淺析我國土木工程材料實(shí)驗教學(xué)組織與實(shí)施

　　摘要：“土木工程材料”性能實(shí)驗項目具有周期長的特點(diǎn)，水泥和混凝土實(shí)驗項目分別延續(xù)近一個月時間。這種特點(diǎn)決定了它需要合理地進(jìn)行組織和實(shí)施。如何提高教學(xué)設(shè)施的利用率，培養(yǎng)學(xué)生綜合設(shè)計實(shí)驗的能力和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度，保證教學(xué)質(zhì)量，仍然是一個挑戰(zhàn)性的工作。該文結(jié)合學(xué)科發(fā)展的特點(diǎn)，提出了組織和實(shí)施實(shí)驗教學(xué)的措施。

　　關(guān)鍵詞：土木工程材料;自我管理;實(shí)驗室開放;混凝土耐久性

　　“土木工程材料”課程是土建類專業(yè)的一門必修技術(shù)基礎(chǔ)課，理論性、實(shí)踐性、綜合性很強(qiáng)。

　　“土木工程材料” 實(shí)驗教學(xué)的目標(biāo)是：熟悉土木工程材料性能實(shí)驗的基本方法，加深對土木工程材料性能的理解，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗技能;了解具體材料的狀態(tài)和所使用的儀器設(shè)備，掌握所學(xué)材料的實(shí)驗方法和獨(dú)立進(jìn)行質(zhì)量驗證的能力;培養(yǎng)綜合設(shè)計實(shí)驗的能力和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度，提高分析問題和解決問題的能力? ，為從事科技工作打好基礎(chǔ)。目前在“土木工程材料”實(shí)驗教學(xué)中普遍存在內(nèi)容多課時少、學(xué)生多實(shí)驗儀器少的情況下，在教學(xué)中如何保證教學(xué)質(zhì)量、加強(qiáng)學(xué)生的智能培養(yǎng)，培養(yǎng)有用的建設(shè)人才是土木工程材料實(shí)驗的主要問題，為此，必須要對結(jié)合本課程實(shí)驗內(nèi)容的特點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)的組織與實(shí)施。

　　1、“土木工程材料”實(shí)驗的特點(diǎn)

　　1.1 實(shí)驗周期長“土木工程材料”實(shí)驗內(nèi)容繁多，而且實(shí)驗周期長，如水泥膠砂試件和混凝土試塊在成型后需要經(jīng)過一個較長的時段才能將其力學(xué)性能發(fā)揮出來。

　　根據(jù)現(xiàn)行的相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，需要在經(jīng)過3天、7天、28天的養(yǎng)護(hù)齡期后測其強(qiáng)度，才能判定水泥和混凝土的力學(xué)性能，顯然，土木工程材料教學(xué)實(shí)驗周期較長。由于學(xué)時有限，有效的實(shí)驗教學(xué)方法是在較為集中的時間里使學(xué)生最大程度地接觸實(shí)驗、操作實(shí)驗和總結(jié)實(shí)驗。因此，以周期長為特點(diǎn)的實(shí)驗教學(xué)決定了土木工程材料的教學(xué)實(shí)驗不同于其他的教學(xué)實(shí)驗課。

　　1.2 實(shí)驗內(nèi)容相對穩(wěn)定而陳舊水泥、混凝土依然是當(dāng)今建筑界最主要的建筑材料，而且在將來的相當(dāng)長的時間里仍然是如此。

　　土木工程結(jié)構(gòu)材料實(shí)驗教學(xué)穩(wěn)定，但內(nèi)容顯得較為陳舊，導(dǎo)致教學(xué)實(shí)驗與時代脫節(jié)，在一定程度上影響學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。因此，在掌握土木工程材料基礎(chǔ)性能外，可適當(dāng)添加相關(guān)新材料、新理念、新技術(shù)的實(shí)驗。例如目前人們普遍關(guān)心混凝土耐久性問題(關(guān)系到節(jié)能、節(jié)約資源等)，以及建筑材料生產(chǎn)應(yīng)用帶來的生態(tài)問題(涉及到環(huán)保、溫濕效應(yīng)等) j，可以考慮設(shè)計相關(guān)的實(shí)驗內(nèi)容，加入到已有實(shí)驗教學(xué)中，使土木工程材料教學(xué)的內(nèi)容與時代進(jìn)步相適應(yīng)。

