工学论文：建筑材料实验教学有效性的研究与实践

     摘 要: 分析了我国建筑材料实验课教学中存在的主要问题，指出在现有课程体系条件下提高实验教学的有效性是建筑材料课程改革的重要课题。阐述了有效教学的基本理念，具体分析了"有效性"的 3 个含义: 教学效率、教学效果和教学效益，提出要从教学效果和长期的教学效益两方面考察实验教学的有效性。结合建筑材料实验课特点，提出有效实验教学在教学目标、教学资源、教学准备、课堂模式、考核评价体系等环节中具备的显性特征。介绍了在重构建筑材料实验课教学体系、完善实验成绩考评方法等方面的改革实践。
　　关键词: 建筑材料; 实验教学; 教学体系
     1 有效教学的基本理念教师对教学工作的付出并不等同于他的教学质量，因为个体的职业素质、能力水平以及环境因素等均会对教学效果产生影响; 同样，学生为学习而付出的努力也不完全等同于他的学习质量，这是由于每个学生的自然情况、理解和创新能力以及对课程的认同感存在着差异。因此，教学"投入"≠教学"质量"，教学存在"有效性"问题。
　　有效教学( effective teaching) 是源于 20 世纪上半叶西方的教学科学化运动而形成的一种教育理念，可以定义为: 教师在科学教育价值观地指导下，采用科学的教学方法和手段，有效地达到预期教学目标。教学的"有效性"包括: 教学效率、教学效果和教学效益。教学效率反映的是定量教学活动中教学双方完成的授课和学习任务; 教学效果是根据教学大纲，通过考试、考核等方式体现出来的教学活动的直观结果; 教学效益体现的则是教学活动对个人能力发展的贡献，这种能力是以社会需求为度量的。
　　这里要注意的是，不能简单地把"有效"教学理解为"花最少的时间教或学最多的内容"。教学效率只是提高教学"有效性"的手段; 同样，也不能单纯用学生的考分高低、成绩好坏来评价教学是否"有效"，教学效果反应的只是教学的短期效应，教学效益才是教学"有效性"的最终目标。现代教学理论认为，学生有无进步或发展是教学有无效益的唯一指标。因此，教学是否"有效"，关键是看学生的收益，不仅要看眼前的教学效果，更要关注长期的教学效益，即学生能力的提高，具体包括解决问题能力、科研创新能力、终身学习能力等等。
　　2 有效实验教学的特征实验教学的目的是通过学生亲自操作或者借助于演示实验，加深学生对抽象理论知识的理解和把握、训练学生理论知识的运用能力、培养学生主动探索和大胆创新的精神。实验教学的最终目标是促进学生学习终身受用的知识，发展终身受用的能力和培养良好的非智力素质，这是有效实验教学的效益所在。因此，判断实验教学有效还是无效，就是要考察具体的实验教学行为，看其是否具备有助于上述最终目标实现的特征。
　　根据考察的侧重点不同，国内学者对于有效教学的特征有不同的观点。有的观点倾向于从整体上把握有效教学的本质特征，例如，宋秋前提出有效教学的特征是: 以学生发展为本的教学目标、预设与生成的辨证统一、教学有效知识量高、教学生态和谐平衡、学生发展取向的教师教学行为。有的观点倾向于教师的教学行为等具体的教学实际情景，例如，魏红等根据教学行为特征对总体评价的回归分析结果提出: 通过教师的教学使学生能力得到提高、教师的教学表达清楚、教师有自己的教学风格和特点、教师对教学工作认真负责、教师教学重点、难点突出、教师激发学生的学习兴趣和主动性，这 6 项特征能解释 93． 8% 的教师教学效果。
　　参考以上观点，同时结合建筑材料实验课自身的特点，我们认为建筑材料实验课有效教学的整个环节中应该具备以下显性特征:
　　( 1) 多层次、持续递进的教学目标。教学目标是教学目的的具体化，也是判断教学是否有效的首要标准。建筑材料实验课教学的最终目的是提高学生的实践能力和创新素养。然而，个体差异的存在，导致同样质量的教学行为，对不同学生产生的教学质量是不同的，即每个学生真正得到的发展水平不同。因此，必须结合不同专业、不同能力的学生的实际情况，针对具体实验教学内容制定多层次、持续递进的教学目标。
