建筑功能材料课程教学方法改革与成效

孙振平 马一平 肖飞鹏

建筑是技术与艺术完美结合的产物，建筑离不开建筑材料，而建筑材料根据其在建筑中发挥的主要作用，可简单分为建筑结构材料和建筑功能材料两大类。建筑结构材料包括水泥、混凝土、钢材和木材等用于制备承重结构的材料，也包括已事先在工厂（或工地现场）制备好的用于装配式建筑的梁、柱、楼板、屋顶、阳台和楼梯等预制构件。而建筑功能材料则是指赋予建筑物以一定功能的材料，这些功能包括防水、保温隔热、防腐蚀、防火、装饰等。

衣食住行是人民最基本的物质生活需求。当前，我国各族人民在中国共产党的领导下，经过艰苦卓绝的奋斗，在脱贫攻坚战中取得了巨大成果，已经进入全面建成小康社会的决胜阶段，中国正处于新时代中国特色社会主义建设时期。新时期的建筑应该具有新的面貌，除了要在居住面积方面满足人民对美好生活的追求外，在居住空间的功能上，应该更加防水、防渗、防潮，更加保温、隔热，更加节能，更加防火、防腐，更加安全，更加美观、和谐，更加绿色、健康、生态，对环境更加友好。这些都离不开新型高性能的功能型建筑材料。

建筑功能材料课程为同济大学材料科学与工程本科专业土木工程材料方向的专业必修主干课程，旨在帮助学生巩固材料科学与工程的基础理论知识，引导学生系统学习建筑功能材料方面的知识，使学生获得建筑功能材料研究、开发和设计的科学思维能力及技能。建筑功能材料课程的教学内容几经调整，目前确定包括六个方面：建筑防水材料、建筑防护材料、建筑保温隔热材料、建筑防火材料、建筑装饰材料、绿色建筑材料。这六个方面的内容可以较好地满足新时期社会主义建设对于土木工程材料人才的需求。

建筑功能材料课程在之前十余年的教学中，主要依赖教师的课堂讲解和课后作业来完成教学，教学方法单一，赋予学生的知识广度和知识深度显然不能满足当今社会的人才需求。

随着我国“新工科”专业建设和面向“中国制造2025”工程实践人才培养模式改革的深入，同济大学材料科学与工程专业开展了课程教学方法改革。建筑功能材料课程作为材料科学与工程本科专业土木工程材料方向的专业必修课，也必然被列入重点改革课程之一。

建筑功能材料课程被确定为教学改革重点课程以来，课程教师通过广泛调研和向资深教育专家咨询，结合学校现有条件，在教学方法改革时紧跟时代步伐，力求让学生在有限的学时内，通过自学、听报告、观看实验视频、参观、实践、汇报和参加竞赛等方式，养成自主学习的习惯，最大限度地拓宽学生的知识范围。通过不断改革创新和实践，建筑功能材料课程的教学质量有了大幅提升。

一、建筑功能材料课程教学方法改革

针对建筑功能材料课程教学内容的特点与我国“新工科”专业人才和面向“中国制造2025”人才的需求标准，同济大学的教学团队经过广泛调研，并向资深教育专家咨询，拟定了教学改革方案。具体内容如下。

（一）拓宽专业知识面，邀请其他专业教师参与授课，建设 “交叉课程”

为实现同济大学“引领可持续发展的专业精英与社会栋梁”的人才培养总目标，根据“知识、能力、人格”三位一体协调发展的人才培养模式要求，教学团队希望通过传授给学生基础性、整体性、综合性和广博性的知识，同时注重不同学科的交叉融通，拓展学生视野，培养学生自主学习的能力，使学生能够以全面的观点认识世界和解决问题[1]。通过专业知识面的拓宽，建筑功能材料课程形成了开放性教学体系，容纳多学科知识，至少涵盖了材料科学与工程、交通工程两个学科和专业的知识。课程邀请交通工程教师讲授部分内容，学生通过聆听其他专业教师对本课程内容的讲授，能够了解到其他专业对本课程内容的认知方式，增强学生的学习动力。

