HQAII教学法在“土木工...料”课程教学中的探索与应用_任骏.pdf

科 教 资 讯 2023 NO.8 SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯HQAII教学法在“土木工程材料”课程教学中的探索与应用任骏 祝海雁(云南大学建筑与规划学院土木工程与智能建造系 云南昆明 650500)摘要：土木工程材料课程是土木工程和建筑学专业学生的专业核心课程，也是土木工程学生最早开展的专业课程之一。土木工程材料课程内容抽象繁杂，该文以激发学生的学习兴趣、增强学习自觉性、提高课程教学效果为导向，探索通过HQAII教学法，即以热点案例引入（Hotspot-Induction）、问题导向（Question-Guidance）、分析比较（Analysis-Comparison）为抓手，培养学生自主思考（Independent-Thinking）的能力，同时提出将课程思政化的理念融入课程教学过程的全程设计，目的在于形成一套新工科的教学方法，为“新工科”和“工程教育专业认证”背景下土木工程专业课程的教学模式的改革与创新提供参考。关键词：HQAII教学法 土木工程材料 课程教学改革 热点案例引入 课程思政化中图分类号：G642文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2023)08-0151-05Exploration and Application of the HQAII Teaching Method in the Teaching of Civil Engineering MaterialsREN Jun ZHU Haiyan(Department of Civil Engineering and Intelligent Construction,School of Architecture and Planning,Yunnan University,Kunming,Yunnan Province,650500 China)Abstract:The course of Civil Engineering Materials is a professional core course for students majored in civil engineering and architecture,and it is also one of the earliest offered professional courses for students majored in civil engineering.Since the content of Civil Engineering Materials is abstract and complex,this paper takes how to simulate students interest in learning,enhance their learning consciousness and improve the effect of course teaching as the guide,explores to cultivate students independent thinking ability by the HQAII teaching method,that is,taking HotSpot-Induction,Question-Guidance and Analysis-Comparison as the starting point,and integrates the concept of courses on the ideological and political dimension into the whole process design of course teaching,aiming to form a set of teaching methods of new engineering,and provide reference for the reform and innovation of the teaching mode of civil engineering professional courses under the background of New Engineering and Engineering Education Accreditation.DOI：10.16661/ki.1672-3791.2205-5042-6708基金项目：国家自然科学基金地区基金（项目编号：52168038）；国家自然科学基金地区青年基金（项目编号：51908526）。