　　( 2) 完善的实验教学资源。这里的教学资源包括硬件和软件两方面: 硬件主要是指实验教学场所、相关教学设施、仪器设备等，这些硬件准备工作是实施有效实验教学的重要客观保障。实验教学资金投入不足，导致实验用房达不到要求、教学设施陈旧落后、仪器设备数量有限，则提高实验教学质量成为空谈。软件主要是指师资的素质、实验课相关教材( 讲义) 、课件和报告册等。教师专业发展水平是衡量教学有效与无效、效率高与效率低的一个重要标尺，没有充足而高质量的实验教师队伍就谈不上有效的实验教学; 而相关教材、课件等不适用、不配套，则教与学双方都会感到吃力，最终影响实验教学效果。
　　( 3) 充分的课前准备工作。课前的准备包括教师的备课情况和学生的课前准备功课。对教、学双方而言，充分的课前准备工作是实现有效实验教学的重要前提保证。
　　教师的课前准备是否充分直接反映了教师的教学268第 3 期艾红梅，等: 建筑材料实验教学有效性的研究与实践态度和驾驭教学的能力。由于建筑材料的品种、测试技术以及相关规范标准始终处于动态的发展过程中，相应的任课教师要不断充实和更新教学内容，提高教学的有效知识量。学生通过课前复习实验相关理论知识，预习实验指导书，掌握试验原理、方法和步骤，能够在教师的指导下，高效的完成实验内容，提高学习效果。
　　( 4) 互动为主的指导性课堂模式。传统的建筑材料实验教学以教师为主体实施灌输式的教学方法，过分强调教师的主导作用，使学生处于"按部就班、照方抓药"的被动学习状态，限制了他们的独立思考能力、好奇心、求知欲和创造性思维的发展。实际上，实验课的突出特点就是它的实践性，而且有些建筑材料实验本身要求的单次课时比较长，如果教师授课占用时间过多，则无法在实验课内完成实际操作环节。因此，建筑材料实验课教学应该是教与学交叉进行、以互动为主要形式的指导性课堂模式。教师在整个过程中，根据学生在实验中碰到的不同问题进行有针对性的一对一指导，因人施教，增强教学效果。
　　( 5) 科学、有效的考核评价体系。考核评价体系包括学生学习效果的考核评价和教师教学质量的考核评价。科学的、行之有效的考核评价体系有利于促进教、学双方及时发现并解决问题，提高学习成绩或改进教学质量，是有效实验教学的一个重要特征。
　　我国高校建筑材料实验课的成绩考核一般都是以实验报告册的成绩作为主要依据，缺少对实验过程的考察。这种成绩考核方式不能全面、真实地反映学生在实验教学中相关知识、能力和素质的提高程度，一定程度上影响了学生的学习热情。
　　目前，针对教师的实验教学质量评估指标及体系的建立，基本上是参考理论课的模式，以实验课教学评价表的形式进行定量评价。评价指标可操作性差、实验特色不明显，无法对教师的实验教学质量作出科学公正的评价。
　　3 提高实验教学有效性的改革实践针对目前各高校建筑材料实验教学中普遍存在的问题，我们结合我校校级教改重点项目: 基于价值观体系的"建筑材料学"课程新教学模式及教-学评价体系研究，从有效实验教学的显性特征出发，对本校的建筑材料课的实验教学体系和实验成绩考核评价方法进行了一系列改革实践。
　　3． 1 根据教学目标的层次性，重构实验教学体系目前，我国高校的建筑材料实验教学基本上是根据理论课教学的要求，由以下几部分构成: 材料基本物理性质实验、集料实验、水泥实验、砂浆和混凝土实验、墙体材料实验、钢筋实验、防水材料实验等。教学内容以常规性、验证性实验为主，缺乏综合性、设计性实验，无法充分调动学生的积极性和主动性、限制了学生创新能力和综合素质的发展。
