《胶凝材料学》课程在水工建筑材料专业研究生创新能力培养中的教学模式与实践

宫经伟 李双喜 孙兆雄

摘要：结合新疆实际情况，阐述寒区水工混凝土材料耐久性能与胶凝材料的联系，针对水利水利水电工程二级学科下的水工建筑材料研究方向的研究生课程设置以及传统《胶凝材料学》课程教学中出现的教学内容、教学方法等方面出现的问题，结合教研团队的教学经验，提出将多媒体结合案例教学、实践教学、理论结合实践、课堂研讨等教学方法补充到传统的教学方式中，采取灵活的考核方式来激发学生对本专业的热爱，推动学生自主学习，逐步探索“教学-实践”相融合的教学模式。实践证明：该教学模式可有效缓解教学内容多与课时量少的矛盾，引导研究生及时理解与掌握新型胶凝材料，提高研究生学习效率和学习兴趣，激发学生自主思考，提高研究生科研创新能力。

关键词：胶凝材料学;水工建筑材料;研究生教育;创新能力;教学模式

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2016）42-0149-03

引言：

建筑材料质量和性能的好坏，直接影响到建筑物的质量和安全，建筑材料的发展和革新对于经济发展社会进步具有十分重要的促进作用。同时，人们也更加关注混凝土技术的进步与发展，以期混凝土材料与技术与时俱进，性能更完善，使用寿命更长，技术更先进，与环境更协调，在节能减排、节约资源方面发挥作用并满足可持续发展的原则。新疆地区地理位置特殊，气候具有严寒干燥、昼夜温差大、年际温差高、干湿交替频繁、冻融循环剧烈，地下水硫酸盐含量高，天然砂石骨料碱活性高等特点。近年来，随着“丝绸之路经济带”战略的逐步深入，新疆的水利、交通、能源、工业与民用建筑、市政等基础设施建设稳步推进，混凝土，作为这些建筑物的主要建筑材料，其在新疆特殊气候和地质环境下的抗裂性能、抗冻性、抗碳化性、抗侵蚀性及抑制碱骨料反应等耐久性能就备受工程界和学术界的广泛关注。

混凝土建筑物的工作形态与混凝土中胶凝材料的组成、结构、水化进程以及硬化体的结构密切相关。要深入研究严寒干燥区混凝土的抗裂性能、抗冻性、抗碳化性、抗侵蚀性及抑制碱骨料反应等耐久性能，需系统掌握组成混凝土结构的胶凝材料的组成和性能以及水化硬化机理和改善硬化体结构与性能的途径。《胶凝材料学》作为普通高等学校建筑材料与制品专业、无机非金属材料专业必须课程，它系统介绍胶凝材料的基本原理和规律，突出常见胶凝材料的特性和应用的一门课程。

寒区工程结构与材料研究是新疆农业大学水利与土木工程学院水利水电工程二级学科下的一个重要的研究方向。而本质上，水工建筑材料属于水利工程和材料工程与科学之间的“交叉学科”，因此设在水利工程类院系下的材料方向研究具有其相对的独立性。本文结合教学经验，针对水利水电工程二级学科下的水工建筑材料专业研究方向的研究生培养问题，分析《胶凝材料学》课程教学现状，对加强学生创新教育提出一些改进教学模式。

一、教学现状

1.研究生课程设置现状及分析。在研究生教育中，课程设置是一个很重要的问题。近年来，我院已有十余位研究生围绕掺工业废气物（粉煤灰、粒化高炉矿渣、锂渣、钢渣等）的高性能混凝土进行选题，并从宏观方面对其抗裂性能、抗冻性、抗侵蚀性及抑制碱骨料反应等耐久性能展开研究，取得了较为丰硕的研究成果。但，我校对寒区工程结构与材料研究方向的研究生的课程设置中，主要以《高等水工结构》等水利水电工程主体课程为主，仅针对水工建筑材料研究方向设置了《胶凝材料学》等课程。经调研，以拥有国家重点一级学科——材料工程与科学的同济大学、武汉理工大学等国内重点高校的研究生培养计划为例，为该一级学科下建筑材料研究方向的研究生开设了《胶凝材料学》、《混凝土材料破坏原理》、《材料热力学》、《材料动力学》、《材料流变学》等专业理论课程，也开设了《材料谱学与分析技术》、《电子显微分析》、《材料现代测试技术》等介绍现代试验技术和微观测试手段的课程;国外高校里，以荷兰的Delft科技大学和英国的Dundee大学为例，开设有《Concrete Durability》、《concrete Fracture》、《Chloride Resistance of Concrete》及《CONCRETE：Microstructure，Properties，and Materials》等专业理论课程及测试技术和微观测试手段，取得具有学术意义或应用价值的研究成果。因此，对我校寒区工程结构与材料研究方向的研究生来讲，目前的相关课程设置偏少，研究生缺乏坚实的基础理论知识和创新意识，对本领域现代试验技术也缺乏了解，从而导致研究成果多停留在对混凝土宏观性能的描述阶段，缺少采用现代试验方法从微观角度进行表征，也缺乏采用基础理论知识从影响机理方面对混凝土宏观耐久性能及变化规律进行诠释[1][2]。