　　1.3 實(shí)驗偏重于驗證性目前，該實(shí)驗教學(xué)的實(shí)驗內(nèi)容仍以驗證性為主，主要是驗證理論的正確性或達(dá)到理論的再現(xiàn)性。由于實(shí)驗條件、實(shí)驗時間和組織管理上的限制，設(shè)計性、綜合性、研究性實(shí)驗較少 。學(xué)生在最初的實(shí)驗中主要是通過操作實(shí)驗，掌握一定的實(shí)驗技能，了解實(shí)驗步驟的規(guī)范性。為了發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，為了提高學(xué)生進(jìn)行科學(xué)研究的基本能力和動手能力，需要設(shè)計一定的綜合性實(shí)驗或研究性實(shí)驗。

　　2、優(yōu)化實(shí)驗課的組織與實(shí)施

　　通過實(shí)驗可以驗證和鞏固理論知識，增強(qiáng)感性認(rèn)識，同時鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動手能力和科研能力，為將來的學(xué)習(xí)和研究工作打下基礎(chǔ)。土木工程材料課是一門實(shí)用性很強(qiáng)的土木工程專業(yè)課程，只有通過相當(dāng)強(qiáng)度的實(shí)驗才能使學(xué)生對土木工程材料有一定感性認(rèn)識，對其相關(guān)規(guī)范、檢驗方法和評價標(biāo)準(zhǔn)有初步的了解和掌握。為達(dá)到此教學(xué)目的，必須合理地組織和實(shí)施實(shí)驗。在教學(xué)實(shí)驗組織與實(shí)施中也有許多具體的細(xì)節(jié)問題還需要具體的解決方法。同時在基本方法之外，還有許多靈活的方法可以提高實(shí)驗效能。通過發(fā)現(xiàn)和解決這些問題，實(shí)驗組織與實(shí)施的方法才能更加完善和充實(shí)。

　　2.1 編制學(xué)生實(shí)驗手冊為了使學(xué)生對土木工程材料實(shí)驗總的內(nèi)容、總體安排以及注意事項有概括的了解，有必要設(shè)計土木工程材料學(xué)生實(shí)驗手冊。手冊的內(nèi)容包括：

　　(1)實(shí)驗室規(guī)章制度(學(xué)生實(shí)驗守則，實(shí)驗室衛(wèi)生制度，實(shí)驗室安全制度等);

　　(2)實(shí)驗室開放制度(開放內(nèi)容，開放時間，開放范圍等);

　　(3)實(shí)驗大綱(簡要描述實(shí)驗的內(nèi)容、學(xué)時、時間安排、評分標(biāo)準(zhǔn)等);

　　(4)實(shí)驗注意事項(針對每個實(shí)驗的不同特點(diǎn)，提出安全事項以及實(shí)驗要求，例如成型試體提前一天的準(zhǔn)備工作，以及成型以后第二天的脫模工作;3天、28天破型實(shí)驗等);

　　(5)實(shí)驗指導(dǎo)書(對所有實(shí)驗的內(nèi)容、儀器設(shè)備、步驟等進(jìn)行描述)。

　　2.2 分組實(shí)驗，實(shí)現(xiàn)學(xué)生自我管理在目前的實(shí)驗條件下，不可能保證每位參加實(shí)驗的學(xué)生人手一臺設(shè)備、無限制地進(jìn)行實(shí)驗，只能是許多學(xué)生在一定的時間段內(nèi)，共享實(shí)驗設(shè)備和實(shí)驗空間。因此實(shí)驗課的組織和實(shí)施的關(guān)鍵在于分工協(xié)作。將學(xué)生編為若干實(shí)驗小組，以小組為基本單位進(jìn)行教學(xué)實(shí)驗。小組內(nèi)成員作具體分工，使指揮、稱料、操作、記錄、監(jiān)督各項工作各有所歸。

　　實(shí)驗在此分工框架上進(jìn)行，既能使實(shí)驗順利有序完成，又能保證小組每個成員都能最大限度地接觸實(shí)驗。只有在合理的分工協(xié)作的基礎(chǔ)上，實(shí)驗設(shè)備才能得到充分的利用。

　　在實(shí)驗時，預(yù)先根據(jù)學(xué)生人數(shù)和實(shí)驗學(xué)時數(shù)將每個班分組，每個小組由一名組長負(fù)責(zé)召集同學(xué)進(jìn)行實(shí)驗的各種活動，并作為與指導(dǎo)教師的聯(lián)系人。

　　實(shí)驗小組根據(jù)課程進(jìn)度情況，自主安排實(shí)驗時間，自我管理。組長提前把實(shí)驗內(nèi)容、實(shí)驗小組名單及預(yù)約時間表報到實(shí)驗室，并填寫實(shí)驗日期、時間、實(shí)驗內(nèi)容、提交實(shí)驗預(yù)習(xí)報告;每個實(shí)驗之前，要事先檢查實(shí)驗所用的儀器設(shè)備，準(zhǔn)備成型所用的模具，檢查實(shí)驗所用的材料;實(shí)驗之后，帶領(lǐng)小組同學(xué)把所用實(shí)驗場所、實(shí)驗用具進(jìn)行清潔整理。如果是需要24小時脫模的實(shí)驗(水泥砂漿、混凝土成型、碳化實(shí)驗試體成型等)，實(shí)驗小組則需要第二天再次回到實(shí)驗室進(jìn)行脫模和重新裝模、刷脫模劑等操作，把試體編號后整齊放入養(yǎng)護(hù)室，待放到預(yù)定齡期，測定強(qiáng)度。

