土木工程材料教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)探索

王圣程 祿利剛，

摘要：為提高土木工程材料課程教學(xué)效果，探索基于科研資源進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)的實現(xiàn)路徑及方式，以水泥混凝土強(qiáng)度為例，用科研成果重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，用科研思維啟迪學(xué)生，用科研培養(yǎng)學(xué)生的競爭力。實踐表明，這種“科研—重構(gòu)—拓展”三位一體教學(xué)方法，達(dá)到了教研共進(jìn)的目的，為創(chuàng)新型人才培養(yǎng)提供了一條有效途徑。

關(guān)鍵詞：教學(xué)改革;科研資源;土木工程材料;機(jī)場道面

中圖分類號：G6423;TU5281 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1005-2909（2018）06-0117-05

土木工程材料是土建類專業(yè)必修課，在土建類專業(yè)教學(xué)體系中起著承上啟下的作用[1]。土木工程材料要求土建專業(yè)學(xué)生掌握土木工程相關(guān)材料的形成機(jī)理、性能、結(jié)構(gòu)與最合理的使用方法，更要學(xué)會通過相關(guān)理論辯證地分析和評定材料，以獲得解決工程實際問題的方法。該課程具有實踐性強(qiáng)、知識體系分散、內(nèi)容繁雜等特點[2]。因此，該課程不僅要求教師具有較深的基礎(chǔ)理論知識，還需要教師具有充足的實踐經(jīng)驗。但在課程講述過程中，很多教師照本宣科，出現(xiàn)“解讀教材、背誦教材、念讀教材”等完全依賴教材的情況。教材因受篇幅限制，陳述不詳盡，解剖不深入，最新內(nèi)容很難反映到教材中。這些現(xiàn)象足以說明，教材對學(xué)生來說，并不是唯一至高無上的“圣經(jīng)”，只是一種輔助教學(xué)工具，能促進(jìn)學(xué)生思考與學(xué)習(xí)的知識都可以作為“教材”的一部分。教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)是構(gòu)造完美“教材”的必經(jīng)之路。

教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)要源于教科書、高于教科書。“源于”指教學(xué)內(nèi)容要符合學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)目標(biāo)和課程目標(biāo)，“高于”指教學(xué)內(nèi)容講述課程的相關(guān)理論、技術(shù)和方法的最新前沿，與專業(yè)相關(guān)的內(nèi)容，與就業(yè)相關(guān)的內(nèi)容。其中教師的科研資源是教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)的基本源泉。以科研資源為依托，開展土木工程材料教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)的探索與實踐，有助于提高教師的教學(xué)水平。

19世紀(jì)初期，“教學(xué)與科研相結(jié)合”的大學(xué)理念被威廉·馮·洪堡首次提出。從此，高校的主要活動擴(kuò)展為教學(xué)和科研兩部分[3]。科研是為探索未知的世界，是教學(xué)工作開展的“源”，教學(xué)是對現(xiàn)有知識、技能和經(jīng)驗的繼承，是科研工作延續(xù)的“流”?；诮處熆蒲匈Y源的教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)，能將課堂教材轉(zhuǎn)化為“有我式”教材

“有我式”教材，是指教師將自身科研資源與工程項目研發(fā)內(nèi)容與心得融入教學(xué)內(nèi)容，從而使教材帶有教師的印記。。這需要教師根據(jù)課程目標(biāo)把自己的科學(xué)研究和工程項目研發(fā)內(nèi)容和心得納入教學(xué)內(nèi)容。這是課程特色的部分，也是把實例引入課堂、引發(fā)學(xué)習(xí)動機(jī)和學(xué)習(xí)投入的重要途徑?，F(xiàn)有研究表明，高質(zhì)量的教學(xué)需要高質(zhì)量的科研作為支撐，高質(zhì)量的科研也需要高質(zhì)量的教學(xué)實現(xiàn)其價值，教學(xué)和科研的相互滲透是創(chuàng)新性專業(yè)人才的培養(yǎng)基礎(chǔ)[4]。2011年，國家主席胡錦濤指出：“全面提高高等教育質(zhì)量，必須大力增強(qiáng)科學(xué)研究能力……以高水平科學(xué)研究支撐高質(zhì)量高等教育。要積極推動協(xié)同創(chuàng)新?！盵5]《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（ 2010—2020年）》指出，要“促進(jìn)科研與教學(xué)互動”。可見，“基于科研資源重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容”對有效提升高等教育的教學(xué)質(zhì)量和促進(jìn)創(chuàng)新專業(yè)人才培養(yǎng)具有非常重要的意義。

