談土木工程材料實驗多面向教學

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摘要:“土木工程材料”課程是一門專業技術基礎課，而土木工程材料實驗課是“土木工程材料”課程的重要環節。該課程的目的是使學生加強對課程中闡述的理論知識的理解，培養學生獨立的操作和鑒定能力。通過對土木工材料實驗教學多面向的闡述，探索“土木工程材料”教學中的各種可能性，以提升學生學習的積極性和主動性。

關鍵詞土木工程材料；多面向；實驗教學

土木工程材料實驗課作為“土木工程材料”課程的一項重要環節，有三個實驗目的：一是鞏固和豐富理論知識，讓學生熟悉主要土木材料的技術要求。二是使學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量驗證的能力。三是提高學生分析解決問題的能力，實施科學研究基礎教育，培養學生嚴格的科學態度。為了更好地學習“土木工程材料”課程，運用多媒體教學方法，向學生生動地展示解決工程問題的全過程，使學生能夠輕松地掌握實際操作技能。而傳統的土木工程材料實驗課內容具有多而散的特點，因此，有必要對原實驗教學進行改革。原實驗概念多、過程復雜、單元操作之間相互關系松散，要通過聲音、動畫、圖像等媒介表達大量待處理的數據。

1土木工程材料實驗教學的重要性

“土木建筑材料”是一門基礎技術課程。因此，“土木建筑材料”的教學一方面要讓學生掌握材料結構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，學生通過課后交流基礎知識的第一門工程課程進入專業課程，土木工程材料涉及土木建筑中使用的各種材料和產品，這是所有土木建筑的物質基礎。前者主要在教室里，而后者主要依靠實驗訓練完成。實驗室作為高校實踐教學的一個重要環節，在提高學生的能力和綜合素質等方面具有獨特優勢，不能用普通課堂教學取代實驗室，實驗室的水平決定了受過培訓的人才的質量。深化課堂教學、實驗課堂教學，具有實用、直觀、搜索、綜合、認知的特點。實驗教學是高等教育總體教學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，向學生介紹土木工程基礎材料的技術要求。第二，讓學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量。第三，提高分析和解決問題的能力，開展基礎科學研究培訓，培養學生嚴肅認真的科學態度。為了實現上述學習目標，必須要做到以下幾點：（1）澄清實驗目標，實驗前要對實驗中使用的設備、材料有基本的了解。預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，注意觀察測試現象。建立嚴格的科學工作秩序，嚴格遵守實驗操作說明。（3）在測試報告中對實驗結果進行透徹的分析是有益的。在測試土木工程材料時，應注意三個方面的技術問題：一是取樣技術，即需要一個典型的樣品。二是測試技術，包括設備的選擇、樣品的制備、測試條件和方法。三是組織實驗數據的方法，材料的質量指標和實驗獲得的數據是有條件的。相對而言，它與采樣、測試和數據處理密切相關。當一項目改變時，測試結果相應地改變。因此，在檢查材料質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準方法或通用方法進行。否則，就不可能根據關系規則來評估材料的質量，也不可能相互比較。

3土木工程材料實驗教學的同一性和差異性

3.1同一的基本教學內容

“土木工程材料”基本的實驗項目有材料基本物理性質實驗、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。傳統實驗教學的基本要求是：實驗前應做好預習，了解各項實驗的目的、意義，實驗過程中要認真聽老師的講解，對關鍵點進行記錄，嚴格按照操作規程進行儀器操作，不明白應立即提問，不可以盲目操作。實驗報告應獨立完成，字跡工整，對實驗數據整理和分析應準確、真實，回答問題簡明扼要。傳統的教學方法死板，不能很好地發揮學生的主觀能動性，而且講解起來較為枯燥。

3.2同一的實驗分類

現階段教學大綱要求的實驗可分為幾個層次：（1）驗證實驗。大多數傳統實驗都屬于此種實驗。此類實驗的主要目的是加強學生對課本中所學的理論知識的理解，培養學生操作實驗的能力。如水泥的凝結時間、水泥的體積安定性、水泥的標準稠度用水量等。（2）操作性實驗。該類實驗主要鍛煉學生對儀器的操作。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。如混凝土配合比設計試驗通過提供強度要求及施工要求，學生親自參與配合比計算、選材、實驗及強度測試。有利于培養學生在材料、結構和建筑三個領域的整體操作能力、工作能力和創新能力。（4）研究性實驗（ResearchexperimentsSuch）。這些實驗是高層次的實驗，學生在教師的指導下，根據自己的目的選擇不同的學科，獨立開展研究，培養自身的創新和思維能力。

