基于OBE的“建筑功能材料”教学方法探索

覃忠琼，徐文总，李 真,宋小杰

（1.安徽建筑大学材料科学与工程学院，安徽合肥230001；2.安徽省先进建筑材料实验室，安徽合肥230001）

建筑是人类历史的见证、文化的标志、心灵的寄托。墨子云: 建筑“高可以避润湿，旁足以圉风寒，上足以待霜雪雨露”。高层建筑是现代科技发展的必然结果，是城市化的必然产物。建筑材料是一切建筑工程的物质基础。建筑结构材料构成建筑物的受力构件，而建筑功能材料决定着建筑物的使用功能与建筑品质。建筑功能材料领域对高分子专业人才的需求也越来越迫切，急需培养造就一批高素质的具备在高分子材料的合成与制备、改性及加工成型等领域从事科学研究、技术开发、产品与工艺设计、生产与经营管理能力的专业工程技术人才。

为实现我国由工程教育大国迈向工程教育强国的目标，教育部提出了“卓越工程师教育培养计划”。该计划旨在培养一大批创新能力强、适应社会经济发展需要的高质量各类型工程技术人才，这为高分子材料专业课程教学明确了方向和要求。

“建筑功能材料”是高分子材料与工程专业的一门重要的专业选修课，其内容涉及到建筑功能材料的分类、基本组成、作用机理、基本特性，需要学生熟悉各类材料的选用原则与施工要点，能在工程中正确选择和检测合适的建筑功能材料。这就要求在教学过程中，必须根据OBE的基本要求对课程的教学进行研究。下图是本课题组对该课程教学做的多方面探索。

1 设立提高学生工程能力为导向的“三维”课程目标

成功的教学应该建立在清晰、合理的课程目标之上。美国教育家拉尔夫·泰勒曾提出，课程目标的设立应该建立在三大基础之上，即对学生的研究、对学科的研究以及社会生活需要的研究。因此，本课程设立了以提高学生工程能力为导向的课程目标。

（1）一维——建材基础知识：学生应该能够了解建筑功能材料特别是高分子建筑功能材料的分类，熟悉不同建筑材料的性能和作用的基本原理。

（2）二维——施工应用基础：学生应该能够具备根据施工条件选择合适的建筑功能材料，熟悉施工要点。

（3）三维——优秀工作能力：在未来从事高分子建筑材料研究、开发、生产和应用施工过程中，注重环保节能，秉持“绿色建筑”的思想。

由于人口增长和城市地区建筑施工的快速增长，建筑物的能源消耗不断增加。 例如，住宅建筑消耗了美国总能源的21.7%；目前建筑消耗热量几乎占英国能源消耗的一半，占该国碳排放量的三分之一。 大约80%的热量用于房屋和其他建筑物，其余20%用于英国的各种工业部门。与建筑物热管理相关的能源问题直接影响环境、经济和生活标准，并且与正在发生的高能源成本以及减少温室气体排放的迫切需要的全球危机休戚相关。另外，随着人民生活的日益现代化，新型建材制品、建筑装饰材料及日用化学品的使用不断增加，这些材料可能在室内外释放有害化学成份，造成污染物的不断增加，致使室内外环境质量显著恶化，各种疾病增加。高分子建筑材料作为化学建材的主要组成部分，建筑塑料、建筑胶粘剂、建筑涂料、建筑防水材料和建筑用合成纤维等产品的应用，在降低建材价格、扩大建材品种、改善建筑功能等方面日益得到广泛关注。作为未来从事高分子建筑材料研究、开发、生产和应用施工的专业工程师，必须充分认识到环保节能和可持续发展的“绿色建筑”的重要性。因此，在“建筑保温隔热材料”的讲授过程中，用大量的数据来说明世界和我国的能源现状以及面临的能源危机，让学生深刻理解建筑节能的重要意义。在介绍“建筑防水涂料”章节时，要求学生必须充分了解各类防水材料的优缺点,会分析有可能造成的污染，具备在施工过程中能够选择“质量优、无毒害、无污染、工艺先进且易施工”的高分子建材和绿色施工的能力。

2 优化教学方案，及时更新教学内容

“建筑功能材料”课程教学时的主要问题有以下几点：

（1）课程内容过多，涵盖建筑保温隔热材料、建筑防水材料、建筑防火材料、建筑光学材料、建筑声学材料、建筑装饰材料等多种建筑功能材料，每一大类材料又分为多个不同品种，每种材料的定义、基本特性、作用机理、性能特点、工程应用选用原则与施工要点各具特色，可以说是包罗万象，纷乱庞杂，大量概念与规律比较抽象，相当多的知识点需要记忆。

（2）章节之间相对独立，自成体系，逻辑推理性内容少，学生难以通过学习建立一个“全局化”的工程思维。

（3）学生具有一定的高分子专业基础知识，但是无机材料学基础知识欠缺。本课程开设在大三下学期，学生已经系统地学习过“高分子化学”“高分子物理”等高分子专业课程，具有一定的高分子专业基础知识，但是大部分无机材料学基础知识和基本概念几乎都是学生第一次接触，这部分内容学生感觉枯燥无味、晦涩难懂。

基于以上问题，在“建筑功能材料”的课程教学中，采用“立足基础，有重点地偏向高分子”教学方案。在教学内容上，适当补充土木工程材料学的基础知识，对一些建筑材料的基本术语进行重点讲解，做到既能让学生了解各种建筑功能材料作用的基本原理，又能够熟悉有机高分子建筑功能材料的种类、性能特点、选用与施工要点。保温隔热材料和防水材料是高分子在建筑功能材料中最主要的应用，因此在教学课时分配上将近2/3的学时（总24 学时）放在建筑保温隔热材料（6学时）和建筑防水材料（8 学时）章节，而建筑防火材料、建筑光学材料和建筑声学材料安排7个学时进行教学。