一、教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)的路徑

結(jié)合徐州工程學(xué)院新建本科高校的實際情況和培養(yǎng)創(chuàng)新應(yīng)用型人才的需要，以組建“教學(xué)+科研”團(tuán)隊和基于教學(xué)內(nèi)容申請科研項目為手段，形成基于科研資源的土木工程材料教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)路徑（圖1）?！耙恢骶€”闡述了教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)以提高課程教學(xué)效果為目的;“二方式”體現(xiàn)了基于科研資源重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容的兩個重要優(yōu)勢，即工程背景強(qiáng)和前沿性突出;“三能力”層層遞進(jìn)，為學(xué)生將來的發(fā)展積累工程能力、辯證思維能力和知識運(yùn)用能力。該路徑有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的深度和廣度，有助于提高教學(xué)質(zhì)量，確保學(xué)生知識、能力和素質(zhì)的綜合培養(yǎng)。

二、教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)的實現(xiàn)方式與應(yīng)用

（一）用科研成果重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容

依托科研課題“機(jī)場道面劣化的能量特征”與教學(xué)改革課題“機(jī)場混凝土道面科研資源轉(zhuǎn)化為土木工程材料課程內(nèi)容的研究與實踐”，建立科研資源與教學(xué)內(nèi)容之間的聯(lián)系。以混凝土強(qiáng)度為例，重點闡述以科研資源重構(gòu)土木工程材料教學(xué)內(nèi)容的實踐。

物質(zhì)在能量驅(qū)動下的狀態(tài)失穩(wěn)是其破壞的本質(zhì)[6]。水泥混凝土是土建工程最重要的土木工程材料，外界對其侵蝕、擾動與碳化等均伴隨著能量的輸入與輸出。而水泥混凝土的破壞及延長使用壽命的修復(fù)過程也是能量轉(zhuǎn)化的過程。例如，機(jī)場混凝土道面的破壞是外界對其輸入的能量達(dá)到儲存能量極限時突然釋放的結(jié)果。在進(jìn)行機(jī)場混凝土道面設(shè)計時，要求其在設(shè)計使用壽命內(nèi)承受各種飛機(jī)動載的多頻次作用，而道面結(jié)構(gòu)不發(fā)生損壞。機(jī)場混凝土道面的設(shè)計等級不同，混凝土的強(qiáng)度等級要求也不相同。因此，研究混凝土強(qiáng)度等級對其破壞過程中的能量演化規(guī)律，有助于學(xué)生全方位、立體化了解混凝土在機(jī)場道面工程中的應(yīng)用。

應(yīng)用“123”土木工程材料教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)路徑，以混凝土強(qiáng)度等級對機(jī)場道面劣化過程中的能量演化規(guī)律重構(gòu)中心內(nèi)容，聯(lián)合混凝土強(qiáng)度的測定方法、強(qiáng)度等級劃分等內(nèi)容，拓展引入物質(zhì)破壞的能量計算方法，分析混凝土強(qiáng)度等級對其破壞的影響機(jī)制，從而對機(jī)場道面工程管理提出有益建議。

（三）用科研培養(yǎng)學(xué)生的競爭力

學(xué)生的未來競爭力體現(xiàn)為工程能力、辯證思維能力和知識運(yùn)用能力。工程能力和知識運(yùn)用能力相輔相成，主要體現(xiàn)在課堂知識如何運(yùn)用到工程實踐中去，而辯證思維能力是權(quán)衡利弊、綜合考量、全方位分析信息的能力。競爭力的培養(yǎng)來自課程學(xué)習(xí)的點點滴滴，也是教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)的核心要義。

