談土木工程材料實驗多面向教學(xué)

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摘要:“土木工程材料”課程是一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，而土木工程材料實驗課是“土木工程材料”課程的重要環(huán)節(jié)。該課程的目的是使學(xué)生加強對課程中闡述的理論知識的理解，培養(yǎng)學(xué)生獨立的操作和鑒定能力。通過對土木工材料實驗教學(xué)多面向的闡述，探索“土木工程材料”教學(xué)中的各種可能性，以提升學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。

關(guān)鍵詞土木工程材料；多面向；實驗教學(xué)

土木工程材料實驗課作為“土木工程材料”課程的一項重要環(huán)節(jié)，有三個實驗?zāi)康模阂皇庆柟毯拓S富理論知識，讓學(xué)生熟悉主要土木材料的技術(shù)要求。二是使學(xué)生進一步理解具體資料的特點，具備獨立進行常用土木材料質(zhì)量驗證的能力。三是提高學(xué)生分析解決問題的能力，實施科學(xué)研究基礎(chǔ)教育，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)格的科學(xué)態(tài)度。為了更好地學(xué)習(xí)“土木工程材料”課程，運用多媒體教學(xué)方法，向?qū)W生生動地展示解決工程問題的全過程，使學(xué)生能夠輕松地掌握實際操作技能。而傳統(tǒng)的土木工程材料實驗課內(nèi)容具有多而散的特點，因此，有必要對原實驗教學(xué)進行改革。原實驗概念多、過程復(fù)雜、單元操作之間相互關(guān)系松散，要通過聲音、動畫、圖像等媒介表達大量待處理的數(shù)據(jù)。

1土木工程材料實驗教學(xué)的重要性

“土木建筑材料”是一門基礎(chǔ)技術(shù)課程。因此，“土木建筑材料”的教學(xué)一方面要讓學(xué)生掌握材料結(jié)構(gòu)和建筑基本原理的知識，另一方面要形成自己的工程思想，掌握解決工程問題的方法和技巧。一般來說，學(xué)生通過課后交流基礎(chǔ)知識的第一門工程課程進入專業(yè)課程，土木工程材料涉及土木建筑中使用的各種材料和產(chǎn)品，這是所有土木建筑的物質(zhì)基礎(chǔ)。前者主要在教室里，而后者主要依靠實驗訓(xùn)練完成。實驗室作為高校實踐教學(xué)的一個重要環(huán)節(jié)，在提高學(xué)生的能力和綜合素質(zhì)等方面具有獨特優(yōu)勢，不能用普通課堂教學(xué)取代實驗室，實驗室的水平?jīng)Q定了受過培訓(xùn)的人才的質(zhì)量。深化課堂教學(xué)、實驗課堂教學(xué)，具有實用、直觀、搜索、綜合、認(rèn)知的特點。實驗教學(xué)是高等教育總體教學(xué)活動的重要組成部分。

2“土木工程材料實驗”的目的與要求

研究“土木工程材料實驗”有三個目的：第一，鞏固和豐富理論知識，向?qū)W生介紹土木工程基礎(chǔ)材料的技術(shù)要求。第二，讓學(xué)生進一步了解具體材料的特點，并能夠獨立評估常用土木工程材料的質(zhì)量。第三，提高分析和解決問題的能力，開展基礎(chǔ)科學(xué)研究培訓(xùn)，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度。為了實現(xiàn)上述學(xué)習(xí)目標(biāo)，必須要做到以下幾點：（1）澄清實驗?zāi)繕?biāo)，實驗前要對實驗中使用的設(shè)備、材料有基本的了解。預(yù)覽基本原則和工作要點。（2）在整個實驗過程中制訂詳細的測試方案，注意觀察測試現(xiàn)象。建立嚴(yán)格的科學(xué)工作秩序，嚴(yán)格遵守實驗操作說明。（3）在測試報告中對實驗結(jié)果進行透徹的分析是有益的。在測試土木工程材料時，應(yīng)注意三個方面的技術(shù)問題：一是取樣技術(shù)，即需要一個典型的樣品。二是測試技術(shù)，包括設(shè)備的選擇、樣品的制備、測試條件和方法。三是組織實驗數(shù)據(jù)的方法，材料的質(zhì)量指標(biāo)和實驗獲得的數(shù)據(jù)是有條件的。相對而言，它與采樣、測試和數(shù)據(jù)處理密切相關(guān)。當(dāng)一項目改變時，測試結(jié)果相應(yīng)地改變。因此，在檢查材料質(zhì)量和對等級符號進行分類時，上述三個方向必須按照國家制定的標(biāo)準(zhǔn)方法或通用方法進行。否則，就不可能根據(jù)關(guān)系規(guī)則來評估材料的質(zhì)量，也不可能相互比較。

