談土木工程材料實(shí)驗(yàn)多面向教學(xué)
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摘要:“土木工程材料”課程是一門(mén)專(zhuān)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，而土木工程材料實(shí)驗(yàn)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(qiáng)對(duì)課程中闡述的理論知識(shí)的理解，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立的操作和鑒定能力。通過(guò)對(duì)土木工材料實(shí)驗(yàn)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(dòng)性。
關(guān)鍵詞土木工程材料；多面向；實(shí)驗(yàn)教學(xué)
土木工程材料實(shí)驗(yàn)課作為“土木工程材料”課程的一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)，有三個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模阂皇庆柟毯拓S富理論知識(shí)，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(jìn)一步理解具體資料的特點(diǎn)，具備獨(dú)立進(jìn)行常用土木材料質(zhì)量驗(yàn)證的能力。三是提高學(xué)生分析解決問(wèn)題的能力，實(shí)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(yùn)用多媒體教學(xué)方法，向?qū)W生生動(dòng)地展示解決工程問(wèn)題的全過(guò)程，使學(xué)生能夠輕松地掌握實(shí)際操作技能。而傳統(tǒng)的土木工程材料實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容具有多而散的特點(diǎn)，因此，有必要對(duì)原實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革。原實(shí)驗(yàn)概念多、過(guò)程復(fù)雜、單元操作之間相互關(guān)系松散，要通過(guò)聲音、動(dòng)畫(huà)、圖像等媒介表達(dá)大量待處理的數(shù)據(jù)。
1土木工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性
“土木建筑材料”是一門(mén)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(shí)，另一方面要形成自己的工程思想，掌握解決工程問(wèn)題的方法和技巧。一般來(lái)說(shuō)，學(xué)生通過(guò)課后交流基礎(chǔ)知識(shí)的第一門(mén)工程課程進(jìn)入專(zhuān)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(shí)驗(yàn)訓(xùn)練完成。實(shí)驗(yàn)室作為高校實(shí)踐教學(xué)的一個(gè)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(dú)特優(yōu)勢(shì)，不能用普通課堂教學(xué)取代實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室的水平?jīng)Q定了受過(guò)培訓(xùn)的人才的質(zhì)量。深化課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)，具有實(shí)用、直觀、搜索、綜合、認(rèn)知的特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等教育總體教學(xué)活動(dòng)的重要組成部分。
2“土木工程材料實(shí)驗(yàn)”的目的與要求
研究“土木工程材料實(shí)驗(yàn)”有三個(gè)目的：第一，鞏固和豐富理論知識(shí)，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(jìn)一步了解具體材料的特點(diǎn)，并能夠獨(dú)立評(píng)估常用土木工程材料的質(zhì)量。第三，提高分析和解決問(wèn)題的能力，開(kāi)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(shí)現(xiàn)上述學(xué)習(xí)目標(biāo)，必須要做到以下幾點(diǎn)：（1）澄清實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，實(shí)驗(yàn)前要對(duì)實(shí)驗(yàn)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(diǎn)。（2）在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中制訂詳細(xì)的測(cè)試方案，注意觀察測(cè)試現(xiàn)象。建立嚴(yán)格的科學(xué)工作秩序，嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)操作說(shuō)明。（3）在測(cè)試報(bào)告中對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行透徹的分析是有益的。在測(cè)試土木工程材料時(shí)，應(yīng)注意三個(gè)方面的技術(shù)問(wèn)題：一是取樣技術(shù)，即需要一個(gè)典型的樣品。二是測(cè)試技術(shù)，包括設(shè)備的選擇、樣品的制備、測(cè)試條件和方法。三是組織實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法，材料的質(zhì)量指標(biāo)和實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)是有條件的。相對(duì)而言，它與采樣、測(cè)試和數(shù)據(jù)處理密切相關(guān)。當(dāng)一項(xiàng)目改變時(shí)，測(cè)試結(jié)果相應(yīng)地改變。因此，在檢查材料質(zhì)量和對(duì)等級(jí)符號(hào)進(jìn)行分類(lèi)時(shí)，上述三個(gè)方向必須按照國(guó)家制定的標(biāo)準(zhǔn)方法或通用方法進(jìn)行。否則，就不可能根據(jù)關(guān)系規(guī)則來(lái)評(píng)估材料的質(zhì)量，也不可能相互比較。
