《土木工程材料》课程教学内容的优化与实践

时间：2024-09-03

□唐纯翼

《土木工程材料》课程是土木工程专业不可或缺的学科基础课程，后续房屋建筑学、混凝土结构、钢结构、土木工程施工等专业课程的学习均要以此为基础，是从事土木工程设计、施工、管理和科学研究等必备的理论基础和专业知识［1］，具有“内容杂，涉及面广”、“应用性强，逻辑性差”、“了解容易，把握较难”等显著特点，起着承上启下的作用。随着“大土木”概念共识的形成，土木工程材料新技术、新品种层出不穷，很多都已经广泛应用于土木工程建设［2］，但研究现行《土木工程材料》教材发现，多数教材并没有体现这些变化。《土木工程材料》教学内容滞后已成为不争事实，具体表现为:一是教学内容主要针对的是建筑工程，一些重要的专用材料没有阐述，如道路工程材料中的土工材料、路基材料以及隧道工程材料的支护防护材料等都非常重要，但在很多教材中很少涉及或没有提及;二是仍然沿用建筑材料教材和大纲者居多;三是实验内容的设置几乎没有改变;四是对工程应用部分关注不够等。因此，需要对课程的教学内容进行优化。

一、教学计划的优化

《土木工程材料》课程教学计划应有别于纯粹的理论教学，在满足学生对土木工程材料理论知识一般要求的同时，还应满足行业对土木工程专业应用型人才的要求。《土木工程材料》课程的总学时大致历经了64h(理论56h、实验8h)、40h(理论32h、实验8h)、32h(理论24h、实验8h)等几个过程，但都只是降低了理论学时，实验学时始终没变，造成一种实验学时比例加大而实际实验教学学时没有改变的怪象。优化后，将下调的理论学时增加到实验教学中，总学时48h(理论32h，实验16h)，既满足了理论教学的需求，又强化了实验教学。

图1 《土木工程材料》课程教学计划优化

二、教学内容的优化

土木工程材料发展迅速，新技术、新方法、新材料、新规范、新标准层出不穷。在有限的学时内，教学内容除了包含主要材料的内容外，更应该体现新材料、新规范的应用。任何教材都不可能及时体现这些新内容，因此教学内容优化成为必然。一是要废旧立新。对于学生了解而现代工程中使用量不大的材料，如石灰、石膏、砖瓦等，教学时应大胆放弃，并尽可能地反映本学科国内外的新成就和我国相关的新标准、新规范、新技术、新方法以及新材料。二是要突出实用性，力求达到教学内容系统性、完整性、先进性和实用性的统一密切结合。三是要结合行业规范以及当前本专业课程相关规范来构建，力求紧跟施工技术和材料应用发展，更贴近企业的需要。

(一)教学内容纵向优化。教学内容纵向优化就是科学构建教学模块，即根据知识的相关性和独立性，教学内容构建7 个知识模块:材料的基本性质;水泥、砂浆与混凝土;钢材;沥青与沥青混合料;砌体材料;建筑功能材料与新材料;试验(见表1)。纵向优化吸收了传统教学计划中的合理内容，剔除了落后及欠合理的内容，增加了材料的前沿知识，满足了短学时的教学需求。教学内容重点突出，教学逻辑清晰明了，教学选择灵活多样。

表1 《土木工程材料》课程教学内容纵向优化

(二)教学内容横向优化。教学内容横向优化就是从材料科学与工程的角度出发，将教学内容划分为材料组成、材料性能和材料应用三个部分。材料组成决定性能，性能决定其使用领域与范围，因此各部分紧密联系，环环相扣，形成一条教学轴线。以硅酸盐水泥为例，教学内容优化于表2。横向优化可培养学生由材料组成推导材料性能、由材料性能推导材料应用，以及由工程应用选择合适材料的综合能力。

表2 硅酸盐水泥教学内容横向优化

表3 试验教学内容优化

(三)试验教学内容优化。试验教学内容优化的指导思想是减少验证性试验，增加设计性和综合性试验。具体实施时，教师先给定试验要达到的性能指标，学生根据指标要求进行原材料性能检验和选择，再进行配合比设计等工作，并根据每一次的试验结果进行总结和试验调整(见表3)。优化后，验证性试验学时为总试验学时的1/3;设计性与综合性试验中加入了专业学科竞赛与科学研究的内容;能够显著地提高学生对于工程材料性能的认识水平，以及学科竞赛与科学研究的能力。

表4 与《土木工程材料》课程相关的奖励

表5 与《土木工程材料》课程相关的课题、论文及专利