新工科背景下《土木工程材料》课程实验教改

严敏嘉1,2，蒋明辉1,*，谭思蓉1,2，何夏萱1，黄  岚1  

（1.广西民族大学 建筑工程学院，广西 南宁 530006；2.武汉理工大学 土木工程与建筑学院，湖北 武汉 430070）

[摘  要]：我国土木工程行业发展日新月异，对于我国未来的经济社会发展十分重要。《土木工程材料》课程试验具有较强的理论性、综合性及实践性，是土木工程专业的学科基础课。针对目前高校开设的《土木工程材料》课程实验，基于高校现有的教学体系，本文从“新工科”建设背景角度出发，对该课程的实验教学方法做出相应的探索和改进。改革后的教学方法能够培养学生的专业能力。本次教学改革的优化方式，可为高校其他工科课程教学改革提供新的思路。

[关键词]：新工科；土木工程材料；实验；教学改革

[基金项目]：  2021年度广西高等教育本科教学改革工程项目（新工科背景下《土木工程材料》课程与化学工程与工艺专业课程融合教学的探索与实践，2021JGA170）；2021年度广西高等教育教学改革工程项目（基于弘扬广西少数民族文化色彩的建筑学设计色彩课程教学的探索与实践，2021JGA169）；2019年度广西民族大学校级高等教育教学改革工程立项项目（以创新创业教育为导向的民族院校《土木工程材料》课程教学方法探索与实践，2019XJGY38）。【基金前两个发布单位：教育厅但是要求不标注！】

[作者简介]：严敏嘉（1991-），女，湖北宜昌人，广西民族大学建筑工程学院讲师，土木工程博士，从事土木工程专业教育工作；蒋明辉（1983-），女，湖南东安人，广西民族大学建筑工程学院教师（通讯作者），高级工程师，土木工程硕士，从事土木工程专业教育工作。

[中图分类号]：TU-85  [文献标识码]：A   

为适应当今世界新一轮科技革命和产业变革的新趋势，我国教育部提出把全面振兴本科教育作为新时代高等教育改革发展的核心任务，改造、升级传统工科专业，并加快建设、发展“新工科”专业，进一步提高人才培养质量^[1-4]。

我国土木工程行业发展日新月异，对于我国未来的经济社会发展十分重要，因此，亟需各大高校培养出更高质量的、更适应行业发展需求的土木工程专业人才^[5-8]。在“新工科”建设要求下，高校培养土木工程专业人才的目标不仅应要求其具有充足的技术力量和知识储备，且应具有人文情怀、科学精神和民族团结精神，以适应社会、行业发展对人才素质不断提高的要求^[9]。

目前高校开设的《土木工程材料》课程试验，具有较强的理论性、综合性及实践性，不仅是土木工程专业的学科基础课，同时也是其他工程类专业（如建筑学、工程管理等专业）的重要课程。因此，首先针对该课程进行教学改革的探索对土木工程及其他工程类专业的教学改革具有重要意义。本文首先阐述了国内教学改革研究现状、课程实验教学存在的问题，然后提出了相应的教学改革方法，以期提升该课程实验的教学质量并推进至其他工科课程的教学改革中。

一、国内教学改革研究现状

土木工程材料试验是该课程教学应用的重要环节，多为演示性、对比性和验证性试验，学生按部就班地完成试验、得到预期的结果，并不利于学生突破试验规程或步骤进行创新。狄娜^[10]分析了土木工程材料实验的现状和常见问题，并通过优化实验课教学内容、加强实验教学等方式对实验教学改革问题进行深入探究。曹甫臣^[11]从多方面、多角度对当下土木工程材料实验教学中存在的问题进行阐述，并结合实际现状及发展需求提出了以素质教育核心培养为改革方向的优化措施。针对土木工程材料课程基础实验教学中存在的问题，朱朝艳等^[12]对实验教学进行改革，形成实验教学新体系以保证教学的深度和广度。杨捷^[13]针对土木工程材料实验教学中存在基础试验实践性不强等问题，提出加强对材料研发情况的讲解等措施。刘杏^[14]通过将土木工程材料实验课程独立设置、实验内容的整合更新等方式，调动学生参与基础试验环节的积极性和主动性。