3土木工程材料實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有材料基本物理性質(zhì)實(shí)驗(yàn)、水泥實(shí)驗(yàn)、混凝土集料實(shí)驗(yàn)、普通混凝土實(shí)驗(yàn)、鋼筋實(shí)驗(yàn)、瀝青實(shí)驗(yàn)和瀝青混合料實(shí)驗(yàn)。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本要求是：實(shí)驗(yàn)前應(yīng)做好預(yù)習(xí)，了解各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的目的、意義，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要認(rèn)真聽(tīng)老師的講解，對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行記錄，嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行儀器操作，不明白應(yīng)立即提問(wèn)，不可以盲目操作。實(shí)驗(yàn)報(bào)告應(yīng)獨(dú)立完成，字跡工整，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理和分析應(yīng)準(zhǔn)確、真實(shí)，回答問(wèn)題簡(jiǎn)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(dòng)性，而且講解起來(lái)較為枯燥。
3.2同一的實(shí)驗(yàn)分類(lèi)
現(xiàn)階段教學(xué)大綱要求的實(shí)驗(yàn)可分為幾個(gè)層次：（1）驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。大多數(shù)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)都屬于此種實(shí)驗(yàn)。此類(lèi)實(shí)驗(yàn)的主要目的是加強(qiáng)學(xué)生對(duì)課本中所學(xué)的理論知識(shí)的理解，培養(yǎng)學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)的能力。如水泥的凝結(jié)時(shí)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(shí)驗(yàn)。該類(lèi)實(shí)驗(yàn)主要鍛煉學(xué)生對(duì)儀器的操作。如混凝土模塊制作、水泥的膠砂強(qiáng)度試條制作、膠砂強(qiáng)度的檢測(cè)等。（3）綜合實(shí)驗(yàn)。綜合實(shí)驗(yàn)綜合運(yùn)用了多種知識(shí)。如混凝土配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)通過(guò)提供強(qiáng)度要求及施工要求，學(xué)生親自參與配合比計(jì)算、選材、實(shí)驗(yàn)及強(qiáng)度測(cè)試。有利于培養(yǎng)學(xué)生在材料、結(jié)構(gòu)和建筑三個(gè)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(shí)驗(yàn)（ResearchexperimentsSuch）。這些實(shí)驗(yàn)是高層次的實(shí)驗(yàn)，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(dú)立開(kāi)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(shí)驗(yàn)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(lái)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(lái)越普遍地應(yīng)用于市場(chǎng)及工程，這些人造材料具有綠化、節(jié)能、降耗的優(yōu)勢(shì)，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(shí)代即將到來(lái)。另外，以各類(lèi)廢渣類(lèi)物質(zhì)為原料、工業(yè)廢石膏代替天然石膏、廢棄有機(jī)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(guò)程中對(duì)環(huán)境的破壞。因此，試驗(yàn)教學(xué)的過(guò)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(yàn)內(nèi)容須通過(guò)多媒體向?qū)W生展示最新的材料及施工。
3.4不同專(zhuān)業(yè)的土木工材料實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容側(cè)重點(diǎn)不同