　　高等教育应着力培养学生的创造性思维，培养高水平的创新型人才，其不仅要具有分析、解决问题的能力，更要具备创新、开拓和决策的能力，使之成为其专业领域的引领者。基于这样一种教学目的，结合授课对象的专业特点和目前建筑材料工程应用的实际情况，我们修定了建筑材料实验教学大纲，根据不同层次的教学目标对实验教学内容进行了相应的调整( 见表1) 。
　　《建筑材料》实验教学体系实验名称 主要内容 学时 要求 类型水泥实验 水泥主要技术性质 3 必做 演示 验证材料密度实验、砂石实验 石粉密度、砂石集料的主要技术性质 3 必做 演示 验证混凝土综合实验 配合比设计、拌和物实验、强度实验 3 必做 综合 设计砂浆综合实验 配合比设计、拌和物实验、强度实验 1． 5 选做 综合 设计混凝土空心砌块实验 试件成型、强度实验 1． 5 选做 演示 验证防水材料实验 沥青及防水材料主要技术性质 1． 5 选做 演示 验证混凝土抗氯离子渗透性实验 电通量、氯离子渗透系数测定 2 选做 设计气凝胶应用演示实验 墙体保温性能测试 2 选做 综合调整后的"建筑材料"实验教学体系满足 3 个层次的教学目标。
　　( 1) 熟悉、掌握常用建筑材料的性能和实验方法，训练基本实验技能。这是建筑材料实验教学目标的第一个层次，也是最基本的目标。通过对传统验证性实验进行优选压缩，保留了水泥实验、材料密度实验、砂石实验、墙体材料实验( 混凝土空心砌块实验) 和防水材料实验。这些实验主要目的是结合理论课教学内容，通过动手操作让学生验证和掌握常用建筑材料的主要技术性质和性能的检验、评价方法。
　　为了在有限的学时内增加有效教学内容，将水泥的细度、凝结时间和化学分析实验，砂石集料的强度和坚固性实验，砌块的抗折强度实验，石油沥青的性能实验，防水材料的低温柔性、不透水性和耐热度实验等以动画和视频演示等形式补充到实验教学中，增加了学生的感性认识，加深了对理论课相关教学内容的理解和掌握。
　　( 2) 提高综合分析能力和判断能力。对传统砂浆和混凝土实验进行扩展、延伸，将理论课教学中的配合比设计与调整和传统实验项目相结合，使其由验证性实验转变为综合设计性实验。在混凝土综合实验和砂浆综合实验中，学生在实验前自行设计、实验中自行调整、根据最终的实验结果来分析前面配合比设计和实验操作中存在的问题，这样一个存在反馈环节的实验教学形式改变了传统实验教学中学生完全被动重复操作的情况，充分调动了学生主动思考的兴趣和研究问题的热情，提高了学生综合分析、判断和解决问题的能力。结合混凝土综合性实验，我们连续 3 年开展了面向本科生的"普通水泥混凝土配合比设计大赛"，通过竞赛的形式激发学生学习专业知识的积极性，提高对所学知识的综合运用能力，培养学生的实践能力、创新精神和团队意识。
　　( 3) 激发创新热情，培养创新能力。这是建筑材料实验教学目标的第 3 个层次，也是最终目标。对于学有余力、有创新意识和能力的学生，我们开设了 2 个选做实验: 混凝土抗氯离子渗透性实验和气凝胶研究及应用演示实验。
　　 "建筑材料"实验课学生考核评价表学生姓名 实验组成员实验名称 实验项目权重评价指标及标准 学生自评指导教师评价学生 实验组课前预习掌握实验相关的基本概念了解实验原理熟悉主要仪器设备清楚实验步骤了解实验安全及注意事项认真查阅资料，提出可行的实验方案( 综合设计性实验)实验操作正确选择和使用仪器设备实验操作正确，动作规范计量、读数准确无误出现问题判断准确、处理有效合理控制实验时间实验记录完整、无误实验结果实验结果与材料指标值一致( 验证性实验)实验结果或结论合理、可靠( 综合设计性实验)数据处理正确、规范实验误差符合要求实验分析正确分析实验结果准确分析误差原因根据结果正确评价材料性能( 验证性实验)准确评价、调整实验方案( 综合设计性实验)有创新意识和创新能力( 综合设计性实验)其他方面报告册填写规范、完整、准确较强的团队意识和合作精神积极主动地参与实验各个环节与指导教师有效的互动遵守课堂纪律，不迟到、早退，不旷课按时提交实验成果实验值日认真不同评价主体、评价对象的单项总分不同评价主体、评价对象的单项权重单次实验总体评价 = ∑( 单项总分 × 单项权重) /评价指标个数单次实验成绩 = 实验项目权重 ×4 × 单次实验总体评价备注: 单个指标成绩采用 5 分制，完全符合评价标准为 5 分，完全不符合评价标准为 0 分教学大纲内各单次实验成绩之和为学生最终实验课成绩( 满分 20 分)建筑材料实验课成绩占课程总成绩的比例为 20%270第 3 期艾红梅，等: 建筑材料实验教学有效性的研究与实践混凝土抗氯离子渗透性实验通过测定高性能混凝土试件的电通量和氯离子渗透系数、分析影响高性能混凝土渗透性能的因素，来提高学生综合分析问题的能力和创新实践能力，培养学生的创新素养。
　　气凝胶应用演示实验的具体内容包括: 介绍气凝胶的国内外研究及应用现状，展示本校在该领域的研究进展、相关研究设备，以气凝胶作为保温材料的应用实例进行墙体保温性能测试。通过这样一种学科前沿演示实验，可以使学生了解材料领域的最新研究成果及发展动态，激发学生的创新热情和研究兴趣。
　　3． 2 遵循有效性原则，完善实验成绩考评方法有效的实验成绩考评方法首先应该全面、准确、客观地反映学生在整个实验中的真实表现; 其次，作为建筑材料课程成绩的有机组成部分，实验成绩考评方法必须有较强的可操作性，能够实现量化。
　　在考核内容上，根据学生的出勤情况、过程管理和实验报告进行全面综合评定。其中，实验报告主要是从实验报告册所反映的学生实验预习情况、实验现象分析、数据处理、实验结论等几个方面考核; 过程管理由实验课的指导教师控制，具体考察学生的现场实际操作水平，这是比较难控制和衡量的环节，而恰恰是这一环节真正反映了学生的实验技能和现场分析、解决问题的能力。在成绩考核的具体操作中，遵循有效性原则，通过分析影响学生实验课有效学习的主要因素，建立了"建筑材料"实验课学生考核评价表( 见表2) : 评价主体包括学生和指导教师，评价对象包括学生个体和所在实验组。
　　考核评价表将实验过程与实验结果相联系、学生个体与所在实验团队相结合，通过多视角的分析评价，互为补充、互相印证，使实验课成绩的考核评价结果更加客观、更加真实。在成绩统计时，不同实验类型选择不同评价指标、不同实验项目赋予不同权重，可以实现成绩评价结果的量化。
　　4 结 语建筑材料实验课是学生直观认识建筑材料、了解材料性能及质量控制的重要途径，对于培养创新型、高素质的土木人才具有重要意义。实际工程应用中，建筑材料种类繁多，涉及的内容庞杂。而目前，我国各高校由于教育理念的偏差和实验资源的限制，在建筑材料实验教学中多以验证性实验为主，注重基础知识和基本操作技能的培养，而忽视学生创新能力和综合素质的发展，无法适应现代社会对人才的需求。
　　基于有效教学的理念，建筑材料实验教学必须着眼于学生能力的提高，通过完善实验教学资源、研究实验教学模式、改革实验考评体系等措施，实现教学效益的最大化，充分发挥实验教学的独特功能。在完成教改项目的过程中，我们一方面以"土木水利实验教学中心"建设国家级实验教学示范中心为契机，完善建筑材料实验教学的软、硬件资源; 另一方面，围绕着提高实验教学的有效性，充分借鉴各高校的改革思路和成功经验，针对本校的专业特点和原有课程体系，对建筑材料实验教学内容、教学模式、教学手段、成绩考评方法等进行了一系列探索性改革实践。作为非教育类专业的普通任课教师，不能将自身仅仅定位为课本知识的传授者，同时也应该是教育教学的改革实践者。通过两年来的实验教学改革，不仅提高了建筑材料实验课的教学效率、效果和效益，同时也提高了教师自身的职业素质和教学能力，实现了教与学双方互相促进、共同发展。
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