HQAII教学法在“土木工程材料”课程教学中的探索与应用

任骏 祝海雁

摘 要：土木工程材料課程是土木工程和建筑学专业学生的专业核心课程，也是土木工程学生最早开展的专业课程之一。土木工程材料课程内容抽象繁杂，该文以如何激发学生的学习兴趣，增强学习自觉性，提高课程教学效果为导向，探索通过HQAII教学法，即以热点案例引入（Hotspot-Induction）、问题导向（Question-Guidance）、分析比较（Analysis-Comparison）为抓手，培养学生自主思考（Independent-Thinking）的能力，同时以课程思政化的理念融入课程教学过程的全程设计，目的在于形成一套新工科的教学方法，为“新工科”和“工程教育专业认证”背景下土木工程专业课程的教学模式的改革与创新提供参考。

关键词：HQAII教学法 土木工程材料 课程教学改革 热点案例引入 课程思政化

中图分类号：G642     文献标识码： A

Exploration and Application of the HQAII Teaching Method in the Teaching of "Civil Engineering Materials"

REN Jun  ZHU Haiyan

（Department of Civil Engineering and Intelligent Construction， School of Architecture and Planning， Yunnan University， Kunming， Yunnan Province， 650500 China）

Abstract： The course of Civil Engineering Materials is a professional core course for students majored in civil engineering and architecture， and it is also one of the earliest offered professional courses for students majored in civil engineering. Since the content of Civil Engineering Materials is abstract and complex， this paper takes how to simulate students' interest in learning， enhance their learning consciousness and improve the effect of course teaching as the guide， explores to cultivate students’ independent thinking ability by the HQAII teaching method， that is， taking HotSpot-Induction， Question-Guidance and Analysis-Comparison as the starting point， and integrates the concept of courses on the ideological and political dimension into the whole process design of course teaching， aiming to form a set of teaching methods of new engineering， and provide reference for the reform and innovation of the teaching mode of civil engineering professional courses under the background of “New Engineering” and “Engineering Education Accreditation”.

Key Words： HQAII teaching method; Civil engineering materials; Course teaching reform; Hotspot induction; Courses on the ideological-political dimension

1 引言

土木工程材料課程是土木工程和建筑学专业的专业核心课。其开设的主要目的是让学生掌握主要的土木工程材料的性能，制备、使用方法，检验检测方法等，培养学术严谨的科研态度和分析解决问题的能力。同时，土木工程材料课程是土木工程专业学生最早开始的专业核心课之一，在达成上述目标的同时，如果能够激发起学术的求知欲和探索欲，对后续其他专业课程的开展也有帮助[1，2]。

土木工程材料课程涉及面较广，需要掌握的知识点较多，相互的逻辑联系较弱，内容多为文字陈述的理论知识，比较抽象，经常让学生在授课过程中失去学习兴趣。同时，理论较多导致课程内容紧密结合工程实际的问题较少，课程多以老师讲授学生被动听课的教学方法处理，对工程问题的能力训练不够[3，4]。 近年来，随着信息技术的不断创新和快速发展，学生获取信息的手段方式已经严重冲击着以教师讲授，教材板书视频、PPT课堂教学为标识的传统教学模式，在“新工科”和“工程教育专业认证”背景下，这种教与学的方式已经不能满足土木工程专业发展的需求，急需改善[5，6]，已经不能适应培养新时代建设中国特色社会主义现代化强国，具有扎实专业基础，能够服务社会经济发展需求人才的要求。

为此，作者从云南大学教学中的经验中进行总结，提出了HQAII教学法，通过案例引入，问题导向和分析比较三个模块，培养学生自主思考的能力，同时通过贯穿全教学过程的思想政治教育，培养学生良好的科学素养和职业道德，最终实现工程类学生需要的能力培养。

2 HQAII教学法：培养学生独立思考和解决问题能力的综合性教学方法

HQAII教学法，主要包括热点案例引入（Hot-Spot-Induction）、问题导向（Question-Guidance）、分析比较（Analysis-Comparison）三个方面，通过以上三个方面的课程设计，培养学生自主思考（Independent-Thinking）的能力。同时，通过将课程思政化（Ideological-Education）的理念贯穿整个教学中，培养学生独立思考和解决问题的综合能力。

