土木工程材料課程教學設計范文

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摘要:

基于土木工程專業人才培養方案對學員“知識、能力、素質”三個層次的培養要求，將土木工程材料課程知識體系相對應地劃分為“教材知識、拓展知識、科學知識”三個層次。通過課前預習、課堂教學、實驗教學、課程考核四個階段的課程設計，分別采取不同的教學方法和考核方法，實現學員獲得學習、實踐和創新等方面能力和素質的目的。

關鍵詞:

土木工程材料;知識分層;教學設計;教學實踐;課程教學

知識是基礎，是載體;能力是知識的綜合體現;素質是知識與能力的升華。知識、能力、素質是進行創新的基礎，只有將三者的教育與培養結合在一起，并貫穿于教育的全過程，才能培養出高水平的人才。高等教育應在傳授知識的同時提高學生的綜合能力，升華其素質，培養學生的創新精神和創新意識。布盧姆認為，只要在提供恰當的材料和進行教學的同時，給每個學生以適當的幫助和充分的時間，幾乎所有的學生都能完成學習任務或達到規定的學習目標［1］。其實很多學生學習成績不理想，學生智慧能力的欠缺并不是主導因素，未能提供適當的教學條件和合理的幫助才是造成學生學習成績不理想的最大原因。因此，筆者在土木工程材料課程教學中采取知識分層的方法，將課程知識劃分為不同層次，預定目標，并采取針對性措施，幫助學員實現獲得“知識、能力、創新”不同層次知識的目的［2－4］。

一、土木工程材料課程知識分層的教學設計

土木工程材料課程主要介紹各類建筑材料的成分、生產過程、技術性能、質量檢驗以及應用等基本知識。材料種類繁多，內容繁雜，各章自成體系，而且概念多、術語雜;經驗性的東西多，邏輯推理性內容少;文字敘述多，公式計算少。學員在學習過程中感覺對知識的理解并不難，難的是抓不住重點，感覺要記憶的東西太多，不能將繁雜的內容梳理出條理清晰的層次，以致學生感到學習難度較大，學習效率不高。 依據土木工程材料課程知識來源及其特點，將該課程教學內容劃分為:教材知識、拓展知識、科學知識三個層次［5］。(1)教材知識:即人才培養方案和課程標準要求掌握的內容，包括水泥、混凝土、鋼材、防水等材料的化學成分、生產工藝、技術性能、質量檢驗以及材料的基本性能試驗等;(2)拓展知識:指教員對課本知識的分析和拓展，主要內容是教員在科研、工程等實踐過程中積累的經驗和知識，以及課本以外的專業知識等［6］;(3)科學知識:與土木工程有關聯的一切材料知識與實踐，重點介紹材料科學發展的最前沿知識，及其在防護工程中的應用，如泡沫鋁、納米二氧化鈦、石墨烯、相變材料、形狀記憶材料等新材料的功能開發和應用研究，主要作用是激發學員的創造力。針對不同層次的知識，引導學生采用不同的學習方法和不同類型的評價方法，實現不同層次的教學目標［7］。通過任務—問題，引發學員的學習興趣，實現學員獲得“知識、能力、創新”三位一體課程知識的目的，培養學員的創新意識和創新能力。

二、土木工程材料課程知識分層的教學實踐

為了深入貫徹解放軍理工大學精英教育理念，充分發揮教員的主導作用，引導學員全面成長，更好地對學員因材施教，拓寬學員視野，培養學員的實踐能力和科研創新能力，從2009年開始，筆者嘗試在土木工程材料課程教學過程中實施“本科生導師制”。實踐中將導師制與課堂教學內容形成良好的銜接、互補，并對課程的知識體系進行梳理，逐步形成了“知識分層”的教學思想，在探索實踐中，收到了較好的效果。

(一)課前預習以教材和學習指導書為載體，引導學員進行有針對性的課前自學，時間以10分鐘至30分鐘為限。課前自學能使學員對概念性知識有初步認識，對不能理解的知識點或各類疑問帶到課堂上反饋給教員。本過程以讓學員了解和掌握教材知識為目標。

(二)課堂教學教員對學員的預習情況進行檢查，獲得學員不能理解的知識點或各類疑問，在課堂上有針對性地講解必須掌握的重點、難點，確保學員能夠掌握人才培養方案要求掌握的知識。本過程以讓學員了解和掌握教材知識為目標。在此基礎上，教員對課本知識進行拓展，介紹真實的工程案例或事故，重點是軍事工程。本過程以讓學員了解和掌握拓展知識為目標。主要包括如下三方面內容:(1)大型工程涉及的材料:包括國內外各類典型工程及本地區的重點工程，如青藏鐵路、水立方、鳥巢、蘇通大橋、杭州灣大橋、永興島建設等工程中涉及的各類材料，體現理論知識與工程應用的緊密聯系。(2)工程事故:包括各類媒體介紹的工程事故及環境污染實例，如重慶彩虹橋垮塌事件、家庭裝修帶來的“裝修病”等，以此作為切入點介紹材料性能對工程結構質量和使用性能影響的重要性。(3)特種材料及技術:如“耐高溫—高寒混凝土”“耐海水混凝土”“泵送混凝土”“混凝土結構搶修加固材料”“再生混凝土”“材料無損檢測技術應用”等，并在此基礎上引導學員針對工程實踐特點，根據基礎理論知識進行材料創新設計。

