“土木工程材料”实验课程教学体系构建研究

朱婧 徐方 沈力

摘 要：“土木工程材料”是土建类专业学生学习专业课程的“敲门砖”，当前诸多高校中土木工程材料的实验教学存在实验资源不足、学生被动、考核评价体系单调等问题，为培养能够解决实际工程问题的学生，以其为主体，提高其创新实践能力为目标，从实验课程教学内容、实验室配置及管控、多层次考核方式对土木工程材料实验课程进行改革与创新，提出一个脱离陈旧教学模式、具有可行性的教学改进方针的设想。重建的实验教学体系以学生为中心，能够从不同维度考核学生的基础实验能力、创新思维能力以及团队协作能力。

关键词：土木工程材料；实验课程；改革与创新；教学模式；考核方式

世界各地建筑行业的直接和间接成本将会造成建筑的累积成本，其中建筑材料作为其直接成本占据十分重要的地位。此外，土木工程师作为设计师，在保证工程建设质量的前提下，能够通过相关材料的规格和制备、养护等相关方法影响建筑工程质量以及工程造价。针对于土建类等相关专业，在高等教育学习中“土木工程材料”课程的开设是至关重要的。“土木工程材料”课程是一门专业基础课，主要介绍建筑施工过程中常用的土木工程材料的组成结构、基本性质、生产工艺、质量要求等方面，其开设能够使学生对建筑材料的质量以及建筑工程施工过程中材料的质量管控以及后续养护等工序形成一定的认识和了解［1］。在“土木工程材料”课程的教学过程中，涉及对理论课程与实验课程的结合，而实验课程的学习重中之重，其不仅仅有利于从事土建类相关工作的学生掌握相关基本技能，从而更好地走向工作岗位，同时也能进一步加深对理论课程教学中相关概念的理解。

中国作为发展中国家，其人口数量大，与此同时土木工程专业学生人数也有一定的基数，他们当中绝大多数人会在未来的工作或学业发展过程中接触到土木工程材料。然而，目前在中国，由于死板僵硬的教育模式，土木工程学生的实践动手能力受到阻碍。在这种情况下，高等学校的教师的教育潜力可以获得一种创新的视角，通过先进的教学理念调动学生的学习实践能力，并且由于这种观点的转变，开展学术活动的内在动机也将会变得更有意义。

1 土木工程材料实验课程的内容及存在问题

“土木工程材料”实验课程现今的教学大纲要求的实验大致可以分为以下几个层次：（1）验证性实验；（2）操作性实验；（3）综合性实验；（4）研究性实验［2］。通过以上四个层次的实验综合提升学生对土木工程材料实验课程的掌握能力，要求大多数学生能够完成前三层次实验的学习，力争培养能够完成第四层次——研究性实验的学生。土木工程材料的实验课程也存在着一些问题，笔者对其进行了如下几方面的分析：

1.1 实验课程学时较少

相比多年前，大多数高校中土木工程材料的教学学时逐渐缩减，一般在32～48个学时之间。理论课程便在其中占据很大一部分学时，留给实验课程的仅剩8～16个学时。短暂的课程学时内，学生并不能掌握并熟练以下诸多实验内容，如混凝土骨料实验（表观密度实验、堆积密度实验以及筛分实验等）、水泥实验（水泥密度实验、标准稠度用水量测定、凝结实验测定、安定性实验以及胶砂强度检测等）以及普通混凝土实验（配合比设计、和易性测定等）等［3］。尤其是水泥胶砂试件的养护需要一定的周期，目前的胶砂强度检测通常仅测试一个7天强度，致使学生对其实验成果没有一个时间化的具象认识。

1.2 学生对待实验课程积极性差

實验课程的开设目标是让学生通过对土木工程材料的具体实验过程，从而对理论知识的掌握更加炉火纯青，以此提高学生实践和理论相互联系的能力和运用理论结合实践创新的能力。当前，实验课程的教学内容主要包括以下几个方面：在课堂上通过小视频或PPT对实验操作进行讲解、在实验室中进行现场实验操作演示、实验室中学生以小组形式进行实操练习以及课后实验报告等。该过程中，前两步主要是教师发挥其主动性，学生作为听众其吸收知识；后两步要求学生发挥其主观能动性去进行实践以及动脑凝练自己的实验心得，对实验过程进行相关方面的思考总结。通过笔者近年来的教学经历可以观察到，大多数学生对待实验课程并没有给予和理论课程同样的耐心和重视程度。一方面，部分学生在上述实验课程教学过程中并未真的动手实践，仅仅是作为一个实验观摩者。以小组为形式的教学并未调动学生的团队协作能力，反而使得一些动手能力不足的同学无所用心。另一方面，在传统的教学模式下，有相当一部分动手实践的同学仅仅是按照书本、教学视频或者老师演示实验过程中的操作步骤进行机械的重复工作，而并未真正发挥自己的主观能动性去思考为什么？这局限了学生创新性思维的发展。