2.1 热点案例引入（Hot-Spot-Induction）

一般而言，“兴”是让人们感到兴奋的事情，“趣”代表着有趣味的，且能够使我们乐此不疲地追求的事情。在教学实践中，学生兴趣越高，学习积极性主动性就越高，持续性越长久，因此激发兴趣往往成为教学成效的关键。与其他专业有所不同，土木工程专业是一门实践性很强的专业，其培养目标和教育的最终落脚点都是要落实到实际工程应用中[7]。因此，在介绍相对抽象的土木工程材料概念，性能及应用的过程中，如何把抽象化的枯燥的内容形象化，首先应该是通过一些典型的实践案例把学生的注意力导入现实的情境中，产生兴趣，诱发出问题意识，从而为教学创设氛围。实践证明，学生们对的学习兴趣与学习对象的距离有关系。对于距离较远的学习对象（例如抽象的名词），学生们的学习兴趣和关注程度会越低。因此，通过热点案例的引入，首先能够让学生们对所介绍的材料有一个直观的认识，拉近学生与学习对象的距离，进一步可以提高学生的学习兴趣。

针对不同土木工程材料，一个较好的热点案例需要具有一定代表性。选择身边可以接触到的工程案例，可以很好地让学生有一个学习对象有一个可视化的认识，但是案例太普通则会降低学生的学习兴趣，学生可能会认为没有学习的意义，反而降低了学生的求知欲。通过选择一些具有代表性的重大工程的案例，可以最大限度地调动和激发学生的学习兴趣，这就为进一步介绍具体知识点打下了良好的基础。

2.2 问题导向（Question-Guidance）

问题意识是激发兴趣的点，问题产生兴趣，兴趣，兴趣是对问题探索的持续动力。土木工程人员的培养目标之一就是要让学生具备能够独立解决复杂工程问题的实践能力。培养学生的问题意识，这就需要教师进行有意识的引导[8]。在引入热点工程案例的同时，需要从工程案例中提出问题，进一步集中到学生要学习的知识点。作为热点案例引入的一个衔接，在学生已经激发了的学习兴趣的基础上，进一步引入到相关的知识点。要回答一个好的问题，学生们需要以个人或者团队的形式去寻找资料，同时可以培养学生个人自主学习和团队协作学习的能力。

例如，课堂教学中，教师首先可以通过一个工程的案例，提出“在这个工程中（或者这个工程某些部位）为什么我们要采用某种材料”等问题，可以通过资料查询自主探寻答案的方式，激发学生的求知欲，让学生对要讲授的材料继续保持好奇和想要探究的学习欲望。甚至可以运用一个失败的典型工程案例作为参照，比较更能增强学生的兴趣和问题意识。通过问题的导向，可以对接下来要讲授材料性质和应用、检测技术的介绍埋下伏笔。

2.3 分析比较（Analysis-Comparison）

具备有问题分析的能力，能够应用自己所学数学、物理化学知识和工程原理，对复杂工程问题进行识别与分析，并且通过查阅书籍及文献等方式进行比较与研究，最终得到相应结论的能力也是土木工程专业学生要培养的能力之一[9]。在教师问题引导的基础上，要着重培养学生对问题答案的分析能力。分析的过程就是引导学生自己回答“为什么”，进一步提出“怎么办”，或清晰“为什么只能这样办”，形成对问题的结论，对相关概念的准确把握。在分析的过程首先是引导学生广泛收集查找相关的资料，培养的学生的文献（资料）查阅的能力。这是一个由量向质的归纳与抽象的过程，学生通过课堂内向通过课堂外的延伸，从教师讲授的被动接受向自己比较查阅并比较分析的拓展，从而学生们能够更深刻地对相关材料的性能优缺点，应用范围等知识等有了更清楚的了解，一些相关的知识点在无形中被学生强化。

进一步说，这里所指的比较并非局限于文献资料的比较，而是一个更广义的比较，其内涵包括：（1）文字资料（包括文献）之间的比较，可以更全面的了解材料的性质用途等；（2）文字资料与实际资料（样品、视频等）的比较，可以将理论的材料形象化可视化，让学生有直观的认识；（3）材料品质的（样品、视频等）优劣比较，材料性能的优劣是很抽象的，教师可以通过让学生接触不同品质材料的方式，进一步让学生对材料性能有清楚的理解；（4）不同材料間的比较，通过对不同材料见性能的比较，可以对不同材料之间的优劣性能以及其相应的应用范围的有了新的认识。此过程后，教师可以再一次回到热点案例，加深学生对所学知识点的认识，进一步巩固学生的学习效果。

