土木工程材料課程項目化教學(xué)模式構(gòu)建★

季 濤，張士萍，牛龍龍

(南京工程學(xué)院建筑工程學(xué)院,江蘇 南京 211167)

0 引言

土木工程材料課程為應(yīng)用型本科院校土木工程和城市地下空間工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課,學(xué)好該課程對結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工管理、勘察監(jiān)理意義重大。傳統(tǒng)的土木工程材料課程授課以理論講授形式為主,多年的教學(xué)實踐發(fā)現(xiàn)單一的理論知識灌輸已經(jīng)很難滿足一流應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)要求,主要表現(xiàn)在：1)教學(xué)內(nèi)容側(cè)重理論,枯燥無味,學(xué)生積極性差,參與度低;2)教學(xué)環(huán)節(jié)與應(yīng)用脫節(jié),單一理論灌輸無法學(xué)以致用,課堂與市場隔離,難以激發(fā)學(xué)生熱情;3)教學(xué)設(shè)計陳年不變,在社會科學(xué)技術(shù)飛速進步的大環(huán)境下,學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)滯后社會、行業(yè)發(fā)展需求[1]?；谏鲜鰡栴},授課教師與大學(xué)生實訓(xùn)基地企業(yè)工程師一起,根據(jù)本專業(yè)畢業(yè)生所面向的職業(yè)崗位,對課程中主要模塊“混凝土材料”進行了案例化、項目化教學(xué)創(chuàng)新實踐,努力將學(xué)生培養(yǎng)成為具有混凝土工程材料和設(shè)備組織、施工和養(yǎng)護管理、性能測試分析和調(diào)控能力的專業(yè)技術(shù)人才。

1 應(yīng)用型本科院校土木工程材料課程項目化教學(xué)模式構(gòu)建

在“崗課賽證”融通教學(xué)改革背景下,以應(yīng)用型本科院校土建施工類課程——《土木工程材料》為例,探索項目化教學(xué)模式。

1.1 教學(xué)目標——結(jié)合大綱和實際需求,確定教學(xué)目標及重難點

在調(diào)研現(xiàn)代土木工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工流程和混凝土原材料的基礎(chǔ)上,結(jié)合一年一度的“全國大學(xué)生混凝土材料設(shè)計大賽”,根據(jù)國家建造師證書《混凝土的技術(shù)性能和應(yīng)用》的考核知識點,本項目要求學(xué)生在“超高層建筑混凝土材料設(shè)計”中,試配不同構(gòu)件用混凝土材料,做到“課崗賽證”融通[2]。

根據(jù)典型混凝土工程中的“設(shè)計、施工、變更、驗收”4個過程,設(shè)計為項目化教學(xué)中的“設(shè)計方案、實施方案、優(yōu)化方案、評價總結(jié)”4個環(huán)節(jié),結(jié)合校內(nèi)實驗室平臺和校外實訓(xùn)基地、施工現(xiàn)場、仿真軟件、在線教材等資源,學(xué)習(xí)任務(wù)與工作任務(wù)對接,學(xué)習(xí)過程與競賽流程融合,學(xué)歷證書與職業(yè)資格證書互補[3]。該版塊的項目整體設(shè)計思路如圖1所示。

根據(jù)“課崗賽證”融通的要求,確定混凝土材料版塊的教學(xué)目標,包括素質(zhì)目標、知識目標和能力目標(見圖2)。同時,根據(jù)畢業(yè)生工作崗位所需能力要求確定本項目的教學(xué)重點,根據(jù)崗位的具體內(nèi)容、課程平臺學(xué)生學(xué)習(xí)反饋數(shù)據(jù)和學(xué)生現(xiàn)階段情況,并結(jié)合往屆教學(xué)過程中的教學(xué)經(jīng)驗與反思,確定本項目的教學(xué)難點(見圖2)。

1.2 學(xué)情分析——依托平臺數(shù)據(jù)學(xué)生反饋,結(jié)合經(jīng)驗分析學(xué)生情況

主要從“中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)”的科學(xué)精神、學(xué)習(xí)技能、責(zé)任擔(dān)當、實踐創(chuàng)新4個方面分析學(xué)情。班級學(xué)生通過公共基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí),在各方面已有一定基礎(chǔ),他們在理性思維、信息收集、動手意識等方面較為突出,能查閱技術(shù)資料,動手能力強,但在批判質(zhì)疑、創(chuàng)新突破、社會責(zé)任等方面還需進一步提高。本班學(xué)生發(fā)展核心素質(zhì)平均情況見圖3(a)。

學(xué)生通過前面兩個板塊內(nèi)容的學(xué)習(xí)已經(jīng)初步掌握了土木工程材料的基本性質(zhì)種類和水泥的膠凝作用原理,借助視屏能手工攪拌出混凝土拌合物。但是,他們對混凝土的具體性能參數(shù)還不了解,對性能的調(diào)控手段還不清晰,對混凝土的發(fā)展空間缺乏想象,對自己作為技術(shù)人才在經(jīng)濟建設(shè)和社會事業(yè)中的使命擔(dān)當還不明確。本班學(xué)生專業(yè)能力平均情況見圖3(b)。