（二）聘请校外专家进行授课

为了提升学生对建筑功能材料课程内容的学习兴趣，使学生能够提前了解课程内容在社会工业和建筑业中的重要用途，同济大学特别安排了两个学时，由任职于生产型企业的技术负责人进课堂讲授。这些授课教师每次都会介绍一些生产实践中面临的“卡脖子”技术。这不仅能够吸引学生的兴趣，还能够开阔学生的视野，促使学生在课后积极查阅资料，并希望能够通过自身的努力攻克这些问题。

（三）要求学生利用课余时间观看教材配套视频

现在的本科生获取知识的途径比较多，接受知识的速度也非常快。建筑功能材料课程采用授课教授编著出版的教材。考虑到目前大多高校已将专业实验课与专业课分开设置，专业实验的内容往往不能与专业课内容同步。因此，为了提高教学质量，在编著出版教材时，专门邀请专业人士制作了配套的实验操作教学视频，学生可以在学习专业课内容时观看相应的实验操作，实现了教学内容与实验内容的同步，大大提高了学生的学习效率。

（四）每周布置一次作业

以往，学生总以为只要顺利通过期末考试就可高枕无忧，所以他们通常是到期末考试前才集中看书、整理知识点、巩固知识和进行复习。这种学习方法不利于学生牢固掌握知识，更不利于学生学以致用，及时投入创新活动。本次改革注重督促学生及时巩固知识，并及时查阅文献。对于每周一次的作业安排（要求一周内必须提交），大部分学生最初感觉苦不堪言，但经过半个学期的磨练，学生已经完全适应，能够自觉保质保量地完成习题，既收获了知识，也使创新实践活动开展得有声有色。

（五）学期中安排每位学生至少做一次专题报告

在建筑功能材料课程开课的第一周，教师便给全班明确布置本课程的任务安排：每周的课堂上要请2～3 位学生做课堂专题报告（每位同学5 分钟），报告可以针对教师上课中的难点问题，也可以针对学生自身在阅读、实习、参观或专题讨论中碰到的难题。对于这一安排，学生们热情高涨，认真准备，争先恐后地进行专题报告。

（六）安排校外基地实践和小组讨论活动

以往的建筑功能材料课程教学都采用的是“满堂灌”模式，学生没有机会去建筑工地参观体验[2]。因此，建筑功能材料课程改革后安排学生利用课余时间到建筑工地参观混凝土外加剂的典型应用工程，并组织小组讨论。形式多样的教学内容和教学方法，令学生们苦学、乐学、会学，勤思、善思、恒思、巧思，取得了较佳的教学效果。

（七）要求学生参加 “土木工程材料知识竞赛”或 “土木工程作品设计大赛”

“土木工程材料知识竞赛” （以下简称知识竞赛）和“土木工程作品设计大赛”（以下简称作品大赛），是同济大学材料科学与工程学院土木工程材料系为增加学生对土木工程材料专业知识的学习兴趣，打通本、硕、博学生的学习界限，加强不同高校土木工程材料方向师生交流而创办和组织的两项重要赛事[3]。要求学习建筑功能材料课程的学生必须参加一次知识竞赛或作品大赛，巩固其对建筑功能材料知识的学习成果，展示其创新能力。

二、建筑功能材料课程教学改革成效

习近平总书记在党的十九大报告中指出，经过长期努力，中国特色社会主义进入了新时代。如何促使大学生践行社会主义核心价值观，尽快承担起中华民族伟大复兴的重任，是一项十分重要且十分紧迫的任务。大学生是社会主义的建设者和接班人，青年大学生的价值观取向决定了未来的社会价值观，青年大学生所掌握的科学知识和获得的自我学习、自我提高的能力，决定了未来我国科技发展的动力和自我更新、自我创造的速度，决定了未来我国科技的发展方向。中国于2020年向全世界宣布了“双碳”目标。实现“双碳”目标，既要大学生群体明确肩上的责任和走向社会后要担负的光荣使命，又要求大学生在学习期间要掌握过硬的本领[4]。

