土木工程材料課程項目化教學模式構建★

季 濤，張士萍，牛龍龍

(南京工程學院建筑工程學院,江蘇 南京 211167)

0 引言

土木工程材料課程為應用型本科院校土木工程和城市地下空間工程專業的一門專業基礎課,學好該課程對結構設計、施工管理、勘察監理意義重大。傳統的土木工程材料課程授課以理論講授形式為主,多年的教學實踐發現單一的理論知識灌輸已經很難滿足一流應用型本科人才培養要求,主要表現在：1)教學內容側重理論,枯燥無味,學生積極性差,參與度低;2)教學環節與應用脫節,單一理論灌輸無法學以致用,課堂與市場隔離,難以激發學生熱情;3)教學設計陳年不變,在社會科學技術飛速進步的大環境下,學生創新能力培養滯后社會、行業發展需求[1]?；谏鲜鰡栴},授課教師與大學生實訓基地企業工程師一起,根據本專業畢業生所面向的職業崗位,對課程中主要模塊“混凝土材料”進行了案例化、項目化教學創新實踐,努力將學生培養成為具有混凝土工程材料和設備組織、施工和養護管理、性能測試分析和調控能力的專業技術人才。

1 應用型本科院校土木工程材料課程項目化教學模式構建

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

1.1 教學目標——結合大綱和實際需求,確定教學目標及重難點

在調研現代土木工程鋼筋混凝土結構施工流程和混凝土原材料的基礎上,結合一年一度的“全國大學生混凝土材料設計大賽”,根據國家建造師證書《混凝土的技術性能和應用》的考核知識點,本項目要求學生在“超高層建筑混凝土材料設計”中,試配不同構件用混凝土材料,做到“課崗賽證”融通[2]。

根據典型混凝土工程中的“設計、施工、變更、驗收”4個過程,設計為項目化教學中的“設計方案、實施方案、優化方案、評價總結”4個環節,結合校內實驗室平臺和校外實訓基地、施工現場、仿真軟件、在線教材等資源,學習任務與工作任務對接,學習過程與競賽流程融合,學歷證書與職業資格證書互補[3]。該版塊的項目整體設計思路如圖1所示。

根據“課崗賽證”融通的要求,確定混凝土材料版塊的教學目標,包括素質目標、知識目標和能力目標(見圖2)。同時,根據畢業生工作崗位所需能力要求確定本項目的教學重點,根據崗位的具體內容、課程平臺學生學習反饋數據和學生現階段情況,并結合往屆教學過程中的教學經驗與反思,確定本項目的教學難點(見圖2)。

1.2 學情分析——依托平臺數據學生反饋,結合經驗分析學生情況

主要從“中國學生發展核心素養”的科學精神、學習技能、責任擔當、實踐創新4個方面分析學情。班級學生通過公共基礎課程的學習,在各方面已有一定基礎,他們在理性思維、信息收集、動手意識等方面較為突出,能查閱技術資料,動手能力強,但在批判質疑、創新突破、社會責任等方面還需進一步提高。本班學生發展核心素質平均情況見圖3(a)。

學生通過前面兩個板塊內容的學習已經初步掌握了土木工程材料的基本性質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還不了解,對性能的調控手段還不清晰,對混凝土的發展空間缺乏想象,對自己作為技術人才在經濟建設和社會事業中的使命擔當還不明確。本班學生專業能力平均情況見圖3(b)。

1.3 教學策略——解讀案例挖掘知識點,項目收攏提升應用水平

課程采用“案例引領、項目驅動”的教學法進行,與典型混凝土工程施工流程對應,具體教學實施中采用啟發式、討論式、探究式教學[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、原料用量以及它們對混凝土技術性質的影響剝絲抽繭,通過啟發式和討論式教學梳理出理論知識點,將理論知識與實際工程結合在一起,使抽象知識具體化,使枯燥講授生動化(圖4為案例教學剖析混凝土技術性能知識點)。

