時間:2023-04-21 18:44:02
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1.1裂縫問題
表面裂紋一般危害較小,深度裂紋的危害相對來說危害就比較大,有時可能會破壞混凝土結構的完整性和穩定性。根據其他方面,裂縫的原因可分為溫度變化引起的裂縫、地基變化引起的裂縫、設計原因引起的裂縫、鋼筋銹蝕引起的裂縫、施工工藝的優劣引起的裂縫等。大體積混凝土產生的裂縫一般為溫度原因產生的裂縫,一方面是由于混凝土內部的原因:大體積混凝土由于水泥水化熱導致混凝土內部溫度很高,黨混凝土表面的溫度和氣溫相差較大時就會產生溫度收縮裂縫。混凝土的膨脹系數為每攝氏度0.00001,溫度每變化10℃,混凝土會產生0.01%的先膨脹或收縮。另外如果混凝土被約束變形,在結構中會產生應力,混凝土具有抗拉強度即溫度裂縫性能,當應力超過混凝土的這種性能時,地基就會變形產生裂縫。由于地基不均勻的沉降的垂直或水平方向的位移產生了額外的應力結構,除了混凝土結構的抗張強度,從而導致結構開裂。為了防止鋼筋銹蝕,應根據規范控制裂縫寬度進行設計,采用適當的保護層厚度。還有施工工藝的優劣引起的裂縫,在施工過程中,對混凝土的施工工藝的要求是比較高的,如果在施工過程中施工工藝部規范,在后期使用中產生裂縫的可能性會增大。
1.2大體積混凝土在施工過程中遇到的其他問題
首先,在施工過程中,大體積混凝土的澆筑和振搗過程中,應保證在每一處混凝土初凝以前就被上了一層新的混凝土覆蓋并振搗完畢,而且還應考慮結構的大小、鋼筋疏密、預埋管道和地腳螺栓的留設、混凝土供應情況以及水化熱等因素的影響。其次,在大體積混凝土的養護階段,要注意控制混凝土的內外溫差,這就要求應注意保持適宜的溫度和濕度,以此來促進混凝土強度的正常發展和防止產生混凝土裂縫并阻止其發展。大體積混凝土的養護不僅要滿足強度增長的需要,還要通過控制傷工的溫度來防止因溫度變形引起混凝土的開裂。最后,大體積混凝土在拆模時,混凝土的溫差不得超過20℃。
2大體積混凝土產生裂縫的原因分析
2.1混凝土自身收縮的影響
混凝土收縮現象就是其在空氣中硬結時體積較小的現象。在不受外力的情況下,混凝土的這種變形受到外部約束時,將在混凝土中產生拉應力,導致混凝土開裂。在硬結初期主要是水泥石水化凝固硬結過程中產生的體積變化,后期主要是混凝土內部自由水分的蒸發而引起的收縮變形。
2.2水泥水化熱的影響
在水泥的水化過程中(主要是澆筑后的5-7天左右),水泥會放出大量的熱,由于混凝土內外表面的散熱條件不盡相同,因此混凝土中心的溫度很高,而外部溫度不高,這就導致了混凝土內外的溫度梯度,內部產生壓應力,表面產生拉應力,當拉應力超過混凝土的極限抗拉強度時混凝土表面就會產生裂縫。
2.3混凝土材料的影響
混凝土的裂縫主要是受本身的收縮受到的約束而產生的拉應力超過其抗拉強度而產生的。混凝土本身的收縮由其自身材料所控制,混凝土的材料包括泥土和水、砂石、外加劑和摻合料等。混凝土的收縮值和強度值因水泥種類和水泥的用量不同而不同,我們所關注的水泥細度問題中,水泥越細混凝土就越容易裂縫。砂石的含量越高混凝土也越容易裂縫,這是因為骨料表面所帶的泥份阻礙了骨料和水泥漿之間的粘結程度,弱化了界面結構,因而導致了混凝土抗拉強度的降低。另外實驗結果表明,摻加化學外加劑的混凝土的干縮值較大,且不同的化學外加劑對混凝土的干縮值影響不同。此外,結構設計和施工過程中的一些因素也對大體積混凝土產生不同程度的影響。
3對大體積混凝土產生裂縫問題的處理措施
混凝土的裂縫問題直接決定了施工效果的優劣,直接關系到工程的質量和經濟效益,所以裂縫問題的解決在施工工程中相當重要,但是它又是施工過程中避免不了的土木工程現象,不過對其進行處理的辦法還是有的。
3.1恰當選擇原料