2.4 自主思考（Independent-Thinking）

传统教学方法就是简单的“教”与“学”，学生只是被动的接受固定的知识，而并不需要学生进行自己的思考。但是工程问题往往比较复杂，要能很好的解决不能仅仅靠所学的单项知识。解决复杂土木工程问题往往需要同时具备相应的数学物理化学以及工程知识和能力。单纯依靠书本上的知识解决问题是“纸上谈兵”，但是全依靠经验解决又经常犯“教条主义”的错误。因此是否能够有机的将理论和实践结合，从实践到理论的升华，由归纳演绎到推理的思维过程。理论知识经过自己独立思考和判断后形成解决实际工程问题的答案，即是应用马克思主义唯物主义辩证法的实践过程，也是评价一个土木工程从业人员合格不合格的一大要素，也是培养土木工程学生的目标之一。

培养学生的独立思考能力，并非是简单告诉学生要学会自己思考，重要的是能够让学生展开课堂自由讨论，相互交流交锋，最终形成统一的观点。独立思考并不是教师放弃责任。贯穿与以上三个教学模块中，需要通过教师在授课过程中有意的引导，让学生养成一种独立的思考和判断的习惯。但是，要注意的是，独立思考并不是让学生一味地去接受，批判或者反驳，而是要让学生通过自己所学的知识和方法来科学的合理的进行分析和研判，最终得到自己对问题的独特见解，形成自己的解决方案。

2.5 课程思政化（Ideological-Education）

与人文社科专业不同，理工科，特别是土木工程学科，在学生培养过程中更注重的是对技术的掌握和对技能的培养。但是，在传统教学中，培养学生的专业技能过程中往往忽视了学生思想政治理论的学习。如何在培养学生专业技能的同属，树立学生正确的价值观和人生观，是土木工程专业教学中要解决的一个重要问题 [10]。通过HQAII教学法，思政教育可以贯穿在教学的全过程中：（1）在引入热点案例的过程中，在介绍我国重大案例的过程中可以树立正确的国家观、民族观、历史观、文化观，进一步激发学生的爱国热情；（2）在问题导向的过程中，可以通过教师问题的引导，激发学生的积极思考的学习兴趣，以及培养学生独立思考和解决科技问题的能力，引导学生树立积极向上的价值观；（3）在对比分析阶段，可以通过分析不按照标准制备和使用不合格土木工程材料带来的巨大社会和经济损失等，培养学生的社会责任感，并且培养学生能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行责任的能力；（4）通过培养学生的独立思考和判断的能力，最终培养学生能够基于工程相关背景知识进行合理分析，通过结合所学知识客观评价工程应用过程中各种方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并勇于承担的相应责任的能力。

2.6 案例分析

我国是公认的基建强国，大量的基础设施建设离不开土木工程材料的支持。而作为用量最大的土木工程材料，混凝土占了世界超过一半的材料用量。混凝土材料相关章节的学习，通常占了土木工程材料课程授课中36课时量的20%以上的，如何让学生能够熟练掌握混凝土组成、性质，制备和应用的相关知识，是土木工程材料授课的一大难点。

采用HQAII教学法法，首先以2022年“北京冬奥会”北京新建最大场馆为例，通过介绍被誉为“冰丝带”的国家速滑馆，引入混凝土材料的概念。在介绍“冰丝带”场馆的同时，一方面能够让学生对土木工程材料的应用有了直观的认识，知道在“冰丝带”华丽外表下面有混凝土强壮力量的支持，同时也能够让学生认识到“绿色环保”型建筑的重要性和实现途径，同时通过2022“北京冬奥会”的举办和介绍“亚洲最大冰面”的场馆的故事，激发学生的爱国热情。在介绍“冰丝带”场馆的特点后，教师通过问题学生，如果要实现这么大规模和复杂的场馆，需要什么样的材料，这些材料需要什么性能等问题，通过让学生查询资料，进一步引导学生认识混凝土，并理解混凝土的性能特点和优势。同时，通过比较“冰丝带”与其他普通场馆的不同要求，以及其应用了大量补偿收缩和高抗冻等级混凝土的案例，进一步跟学生阐述混凝土的体积稳定性和耐久性等，同时，以问题为导向，在介绍以上两种混凝土的过程中，让学生尝试回答为什么要选择这些混凝土的问题。学生通过独立思考，对比与分析其与普通混凝土的差异，可以掌握混凝土的组成与制备方法，让学生对混凝土有一个全面的了解。同时，在介绍“冰丝带”场馆施工的过程中，使用了堆石混凝土和高自密实性混凝土等案例，进一步拓展了学生的知识面，让学生对特殊混凝土有了新的认识。