1.3 教學(xué)策略——解讀案例挖掘知識點,項目收攏提升應(yīng)用水平

課程采用“案例引領(lǐng)、項目驅(qū)動”的教學(xué)法進行,與典型混凝土工程施工流程對應(yīng),具體教學(xué)實施中采用啟發(fā)式、討論式、探究式教學(xué)[4]。

以典型混凝土工程案例為載體,對混凝土的組成原料種類、原料性質(zhì)、原料用量以及它們對混凝土技術(shù)性質(zhì)的影響剝絲抽繭,通過啟發(fā)式和討論式教學(xué)梳理出理論知識點,將理論知識與實際工程結(jié)合在一起,使抽象知識具體化,使枯燥講授生動化(圖4為案例教學(xué)剖析混凝土技術(shù)性能知識點)。

以設(shè)計超高層建筑混凝土材料項目為載體,將學(xué)生劃分為6個小組,依次命名為地坪墊層、基礎(chǔ)承臺、基礎(chǔ)底板、低層梁、高層柱和高層板,每個小組的混凝土材料設(shè)計對應(yīng)超高層建筑不同構(gòu)件,在混凝土的流動性、強度和耐久性參數(shù)上有顯著區(qū)分,每個小組完成的任務(wù)重難點一致,但各有特色,一組成果,全班學(xué)習(xí)和討論,事半功倍。項目教學(xué)分組設(shè)計混凝土配合比(見圖4)。

2 項目化教學(xué)實施過程

2.1 解讀工程案例挖掘理論知識點,為配置混凝土實踐做準備

通過收集與加工處理不同的實際混凝土生產(chǎn)、運輸、施工視屏,通過不同工程案例挖掘相關(guān)的理論知識點,并將這些理論知識點與實際工程結(jié)合在一起,賦予理論知識點實踐生命力。構(gòu)建“混凝土組成材料種類和性質(zhì)”和“混凝土的基本性質(zhì)和測試方法”兩大理論知識體系,并在理論體系間架構(gòu)“組成-結(jié)構(gòu)-性能”聯(lián)系橋梁,夯實學(xué)習(xí)任務(wù)1(認識原料種類,了解性質(zhì)作用)和2(辨析商混凝土性質(zhì),掌握測試方法),為學(xué)生實踐配置混凝土提供理論武器。經(jīng)過理論學(xué)習(xí),學(xué)生基本認識到不同結(jié)構(gòu)混凝土技術(shù)性質(zhì)的差異,同時掌握配置不同技術(shù)性質(zhì)混凝土需要的原材料種類。與簡單灌輸相比,學(xué)生通過聯(lián)系實際混凝土工程,在實踐時篩選材料知其然且知其所以然,提升了科學(xué)素養(yǎng),學(xué)習(xí)效果得到保證[5]。

2.2 案例變式由淺入深,仿真軟件過渡實踐

四組分混凝土配比作為母案例,通過混凝土性能的變化引入不同的子案例,通過案例分析混凝土材料設(shè)計配合比的變化,難度上由淺入深,原理上一貫相承,逐步過渡到現(xiàn)代六組分混凝土配合比設(shè)計方法和原理(見圖5)。以案例為主體,通過實例的反復(fù)練習(xí),使學(xué)生掌握混凝土配合比的設(shè)計和調(diào)整方法,在不講理論方法的過程中使學(xué)生掌握方法,最后再引導(dǎo)學(xué)生逐步總結(jié)歸納“混凝土配合比設(shè)計理論和方法”。

以設(shè)計超高層建筑混凝土材料項目為載體,為6個小組分配混凝土材料設(shè)計任務(wù)。學(xué)生經(jīng)過小組討論后,借助“混凝土配合比數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)”,根據(jù)篩選的原材料種類和計算出的相對用量,在仿真軟件中經(jīng)過虛擬實驗得到相關(guān)的混凝土性能參數(shù),并與理論設(shè)計參數(shù)進行對比,驗證設(shè)計的配合比合理性,再對設(shè)計的配合比進行調(diào)整,避免制備出的實際混凝土材料技術(shù)性質(zhì)與設(shè)計指標差別太大。

2.3 實踐展成果,依托院企合作平臺互動交流

不同組別同學(xué)進行成果展示與評價,在達到項目要求的任務(wù)驅(qū)動下,學(xué)生學(xué)習(xí)興趣持續(xù)激發(fā),學(xué)生分析問題解決問題的能力持續(xù)培養(yǎng),學(xué)生自主學(xué)習(xí)及與他人協(xié)作的能力持續(xù)提高[6]。根據(jù)設(shè)定的材料配合比,在實驗室攪拌混凝土并進行性能測試單組展示,其他組同學(xué)全程進行觀察和思考,對于能正確指出操作錯誤并總結(jié)歸納的學(xué)生,教師在評價時給予增值評價。鼓勵學(xué)生設(shè)計多組配合比,進行對比分析,優(yōu)中選優(yōu)。