在骨料的選擇上,可按照施工條件,盡量選擇大粒徑的中粗砂、有良好級配的石子。這樣既可以減少用水量,也可減少相應的水泥用量和混凝土的收縮和泌水現象。對于水泥的選擇,大體積混凝土產生裂縫的主要原因是水泥化過程中釋放了大量的熱。因此,在大體積混凝土施工過程中應盡量使用低熱或者中熱的水泥,并盡可能地降低混凝土中的水泥用量,從而降低混凝土溫度的上升,提高混凝土硬結后的體積穩定性。還可以通過適當增加活性細摻料代替水泥來保證減少水泥用量后混凝土的強度和坍塌度不受損失。在摻加外加料和外加劑方面,適當摻加粉煤灰可減少水泥用量,從而降低水化熱,但摻加量不可大于摻加適量的減水劑,這樣可有效增加混凝土的流動性,且能提高水泥的水化率,增強混凝土的強度,從而降低水化熱,明顯延緩水化熱的釋放速度。
3.2防止水泥熱化
水泥熱化會導致大體積混凝土的裂縫問題,因此,需對水泥熱化進行防止,比如,精心設計配合比;增配構造設計,提高抗裂性能等。
3.3施工質量的控制措施
在大體積混凝土施工質量的控制上,原材料環節的質量控制非常重要,首先要對水泥進行編號,其次要對粗骨料和細骨料中的顆粒含量進行嚴格的級配,最后就是要對一些外加劑和骨料含水量等多加注意。認真做好施工過程中的技術層面的工作,對實際問題要認真分析,適當調整各種材料的配比技術,應和具體的施工設備的變化而改變具體的施工措施。
4總結
環保管理是一種可持續發展理念,對于土木工程而言,實行環保管理就是要在土木工程建設之中協調好工程建設與環境的關系,減少環境的破壞,然而從當前實際情況來看,還存在著諸多問題。
(一)環保管理理念缺失。在當前土木工程的建設和管理之中,一些管理人員并沒有認識到環保管理與整個工程的效益,沒有認識到環保管理在工程建設之中的重要性。表現在具體管理中就是一些高資源消耗的生產方式依然存在,在生產過程中對不注意對環境的保護,對施工造成的污染不加以管理和控制。這種管理方式使得工程施工企業的社會形象大打折扣,不利于企業的長遠發展。
(二)機械設備落后。土木工程的建設施工必須依靠大量的機械設備,這些設備的使用直接關系到工程項目的進度和質量。從土木工程當前的施工情況來看,在一些施工項目中,許多機械設備過于陳舊,環保標準達不到國家的要求,產生的噪聲污染較為嚴重,不利于環境保護工作的展開。
(三)技術制約。土木工程建筑相關環保材料在生產技術上遠遠落后于外國先進國家。另外,我國土木工程的環保僅在表現材料方面,而環保理念的運用上存在著很大的不足,一些環保建設方式由于技術的原因根本無法實現。
二、土木工程環保管理措施分析
土木工程環保管理是一項綜合措施,必須從多方面加以管理和控制,實現工程建設與環境協調,為此,筆者認為加強土木工程環保管理主要可以從以下幾點著手:
(一)完善環保管理模式。目前,環保管理模式的最大問題就是監督力度不夠,這使得環保管理無法實現,因而在執行環保管理措施過程中,必須嚴格按照相關標準執行,制定相關環保懲罰條例和建立環保監督機構,建筑方應與環保行政部門相配合,對施工過程中的行為進行監督。并對施工方環境污染收取一定抗污染費用,對于不利于環保的措施和操作程序及時提出意見建議。
(二)制定詳細有效的環保措施。首先,在施工之前對施工所需要的機械設備、材料等進行分析,淘汰落后的機械設備;其次,按照相關技術環保標準,制定施工規劃,對施工過程中可能導致的環境破壞進行分析,并提出解決措施;最后,處理好噪聲污染、空氣污染、水污染等,特別是加強對施工中的生活污水處理,嚴禁任其排入河道水流中,淤泥表土應運到指定地點堆棄,避免淤塞河道。
(三)落實環保技術。首先,應當明確施工過程中所需的環保技術,淘汰落后的環保標準,對相應的技術進行改善;其次,積極引進先進的技術設備,對當前的技術加以改良;最后,使用環保材料,減少資源消耗。
三、結束語
【關鍵詞】土木工程,施工管理,存在問題,對策分析
中圖分類號:TU71 文獻標識碼:A 文章編號:
一.前言
