谈土木工程材料实验多面向教学

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摘要:“土木工程材料”课程是一门专业技术基础课，而土木工程材料实验课是“土木工程材料”课程的重要环节。该课程的目的是使学生加强对课程中阐述的理论知识的理解，培养学生独立的操作和鉴定能力。通过对土木工材料实验教学多面向的阐述，探索“土木工程材料”教学中的各种可能性，以提升学生学习的积极性和主动性。

关键词土木工程材料；多面向；实验教学

土木工程材料实验课作为“土木工程材料”课程的一项重要环节，有三个实验目的：一是巩固和丰富理论知识，让学生熟悉主要土木材料的技术要求。二是使学生进一步理解具体资料的特点，具备独立进行常用土木材料质量验证的能力。三是提高学生分析解决问题的能力，实施科学研究基础教育，培养学生严格的科学态度。为了更好地学习“土木工程材料”课程，运用多媒体教学方法，向学生生动地展示解决工程问题的全过程，使学生能够轻松地掌握实际操作技能。而传统的土木工程材料实验课内容具有多而散的特点，因此，有必要对原实验教学进行改革。原实验概念多、过程复杂、单元操作之间相互关系松散，要通过声音、动画、图像等媒介表达大量待处理的数据。

1土木工程材料实验教学的重要性

“土木建筑材料”是一门基础技术课程。因此，“土木建筑材料”的教学一方面要让学生掌握材料结构和建筑基本原理的知识，另一方面要形成自己的工程思想，掌握解决工程问题的方法和技巧。一般来说，学生通过课后交流基础知识的第一门工程课程进入专业课程，土木工程材料涉及土木建筑中使用的各种材料和产品，这是所有土木建筑的物质基础。前者主要在教室里，而后者主要依靠实验训练完成。实验室作为高校实践教学的一个重要环节，在提高学生的能力和综合素质等方面具有独特优势，不能用普通课堂教学取代实验室，实验室的水平决定了受过培训的人才的质量。深化课堂教学、实验课堂教学，具有实用、直观、搜索、综合、认知的特点。实验教学是高等教育总体教学活动的重要组成部分。

2“土木工程材料实验”的目的与要求

研究“土木工程材料实验”有三个目的：第一，巩固和丰富理论知识，向学生介绍土木工程基础材料的技术要求。第二，让学生进一步了解具体材料的特点，并能够独立评估常用土木工程材料的质量。第三，提高分析和解决问题的能力，开展基础科学研究培训，培养学生严肃认真的科学态度。为了实现上述学习目标，必须要做到以下几点：（1）澄清实验目标，实验前要对实验中使用的设备、材料有基本的了解。预览基本原则和工作要点。（2）在整个实验过程中制订详细的测试方案，注意观察测试现象。建立严格的科学工作秩序，严格遵守实验操作说明。（3）在测试报告中对实验结果进行透彻的分析是有益的。在测试土木工程材料时，应注意三个方面的技术问题：一是取样技术，即需要一个典型的样品。二是测试技术，包括设备的选择、样品的制备、测试条件和方法。三是组织实验数据的方法，材料的质量指标和实验获得的数据是有条件的。相对而言，它与采样、测试和数据处理密切相关。当一项目改变时，测试结果相应地改变。因此，在检查材料质量和对等级符号进行分类时，上述三个方向必须按照国家制定的标准方法或通用方法进行。否则，就不可能根据关系规则来评估材料的质量，也不可能相互比较。

3土木工程材料实验教学的同一性和差异性

3.1同一的基本教学内容

“土木工程材料”基本的实验项目有材料基本物理性质实验、水泥实验、混凝土集料实验、普通混凝土实验、钢筋实验、沥青实验和沥青混合料实验。传统实验教学的基本要求是：实验前应做好预习，了解各项实验的目的、意义，实验过程中要认真听老师的讲解，对关键点进行记录，严格按照操作规程进行仪器操作，不明白应立即提问，不可以盲目操作。实验报告应独立完成，字迹工整，对实验数据整理和分析应准确、真实，回答问题简明扼要。传统的教学方法死板，不能很好地发挥学生的主观能动性，而且讲解起来较为枯燥。

3.2同一的实验分类

现阶段教学大纲要求的实验可分为几个层次：（1）验证实验。大多数传统实验都属于此种实验。此类实验的主要目的是加强学生对课本中所学的理论知识的理解，培养学生操作实验的能力。如水泥的凝结时间、水泥的体积安定性、水泥的标准稠度用水量等。（2）操作性实验。该类实验主要锻炼学生对仪器的操作。如混凝土模块制作、水泥的胶砂强度试条制作、胶砂强度的检测等。（3）综合实验。综合实验综合运用了多种知识。如混凝土配合比设计试验通过提供强度要求及施工要求，学生亲自参与配合比计算、选材、实验及强度测试。有利于培养学生在材料、结构和建筑三个领域的整体操作能力、工作能力和创新能力。（4）研究性实验（ResearchexperimentsSuch）。这些实验是高层次的实验，学生在教师的指导下，根据自己的目的选择不同的学科，独立开展研究，培养自身的创新和思维能力。