作者简介：任骏（1986），男，博士，副教授，高级工程师，主要从事混凝土外加剂、智能防护混凝土和固废资源化处理方向的教学和科研工作。祝海雁（1972），女，硕士，副教授，主要从事绿色土木工程材料的教学和科研工作。151 2023 NO.8科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION 科 教 资 讯SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯Key Words:HQAII teaching method;Civil engineering materials;Course teaching reform;Hotspot-Induction;Courses on the ideological-political dimension“土木工程材料”课程是土木工程和建筑学专业的专业核心课。其开设的主要目的是让学生掌握主要的土木工程材料的性能、制备、使用方法、检验检测方法等，培养学术严谨的科研态度和分析解决问题的能力。同时，“土木工程材料”课程是土木工程专业学生最早开始的专业核心课之一，在达成上述目标的同时，如果能够激发起学术的求知欲和探索欲，对后续其他专业课程的开展也有帮助1-2。“土木工程材料”课程涉及面较广，需要掌握的知识点较多，相互的逻辑联系较弱，内容多为文字陈述的理论知识，比较抽象，经常使学生在听课过程中失去学习兴趣。同时，理论较多导致课程内容紧密结合工程实际的问题较少，课程多以教师讲授学生被动听课的教学方式为主，对解决工程问题的能力训练不够3-4。近年来，随着信息技术的不断创新和快速发展，学生获取信息的方式已经对传统的教学模式造成了严重冲击，包括以教师讲授教材、板书视频教学、PPT课堂教学等教学模式。在“新工科”和“工程教育专业认证”背景下，这些教学方式已经不能满足土木工程专业发展的需求，也无法适应培养新时代建设中国特色社会主义现代化强国，具有扎实专业基础，能够服务社会经济发展需求人才的要求5-6。为此，笔者从云南大学教学的经验中进行总结，提出了HQAII教学法，通过案例引入，问题导向和分析比较3个模块，培养学生自主思考的能力，同时通过贯穿全教学过程的思想政治教育，培养学生良好的科学素养和职业道德，最终实现工程类学生需要的能力培养。1 HQAII教学法的具体内容HQAII教学法主要包括热点案例引入（Hot-Spot-Induction）、问题导向（Question-Guidance）、分析比较（Analysis-Comparison）3个方面，通过以上3个方面的课程设计，培养学生自主思考（Independent-Thinking）的能力。同时，通过将课程思政化（Ideological-Education）的理念贯穿整个教学中，培养学生独立思考和解决问题的综合能力。1.1 热点案例引入（Hot-Spot-Induction）一般而言，“兴”是让人们感到兴奋的事情，“趣”代表着有趣味的，且能够使人们乐此不疲地追求的事情。在教学实践中，学生兴趣越高，学习积极性、主动性就越高，持续性越长久，因此激发兴趣往往成为教学成效的关键。与其他专业有所不同，土木工程专业是一门实践性很强的专业，其培养目标和教育的最终落脚点都是要落实到实际工程应用中7。因此，在介绍相对抽象的土木工程材料概念、性能及应用的过程中，如何把抽象、枯燥的内容形象化，首先应该通过一些典型的实践案例把学生的注意力导入现实的情境中，产生兴趣，诱发出问题意识，从而为教学创设氛围。实践证明，学生的学习兴趣与学习对象的距离有关系。对于距离较远的学习对象（如抽象的名词），学生的学习兴趣和关注程度会越低。因此，通过热点案例的引入，首先能够让学生对所介绍的材料有一个直观的认识，拉近学生与学习对象的距离，可以进一步提高学生的学习兴趣。针对不同土木工程材料，一个较好的热点案例需要具有一定代表性。选择身边可以接触到的工程案例，可以很好地让学生有一个学习对象有一个可视化的认识，但是案例太普通则会降低学生的学习兴趣，学生可能会认为没有学习的意义，反而降低了学生的求知欲。通过选择一些具有代表性的重大工程的案例，可以最大程度地调动和激发学生的学习兴趣，为进一步介绍具体知识点打下了良好的基础。