2.课程教学内容。《胶凝材料学》主要任务是要求学生从材料科学的基本原理出发，以硅酸盐水泥为重点，掌握胶凝材料的组成、结构与性能的关系;胶凝材料水化、硬化过程的基本规律;胶凝材料硬化体结构与工程性质的关系;硬化体形成过程与工艺参数的关系;胶凝材料硬化体结构、性能与环境的关系等[3]。

作为我校水工建筑材料研究方向专业知识的延续和补充，它不仅巩固了本科《建筑材料》中关于硅酸盐水泥生产原理、过程及方法，水泥水化反应进程，水泥组成、结构与性能间的关系，水泥硬化体形成及工程应用等相关知识，而且进一步要求学生掌握石膏、石灰、镁质胶凝材料等多种胶凝材料的特性和应用[4]。

3.教学对象特征。在教学内容方面，课程教学中内容涉及到水泥、石膏、石灰等胶凝材料的相关特性和应用，而不同的胶凝材料拥有不同的特点，课程要求学生掌握常用胶凝材料的特点和应用，这些内容中只有水泥、石灰等胶凝材料与日常生活联系相对紧密，其余胶凝材料与实际生活中联系相对较少，教学内容多而抽象枯燥[5];另一方面，由于胶凝材料教学课时较少未能安排实践环节，众多的胶凝材料的特性及应用只是在课堂教学中提及，教学内容中部分内容理论与实践脱节，学生无法通过自身实践去检验课本中的理论知识，从而影响到学生自主学习兴趣的培养，导致学生学习兴趣不高，自主学习动力不足，无法促进学生创新能力的培养，仍存在为考试而学的不良习惯[1]。

教学模式方面，教学仍然以教师讲授为主，由于课程教学学时有限，教学是片面强调教师的主导作用和权威性，忽视学生的主体地位，基本是老师上课“满堂灌”，学生上课“被动接受”，课程教学方式极大地限制学生的创新思维，使得学生上课没兴趣、注意力不集中，课程效果较差。

4.考核方式。传统考核方式是：考核成绩=平时成绩×30%+考试成绩×70%，平时成绩主要来源于出勤率和作业，为了掌控学生学习效果，教师也经常提出一些问题由学生查阅文献后交出作业，课后教师根据学生提交的文件对学生的作业进行评分，也可对课堂的教学效果进行评估。这种作业评价方式其实也是一种过程考核模式，而课堂教学是教师对着学生讲解各种胶凝材料的性质、应用，学生往往在考试前突击复习，这样的学习方式也可以得到很高总评成绩，但是这种过程考核方式忽略了对学生自主思考、自主探索未知知识的解决方案等能力的培养，即学生只要认真听课，不用独立思考，也能得到很好的作业成绩，但到期末考试时，问题就凸显无遗。具体表现为：针对一个新的问题，很多平时不注重思考能力锻炼的学生，不知道如何分析问题和解决问题，最终导致综合考核差。

二、教学模式探索与实践

针对传统的《胶凝材料学》课程教学模式中存在的弊端，笔者所在课题组通过多年教学经验，并结合科研和生产服务经历，在教学活动中采用多种教学方法和手段，逐步探索出适合本学科多民族学生的教学模式。