3. “HQAII”教学法的基本要求：教师自身能力的提高和学习模式的转变

与传统的主动讲授与被动学习的教学模式相比，实施“HQAII”教学法的关键要求在于教师的素质的高要求。

3.1 教师教学理念

所谓教学理念，是指教师为了达到教学目标而思考和实施的教学方法[11]。在“新工科”及“工程教育专业认证”的背景要求下，传统按照书本讲授知识点的教学理念必须要有所改变。教师应该要充分利用现代网络资源，例如慕课（Massive Open Online Courses，MOOC）、翻转课堂、雨课堂等新型教育技术，增加教学资源储备，同时，结合热点案例的视频、动画等方式，增加师生互动，让枯燥的知识点形象化，让学生有更多的求知欲。

3.2 教师综合能力

“HQAII”教学方式的实施首先是热点案例的选取，这就对教师持续对土木工程热点问题进行跟踪，掌握相关方向的研究前言和最新工程应用情况，促进教师将科研与教学相结合。同时，问题导向的关键是提出一个好的引导性问题，能够激发学生的探索与，这就需要教师对相关特定方向有着浓厚的兴趣和较深的感悟。对教师要求最好的是分析和比较能力，这首先需要教师对教学内容有着全面和深入的掌握，同时，还需要教师有着良好的总结和归纳能力，以及相应的逻辑分析能力，才能够引导学生进行正确的分析和比较。最后，在“QHAII”教学法中，要求教师能够对教学深度和教学内容有着精准的把握，如果把握不准很容易导致教学内容过深或者过浅的问题，这些要求教师具有敬业精神。

3.3 互動能力

“QHAII”教学法同时需要教师的引导和学生的互动两个方面。除了教师综合的提高，也需要培养学生的良好学习风气。传统靠考前死记硬背的模式已经不适用，需要学生的一种主动学习的精神和团队协作的能力，同时也要求学生具有综合应用所学知识分析和解决问题的能力。教师应该要努力营造这样的教学氛围，在推动学生学习研究热情的同时，提高课题软环境，最终全面提高教学质量。

4. 结论

“新工科”和“工程教育专业认证”的背景下对土木工程专业提出了新的要求，“QHAII”教学法在土木工程材料课程中的应用，有利于提高教学质量，为培养未来的卓越工程师提供了一种新的思路。

参 考 文 献

[1] 阚晋，严捍东，王海峰.信息技术助力创建线下一流课程研究：以土木工程材料课程为例[J].高等建筑教育，2022，31（1）：130-136.

[2] 王圣程，禄利刚，张朕.土木工程材料教学内容重构探索：以水泥混凝土强度为例[J].高等建筑教育，2018，27（6）：117-121.

[3] 蒋金洋，刘志勇，佘伟.多尺度分析方法在土木工程材料教学中的探索与实践[J].高等建筑教育，2017，26（2）：44-46.

[4] 李庚英，赵晓华，熊光晶.“土木工程材料”CDIO模式的设计与实现[J].高等工程教育研究，2009（5）：41-43，51.

[5] 高等学校土木工程专业指导委员会.高等学校土木工程专业本科教育培养目标和培养方案及课程教学大纲[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.

[6] 李静，兀婷，陈正，等.新工科背景下土木工程材料课程的教学改革[J].科教文汇（中旬刊），2021（8）：76-78.

[7] 王冲，万朝均，刘芳，等.侧重于工程应用的土木工程材料课程建设构想[J].高等建筑教育，2010，19（2）：72-74.

[8] 王丽，张道明，吕春，等.混合式教学在土木工程材料课程中的应用研究[J].山西建筑，2020，46（6）：168-169.

[9] 陈金平，俞然刚，张雪松，等.基于专业认证的土木工程材料课程 建设与教学改革研究[J].大学教育，2020（9）：71-73.

[10] 何燕，宋旭艳，季涛.“土木工程材料”课程思政教学方法探索[J].教育教学论坛，2020（48）：251-253.

[11] 任新民.试论“AAI”教学法[J].云南教育，2002（18）：27-29.