随着建筑行业的发展，不同结构性能的新型建筑功能材料不断地被开发出来，为保持教学内容的新颖性与先进性，及时关注建筑功能材料的发展和研究动态，紧跟发展趋势，结合典型工程应用，不断将新技术、新应用融入课堂，及时补充“半透明混凝土智能控制‘三明治’结构墙体”“3D打印复合泡沫塑料”“添加超吸水聚合物防火混凝土材料”等比较前沿的内容。

3 多种教学方法相结合

“建筑功能材料”开设在大三下学期，又是专业选修课，在没有考试压力下学生的学习积极性不高，传统的老师台上讲，学生课下听的填鸭式教学不能引起学生的兴趣，而且课程教学内容多，授课学时短，没有好的教学手段，达不到好的教学效果，无法完成既定的教学目标，因此，在教学中采用多种教学手段相结合的教学方式。

3.1 启发式教学

“建筑功能材料”课程实践性非常强，在教学过程中尽量结合实际应用进行讲解。在制作教学课件时，充分利用丰富的网络资源，引入各种功能材料在实际应用中的图片、视频等材料辅助课堂教学。在导入课程内容时，采用启发式教学，要求学生观察所在的教学主楼，找出自己熟悉的建筑材料，讨论这些材料的作用，然后教师顺势提出“建筑材料”和“建筑功能材料”的概念，引导学生顺利进入课程的学习。这一举措，使课堂气氛大为活跃，学生学习兴趣高涨。

3.2 以学生为主体的反转角色教学

在建筑功能材料领域高分子材料最重要的应用是用作高分子建筑防水材料，在该章节授课时，打破了传统的教师为授课主体的教学方法，改由学生担任授课的主角。具体做法是在介绍完防水材料的防水机理之后，将余下的章节内容划分为“三元乙丙橡胶防水卷材”“氯丁橡胶防水卷材”“聚氯乙烯防水卷材”“丁基橡胶防水卷材”“共混及复合型防水卷材”“丙烯酸酯防水涂料”“聚氨酯防水涂料”和“JS防水涂料”8个模块，将全班学生分为8 个小组，每组同学通过集体收集资料、协商制作课件、课堂展示课件来共同完成一个模块的授课任务。结果表明，这种以学生为主体的教学方法，教学效果非常理想。从课件制作来看，学生的课件内容详尽，重点突出；从课件展示来看，大部分同学非常熟悉课件内容，能够很通顺流利地讲述ppt的内容，对比较生疏难懂的施工工艺也能解释清楚，俨然一个侃侃而谈的“老师”；再加上老师在旁边适度点评，并且提出相应的问题要求学生现场回答，学生的专注力得到很大的提高，普遍反映对本章节的内容掌握得很好。从另外一个角度来看，以学生担任授课主角是一次动手实践的过程，增强了学生的自学能力、实际动手能力，培养了学生的团队合作精神，为OBE的实施提供了有力的支撑。

3.3 “精讲”和“串讲”相结合教学

建筑大师赖特特别强调“整体统一才是建筑的根本，完美的相互关系、整体才是生命”，因此，虽然不同的建筑功能材料在建筑中赋予建筑物防水、防火、保温、隔热、采光、隔声、装饰、防腐等不同的功能，但是相互之间是有机联系、不可分割的。在教学过程中，既要注意用精讲介绍各种材料各自的特点，又能通过串讲的模式点明其共同之处。比如泡沫塑料被广泛用于建筑保温材料和建筑吸音材料，在授课时，既介绍二者的一些特征参数比如导热系数、吸声特性，又点明其具有易老化、耐火性能差的共性。在介绍玻璃幕墙设计原则时，特别注重其审美要求的设计，同时还强调风压变形性能、空气和雨水的渗透性能以及保温隔热、防火性能要求的设计，力求让学生认识到建筑是一个有机整体，要用全局化的眼光来学习各类建筑功能材料。

4 不同层次相结合的考核方式

本课程需要学生能够熟悉各类材料的选用原则与施工要点，从而可以对某一工程实例中的建筑功能材料进行正确选用和检测，能熟练地将知识运用到实际工程中。因此设计了多层次的考核方式：

第一层次：课堂提问。老师在上课过程中就某个知识点进行提问，检验学生的课堂学习能力。

第二层次：课程小论文。由学生自由选择不同的主题，查阅相关资料，撰写课程小论文，检验学生对章节内容的掌握情况。

第三层次：综合能力的考察。在课程结束后，提供系列典型的建筑功能材料样品，要求学生通过观察，判断其归属于哪一种材料，并简要说明其原料、基本性能、技术参数和适用场所，以及使用后对建筑的功能性产生的影响。

通过以上“点—线—面”三个层次的考核，学生能够掌握课程内容，提高了学生的学习能力，达到课程教学的目标。

5 结束语

“建筑功能材料”是一门实践性非常强的课程，课题组进行了多方面的探索，通过初步设立“三维”课程目标，优化教学方案，及时更新教学内容，多种教学手段相结合，精心设计多样化的考核方式，以提升学生的学习主体地位，改善教学效果，培养学生的全局意识；另外将环保节能理念始终贯穿于整个教学过程，为培养高素质的具有环保节能理念的工程技术人才提供有益的支持。