教師要因材施教,依據(jù)各專(zhuān)業(yè)對(duì)土木工程材料知識(shí)及應(yīng)用能力培養(yǎng)要求，結(jié)合不同專(zhuān)業(yè)知識(shí)體系、課程重點(diǎn)內(nèi)容等方面的“特色”[1]，不同專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課程的側(cè)重點(diǎn)要有所不同。不同專(zhuān)業(yè)對(duì)知識(shí)層次的要求、實(shí)驗(yàn)手段、材料類(lèi)別的要求是不同的，應(yīng)因?qū)I(yè)施教。例如，對(duì)于工程管理專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，除掌握基本實(shí)驗(yàn)操作外，重點(diǎn)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(duì)于建筑學(xué)和城規(guī)專(zhuān)業(yè)，要求學(xué)生在基本掌握操作的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)掌握材料的性能和應(yīng)用，在設(shè)計(jì)空間過(guò)程中能合理、恰當(dāng)?shù)剡x材；對(duì)于土木類(lèi)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(cè)和試驗(yàn)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(shí)點(diǎn)的原理，對(duì)于知識(shí)點(diǎn)中涉及的計(jì)算公式應(yīng)加以分析和演算，并利用習(xí)題加強(qiáng)學(xué)生對(duì)公式相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的理解和運(yùn)用。[2]而對(duì)于不同材料類(lèi)別，各個(gè)專(zhuān)業(yè)同樣也是側(cè)重點(diǎn)不同。例如對(duì)于建筑學(xué)、城規(guī)方向的學(xué)生，要重視各類(lèi)裝飾材料、墻體材料及綠色環(huán)保材料的應(yīng)用檢測(cè)；而對(duì)于道橋方向的學(xué)生，則偏向?yàn)r青及瀝青混合料的應(yīng)用檢測(cè)。
3.5獨(dú)具特色的多媒體教學(xué)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中的應(yīng)用
對(duì)于操作性要求高的實(shí)驗(yàn)，可以把操作過(guò)程拍攝下來(lái)。拍攝過(guò)程中，對(duì)于學(xué)生容易操作失誤的步驟，可以重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)。比如同樣是攪拌，水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量實(shí)驗(yàn)的水泥凈漿攪拌是攪拌過(guò)程30秒內(nèi)慢慢加水，而水泥膠砂強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)過(guò)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(guò)程中提醒學(xué)生注意這類(lèi)易混淆的實(shí)驗(yàn)步驟，比純粹講解的效果要好很多。還有理論驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。這類(lèi)實(shí)驗(yàn)可以通過(guò)制作幻燈片把各個(gè)理論、公式之間的邏輯關(guān)系清晰、準(zhǔn)確、簡(jiǎn)單地表述出來(lái)，讓學(xué)生首先回顧這部分理論。例如，一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，水泥的標(biāo)準(zhǔn)黏結(jié)性是用水量來(lái)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(yàn)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(yàn)公式，得到的結(jié)果是不準(zhǔn)確的，只能起到一個(gè)參考作用，目的是得到一個(gè)參考水量。這樣一來(lái)，學(xué)生從一開(kāi)始就層次清晰，實(shí)驗(yàn)做起來(lái)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(shí)驗(yàn)的應(yīng)用更為廣泛。課題組結(jié)合學(xué)校現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)混凝土強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理軟件和實(shí)驗(yàn)的土工材料模擬軟件，在計(jì)算機(jī)上可清晰地看到混凝土破壞過(guò)程中的應(yīng)力應(yīng)變曲線。同時(shí)，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(shí)，首先回答了本軟件提出的思考問(wèn)題，教師可以根據(jù)學(xué)生的操作讀取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后對(duì)學(xué)生進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)打分。軟件的使用提高了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，學(xué)生可以積極地思考問(wèn)題，加深對(duì)理論知識(shí)的理解。
4結(jié)語(yǔ)
土木工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展需要融合時(shí)代的需求，要求加強(qiáng)教學(xué)的實(shí)際性，根據(jù)專(zhuān)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(shì)，多面向、全方位地進(jìn)行教學(xué)，深層次地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。使學(xué)生能夠從不同的角度進(jìn)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(xiàn)
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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