(三)實驗教學實驗教學作為大學本科教學的重要組成部分，是培養學生實踐能力和綜合素質的重要教學環節。相對于理論教學，實驗教學更具直觀性，更能培養學生發現問題、解決問題和分析問題的能力，在提高大學生綜合素質和創新能力方面發揮著重要作用［8－9］。1．基本實驗按照《全國高等學校土木工程專業本科教育評估標準》對土木工程材料課程實驗教學的要求，完成六個驗證性實驗。本過程以讓學員了解和掌握教材知識為目標。2．自主實驗即開放式“三性”試驗，實行自主選題、自行設計、自主操作。采取“本科生導師制”［10］，引導學生組成興趣小組或科研團隊自行選擇試驗內容，合理利用實驗室已有設備制定試驗方案，并得出實驗結論。遵循“引導—自學—輔導—實踐”四個環節，激發學生自主進行研究性學習的熱情，把綜合理論知識和技術融入到研究過程中，培養學生合作研究能力、技術創新能力，增強學生的綜合素質，充分開發學生的潛力，為培養優秀學員創造條件。本過程以讓學員了解科學知識為目標。在自主實驗的基礎上，教員根據學員的選題提供研究思路，以國防工程新材料研制俱樂部為平臺，帶領學員進行各類實踐活動，如面向學生的科研立項、開展學科競賽、參與教員的科研項目等。主要成果形式可以分為三大類:論文類、發明類、競賽類。(1)論文類，包括科普類論文和學術類論文。從材料角度對大型工程進行材料設計，或從工程事故分析報告等角度撰寫論文，要求正式發表，包括會議論文。如論文《‘美國911事件’中鋼材對火災產生、蔓延的影響》《建筑環境污染事件中材料的決定因素》等;也可以根據國家戰略或國防戰略選題，如《設計南海、西南高寒地區所需要的特種建筑材料》等。(2)發明類:以土木工程建設、國防工程建設或軍事需求進行選題，包括材料發明、材料結構設計等，通過試驗進行發明創造，并申請發明專利或實用新型專利。(3)競賽類:以材料的創造發明或論文形式，參加校內外各類學科競賽。如每年一次的理工大學“卓越杯”科技創新大賽，每兩年舉辦一屆的“全國大學生混凝土設計比賽”“中國大學生新材料創新設計大賽”“‘挑戰杯’全國大學生課外學術科技作品競賽”等，甚至可以參加相關學科的競賽，如“全國大學生混凝土結構大賽”等。

(四)課程考核課程考核包括教學不同階段的全過程評價，既考核結果，也考核過程。一是考核學員對教材知識的掌握情況，占總成績的70%，具體包括預習單、作業本、實驗報告、考試成績等。二是考核學員對拓展知識的了解、掌握情況，占總成績的20%，主要包括課堂表現、創新選題等。三是考核學員對科學知識的了解、掌握情況，占總成績的10%，是課程成績評定為優的重要依據。主要以課外創新作品的呈現程度來進行評價，如撰寫論文5分，如果了(或有錄用通知)就10分;發明創造有作品的5分，申請了專利的10分;正式參加了比賽的5分，已經獲獎的10分。

三、土木工程材料課程知識分層教學成效

在“土木工程材料知識分層”教學設計和實踐的過程中，先后獲得學院“建筑材料課程教學改革研究”“本科精英教育的探索———課外實踐導師制”“基于建筑材料課程的學員自主學習能力的培養研究”等教學科研項目的支持，獲得一些教學改革成果。在課程考核方面，近幾年學生通過率都達到100%。優秀率從5%左右提高到10%以上。在撰寫論文方面，學員團隊在教員的指導下撰寫了《泡沫鋁的特性及其在防護工程中的應用探討》《室內電磁輻射污染分析與評估》《基于金屬熱工藝“四火”原理實現鑄強兵之“劍”》等多篇學術論文。在創造發明方面，在教員的指導下，學員自主開展“寒區單兵多用途自熱包”“一種高強陶粒混凝土的研制”“K－15快速高強搶修加固材料”等材料研究，并申請了專利。在參加競賽方面，學員連續四年組隊參加解放軍理工大學“‘卓越杯’科技創新競賽”“第三屆全國大學生混凝土大賽”，多人次獲獎;參與“本科生導師制”課外創新學習的學員，有多名被保送或考取研究生。

四、結語

在解放軍理工大學實行“一導五法”教學改革的大環境下，教員和學員參與教學改革的熱情空前高漲，學員各類課外科技創新活動得到了校院多級政策支持，“本科生導師制”也在各學院深入推進。今后應將全國或兄弟院校的更多有價值的學科競賽引入學校，并將參賽的組織模式固定下來。此外應進一步加大學員課外科技創新活動成效與學分、評優、保研等評價體系的聯系，為學員的成長創造更加廣闊的平臺。

參考文獻:

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［10］胡永輝．本科生導師制初探［J］．成都大學學報:教育科學版，2008(8):48－50.

作者：戴銀所 徐迎 李朝甫 丁建黨 龔自明 單位：解放軍理工大學 國防工程學院