土木工程材料混凝土实验教学改革与实践

郭树荣（山东理工大学建筑工程学院）

土木工程材料课程是土建类专业的一门重要的专业基础课，其教学内容包括课堂教学和实验教学。无论是课堂还是实验教学，混凝土内容的教学都是重点。因为混凝土材料是现代土木工程最重要的材料，混凝土的组成材料和其配合比的优劣直接影响土木工程结构的质量，甚至危及人民生命安全，混凝土配合比是通过实验得以实现。因此混凝土实验教学受到了高校普遍重视。随着近年来混凝土技术的发展，节能环保、高强、高性能混凝土应用越来越广泛，满足使用环境和施工要求的新型混凝土研究、实验，得到各国学者和工程技术人员的积极响应。我校第一、二期本科教育优质工程和山东省应用型人才培养特色名校建设工程实施以来，应用型本科教学理念在不断创新, 学校对实验教学改革的投入也日益加大, 传统的实验教学模式已越来越不能适应知识、能力、素质并重的新型工程技术人才的培养要求。为此结合工程实际背景，整合有效实验数据，对混凝土实验进行了一系列改革和实践。

一传统的混凝土实验教学分析

我校“土木工程材料”实验是14 学时，对土木工程、工程管理、交通工程等专业开设，内容包括水泥、砂、石、混凝土、砂浆、沥青、沥青混合料、钢筋等。改革前的实验教学以演示性和验证性为主，即验证理论的正确性或达到理论再现性的目的。具体由教师给定统一参数和数据，学生理解实验原理、依据给定的条件进行实验操作、得出实验结果，撰写实验报告，基本上属于继承和接受前人的知识、技能。

混凝土的实验内容包括：混凝土拌合物和易性实验、混凝土试块制作和混凝土抗压强度实验。实验方法是教师给定某一强度等级的混凝土初步配合比，学生按照一定量换算出各种材料的质量，分组进行混凝土拌合物制备和性能测定，后进行标准试块的制作、标准养护，最后测定28 天的抗压强度。混凝土以上实验方式，导致每个小组（一般6～8 人一组）的试验过程以及试验结果，甚至得出的各个环节的试验数据几乎都是一样的。实验评价主要以学生上交的实验报告为主，辅助评价学生出勤情况。可见混凝土实验用相同实验数据、相同标准、单一的评价方式来要求每一位学生，且没有以实际工程为背景进行实验教学，没有有效利用水泥、砂、石等实验数据，致使学生处于被动和消极的应付状态，不利于学生思维的扩展，不利于学生对所学知识的整合和利用，很难激发学生的学习兴趣和创新欲望，也不能提高学生分析和解决实际问题的能力。

二混凝土实验的改革设计

针对以上混凝土实验存在的问题，在借鉴兄弟院校的经验和充分了解学生兴趣，以及混凝土发展状况的基础上，提出“基于项目的混凝土综合设计实验”教学模式。并从实验内容、组织方式、成绩评价等进行了一系列的改革。混凝土的实验“基于项目”是混凝土方面实验教学以实际土木工程中的混凝土结构构件为例子，可以是梁、板、柱、基础等，设计的强度、和易性、耐久性均以现场施工图为依据，水泥、砂、石等完全在现场工地提取，让学生在实验室完成水泥、砂、石等实验数据的测定，依此数据完成混凝土配合比的设计，再进行混凝土一系列的实验。让学生通过项目熟悉混凝土配合比设计、混凝土拌合物性能和混凝土强度实验的全过程，使学生清楚工程背景和自己的工作职责。

“综合设计”就是混凝土配合比实验改验证性为综合设计性实验。综合设计性实验，目的是培养学生综合运用知识和工程观念，让学生根据老师提出的要求，模拟实际工程，完成查找资料、独立设计、实验、设计编写实验报告的全过程。综合设计性实验的核心是设计、选择实验方案，并在实验中检验方案的正确性与合理性。对于培养学生理论联系实际、分析问题和解决问题的能力及创新精神和创新能力具有重要作用，是培养土建类工程应用型人才不可缺少的环节。

总之，“基于项目的混凝土综合设计实验”教学模式就是以实际工程中的混凝土梁、板、柱、基础等结构为例子，按照设计图纸中对混凝土强度、和易性、耐久性等要求，将水泥、砂、石实验整合进行混凝土配合比设计和相关实验。实验中严格按实际工作的程序进行教学，试块抗压强度进行两个对比：混凝土自然养护和混凝土标准养护相互比较，混凝土7 天、28 天的抗压强度相互比较。学生从对比中分析混凝土强度的影响因素，从而加深对理论知识的理解和掌握，同时可以保证知识的连续性和工作的真实性。实验过程详细见图1。

另外，混凝土实验教学应遵循因材施教的原则，在设立了必做实验项目（即以上实验）以外，还增加了选做和研究性实验项目。选做实验项目主要有水泥路面混凝土（交通工程专业学生必选，其他专业学生选做）、轻集料混凝土、粉煤灰混凝土和泵送混凝土等配合比设计等；研究性实验项目主要是学有余力的学生参与教师的科研项目。这样可以满足不同层次学生的学习需求。选做和研究性实验不占计划学时，学生利用业余时间、根据自己的兴趣爱好选择。