3土木工程材料實驗教學(xué)的同一性和差異性

3.1同一的基本教學(xué)內(nèi)容

“土木工程材料”基本的實驗項目有材料基本物理性質(zhì)實驗、水泥實驗、混凝土集料實驗、普通混凝土實驗、鋼筋實驗、瀝青實驗和瀝青混合料實驗。傳統(tǒng)實驗教學(xué)的基本要求是：實驗前應(yīng)做好預(yù)習(xí)，了解各項實驗的目的、意義，實驗過程中要認(rèn)真聽老師的講解，對關(guān)鍵點進行記錄，嚴(yán)格按照操作規(guī)程進行儀器操作，不明白應(yīng)立即提問，不可以盲目操作。實驗報告應(yīng)獨立完成，字跡工整，對實驗數(shù)據(jù)整理和分析應(yīng)準(zhǔn)確、真實，回答問題簡明扼要。傳統(tǒng)的教學(xué)方法死板，不能很好地發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，而且講解起來較為枯燥。

3.2同一的實驗分類

現(xiàn)階段教學(xué)大綱要求的實驗可分為幾個層次：（1）驗證實驗。大多數(shù)傳統(tǒng)實驗都屬于此種實驗。此類實驗的主要目的是加強學(xué)生對課本中所學(xué)的理論知識的理解，培養(yǎng)學(xué)生操作實驗的能力。如水泥的凝結(jié)時間、水泥的體積安定性、水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量等。（2）操作性實驗。該類實驗主要鍛煉學(xué)生對儀器的操作。如混凝土模塊制作、水泥的膠砂強度試條制作、膠砂強度的檢測等。（3）綜合實驗。綜合實驗綜合運用了多種知識。如混凝土配合比設(shè)計試驗通過提供強度要求及施工要求，學(xué)生親自參與配合比計算、選材、實驗及強度測試。有利于培養(yǎng)學(xué)生在材料、結(jié)構(gòu)和建筑三個領(lǐng)域的整體操作能力、工作能力和創(chuàng)新能力。（4）研究性實驗（ResearchexperimentsSuch）。這些實驗是高層次的實驗，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，根據(jù)自己的目的選擇不同的學(xué)科，獨立開展研究，培養(yǎng)自身的創(chuàng)新和思維能力。

3.3現(xiàn)階段需求下拓展實驗內(nèi)容

隨著建筑科技的發(fā)展，傳統(tǒng)的土木工程材料越來越不能滿足施工、質(zhì)量、節(jié)能健康的要求，新型土木工程材料越來越普遍地應(yīng)用于市場及工程，這些人造材料具有綠化、節(jié)能、降耗的優(yōu)勢，朝著再生化學(xué)的方向發(fā)展。在現(xiàn)代結(jié)構(gòu)性能要求和建筑技術(shù)更高效需求的支撐下，材料的發(fā)展方向也朝著更加集約高效的工業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展。各種人造材料取代天然材料，并成為主要土木工程材料的時代即將到來。另外，以各類廢渣類物質(zhì)為原料、工業(yè)廢石膏代替天然石膏、廢棄有機物為原料、各種代木材等綠色建材勃然興起，減少土木工程材料的生產(chǎn)和發(fā)展過程中對環(huán)境的破壞。因此，試驗教學(xué)的過程中應(yīng)適應(yīng)現(xiàn)代土木工程材料的發(fā)展，拓寬有關(guān)新型土木工程材料的內(nèi)容。而這些試驗內(nèi)容須通過多媒體向?qū)W生展示最新的材料及施工。