由于土木工程施工項目全過程所涉及的環節多、部門多、程序復雜,所以找出在這個過程中存在的問題對加強管理是非常重要。相對而言,我國土木工程建設起步較晚,但發展迅速。土木工程的施工管理是一項很復雜的過程,不僅僅涉及到人員,材料設備的管理,更要綜合考慮到整個土木工程施工過程中,工程施工施工環境,施工安全控制,因此,也對工程的管理人員和管理體制提出了更高的要求。經過幾十年的發展,我國的土木工程管理在實踐中取得了一些完善,但依然存在很多問題,對工程的質量和施工的安全產生了消極影響,因此,加強對土木工程施工管理的探究,對土木工程的健康發展有著十分重要的意義。
二.土木建筑工程施工中存在的問題
隨著我國當下城市建設和公路建設的不斷升溫,土木建筑工程已逐漸成為社會熱門行業。我國也在開始不斷加大對該行業人才的培養,各大高校的土木工程專業也逐年擴招。但是,由于專業人才培養條件的差異性和地域性,也導致從業人員水平的參差不齊,從而也影響著土木建筑施工過程中的一些問題。
1.施工人員管理問題
(一)在很長的一段時間,我國的工程建設管理人員準入制度不完善,很多管理人員可以靠著關系或者是憑借某一個高層的喜好而進入工程地方管理,由于準入機制的不合理,不嚴格,很多不懂管理,不知經濟,不明財務甚至不懂技術的人員,可以通過各種方式進入工程項目的管理層,管理團隊整體素質偏低,管理機構臃腫。
(二)在施工過程中,分工不明確,權責不清晰,對人員的管理和對工程的管理脫節嚴重,同時,對工程技術人員的獎懲、任免、選用等主要是由施工單位的人事部門為主,管理也比較隨意。
2.工程用料問題
(一)首先,材料采購環節,為了大力節省施工成本,各種質量低劣的工程物料嚴重影響到工程的質量。同時,采購環節暗箱操作嚴重,抽取提成,拿回扣等情況普遍。其次,材料堆放位置不合理,分類不科學,對各種物料進行存儲時候沒有嚴格安排進場時間,在材料管理存儲過程中,各種材料發生潮濕,霉變,揮發,磨損情況嚴重。
(二)首先,土木工程施工材材料質量檢測方法落后。質量檢測的手段和方法傳統而簡單,缺乏一定的科學性和嚴密性,很多區域的建筑材料質量檢測機構依然是人工操作,手工填寫表格,工序缺乏嚴密性,且繁瑣,失誤較大,甚至是人為的修改數據,使得各種數據統計資料缺乏一定的客觀性。其次,土木工程施工材料的質量檢測力度不夠,檢測結果缺乏真實性。對質量檢測制度貫徹執行不力,檢測標準不夠嚴格,抽樣不合理,材料質量安全隱患比較多。檢測人員缺乏職業操守,因為私利而弄虛作假,材料檢測的結果缺乏真實性。
3.施工操作問題
首先,在土木工程施工過程中,由于人員的素質偏低,對各種各機械設備的操控不夠熟練,手工操作比重比較大,失誤比較多,因此,容易發生不規范操作,違章操作的現象。其次,同時,對各種施工標準和施工的規章制度理解不深入,貫徹落實的力度不夠,缺乏系統科學的監督機制。最后,土木工程建設中,各種砂漿,混泥土,石灰漿等配比不合理。比如為額外利益在配置砂漿的時候不按照標準比例,經常偷工減料;在施工過程中,有的施工單位為了節約成本或者施工人員為了減少工作量,經常會擅自去掉其中幾個規格的砂漿,對于攪拌用水缺乏檢驗檢測,忽略了水質對于物料的影響,這樣給工程質量安全帶來了極大的隱患。
4.施工安全管理問題
實施安全施工管理是保證施工正常進行的客觀要求。但是,安全管理工作并沒有得到重視。首先,土木工程建設中,缺乏健全科學的安全管理機制,安全管理方式落后,對國家的各種安全法律法規貫徹落實不到位,同時,管理人員追去經濟效益忽視對施工安全的控制,施工人員本身安全意識薄弱。都使得土木工程建設中,安全事故頻繁。
三.土木工程施工管理的措施分析
隨著我國科學技術的發展和經濟的快速進步,我國的土木工程發展迅速,并在國民經濟增長和人們生活質量的提高中起到了巨大的推動作用,但是,工程管理中存在的問題依然不容忽視,為了完善土木工程的管理體制,促進整個行業管理上的成熟,。筆者結合多年的土木工程施工經驗,在借鑒他人技術理論的基礎上,對土木工程管理的措施進行分析。