随着科技和社会经济的快速发展，特别是科技资料电子化、信息化以及多媒体的全面普及，大学本科专业课程的教学正悄然发生着变化。最突出的是教学模式由单一模式向多元化模式转变，教学中心从过去的以教师为中心向以学生为主体转变[5]。

新时代中国特色社会主义建设时期，大学生不仅渴望在大学期间获得更多、更具实用性的、能够终生受用的科学知识，而且更渴望在科技日新月异发展的背景下掌握学习新知识的方法，掌握能够快速解决科学和工程问题的金钥匙。这就需要教师在设计课程内容、优化授课方案时充分考虑到学生的这些新需求。建筑功能材料课程的内容包含了建筑防水材料、建筑防护材料、建筑保温隔热材料、建筑防火材料、建筑装饰材料和绿色建筑材料，但建筑功能材料的种类还有很多，如重要的建筑吸声和建筑隔声材料、建筑吸湿放湿（建筑调湿）材料、建筑杀菌材料、智能建筑材料、空气净化建筑材料，以及建筑吸碳固碳材料等。各类材料的教学内容又包含了其定义与种类、作用原理、功能与影响因素、生产工艺、产品检验、产品应用以及产品今后的发展方向等。诸多内容不能在课堂上进行“满堂灌”，而是要抓重点、抓精品、抓交叉、抓结合。建筑功能材料课程改革中采取的“交叉课程”建设、校外专家进课堂以及观看实验视频的措施，能够将本专业与外专业相结合、课堂内与课堂外相结合、任课教师与校外专家相结合，使学生可以最大限度地获取知识，最大限度地接触外面的世界，聆听行业专家的教诲，最大限度地了解产品研发和产品检验方法[6]。

学习知识的目的在于将知识应用于实践，在于不断发展和创新。为检验学生对课堂学习内容掌握程度的深浅，建筑功能材料课程在改革中专门为学生设计了作业、专题讨论、校外基地实践和小组讨论环节，并要求学生参加两项重要赛事，帮助学生再认识、再提高，学会全面应用所学知识，自发、努力而大胆地创新，使教学效果得到了不断的提升。

建筑功能材料课程的改革使学生的学习目标越来越明确，学习态度越来越端正，学习热情越来越高涨，学习能力得到很大程度提高，创新能力得到显著增强。2020年春季学期，因新冠肺炎疫情防控需要，学生不得不在家里上网课。在这种非常不利于教学的情况下，学生仍然接受了校内外教师的授课，完成了学习任务，而且十分主动地观看了课程实验教学视频，并利用ZOOM（多人手机云视频会议软件）和腾讯会议进行讨论，为知识竞赛和作品大赛做了充分准备。2020年7月，当国家允许大学生返校，并能够正常开展教学活动后，学生立即返校参加了知识竞赛，并快速动手制作出了作品大赛的作品。虽然知识竞赛和作品大赛分别升级为上海市级别和国家级别的赛事，但冠军仍然连年出自同济大学学习建筑功能材料课程的学生中。这本身就是对建筑功能材料课程教学方法改革成效的有力证明[7]。

作为土木工程材料方向本科生的主干专业课程，建筑功能材料课程教学方法的改革非常重要。在改革过程中，虽然遭遇了新冠肺炎疫情，但改革的成果经受住了考验。课程教学没有因受到严重干扰而被打乱。这也正说明，将“满堂灌”教学模式转变为“鼓励学生利用一切资源自主学习”教学模式的重要性。从学生在“土木工程材料知识竞赛”或“土木工程作品设计大赛”中取得的优异成绩来看，建筑功能材料课程的改革是成功的，改革经验是值得借鉴的。