3.4不同專業(yè)的土木工材料實驗課程內(nèi)容側(cè)重點不同

教師要因材施教,依據(jù)各專業(yè)對土木工程材料知識及應(yīng)用能力培養(yǎng)要求，結(jié)合不同專業(yè)知識體系、課程重點內(nèi)容等方面的“特色”[1]，不同專業(yè)實驗課程的側(cè)重點要有所不同。不同專業(yè)對知識層次的要求、實驗手段、材料類別的要求是不同的，應(yīng)因?qū)I(yè)施教。例如，對于工程管理專業(yè)的學(xué)生，除掌握基本實驗操作外，重點要熟練掌握材料的性質(zhì)及施工工藝及材料質(zhì)量控制；對于建筑學(xué)和城規(guī)專業(yè)，要求學(xué)生在基本掌握操作的基礎(chǔ)上，重點掌握材料的性能和應(yīng)用，在設(shè)計空間過程中能合理、恰當(dāng)?shù)剡x材；對于土木類的學(xué)生，需要構(gòu)建完備的理論體系和學(xué)習(xí)較深的教學(xué)內(nèi)容，熟練掌握土木工程現(xiàn)代施工技術(shù)、工程檢測和試驗基本方法。教師在講授中應(yīng)注意基本理論的重要性,要讓學(xué)生充分理解所學(xué)知識點的原理，對于知識點中涉及的計算公式應(yīng)加以分析和演算，并利用習(xí)題加強學(xué)生對公式相關(guān)知識點的理解和運用。[2]而對于不同材料類別，各個專業(yè)同樣也是側(cè)重點不同。例如對于建筑學(xué)、城規(guī)方向的學(xué)生，要重視各類裝飾材料、墻體材料及綠色環(huán)保材料的應(yīng)用檢測；而對于道橋方向的學(xué)生，則偏向瀝青及瀝青混合料的應(yīng)用檢測。

3.5獨具特色的多媒體教學(xué)在實驗教學(xué)過程中的應(yīng)用

對于操作性要求高的實驗，可以把操作過程拍攝下來。拍攝過程中，對于學(xué)生容易操作失誤的步驟，可以重點強調(diào)。比如同樣是攪拌，水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量實驗的水泥凈漿攪拌是攪拌過程30秒內(nèi)慢慢加水，而水泥膠砂強度實驗過程是首先在攪拌容器里加水泥和水，加入儀器漏斗后再加沙。在錄像過程中提醒學(xué)生注意這類易混淆的實驗步驟，比純粹講解的效果要好很多。還有理論驗證性實驗。這類實驗可以通過制作幻燈片把各個理論、公式之間的邏輯關(guān)系清晰、準(zhǔn)確、簡單地表述出來，讓學(xué)生首先回顧這部分理論。例如，一個實驗中，水泥的標(biāo)準(zhǔn)黏結(jié)性是用水量來衡量的，其中：概念較多，比如“水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度是什么”“水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量是多少”等。方法復(fù)雜，比如，“不變水量法如何操作”“調(diào)整水量法有如何操作”等。公式易混淆，其中包含不變水量法用經(jīng)驗擬合公式、調(diào)整水量法水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量定義式等。用不變水量法的經(jīng)驗公式，得到的結(jié)果是不準(zhǔn)確的，只能起到一個參考作用，目的是得到一個參考水量。這樣一來，學(xué)生從一開始就層次清晰，實驗做起來也很順利，可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)課程的積極性。多媒體研究性實驗的應(yīng)用更為廣泛。課題組結(jié)合學(xué)校現(xiàn)有實驗開發(fā)混凝土強度實驗數(shù)據(jù)處理軟件和實驗的土工材料模擬軟件，在計算機上可清晰地看到混凝土破壞過程中的應(yīng)力應(yīng)變曲線。同時，該軟件可以加深學(xué)生的理論學(xué)習(xí)。學(xué)生在線模擬時，首先回答了本軟件提出的思考問題，教師可以根據(jù)學(xué)生的操作讀取實驗數(shù)據(jù)并進行處理，實驗結(jié)束后對學(xué)生進行仿真實驗打分。軟件的使用提高了學(xué)生的主觀能動性，學(xué)生可以積極地思考問題，加深對理論知識的理解。

4結(jié)語

土木工程材料實驗教學(xué)的發(fā)展需要融合時代的需求，要求加強教學(xué)的實際性，根據(jù)專業(yè)需求、學(xué)生興趣、現(xiàn)階段土木工程材料的發(fā)展趨勢，多面向、全方位地進行教學(xué)，深層次地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性。使學(xué)生能夠從不同的角度進行理解，利用豐富的感性材料，加深學(xué)生的可知性。

參考文獻

[1]王沖,吳建華,劉芳.面向不同專業(yè)需求的土木工程材料課程建設(shè)探討[J].高等建筑教育,2015,24(6):58-61

[2]陳靜.土木工程材料課程多維度結(jié)合的教學(xué)方式探[J].銅陵學(xué)院學(xué)報,2019(2):124-126

作者：劉媛媛 李博淵 劉永娟 單位：西安科技大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院