由于该课程试验对象为常见土木工程材料，且尚未引导和鼓励学生研究、探索其他材料是否适用于工程。同时，针对新型土木工程材料的探索和研究对推动其应用、普及具有重要意义。因此，提倡针对该课程的创新性试验尤为重要。段海娟等^[15]分析传统土木工程材料实验教学的不足，结合多年教学实践经验引入研究性实验的教学模式。尹世平等^[16]经过实践教学探索和对相关研究成果的分析，提出了构筑创新型实验教学平台的措施，使学生有足够的时间和条件开展创新性实验研究活动。根据土木工程材料课程特点，张武满等^[17]基于设计性试验，建立试验与实际工程相结合、试验与专业设计大赛相结合的多元化人才培养体系。

在传统的《土木工程材料》实验教学中，演示性、验证性实验占据着主导地位，不利于培养学生应用知识的能力和创新意识。因此，文泉霖等^[18]指出需要采用开放性的实验方案和综合性的实验模式并在此基础上同步优化实验教学资源配置。田冬梅^[19]将实验教学分为开放性和创新性环节，将理论知识与实验过程相联系有助于培养学生的工程素养和创新能力。为强化土木工程材料实验教学成效，陈伟等^[20]将设计试验融入教学内容，激发学生的学习积极性，提升学生的实践技能、操作技能、创新技能。

二、课程实验教学存在的问题

根据上述研究现状可知，广大学者对《土木工程材料》课程试验方面已经进行了大量研究，并取得了很丰富的研究成果，为该课程实验教学改革奠定了坚实的基础。但围绕《土木工程材料》课程进行教学改革的研究仍有待完善。

首先，目前高校开设的《土木工程材料》课程实验，通行教育方式是在课堂上讲解课件和课本，并设置一些验证性试验辅助学习。在学习过程中，学生会直接接受相应的标准、规范、规程和指南，缺乏对其的理解和反思，久而久之便难以突破工程思维惯性的约束。

其次，在课堂教学中，学生自主学习积极性不高、学习质量低下，故亟需对教学模式进行调整，因此对教师、学生的素质及能力提出了新的要求。高校在人才培养过程中也存在一些问题，例如以“教师为中心、教材为中心、讲授为中心”的传统培养模式仍然存在、实践教学等创新培养体系不完善等。

此外，目前相关教学改革研究成果集中在实验教学模式改革及内容优化整合、网络学习平台应用、建设智慧建筑仿真实验中心等方面，仅从工程应用的角度向学生讲解工程材料的性能及其应用，导致学生无法形成工程材料的完整知识体系，也不能为土木工程材料课程试验及自主创新性试验提供必要的知识基础。因此，需要对《土木工程材料》课程试验教学改革进行更深入的研究。

三、课程实验教学改革的探索与尝试

《土木工程材料》课程试验的教学目的是使学生熟悉并掌握土木工程材料的基本知识、基本性能及应用方法，对该课程实验教学模式进行改革，使得高校在“新工科”背景下，结合时代发展要求培养高素质复合型人才，并具备相应的专业能力。根据第一节、第二节所述内容，本节从“新工科”建设背景出发，对该课程实验提出相应的教学改进方法如下。

3.1 提升课堂教学质量

在“新工科”建设要求下，将“以教师为中心”转变为“以学生为中心”，教师优化课程教学，在教学过程中增设传统/新型土木工程材料知识点，以提升理论教学质量。

目前《土木工程材料》课程教学内容多为现阶段常见的土木工程材料，其范围远远小于该专业涉及到的所有工程材料。基于此，教师可讲述土木工程材料的发展历史、现状和未来趋势，让学生思考土木工程材料发展过程中存在的影响因素，并根据案例选用不同类型的工程材料对原有材料进行代替和补充，以期能更充分发挥各种材料的优越性。这样能够避免学生对各种工程材料不太了解便不敢使用，又或“因循旧规”对新型材料持怀疑态度，不仅促进化学工程与工艺专业的发展和推广，同时有助于《土木工程材料》课程内容的丰富。