1.教学方法与手段。（1）多媒体结合案例教学。运用多媒体声、光、图像进行教学，不仅加快课程教学进度，而且还可以给学生以直接视觉听觉冲击，能加深学生对胶凝材料的认识，多媒体可以将胶凝材料的生产、工程应用等通过视频和动画的形式生动地表示出来，如水泥的生产和水化等过程，丰富学生生产实践知识，提高教学效果，再运用多媒体教学同时融入案例教学方法，激发学生兴趣和创新意识，如“635”水库枢纽发电洞结构腐蚀机理及防护措施的研究与应用、高性能混凝土在乌伦湖渡槽工程中的应用等课题组完成的经典案例，介绍所运用的胶凝材料学及高性能混凝土的相关知识。（2）实践教学。课程知识源于实践，最终也应用于实践，课程教学中，将理论教学与生产实践相结合，鼓励研究生走出课堂，到生产一线，丰富课堂学习的知识。利用课题组与水泥生产企业以及粉煤灰生产企业的合作关系，组织研究生赴天山水泥厂、全荣水泥厂、电厂、八一钢铁厂参观水泥生产线、粉煤灰分级收尘过程以及钢渣产生过程，并与企业技术人员座谈，加深研究生对水泥等胶凝材料的生产过程的认识。（3）理论结合实践。鉴于本专业研究生就业方向主要集中于水泥基材料方面的工作和研究，本课程重点放在硅酸盐水泥生产和粉煤灰等辅助性胶凝材料的产生及其水化进程与应用方面，并引导学生将其基本原理和学习思路用于其他胶凝材料的性质和运用中，着重区分比较各胶凝材料水化规律和应用条件之间的联系和区别。利用学院为学生搭建的实践平台，鼓励研究生参加或指导本科生混凝土设计大赛、水泥轻舟等行业竞赛，通过在实践中巩固所学知识，同时也激发学生对本专业的热爱，推动学生自主学习。（4）课堂研讨。适时组织相关方向的研究生、校内外相关方向教师，采取学术交流的形式对所学知识点进行讨论，激发研究生学习兴趣，引导研究生及时理解与掌握新型胶凝材料，解除学生对其神秘感，激发学生探索新材料的热情。值得一提的是，有些研究生受在胶凝材料学课程学习和研讨过程中的启发获得新思路，然后对新思路提炼出创新点并做深入研究和探索，进而围绕该内容作为学位论文的选题，取得了较好的效果。

2.考核方式。单一的试卷成绩的考核方式已经不能反映学生对课程知识的掌握程度和获取信息的能力，更不能反映学生的创新能力水平，多种考核方式并存将有利于全方位反映学生对课程知识把握程度和多方面能力。

本课程考核办法分为两种：（1）针对研究课题或感兴趣的方向，广泛查阅文献后，写出文献综述，并作相关研究方向的研究进展报告，也有同学将此作为开题报告。（2）运用胶凝材学及高性能混凝土的理论知识及原理，设计出新型的材料，并提供详细对比试验方案和试验成果。

以上两种考核办法中：考勤占5%，课堂表现为10%，考核成绩占85%。

三、结论

研究生创新能力培养是个复杂的系统工程，胶凝材料学对于水工建筑材料方向的研究生创新能力的培养至关重要，只有针对水利水利水电工程二级学科下的水工建筑材料研究方向的研究生课程设置以及传统《胶凝材料学》课程教学中出现的教学内容、教学方法等方面出现的问题，转变教学观念，合理安排教学内容，采用现代教育手段，强调理论联系实际，重视实践教学，采用多种考核手段，因材施教，引导学生自主学习，通过在身临其境的实践中巩固所学知识，激发学生对本专业的热爱，增加学生创新能力。

参考文献：

[1]刘尧.创新人才培养需要转变的教学观念[J].中国高等教育，2010，（1）：45-47.

[2]王宝民.建筑材料方向全日制工程硕士研究生培养方案与课程体系建设[J].中国校外教育，2011，（8）：120-121.

[3]林宗寿.胶凝材料学[M].武汉理工大学出版社，2014.

[4]岳雪涛，张丰庆.浅谈《胶凝材料学》课程在建材专业学生培养中的重要作用[J].教育教学论坛，2013，（27）：100-101.

[5]张京英，罗会甫，张彤，等.《胶凝材料学》课程教学中加强学生创新教育的研究与实践[J].中国校外教育，2012，（6）：142-143.

Teaching Model and Practice of Cementious Materious for the Exploiting of Innovation Ability of Graduate Students Major in Hydraulic Material

GONG Jing-wei，LI Shuang-xi，SUN Zhao-xiong

（College of Hydraulic and Civil Engineering，Xinjiang Agricultural University，Urumqi 830052，China）

Abstract：The relationship between the durability of concrete in cold region and cementious materious was elaborated Combined with xinjiang's actual situation.Aiming at the problems of teaching methods，teaching contents of cementious materious science and the curriculum of graduate students major in hydraulic material，in conjunction with the teaching experience of the research team，the teaching model，combining multimedia cases teaching，practice teaching theory，practice class discussion teaching，and so on，was proposed as supplement to the traditional way of teaching，and multielement exam ways was also adopted to stimulate students enthusiasm to their professional，the teaching mode combining teaching with the testing of students' learning processes has been explored step by step.Practice has showed that the teaching model not only could effectively relieve the contradictions between more teaching content and less course time，clearly guide graduate students to understand and apply new cementitious material，but also could improve students' interest and efficiency in learning，inspire students' research and innovation capacity.

Key words：cementious materious science;hydraulic material;graduate education;research and innovation capacity;teaching mode