　　2.3 開放實(shí)驗室并與課題相結(jié)合由于正常的教學(xué)實(shí)驗，人員多、場地小，難以保證每個學(xué)生有足夠的時間接觸到實(shí)驗，但有部分學(xué)生對本課程有濃厚的興趣，因此，應(yīng)積極鼓勵學(xué)生進(jìn)行教學(xué)外的科學(xué)研究，如“挑戰(zhàn)杯” 等。為了提高實(shí)驗室設(shè)施的利用率，在時間安排上能夠靈活調(diào)整，在教學(xué)實(shí)驗高峰期之外的時間，鼓勵相關(guān)專業(yè)的學(xué)生利用實(shí)驗室的實(shí)驗環(huán)境和實(shí)驗設(shè)施，由相關(guān)教師指導(dǎo)進(jìn)行實(shí)驗。由于設(shè)計性實(shí)驗要求學(xué)生要有足夠的時間進(jìn)行實(shí)驗，應(yīng)給學(xué)生提供一個較寬松的時間、空間和條件，以便完成從實(shí)驗時間到實(shí)驗空間，從內(nèi)容設(shè)計、準(zhǔn)備、預(yù)試到實(shí)際操作和實(shí)驗結(jié)果評價等工作，這就要求實(shí)驗室開放 J。

　　如果有條件，實(shí)驗教學(xué)中的內(nèi)容可盡量與“產(chǎn)學(xué)研結(jié)合” 的課題相結(jié)合，使教學(xué)直接面向工程和生產(chǎn)實(shí)際_5 J。教學(xué)應(yīng)與科研工作相結(jié)合，在這樣的實(shí)驗環(huán)境中讓學(xué)生自主選擇，充分發(fā)揮想象力、創(chuàng)造力。培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。如此，既充分利用了實(shí)驗設(shè)施，又促進(jìn)了專業(yè)的研究工作。

　　2.4 增加學(xué)生講演的機(jī)會安排時間讓學(xué)生講解自己的實(shí)驗報告，提高參與意識，培養(yǎng)表達(dá)能力。在講演過程中，通過提問題與討論，進(jìn)一步加深對教學(xué)內(nèi)容的理解，提高理論分析和實(shí)際相結(jié)合的能力。學(xué)生一般都比教喜歡有機(jī)會在全班同學(xué)面前講演自己的報告，因此這種情況下的氣氛也比較活躍，容易產(chǎn)生共鳴，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和研究的興趣。

　　3、實(shí)驗項目內(nèi)容的改進(jìn)

　　3.1 水泥性質(zhì)綜合實(shí)驗與分析實(shí)驗要求學(xué)生掌握水泥強(qiáng)度、細(xì)度、標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量、凝結(jié)時間、體積安定性等性質(zhì)指標(biāo)。實(shí)驗中如果僅選擇一種水泥檢驗，就不能兼顧各種因素的影響，難以進(jìn)行綜合分析 。為此，實(shí)驗之前要預(yù)先配制若干種水泥，例如摻不同混合材的水泥，或者不同細(xì)度的水泥，或者加入不同減水劑的水泥。在實(shí)施實(shí)驗時，每個實(shí)驗小組只對某個品種的水泥的物理力學(xué)性能進(jìn)行全面實(shí)驗，測定砂漿試體成型之后3天和28天強(qiáng)度。但是在進(jìn)行實(shí)驗結(jié)果分析和整理時，各實(shí)驗小組之間的數(shù)據(jù)可以共享。要求每個小組至少分析3個品種水泥(其中包括本小組的實(shí)驗水泥品種)的實(shí)驗結(jié)果，并對3個品種水泥的結(jié)果進(jìn)行橫向?qū)Ρ�，分析造成不同結(jié)果的原因。學(xué)生進(jìn)行此項實(shí)驗分析時，除了根據(jù)齡期不同得出水泥強(qiáng)度等級外，還可從水泥礦物組成、混合材品種、減水劑品種等進(jìn)行分析，了解各種混合材的火山灰效應(yīng)及形態(tài)和減水效應(yīng)，加深對相關(guān)重要知識的理解。