此外，《土木工程材料》课程涉及土木工程专业中多种常用材料及其性能，每一章所讲述的都是相互独立的一种或一类工程材料。在教学过程中，教师可将各种材料性质的相似或相反之处向学生展示，凸显材料特征性质的同时也能够加深学生对各材料性质的理解。上述方法能够使学生进行多角度地学习，有助于揭示各种材料之间相似与不同之处的根本原因，将狭隘、零散的理论整合完善，让学生更好地掌握各种材料的性能，进而更好地掌握学习技巧。

3.2 倡导研发新型材料

土木工程材料种类繁多且与实际工程应用紧密相连，每种工程材料及其产品都具有相应的技术标准且随社会发展而不断地革新、完善。随科学技术的进步，传统土木工程材料逐渐更替为新型土木工程材料。因此，教师可讲述土木工程材料的发展历史、现状和未来趋势，既可以让学生思考土木工程材料发展过程中存在的影响因素，又能够引导学生积极探索新型材料，研发出更多绿色、安全、智能化的材料。以混凝土为例，其原材料在生产、开发和应用过程中，应节约资源和能源、减少废气废料排放并尽可能减少对环境的危害，所以可以采用化学工程与工艺专业理论知识对其综合性能进行有效改善，引导学生积极探索新型材料，如回收工业废料粉煤灰、硅灰、粒化高炉矿渣粉对混凝土进行改性，实现节约水泥、改善混凝土的性能、调节混凝土的强度。

在介绍土木工程材料未来发展趋势时，教师可以通过实例和数据向学生介绍我国土木工程新型材料在实际工程中的应用，培养学生的专业情感。例如，海绵城市建设中的透水混凝土、核壳复合结构相变微胶囊等，既提升了工程品质也改善了人类生活质量。基于绿色建筑和高新技术的发展趋势，教师在课堂上分别展现环保节能材料和不断攻克技术难关的工程材料实例，增强学生民族自豪感的同时亦可从人类可持续发展的角度出发指导学生进行自主创新试验，倡导学生研发出更多绿色节能、安全环保、智能化的材料。以上教学活动可以鼓励学生与时俱进、树立环保节能理念，同时利用新知识完善学生的知识结构、提升其综合能力，并让学生理解“新工科”背景下的“工匠精神”，更好地为社会主义现代化建设服务。

3.3开展自主设计创新性实验

在此基础上，教师根据《土木工程材料》课程试验改革目标编写试验指导书，指导学生自主学习仪器设备的使用、操作步骤和数据处理方法。然后，学生自由分组、合理分工，进入实验室开展试验并完成试验任务。这样使得学生由被动灌输知识转变为主动加工信息，有利于培养学生的学习能力并激发其主动性和积极性。同时培养学生善于思考和积极行动的能力，不断丰富和发展该课程实验，以培养学生综合能力为目标，并与现代土木工程行业的发展、技术同步。

四、结语

本次《土木工程材料》教学改革是基于我国“新工科”建设要求、土木工程行业人才培养需求，能够提高学生对《土木工程材料》课程的学习兴趣，引导学生在学习土木工程材料光辉发展历程，增强民族自豪感、培养专业情感，同时培养学生顺应我国可持续发展潮流、树立环保节能的理念。同时开展自主设计创新型试验，增强学生们的学习能力和探究精神，促进学生自主探索出土木工程新型材料的创新设计和优化方法。

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Experimental Teaching Reform of Civil Engineering Materials in Universities under the Background of New Engineering

 YAN Min-jia^1,2, JIANG Ming-hui^1,*, TAN Si-rong^1,2, HE Xia-xuan¹, HUANG Lan¹

(1.School of Civil Engineering and Architecture, Guangxi University for Nationalities, Guangxi Nanning 530006, China; 2. School of Civil Engineering and Architecture, Wuhan University of Technology, Hubei Wuhan 430070, China)

Abstract: Civil engineering industry changes with each passing day, and it is very important for the future economic and social development. The course test of "Civil Engineering materials" has strong theoretical, comprehensive and practical characteristics, which is the basic course of civil engineering major. Based on the current teaching system of the course test of "Civil Engineering materials" in universities, this paper explores and improves the experimental teaching methods of the course from the perspective of the construction of new engineering. The reformed teaching method can cultivate students' professional ability. The optimization method of this teaching reform can provide new ideas for the teaching reform of other engineering courses in universities.

Key words: new engineering; civil engineering materials; experimental; teaching reform