3.3现阶段需求下拓展实验内容

随着建筑科技的发展，传统的土木工程材料越来越不能满足施工、质量、节能健康的要求，新型土木工程材料越来越普遍地应用于市场及工程，这些人造材料具有绿化、节能、降耗的优势，朝着再生化学的方向发展。在现代结构性能要求和建筑技术更高效需求的支撑下，材料的发展方向也朝着更加集约高效的工业化和产业化方向发展。各种人造材料取代天然材料，并成为主要土木工程材料的时代即将到来。另外，以各类废渣类物质为原料、工业废石膏代替天然石膏、废弃有机物为原料、各种代木材等绿色建材勃然兴起，减少土木工程材料的生产和发展过程中对环境的破坏。因此，试验教学的过程中应适应现代土木工程材料的发展，拓宽有关新型土木工程材料的内容。而这些试验内容须通过多媒体向学生展示最新的材料及施工。

3.4不同专业的土木工材料实验课程内容侧重点不同

教师要因材施教,依据各专业对土木工程材料知识及应用能力培养要求，结合不同专业知识体系、课程重点内容等方面的“特色”[1]，不同专业实验课程的侧重点要有所不同。不同专业对知识层次的要求、实验手段、材料类别的要求是不同的，应因专业施教。例如，对于工程管理专业的学生，除掌握基本实验操作外，重点要熟练掌握材料的性质及施工工艺及材料质量控制；对于建筑学和城规专业，要求学生在基本掌握操作的基础上，重点掌握材料的性能和应用，在设计空间过程中能合理、恰当地选材；对于土木类的学生，需要构建完备的理论体系和学习较深的教学内容，熟练掌握土木工程现代施工技术、工程检测和试验基本方法。教师在讲授中应注意基本理论的重要性,要让学生充分理解所学知识点的原理，对于知识点中涉及的计算公式应加以分析和演算，并利用习题加强学生对公式相关知识点的理解和运用。[2]而对于不同材料类别，各个专业同样也是侧重点不同。例如对于建筑学、城规方向的学生，要重视各类装饰材料、墙体材料及绿色环保材料的应用检测；而对于道桥方向的学生，则偏向沥青及沥青混合料的应用检测。

3.5独具特色的多媒体教学在实验教学过程中的应用

对于操作性要求高的实验，可以把操作过程拍摄下来。拍摄过程中，对于学生容易操作失误的步骤，可以重点强调。比如同样是搅拌，水泥标准稠度用水量实验的水泥净浆搅拌是搅拌过程30秒内慢慢加水，而水泥胶砂强度实验过程是首先在搅拌容器里加水泥和水，加入仪器漏斗后再加沙。在录像过程中提醒学生注意这类易混淆的实验步骤，比纯粹讲解的效果要好很多。还有理论验证性实验。这类实验可以通过制作幻灯片把各个理论、公式之间的逻辑关系清晰、准确、简单地表述出来，让学生首先回顾这部分理论。例如，一个实验中，水泥的标准黏结性是用水量来衡量的，其中：概念较多，比如“水泥的标准稠度是什么”“水泥的标准稠度用水量是多少”等。方法复杂，比如，“不变水量法如何操作”“调整水量法有如何操作”等。公式易混淆，其中包含不变水量法用经验拟合公式、调整水量法水泥标准稠度用水量定义式等。用不变水量法的经验公式，得到的结果是不准确的，只能起到一个参考作用，目的是得到一个参考水量。这样一来，学生从一开始就层次清晰，实验做起来也很顺利，可以提高学生学习课程的积极性。多媒体研究性实验的应用更为广泛。课题组结合学校现有实验开发混凝土强度实验数据处理软件和实验的土工材料模拟软件，在计算机上可清晰地看到混凝土破坏过程中的应力应变曲线。同时，该软件可以加深学生的理论学习。学生在线模拟时，首先回答了本软件提出的思考问题，教师可以根据学生的操作读取实验数据并进行处理，实验结束后对学生进行仿真实验打分。软件的使用提高了学生的主观能动性，学生可以积极地思考问题，加深对理论知识的理解。

4结语

土木工程材料实验教学的发展需要融合时代的需求，要求加强教学的实际性，根据专业需求、学生兴趣、现阶段土木工程材料的发展趋势，多面向、全方位地进行教学，深层次地调动学生的学习积极性和主动性。使学生能够从不同的角度进行理解，利用丰富的感性材料，加深学生的可知性。

参考文献

[1]王冲,吴建华,刘芳.面向不同专业需求的土木工程材料课程建设探讨[J].高等建筑教育,2015,24(6):58-61

[2]陈静.土木工程材料课程多维度结合的教学方式探[J].铜陵学院学报,2019(2):124-126

作者：刘媛媛 李博渊 刘永娟 单位：西安科技大学建筑与土木工程学院