在本任務(wù)實施過程中,架設(shè)院企合作溝通平臺,企業(yè)工程師與學(xué)生進行互動交流,讓學(xué)生發(fā)掘理論與實際的差異,引導(dǎo)學(xué)生“理論-實踐-再理論-再實踐”,在實踐中不斷修正理論,用理論不斷指導(dǎo)再實踐。同時,企業(yè)工程師引入新素材(新原材料),引導(dǎo)學(xué)生通過配合比優(yōu)化創(chuàng)新,帶領(lǐng)學(xué)生進行系統(tǒng)能效分析,分析混凝土配合比設(shè)計的經(jīng)濟效益和社會效益,最終讓學(xué)生提升專業(yè)使命感和專業(yè)成就感,讓學(xué)生以更高的熱情學(xué)習(xí)專業(yè)知識,提高專業(yè)技能[7](見圖6)。

2.4 多元多維評價,關(guān)注全班成長,注重個體增值

在整個學(xué)習(xí)過程中,進行多元、多維過程評價,并結(jié)合增值評價,關(guān)注整個班級的學(xué)習(xí)情況,關(guān)注每位學(xué)生的成長過程。學(xué)生完成任務(wù)3(熟悉設(shè)計方法,剖析設(shè)計原理)和任務(wù)4(對比效益指標,優(yōu)化設(shè)計配比)后,通過組內(nèi)自評、組間互評、教師評價、企業(yè)導(dǎo)師點評進行多元評價,綜合配合比設(shè)計、專業(yè)軟件使用、實訓(xùn)操作、互動交流和課后作業(yè),進行多維評價,全過程關(guān)注全班學(xué)生。對于每一位學(xué)生,通過增值評價,關(guān)注學(xué)生個體變化,關(guān)注個體發(fā)展?jié)撃?。其?過程評價占比80%,增值評價占比20%,加權(quán)平均作為平時成績(見表1,表2)。

表1 版塊3超高層建筑混凝土材料設(shè)計——過程評價表

表2 版塊3超高層建筑混凝土材料設(shè)計——增值評價表

3 學(xué)習(xí)成效

混凝土材料版塊教學(xué)任務(wù)完成后,通過成果和平臺反饋的數(shù)據(jù),可以發(fā)現(xiàn)學(xué)生們發(fā)展核心素質(zhì)均有提高,特別是在專業(yè)使命、探索創(chuàng)新、責(zé)任擔(dān)當?shù)确矫嬗辛撕艽筇岣摺?/p>

全班6個組在“超高層建筑混凝土材料設(shè)計”項目中發(fā)揮各自作用,完成結(jié)構(gòu)構(gòu)件混凝土材料試配的建設(shè)任務(wù),支撐整個超高層建筑施工過程中的混凝土材料需求。通過過程評價和增值評價加權(quán),全班66位學(xué)生中60位最終成績達到80分以上。6名學(xué)生成績相對較低的原因是有一組混凝土成型過程中沒有將混凝土振搗密實,導(dǎo)致硬化后的混凝土試件表面出現(xiàn)孔洞,但拆模后他們小組能及時發(fā)現(xiàn)問題,重新進行了混凝土成型,對最終結(jié)果沒有造成影響。

經(jīng)過混凝土材料版塊內(nèi)容的學(xué)習(xí),班級中學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情被重新激發(fā),并向著更高更遠的目標挑戰(zhàn)自己。基礎(chǔ)底板組的部分同學(xué)趁熱打鐵,組隊報名準備參加2023年的第十二屆全國混凝土設(shè)計大賽,以輕質(zhì)高強主題為混凝土特性,經(jīng)過師生多輪交流探討,篩選出了橡膠顆粒及環(huán)氧樹脂增韌材料,確立了混凝土材料的原材料組成和初步配合比,并進行了“混凝土彈性球”初步制備。下一步,競賽組同學(xué)將緊密圍繞混凝土球裂縫發(fā)展和抑制,進一步優(yōu)化材料組成和制作工藝,以提高混凝土球的彈性和韌性?；炷敛牧习鎵K實施后的學(xué)習(xí)成效見圖7。

4 結(jié)語

本文在“崗課賽證”融通教學(xué)改革背景下,以應(yīng)用型本科院校土建施工類課程——《土木工程材料》為例,探索了混凝土材料版塊項目化教學(xué)實施模式。結(jié)果表明,項目化教學(xué)可有效豐富學(xué)生的理論知識,拓展學(xué)生的實踐能力,增強學(xué)生的就業(yè)崗位技能,激發(fā)學(xué)生的探索和創(chuàng)新熱情,提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)和團隊協(xié)作等可持續(xù)發(fā)展能力。