设计图表讲授。例如,讲解无机胶凝材料时需从材料的水化过程和硬化过程两方面着手,这两个过程牵涉到了复杂的物理化学变化,讲解难度大,学生理解也难。笔者没有枯燥地以文字而是采用图表形式(图 1)直观形象地表现了这一过程。先从胶凝材料加水后,其相态随时间延长发生的变化讲起,而后从理论上进行探讨。通过讲解胶凝材料的水化、硬化过程,引出了其技术性质。工程实例的引入同样要与所讲内容密切相关,要围绕工程材料的性能及在房建工程、道路工程、桥梁工程中的应用。考虑到工程实例收集的困难和学生学习时的重要性,笔者为学生选择了苏达根编写的《土木工程材料》,书中列举了许多工程实例分析,主要针对土木工程材料在工程使用中可能出现的问题。土木工程专业的学生日后主要从事土木工程的设计、施工与管理工作,工作中需遵守各种技术标准、设计与施工规范。土木工程材料课程的教材中有各种工程材料的技术标准,但没有工程材料设计和施工规范。工程材料在工程中应用时,需由设计单位根据具体的使用环境和使用部位确定材料的性能,施工单位采用合适的施工方法和施工机械进行工程材料的施工。因此,工程材料的选择需遵循一定的设计规范和施工规范,应在授课过程中根据所讲内容引入相应的设计、施工规范。随着工程技术的不断进步,常用工程材料的技术标准、设计和施工规范在不断更新,授课时也要根据现行的技术标准、设计和施工规范及时更新授课内容,而非教条地照搬教材内容。
(三)创新能力的培养
现在大家都在强调学生创新能力的培养,但创新能力靠的是扎实的理论基础,没有扎实的基础搞出来的创新是伪科学,缺乏宽厚的基础也没有创新的思路。对于土木工程材料课程而言,培养学生的创新能力应着眼于学生是否能够根据具体的工程环境、工程部位以及施工方法正确的选择工程材料,或者根据已有的工程材料知识分析并解决工程中的材料问题。讲解各种工程材料时,从材料的常见实物和工程应用引出,介绍材料的现状、性能特点、原理以及应用条件、局限性、可能的发展趋势,重点放在材料的基本原理、概念及应用。教学过程中,合理地设计思考题与作业,将课堂教学与延伸式教学有机地结合在一起,引导学生用分析和发展的思路来看待现有的材料,掌握各种材料的性能,并正确使用各种工程材料,做到举一反三,从而激发学生的创新精神。考虑到水泥这一章的重要性,笔者以讲解水泥为例说明如何将课堂教学与延伸式教学有机地结合在一起。在讲完硅酸盐水泥熟料矿物的组成及其水化性能后,让同学们思考:快硬硅酸盐水泥、中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥、道路硅酸盐水泥的组成及其应用。在讲解完硅酸盐水泥的技术性质中体积安定性之后,让同学们思考:导致水泥体积安定性不良的因素有哪些,这些因素在什么情况下可以变害为利?结合膨胀水泥和自应力水泥的组成、性能及应用说明。在水泥这一章全部讲解完后,让同学们给出常见建筑物(三峡大坝、夷陵长江大桥、及教学楼)在建时不同工程部位可能选用的水泥品种及标号。
四、结束语
总之,在教学中如何将土木工程材料与土木工程专业有机结合是一项复杂的系统工程。需要授课教师根据教学实践经验合理选择教学内容,明确教学思路,改进教学课件,研究教学方法和教学手段,创造性地设计和组织多媒体教学,提高教学效率,争取使课堂教学达到既定的教学目标,培养出具有创新能力的应用性人才。
参考文献
[1]陈爱玖建筑材料课程教材建设与思考[J].华北水利水电学院学报(社科版),2000(4):68-69.
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