1.3 实验设备以及实验教师数量不足

大多数高校中实验设备以及实验仪器是有限的，一个班级中动辄20人以上的学生数量，通常是多个班级同时上课，一节实验课仅为90分钟，配置的教师人数通常为2人左右，有时甚至仅有1个教师。此时，便存在着一批想要动手实验却因为仪器设备数量短缺或者实验课程时间不足只能旁观的学生，也存在着一批在实验过程中想要发挥自己的创新思维思考却缺乏老师的指导和点睛的学生。实验教学中以小组为形式的教学模式因为实验设备和仪器的有限致使小组内部分同学被动观摩，未能发挥合作能力。如果说有部分学生懒于实验课程，那么教学过程中客观条件的不足同样迫使部分积极性强的学生局限住自己的发散性思维和主观能动性。

1.4 实验课程评价形式单一

实验课程结束后，一般以学生的实验报告来对其掌握情况进行评价。学生们本就习惯于使用如纸张、平板、书籍，甚至中性笔等常规学习材料来学习。就基本知识水平和理论学习而言，我们的学生大致令人满意。但参照典型的土木工程学科，它显然是一个基于解决基本问题的学习实践，而不是表面理论的记录和深层次的推理。通常有学生在实验课程中并未动手实践却能在课程结束后交出一份评分很高的实验课程报告，这种评价方式是否脱离了实验课程教学的本质？笔者看来，实验课程的本质是在掌握实验技能的基础上，培养学生的团队协作能力、动手实践能力、创新思维能力以及对实验以及团队同伴的责任感等。仅通过学生个人的实验报告并不能反映学生在实验课程中的综合能力，缺乏针对性或阶段性的评价和考核。

综合上述“土木工程材料”实验课程中存在的问题，我们必须思考并提出相关的教学改革措施，才能更好地培养土木工程专业学生理论结合实践的能力、实践创新思维的能力以及对实验材料和实验同伴的责任感等等。这样，我们的学生无论是在步入未来工作还是进一步深造学习都会具备合格的专业素养。

2 土木工程材料实验课程的目的与重要性

对“土木工程材料”实验课程的教育与学习主要有以下几个目的。

第一，实践与理论的相结合。根据马克思主义理论体系，实践是理论的来源，我们学习理论是为了更好地实践；同样，我们对于实验课程的学习，在实践实验的过程中，能够对课堂上、书本里所学习到的理论知识有更深刻的认识；进一步的，实践与理论相辅相成，实验课程的学习能够丰富学生们对如水泥、混凝土、砂浆等土木工程基础材料以及如水泥实验、混凝土实验等基础实验操作的书本理论知识的认知。

第二，走上更好的实践工作。通过土木工程材料实验课程的学习，学生们能够对具体材料的基本性质与特点有一个深层次的认知，从而培养其能够独立评估常用的土木工程材料的质量的能力。这样，等我们的学生们走上实习、走上社会工作时才能够更好地融入本职工作，而不是成为一个只懂理论不懂实践的指挥家。对于真正的土木工程与建筑而言，实际操作是一个非常重要的方面。

第三，培养学生的科研能力。未来从事土木工程相关专业的进一步研究时，不仅仅是研究理论或是利用模拟软件来对研究方向内容进行探究，不可缺少的是大量的实际实验与对实际工程应用的研究，我们追求的研究并不能够仅仅是在纸上谈兵，更重要的是能够落地。实验课程的学习有助于学生提高其分析与解决实际问题的能力，有助于学生能够开展初步的科学研究，有助于培养学生对于科研认真严肃的科学态度［2］。

3 土木工程材料实验课程的改革与创新

针对上述在“土木工程材料”实验课程中存在的问题，并且在实验课程重要性的驱使下，笔者在此尝试结合现有调研的资料［46］，提出一个具有可行性的改革创新方案的设想。我们知道，大胆的创新不仅容易令学生难以接受，同时也会使得教师无所适从。为此，针对实验课程改革的设想，我们只能在保守教学的基础上进行合适程度的创新。

3.1 关注教学对象，实现因材施教

从古至今，从小到大，从初等教育体系到高等教育体系，教师都被要求对学生实行因材施教的教育方式。中国是一个人口大国，教育越来越普及，但学生的人数还是远超老师的人数，高等教育中亦是如此。在过去的教授实验课程的经验中，笔者知道不同学生的接受能力、学习方法、创新思维等都存在着差异。自然，高校教师无法拥有足够的精力去了解每一个学生，但是我们可以尝试利用互联网的发达，通过在网上发配有关学习调研的小问卷，对学生的学习情况以及积极性进行一定程度的了解，在进行实验小组的分配时，教师将不再是被动地让熟悉的同学自由组队，而是发挥自身的主动性，根据调研情况对小组同学进行合理分配。这样的小组组成可以调动团队协作，积极调动学生的学习积极性和兴趣，以及使同学能够在团队协作中变得更有责任心。