1.2 问题导向（Question-Guidance）问题意识是激发兴趣的点，兴趣是对问题探索的持续动力。土木工程人员的培养目标之一就是要让学生具备能够独立解决复杂工程问题的实践能力。培养学生的问题意识，这就需要教师进行有意识的引导8。在引入热点工程案例的同时，需要从工程案例中提出问题，进一步集中到学生要学习的知识点。该问题作为热点案例引入的一个衔接，在已经激发了学生学习兴趣的基础上，进一步引入相关的知识点。要想很好地解决一个问题，学生需要以个人或者团队的形式去152科 教 资 讯 2023 NO.8 SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATIONSCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯科技资讯查找资料，同时可以培养学生个人自主学习能力和团队协作学习的能力。例如：课堂教学中，教师首先可以通过一个工程的案例，提出“在这个工程中（或者这个工程某些部位）为什么我们要采用某种材料”等问题，可以通过资料查询自主探寻答案的方式，激发学生的求知欲，让学生对要讲授的材料保持好奇和想要探究的学习欲望。甚至可以以一个失败的典型工程案例作为参照比较，更能增强学生的学习兴趣和发现问题的意识。通过问题的导向，可以对接下来要讲授材料的性质和应用、检测技术的介绍埋下伏笔。1.3 分析比较（Analysis-Comparison）具有分析问题的能力，能够应用自己所学数学、物理化学知识和工程原理，对复杂工程问题进行识别与分析，并且通过查阅书籍及文献等方式进行比较与研究，最终得到相应结论的能力也是土木工程专业学生要培养的能力之一9。在教师问题引导的基础上，要着重培养学生对问题答案的分析能力。分析的过程就是引导学生自己回答“为什么”，进一步提出“怎么办”，或清晰“为什么只能这样办”，形成对问题的结论，对相关概念的准确把握。分析的过程首先是引导学生广泛收集查找相关的资料，培养的学生的文献（资料）查阅的能力。这是一个由量向质的归纳与抽象的过程，学生通过课堂内向通过课堂外的延伸，从被动接受教师讲授转变为自己查阅并比较分析，从而对相关材料的性能优缺点、应用范围等知识有更清楚的了解，一些相关的知识点在无形中被学生强化。这里所指的比较并非局限于文献资料的比较，而是一个更广义的比较，其内涵包括：（1）文字资料（包括文献）之间的比较，可以更全面地了解材料的性质用途等；（2）文字资料与实际资料（样品、视频等）的比较，可以将理论的材料形象化可视化，让学生有直观的认识；（3）材料品质的（样品、视频等）优劣比较，材料性能的优劣是很抽象的，教师可以通过让学生接触不同品质材料的方式，进一步让学生对材料性能有清楚的理解；（4）不同材料间的比较，通过对不同材料间性能的比较，可以对不同材料之间的优劣性能以及其相应的应用范围有新的认识。此过程后，教师可以再一次回到热点案例，加深学生对所学知识点的认识，进一步巩固学生的学习效果。1.4 自主思考（Independent-Thinking）传统教学方法就是简单的“教”与“学”，学生只是被动地接受固定的知识，不需要学生进行自主思考。然而，工程问题往往比较复杂，要想很好地解决问题不能仅仅靠所学的单项知识。解决复杂土木工程问题往往需要同时具备相应的数学物理化学以及工程知识和能力。单纯依靠书本上的知识解决问题是“纸上谈兵”，但是全依靠经验解决又经常犯“教条主义”的错误。因此，土木工程专业学生要能够将理论和实践有机结合，学习从实践升华到理论，由归纳演绎到推理的思维过程。理论知识经过自己独立思考和判断后形成解决实际工程问题的答案，既是应用马克思主义唯物主义辩证法的实践过程，也是评价一个土木工程从业人员合格与否的一大要素。自主思考的能力是培养土木工程学生的目标之一。培养学生的独立思考能力，并非简单告诉学生要学会自己思考，而是能够让学生展开课堂自由讨论，相互交流、交锋，最终形成统一的观点。独立思考并不是教师放弃责任，而是贯穿于以上3个教学模块中，需要通过教师在授课过程中有意地引导，让学生养成独立思考和判断的习惯。但要注意的是，独立思考并不是让学生一味地去接受、批判或者反驳，而是要让学生通过自己所学的知识和方法来科学、合理地进行分析和研判，最终得到自己对问题的独特见解，形成自己的解决方案。1.5 课程思政化（Ideological-Education）与人文社科专业不同，理工科，特别是土木工程学科，在学生培养过程中更注重的是对技术的掌握和对技能的培养。