三混凝土实验的实施

混凝土综合设计性实验作为教学改革的一部分，为完成好应从以下几方面建设和实施。

1 实验条件的准备

为了体现学生人人参与、个个动手的组织理念，将改革前的5～6 人一组，改为2～3 人一组，实验仪器设备、各种实验所需材料应满足分组要求。为此实验室根据学生的分组情况补足所用的各种仪器设备，增加实验用房，从硬件上满足综合设计性实验的要求。

2 组织与实施

时间安排。将改革前的分散实验，改为最大限度的集中时间进行，尤其是砂石和混凝土实验尽可能集中进行，以便于实验数据的有效利用。依次递进完成各实验的学时分配为：水泥性能实验（2 学时）、砂、石实验（2 学时）、混凝土设计性实验（4学时）。

实验组织：每个班分为4 个大组，12 个小组，每个小组2～3 人，每个班分2 批次以小组为单位进行实验。4 个大组分别以实际工程中的柱、梁、板、基础为背景资料和实验条件，每一大组中的3 个小组，分别制作四组试块，分别测定自然养护和标准养护下的7 天、28 天的抗压强度。第一次实验完成水泥、砂，石等原材料性能实验后，要求每组学生在课余时间自行查阅文献和新的标准规范，结合各组成材料的检测数据，自行设计混凝土配合比，由指导教师审核后再进行混凝土拌合料的实验，完成混凝土抗压强度实验后，要求同一大组（3 各小组）的实验结果进行对比、讨论、分析，并在实验报告中充分体现。

3 实验评价改革

改革之前实验成绩主要根据学生上交的实验报告评定，很难客观公正的评出学生的真实水平。改革后，加大了实验成绩占课程总成绩的比例，从10%增加到30%。成绩评定原则是以知识运用的“合理性”为主，即学生应能拿出理由说明其设计的合理性，并有适当的分析与思辨。混凝土实验成绩综合了混凝土配合比设计资料（包括水泥、砂石实验数据的真实性，实验记录等）、过程评价（包括出勤率、实验研究操作和动手能力、解决问题的能力等）、实验报告（对结果的对比分析、报告质量等）、小组互评和团队协同能力等进行评价。

四混凝土实验的改革效果

通过混凝土实验的改革为真实工程条件下的综合设计性实验以来，经过2 届学生的实践发现，学生的学习主动性和实验教学效果明显提高，主要表现在以下几方面。

1 学生主动获取和综合运用知识的能力进一步加强

以往学生做完水泥、砂石实验就认为实验结束，基本不会对实验过程或结果进行思考。现在，每组学生为了合理设计混凝土配合比，首先清楚应从组成混凝土的原材料实验中获取哪些实验数据和参数，其次这些数据和参数对混凝土配合比设计要求有何影响，进一步思考在满足混凝土施工要求、强度和耐久性的前提下，采取什么方法能够节约水泥和降低混凝土的成本等问题，能主动思考，把前后实验有机地结合起来，综合运用知识的能力、分析问题和解决问题的能力得到了锻炼和提高。

2 培养了学生动手能力和团队协作能力

改革后，减少实验小组每组人数，在规定的时间内完成实验，要求小组成员应分工明确，相互协作，保证每个学生都能动手操作，尽量让每个学生都得到实验技能的训练。若实验结果达不到有关标准，要求学生认真分析原因，不得对试验数据进行修改，培养实事求是、严谨认真的科学工作态度与作风。

3 激发了学生创新实践和参与教师科研兴趣

学生在实验设计方面的能力得到提升，对参加课外创新实践课题和参与教师科研的兴趣显著提高。土木工程材料是在大二下学期开设，据几年来的统计大二是大学生申报创新实践项目和申报成功率最多的年级，在申报的课题中材料类申报成功比例近25%。另外，有部分学生从大二开始参与了教师的科研项目，使科研能力进一步提升。

总之，通过几年的教学实践，混凝土实验改革取得了良好的效果，不仅使学生加深了对知识的掌握，而且锻炼了学生的综合素质，提高了其学习的主动性和对专业的兴趣。同时，我们也认识到，近年来随着绿色环保、高性能、高强度混凝土的研制、开发和应用，混凝土设计性实验，也应进一步扩展。尤其是应把混凝土中外添加加剂和矿物掺合料的混凝土设计性实验作为主要实验内容，为学生走向工作岗位打下坚实的基础。

教育期刊网 http://www.jyqkw.com
参考文献

[1]朱昌兰，欧阳林娟，钟蕾.培养创新能力为核心的农类实验教学体系构建[J].实验室研究与探索，2013，32(6)：126-127．

[2]丁婷，李莉，郑涛.对土木工程材料课程实践环节的教学改革研究[J] .大学教育, 2013 (10):40-50.

[3]王恒昌，杨医博，郭文瑛. 土木工程材料砂浆设计性实验教学改革研究[J].高等建筑教育，2014，23（1）:139-141.