　　3.2 混凝土性能綜合實(shí)驗與分析混凝土性能實(shí)驗是本課程實(shí)驗最主要的內(nèi)容，包括新拌混凝土性質(zhì)和硬化混凝土性能兩大部分。

　　目的是通過對普通混凝土拌合物和易性實(shí)驗，檢驗所設(shè)計的初步配合比是否符合施工要求和技術(shù)要求，通過普通混凝土立方體抗壓強(qiáng)度實(shí)驗檢測混凝土強(qiáng)度是否滿足設(shè)計強(qiáng)度要求。本部分是一個設(shè)計性實(shí)驗，要求模擬工程實(shí)際的工作程序，從混凝土強(qiáng)度設(shè)計、和易性的選擇、材料性質(zhì)的檢測、混凝土配合比的計算和試配，最終確定施工用混凝土配比。包括實(shí)驗的準(zhǔn)備和實(shí)驗后的處理全部由學(xué)生完成。

　　具體做法是：學(xué)生按照教師給定的工程部位，確定混凝土的強(qiáng)度等級和混凝土拌合物的和易性，并根據(jù)現(xiàn)有的水泥、砂、石的材性，初步進(jìn)行混凝土配合設(shè)計與試配(要求采用3個不同的水灰比)，經(jīng)實(shí)驗小組討論并與指導(dǎo)老師共同討論后，確定每組的試配配比。這樣使學(xué)生進(jìn)一步了解了混凝土的設(shè)計過程、考慮要點(diǎn)、組成材料在不同配比中的作用，達(dá)到相互啟發(fā)、共同提高。共同討論可以避免有些學(xué)生的第一次混凝土配比設(shè)計差距太遠(yuǎn)、而無法進(jìn)行試配的困境。各組學(xué)生分別試配各自的混凝土，檢驗自己的設(shè)計是否達(dá)到預(yù)想的結(jié)果，最終提出可以交付實(shí)際工程使用的施工混凝土配比。

　　學(xué)生經(jīng)歷了查閱資料、構(gòu)思實(shí)驗方法、分析實(shí)驗結(jié)果、寫出論文類型的總結(jié)報告等不同階段的鍛煉，使學(xué)生初步了解和體驗從事科研工作的過程和要求，同時鍛煉學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，賦予了學(xué)生更大的自主權(quán)，提高了學(xué)生的參與意識。

　　3.3 混凝土長期性能實(shí)驗為了使實(shí)驗內(nèi)容緊跟社會經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，一些新的測試技術(shù)、測試方法和測試手段要持續(xù)充實(shí)到實(shí)驗過程中。結(jié)合目前混凝土研究的熱點(diǎn)，可以增加混凝土耐久性方面的實(shí)驗內(nèi)容，可根據(jù)各自的實(shí)驗條件與學(xué)科特點(diǎn)，增加諸如混凝土的堿骨料反應(yīng)、氯離子滲透或者碳化實(shí)驗等方面的內(nèi)容。通過該實(shí)驗可以使學(xué)生了解混凝土的使用壽命及其設(shè)計方面的知識，樹立混凝土全壽命周期管理的意識。以混凝土碳化實(shí)驗為例，混凝土的鋼筋銹蝕與表層混凝土的碳化有著很大關(guān)系。由于大氣中二氧化碳的濃度以及溫濕度的變化影響，實(shí)際工程的碳化是一個相當(dāng)漫長的過程。本實(shí)驗是強(qiáng)化了二氧化碳的濃度，使得實(shí)驗在較短時間內(nèi)完成 J。

　　目的是通過了解混凝土碳化的進(jìn)展速率與環(huán)境條件(溫濕度)的關(guān)系，間接理解鋼筋腐蝕的機(jī)理，加深對混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命的理解。由于要求混凝土試體在養(yǎng)護(hù)28天以后再放人碳化箱，本實(shí)驗持續(xù)的時間接近2個月，實(shí)驗試體必須提前制備。該實(shí)驗所用的試體可由老師提前做好并脫模，即由老師和學(xué)生共同完成。

　　4、結(jié)束語

　　鑒于目前土木工程材料課程實(shí)驗課進(jìn)行中存在的一些問題，有必要研究如何有效地組織和實(shí)施實(shí)驗教學(xué)內(nèi)容，并增加和更新實(shí)驗內(nèi)容，提高學(xué)生的參與程度，提高實(shí)驗儀器設(shè)備的利用效率等。這些問題涉及到學(xué)校培養(yǎng)方案(教學(xué)計劃)、任課教師、實(shí)驗技術(shù)員以及實(shí)驗儀器的合理配置等具體事宜。通過合理地組織實(shí)驗，建立起一套完整的制度與方案，形成我們自己的特色，使學(xué)生的科學(xué)實(shí)驗?zāi)芰�及自學(xué)能力得以提高。

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