但是，在传统教学中，培养学生的专业技能过程中往往忽视了学生思想政治理论的学习。如何在培养学生专业技能的同时，树立学生正确的价值观和人生观，是土木工程专业教学中要解决的一个重要问题10。通过HQAII教学法，思政教育可以贯穿在教学的全过程中：（1）在引入我国热点案例、重大案例的过程中，可以引导学生树立正确的国家观、民族观、历史观、文化观，进一步激发学生的爱国热情；（2）在问题导向的过程中，可以通过教师问题的引导，激发学生的积极思考的学习兴趣，以及培养学生独立思考和解决科技问题的能力，引导学生树立积极向上的价值观；（3）在对比分析阶段，可以通过分析不按照标准制备和153 2023 NO.8科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION 科 教 资 讯SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯使用不合格土木工程材料带来的巨大社会影响和经济损失等，培养学生的社会责任感，以及在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行责任的能力；（4）通过培养学生的独立思考和判断的能力，使学生能够基于工程相关背景知识进行合理分析，通过结合所学知识，客观评价工程应用过程中各种方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响。同时，培养学生勇于承担相应责任的能力。2 HQAII教学法的案例分析我国是公认的基建强国，大量的基础设施建设离不开土木工程材料的支持。而作为用量最大的土木工程材料，混凝土占了世界超过一半的材料用量。混凝土材料相关章节的学习，通常占了“土木工程材料”课程授课中36课时量的20%以上，如何让学生能够熟练掌握混凝土组成、性质、制备和应用的相关知识，是土木工程材料授课的一大难点。文章首先以2022年北京冬季奥运会北京新建最大场馆为例，介绍HQAII教学法的具体应用。通过介绍被誉为“冰丝带”的国家速滑馆，引入混凝土材料的概念。在介绍“冰丝带”场馆的同时，一方面能够让学生对土木工程材料的应用有了直观的认识，知道在“冰丝带”华丽外表下面有混凝土强壮力量的支持，同时也能够让学生认识到“绿色环保”型建筑的重要性和实现途径，同时通过2022“北京冬奥会”的举办和介绍“亚洲最大冰面”的场馆的故事，激发学生的爱国热情。在介绍“冰丝带”场馆的特点后，教师向学生提问：如果要实现这么大规模和复杂的场馆，需要什么样的材料，这些材料需要什么性能等。通过让学生查询资料，进一步引导学生认识混凝土，并理解混凝土的性能特点和优势。同时，通过比较“冰丝带”与其他普通场馆的不同要求，以及其应用了大量补偿收缩和高抗冻等级混凝土的案例，进一步跟学生阐述混凝土的体积稳定性和耐久性等；并以问题为导向，在介绍以上两种混凝土的过程中，让学生尝试回答为什么要选择这些混凝土的问题。学生通过独立思考，对比与分析其与普通混凝土的差异，可以掌握混凝土的组成与制备方法，让学生对混凝土有全面的了解。教师，在介绍“冰丝带”场馆施工的过程中，使用了堆石混凝土和高自密实性混凝土等案例，进一步拓展了学生的知识面，对特殊混凝土有新的认识。3 HQAII教学法对教师的要求与传统的教学模式相比，实施HQAII教学法对教师的素质有较高要求。3.1 教师教学理念所谓教学理念，是指教师为了达到教学目标而思考和实施的教学方法11。在“新工科”及“工程教育专业认证”的背景要求下，传统按照书本讲授知识点的教学理念必须要有所改变。教师应该要充分利用现代网络资源，如慕课（Massive Open Online Courses，MOOC）、翻转课堂、雨课堂等新型教育技术，增加教学资源储备，同时，结合热点案例的视频、动画等方式，增加师生互动，让枯燥的知识点形象化，让学生有更多的求知欲。3.2 教师综合能力HQAII教学方式的实施首先是热点案例的选取，需要教师持续对土木工程热点问题进行跟踪，掌握相关方向的研究前沿和最新工程应用情况，促进教师将科研与教学相结合。其次，问题导向的关键是提出一个好的引导性问题，能够激发学生的探索欲，这就需要教师对相关特定方向有浓厚的兴趣和较深的感悟。该方法还要求教师有较高的分析和比较能力，首先需要教师对教学内容有全面和深入的掌握，还需要教师有良好的总结和归纳能力，以及相应的逻辑分析能力，才能够引导学生进行正确的分析和比较。