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

2 項目化教學實施過程

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、運輸、施工視屏,通過不同工程案例挖掘相關的理論知識點,并將這些理論知識點與實際工程結合在一起,賦予理論知識點實踐生命力。構建“混凝土組成材料種類和性質”和“混凝土的基本性質和測試方法”兩大理論知識體系,并在理論體系間架構“組成-結構-性能”聯系橋梁,夯實學習任務1(認識原料種類,了解性質作用)和2(辨析商混凝土性質,掌握測試方法),為學生實踐配置混凝土提供理論武器。經過理論學習,學生基本認識到不同結構混凝土技術性質的差異,同時掌握配置不同技術性質混凝土需要的原材料種類。與簡單灌輸相比,學生通過聯系實際混凝土工程,在實踐時篩選材料知其然且知其所以然,提升了科學素養,學習效果得到保證[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,逐步過渡到現代六組分混凝土配合比設計方法和原理(見圖5)。以案例為主體,通過實例的反復練習,使學生掌握混凝土配合比的設計和調整方法,在不講理論方法的過程中使學生掌握方法,最后再引導學生逐步總結歸納“混凝土配合比設計理論和方法”。

以設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計任務。學生經過小組討論后,借助“混凝土配合比數據挖掘系統”,根據篩選的原材料種類和計算出的相對用量,在仿真軟件中經過虛擬實驗得到相關的混凝土性能參數,并與理論設計參數進行對比,驗證設計的配合比合理性,再對設計的配合比進行調整,避免制備出的實際混凝土材料技術性質與設計指標差別太大。

2.3 實踐展成果,依托院企合作平臺互動交流

不同組別同學進行成果展示與評價,在達到項目要求的任務驅動下,學生學習興趣持續激發,學生分析問題解決問題的能力持續培養,學生自主學習及與他人協作的能力持續提高[6]。根據設定的材料配合比,在實驗室攪拌混凝土并進行性能測試單組展示,其他組同學全程進行觀察和思考,對于能正確指出操作錯誤并總結歸納的學生,教師在評價時給予增值評價。鼓勵學生設計多組配合比,進行對比分析,優中選優。

在本任務實施過程中,架設院企合作溝通平臺,企業工程師與學生進行互動交流,讓學生發掘理論與實際的差異,引導學生“理論-實踐-再理論-再實踐”,在實踐中不斷修正理論,用理論不斷指導再實踐。同時,企業工程師引入新素材(新原材料),引導學生通過配合比優化創新,帶領學生進行系統能效分析,分析混凝土配合比設計的經濟效益和社會效益,最終讓學生提升專業使命感和專業成就感,讓學生以更高的熱情學習專業知識,提高專業技能[7](見圖6)。

2.4 多元多維評價,關注全班成長,注重個體增值

在整個學習過程中,進行多元、多維過程評價,并結合增值評價,關注整個班級的學習情況,關注每位學生的成長過程。學生完成任務3(熟悉設計方法,剖析設計原理)和任務4(對比效益指標,優化設計配比)后,通過組內自評、組間互評、教師評價、企業導師點評進行多元評價,綜合配合比設計、專業軟件使用、實訓操作、互動交流和課后作業,進行多維評價,全過程關注全班學生。對于每一位學生,通過增值評價,關注學生個體變化,關注個體發展潛能。其中,過程評價占比80%,增值評價占比20%,加權平均作為平時成績(見表1,表2)。

表1 版塊3超高層建筑混凝土材料設計——過程評價表

表2 版塊3超高層建筑混凝土材料設計——增值評價表

3 學習成效

混凝土材料版塊教學任務完成后,通過成果和平臺反饋的數據,可以發現學生們發展核心素質均有提高,特別是在專業使命、探索創新、責任擔當等方面有了很大提高。

全班6個組在“超高層建筑混凝土材料設計”項目中發揮各自作用,完成結構構件混凝土材料試配的建設任務,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,全班66位學生中60位最終成績達到80分以上。6名學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,導致硬化后的混凝土試件表面出現孔洞,但拆模后他們小組能及時發現問題,重新進行了混凝土成型,對最終結果沒有造成影響。

經過混凝土材料版塊內容的學習,班級中學生的學習熱情被重新激發,并向著更高更遠的目標挑戰自己?；A底板組的部分同學趁熱打鐵,組隊報名準備參加2023年的第十二屆全國混凝土設計大賽,以輕質高強主題為混凝土特性,經過師生多輪交流探討,篩選出了橡膠顆粒及環氧樹脂增韌材料,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,競賽組同學將緊密圍繞混凝土球裂縫發展和抑制,進一步優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實施后的學習成效見圖7。

4 結語

本文在“崗課賽證”融通教學改革背景下,以應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實施模式。結果表明,項目化教學可有效豐富學生的理論知識,拓展學生的實踐能力,增強學生的就業崗位技能,激發學生的探索和創新熱情,提高學生自主學習和團隊協作等可持續發展能力。