3.2 实验室配置的优化

实验室配置的优化主要涉及两方面：一方面是加大对实验室仪器设备的资金投入，另一方面是改善实验室开放时间的管理制度。现在大多数高校所配置的实验设备与仪器的数量对于本科生的实验课程来言相对较少，加大资金购买足够数量的实验仪器以及实验设备能够改善部分学生在上实验课程时只能作为一个观摩者的现象。而加大资金购置足够数量的实验器具设备对学校的资金也是一个考验，我们可以在购置部分实验仪器设备的基础上对实验室管理制度进行一定的改善。比如，可以在非上课时间内对实验室进行间歇性的开放，以致在实验课上未能进行实操的学生能够在小组同学的帮助下进行相关实验方面的操作，也方便部分学生能在实验课程教学结束后重温实验，同时学生还可以对自己课上制备的混凝土或者水泥胶砂等试件的养护情况进行观察和了解。

3.3 实验课程内容的层次性教学

关于实验内容大致可以分为两种：一种是基本实验型，另一种则是创新开放型。对于基础实验型的课程，我们可以采用理論教学、PPT演示、视频教学相结合的方式在课堂上教授学生如何进行实验以及其基本概念。在课堂后，可以设计一个线上虚拟实验教学的小程序或网页，让学生们能够在进入实验室前在线上对实验步骤得心应手。

对于创新开放型实验课程，首先，可以让学生在课后多多阅读有关土木工程材料的书籍或者文献，再让学生撰写阅读笔记或心得。在基础实验课程教学结束后，让学生积极发挥自己的主观能动性以小组模式互动或直接与实验指导老师进行沟通。其次，鼓励学生参与挑战杯、大学生创新创业训练计划项目、科报会等需要发挥学生自己的创新能力的项目，以达到让学生训练自己的实验创新思维的目的。

3.4 实验课程教学评价体系的优化

将实验课程教学评价体系分为书面形式考核、实验过程考核、小组模式考核三种形式的考核方式。

书面形式考核：根据学生在实验课程中所产出的纸质化或电子版的成果，如实验方案制订、实验报告总结、相关文献书籍阅读心得等来对其进行评分，另外鼓励学生以PPT演示的模式对上述产出的成果进行思维过程的讲解，可算附加分。

实验过程考核：通过线上问卷调查形式如实记录实验学习过程，从而对学生进行有效指导。学生录制个人或小组的实验过程，以视频模式上传，对学生的实操过程进行考核。

小组模式考核：为增强学生团队协作能力以及责任心，将团队成绩计为总评分中的一部分。团队成绩在基准分之上，以提供团队贡献值的形式考核。另一方面，让小组成员基于实验过程中以及实验课程后进行交流互评，如实验方案、实验操作、实验报告等考核中分数的一部分采用团队评价［7］。

结语

教学包括教与学两个方面，但当前的高等教育主要集中在“教”上面，而且往往依赖于过时的教材，有必要发展更多以学生为中心的学习和教学方法，并确保学生能够学习最新最前沿的专业知识。在中国式教育的背景下，高等教育提供的学术质量较差。其中，面临最为艰巨的挑战是学生如何将理论知识转化为实践能力，以确保他们在课程、研究、知识转换、高等教育教学方法等均达到国际标准。高校教师如何才能为中国的土木工程教育做出贡献？我们所追逐的并非仅仅是学生实践能力的提升，而是期望学生能在学习过程中从单纯的实用主义方法过渡到更广阔的理论视野。上述进行的教学活动是基于“学会学习、学会实践、学会团队协作”三个方面所提出的建设性设想，此外，在实践课程的教学过程中教育学生成为创造性思维者和创造性问题解决者也是我们所力达的教学目标。

参考文献：

［1］陈德鹏，刘纯林，武萍，等.土建类专业土木工程材料课程教学改革与实践［J］.安徽工业大学学报（社会科学版），2011，28（05）：112114.

［2］刘媛媛，李博渊，刘永娟.土木工程材料实验多面向教学探索［J］.科教文汇（上旬刊），2020（11）：7374.

［3］顾亚敏，宋旭艳，郜志海.“混凝土设计—耐久性为目标”的土木工程材料创新性实验教学实践［J］.科教导刊，2022（13）：113115.

［4］徐方，朱婧，顾功辉.《土木工程材料》实验课程研究型教学方法分析与实践［J］.教育教学论坛，2018（12）：279280.

［5］陈伟，李荟，王军华，等.基于综合素质提升的土木工程材料实验教学改革［J］.广西教育學院学报，2018（04）：156160.

［6］段海娟，王英.基于ADDIE模式的土木工程材料实验课混合式教学探索［J］.实验室研究与探索，2021，40（08）：159162.

［7］权娟娟，傅少君，罗滔，等.产出导向的“土木工程材料”课程实验教学改革研究［J］.教育教学论坛，2021（23）：4144.

基金项目：全国青年教师教育教学研究课题（2018 QNJ032）

作者简介：朱婧（1982— ），女，汉族，湖北武汉人，工学硕士，讲师，研究方向：土木工程材料课程教学研究。