最后，在QHAII教学法中，要求教师能够对教学深度和教学内容有精准的把握，如果把握不准很容易导致教学内容过深或者过浅，因此要求教师具有敬业精神。3.3 互动能力QHAII教学法同时需要教师的引导和学生的互动两个方面。除了提高教师综合素养，也需要培养学生的良好学习风气。靠考前死记硬背的传统模式已经不适用，需要学生具有主动学习的精神和团队协作的能力，同时也要求学生具有综合应用所学知识分析和解决问题的能力。教师应该努力营造良好的教学氛围，在推动学生学习热情的同时，提高课堂软环境，最终全面提高教学质量。154科 教 资 讯 2023 NO.8 SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATIONSCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯科技资讯4 结语“新工科”和“工程教育专业认证”的背景下对土木工程专业提出了新的要求，QHAII教学法在“土木工程材料”课程中的应用，有利于提高教学质量，为培养未来的卓越工程师提供了一种新的思路。参考文献1 阚晋,严捍东,王海峰.信息技术助力创建线下一流课程研究:以土木工程材料课程为例J.高等建筑教育,2022,31(1):130-136.2 王圣程,禄利刚,张朕.土木工程材料教学内容重构探索:以水泥混凝土强度为例J.高等建筑教育,2018,27(6):117-121.3 蒋金洋,刘志勇,佘伟.多尺度分析方法在土木工程材料教学中的探索与实践J.高等建筑教育,2017,26(2):44-46.4 李庚英,赵晓华,熊光晶.“土木工程材料”CDIO模式的设计与实现J.高等工程教育研究,2009(5):41-43,51.5 高等学校土木工程专业指导委员会.高等学校土木工程专业本科教育培养目标和培养方案及课程教学大纲M.北京:中国建筑工业出版社,2007.6 李静,兀婷,陈正,等.新工科背景下土木工程材料课程的教学改革J.科教文汇,2021(8):76-78.7 王冲,万朝均,刘芳,等.侧重于工程应用的土木工程材料课程建设构想J.高等建筑教育,2010,19(2):72-74.8 王丽,张道明,吕春,等.混合式教学在土木工程材料课程中的应用研究J.山西建筑,2020,46(6):168-169.9 陈金平,俞然刚,张雪松,等.基于专业认证的土木工程材料课程建设与教学改革研究J.大学教育,2020(9):71-73.10 何燕,宋旭艳,季涛.“土木工程材料”课程思政教学方法探索J.教育教学论坛,2020(48):251-253.11 任新民.试论“AAI”教学法J.云南教育,2002(18):27-29.的干密度为1.812 g/cm3，按1 m3的料进行成本核算：钢渣成本：1.95315%55=16.1元水泥成本：1.8413%360=19.9元石灰成本：1.8126%250=27.2元由以上计算可知，从改良剂成本的角度出发，钢渣稳定土相对于水泥稳定土、石灰稳定土来说，经济性占有优势。钢渣稳定土的成本最低，石灰稳定土成本最高。8 结语将钢渣应用于公路建设当中，不仅解决了公路路基黄土湿陷性问题，而且能节约数量可观的土地资源，同时有助于解决钢渣粗放处置所带来的环境问题。钢渣生产流程简单，减少了因生产水泥及石灰等过程中引起的CO2排放量。经过粗略估算，长为1 km，宽为25 m，厚为80 cm路床建设中采用钢渣代替3%水泥可减少碳排放817.7 t，碳减排量可观。因此，项目的建设不仅能推动当地交通的发展，而且为国家2030年碳达峰做出相应贡献。参考文献1 吴旻,谢胜华,葛根旺.碱激发钢渣矿渣复合基层材料的强度特性及微观机制J.硅酸盐通报,2021,40(8):2640-2646.2 赵立杰,张芳.钢渣资源综合利用及发展前景展望J.材料导报,2020,34(S2):1319-1322,1333.3 黄伟,邱鹏,唐刚,等.钢渣混合土基层材料制备及性能研究J.硅酸盐通报,2019,38(10):3237-3242,3265.4 孙睿,王栋民,房中华,等.钢渣：脱硫灰基全固废胶凝材料及其砂浆界面过渡区的研究J.金属矿山,2022(1):41-52.5 赵宝军,吴琛,王俊,等.钢渣集料在高速公路水泥碎石基层中的应用研究J.建材世界,2021,42(3):11-13.6 张耄耋,黄伟,叶雨尘,等.杂填土及钢渣杂填土基层材料的制备与表征J.安徽工业大学学报(自然科学版),2021,38(2):144-151,60.（上接第95页）155