3.3現階段需求下拓展實驗內容

隨著建筑科技的發展，傳統的土木工程材料越來越不能滿足施工、質量、節能健康的要求，新型土木工程材料越來越普遍地應用于市場及工程，這些人造材料具有綠化、節能、降耗的優勢，朝著再生化學的方向發展。在現代結構性能要求和建筑技術更高效需求的支撐下，材料的發展方向也朝著更加集約高效的工業化和產業化方向發展。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，以各類廢渣類物質為原料、工業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和發展過程中對環境的破壞。因此，試驗教學的過程中應適應現代土木工程材料的發展，拓寬有關新型土木工程材料的內容。而這些試驗內容須通過多媒體向學生展示最新的材料及施工。

3.4不同專業的土木工材料實驗課程內容側重點不同

教師要因材施教,依據各專業對土木工程材料知識及應用能力培養要求，結合不同專業知識體系、課程重點內容等方面的“特色”[1]，不同專業實驗課程的側重點要有所不同。不同專業對知識層次的要求、實驗手段、材料類別的要求是不同的，應因專業施教。例如，對于工程管理專業的學生，除掌握基本實驗操作外，重點要熟練掌握材料的性質及施工工藝及材料質量控制；對于建筑學和城規專業，要求學生在基本掌握操作的基礎上，重點掌握材料的性能和應用，在設計空間過程中能合理、恰當地選材；對于土木類的學生，需要構建完備的理論體系和學習較深的教學內容，熟練掌握土木工程現代施工技術、工程檢測和試驗基本方法。教師在講授中應注意基本理論的重要性,要讓學生充分理解所學知識點的原理，對于知識點中涉及的計算公式應加以分析和演算，并利用習題加強學生對公式相關知識點的理解和運用。[2]而對于不同材料類別，各個專業同樣也是側重點不同。例如對于建筑學、城規方向的學生，要重視各類裝飾材料、墻體材料及綠色環保材料的應用檢測；而對于道橋方向的學生，則偏向瀝青及瀝青混合料的應用檢測。

3.5獨具特色的多媒體教學在實驗教學過程中的應用

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，對于學生容易操作失誤的步驟，可以重點強調。比如同樣是攪拌，水泥標準稠度用水量實驗的水泥凈漿攪拌是攪拌過程30秒內慢慢加水，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、公式之間的邏輯關系清晰、準確、簡單地表述出來，讓學生首先回顧這部分理論。例如，一個實驗中，水泥的標準黏結性是用水量來衡量的，其中：概念較多，比如“水泥的標準稠度是什么”“水泥的標準稠度用水量是多少”等。方法復雜，比如，“不變水量法如何操作”“調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驗擬合公式、調整水量法水泥標準稠度用水量定義式等。用不變水量法的經驗公式，得到的結果是不準確的，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，學生從一開始就層次清晰，實驗做起來也很順利，可以提高學生學習課程的積極性。多媒體研究性實驗的應用更為廣泛。課題組結合學校現有實驗開發混凝土強度實驗數據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力應變曲線。同時，該軟件可以加深學生的理論學習。學生在線模擬時，首先回答了本軟件提出的思考問題，教師可以根據學生的操作讀取實驗數據并進行處理，實驗結束后對學生進行仿真實驗打分。軟件的使用提高了學生的主觀能動性，學生可以積極地思考問題，加深對理論知識的理解。

4結語

土木工程材料實驗教學的發展需要融合時代的需求，要求加強教學的實際性，根據專業需求、學生興趣、現階段土木工程材料的發展趨勢，多面向、全方位地進行教學，深層次地調動學生的學習積極性和主動性。使學生能夠從不同的角度進行理解，利用豐富的感性材料，加深學生的可知性。

參考文獻

[1]王沖,吳建華,劉芳.面向不同專業需求的土木工程材料課程建設探討[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合的教學方式探[J].銅陵學院學報,2019(2):124-126

作者：劉媛媛 李博淵 劉永娟 單位：西安科技大學建筑與土木工程學院