通過公式（2）（3）和（4）的計算，得出混凝土強(qiáng)度對彈性能密度和耗散能密度的影響。結(jié)合圖3、圖4引導(dǎo)學(xué)生讀圖，提高學(xué)生對數(shù)據(jù)深層挖掘的能力。引導(dǎo)學(xué)生分析 “混凝土強(qiáng)度越高，其儲備彈性能的能力越強(qiáng)”和“混凝土強(qiáng)度越高，破裂時需要的耗散能更多，越不容易破壞”的結(jié)論，讓學(xué)生逐步練就邏輯分析能力。

水泥混凝土劣化破壞的危險性與其能量演化特征密切相關(guān)。為使學(xué)生更好地掌握混凝土強(qiáng)度對其破壞危險性的影響，特引入混凝土沖擊能，定義為應(yīng)力-應(yīng)變曲線上混凝土峰值強(qiáng)度前儲存的能量與峰值后穩(wěn)定破壞所需要的能量比，如圖3所示。沖擊能指數(shù)Ke=E/Es，Ke值越大，混凝土突然劣化的危險性就越大。研究表明，Ke值不小于2.0時，混凝土突然劣化破壞危險性強(qiáng)烈;Ke值小于2.0且不小于1.0時，混凝土突然劣化破壞危險性中等;Ke值小于1.0時，混凝土無突然劣化破壞的危險性[8]。

通過計算得出不同強(qiáng)度混凝土沖擊能，C60混凝土的Ke值為2.31，表現(xiàn)為突然劣化破壞危險性強(qiáng)烈，C45和C30混凝土的Ke值分別為1.83和1.68，表現(xiàn)為突然劣化破壞危險性中等，演化出“混凝土強(qiáng)度越高，危險性越大”，是“混凝土的強(qiáng)度越高，其儲備彈性能的能力越強(qiáng)”結(jié)論的延續(xù)與發(fā)展，但與“混凝土強(qiáng)度越高，越不容易破壞”的結(jié)論相悖?；诖?，向?qū)W生傳授工程實踐中所涉及的復(fù)雜性與綜合性，讓學(xué)生理解混凝土強(qiáng)度的兩面性，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

工程能力和知識運(yùn)用能力的培養(yǎng)，體現(xiàn)在科研結(jié)論對實踐的指導(dǎo)意義上。在重復(fù)飛機(jī)動載的作用下，機(jī)場混凝土道面的強(qiáng)度等級越高，儲存彈性能的極值越大，發(fā)生劣化破壞所需要的能量越多，發(fā)生劣化破壞的可能性越小?；谀芰糠治龅慕Y(jié)論可知，機(jī)場道面混凝土強(qiáng)度等級越高，其突然劣化破壞危險等級越高，則發(fā)生突然劣化破壞的可能性就越大。這就需要機(jī)場設(shè)計工作者根據(jù)工程實踐，選擇合適的混凝土強(qiáng)度，從而對工程進(jìn)行質(zhì)量控制和成本控制，這也是土建類專業(yè)中工程管理和工程造價的一部分。

三、結(jié)語

錢偉長院士曾說：“教學(xué)沒有科研做底蘊(yùn)，就是一種沒有觀點的教育，沒有靈魂的教育，教學(xué)和科研是一種互動關(guān)系、相長關(guān)系?！蓖ㄟ^以科研資源重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)實踐，教材成為“有我式”教材，延伸了課程內(nèi)容，拓展了學(xué)生知識面，有助于學(xué)生工程能力、辯證思維能力和知識運(yùn)用能力的培養(yǎng)。同時，在一定程度上提高教師的教學(xué)水平，增強(qiáng)學(xué)生的求知欲和主動性，教學(xué)效果提升顯著。參考文獻(xiàn)：

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