1.加強對人的管理
(一)堅持“以人為本”,重視管理。管理人員只有扎扎實實地提高素質,提高管理水平,注重細節管理,用心管理,才能發現細節問題的實質,同時,要改善決策方式,加強管理中的民主化和集體化,加強和施工人員的交流,促進人員關系的和諧。
(二)由于土木工程一種龐大復雜的操作施工過程,其中無論是先進的設備還是純人力勞動,手工操作都是其中最為重要的一部分,但是,由于我國建筑業起步發展時間晚,對技術人員的系統培訓尚不夠完善,手工操作人員的手工操作能力相對而言有著很大的差距,操作不熟練,操作失誤多,不利于整個工程項目的質量保證。因此,要加強對施工員工的培訓,提高其操作的熟練程度,嚴格執行操控標準,提高操作效率,保證整個項目實施中的技術水準。
2.建立專門的物料管理制度和監管機制,確保建筑用料的質量和安全
(一)要嚴格材料進入標準。材料進場前應檢查其規格、型號、產地、外觀、性能指標、數量等參數,對于一些重要材料,還應該委派專人到現場進行監督,如商用混凝土就必須在生產現場檢查水泥、砂石質量、配料配合比是否符合要求,攪拌時間是否符合要求等。做好質量的抽樣檢測,客觀記錄。
(二)采用正確的方法保管建筑材料。進場的建筑材料應按照平面布局堆放并設立標識,將不同品種、不同規格的材料分別堆放。做好防水工作,防止水泥受潮、鋼筋銹蝕等。在材料保存一段時間之后需要取用時應先檢測再使用。
3.嚴格執行施工標準,實施規范性操作
(一)制定完善相關的施工技術標準,對所有施工人員在施工前進行操作培訓,從理論上深刻明白操控原理,從實踐中進行現場操作演示,務必使所用施工人員都可以嚴格達到施工標準,操控熟練,能夠滿足工程技術相關規范,杜絕胡亂施工操作的現象。
(二)從全面控制的角度出發,找出產生誤差或者失誤的原因,分析制約每道工序質量的問題,采取科學合理的措施消除惡劣影響,減少制約工程質量的因素。嚴格執行每道工序的前后執行順序,杜絕前后跳躍施工,尤其是時間急促,施工匆忙時期,要盡量減少多種工序的交叉,保證整個施工順序的合理穩定。
4.加強對施工現場的安全管理控制
首先,土木工程要建立健全施工的安全控制機制,設立專門的安全管理部門。其次,要對管理人員和施工人員實施安全知識培訓,更新安全管理理念,采用先進的安全管理方式,最后,安全工作的管理人員要將各種安全管理規范和國家的安全法規落實到實處,并采取有效措施,實施安全施工。
四.結束語
土木建筑工程的施工管理是整個工程管理中的重要環節,對整個建筑工程的質量管理和安全控制有著十分重要的作用,從總體而言,土木工程的管理關系到國民經濟的增長和人們生活方式的改變,加強管理探究,有助于完善土木工程的質量控制,有助于我國工程建設行業的健康快速發展。
參考文獻:
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[5] 彭慧軍 談土木工程施工項目的管理 [期刊論文] 《科技創新導報》 -2008年33期
[6] 唐曉晗 淺析土木工程施工項目管理面臨的問題及應對策略《商品與質量》2011年第S7期
中國土木工程專業研究生培養模式探索
(一)確定土木工程專業研究生的培養理念及目標
土木工程專業研究生的培養應在保證碩士研究生具有正確價值觀和良好道德情操、具備堅實理論知識和科研能力的基礎上,側重培養工程實踐能力,使之能夠具有解決實際工程中復雜問題的能力,成為與國際形勢接軌、掌握建筑領域尖端技術的高素質工程型人才[3]。
(二)明確土木工程研究生培養質量的影響因素
單一的培養模式和傳統的課堂教學模式,使學生的個性和特長得不到充分發揮,限制了學生的創造性思維發展,使研究生教育無異于本科教育,大部分缺乏獨立研究和創新的能力。就土木工程專業來說,更應偏向實踐和應用。
(三)研究生培養模式的建議
首先,高校應改革土木專業研究生教育模式。例如將土木專業研究生的培養類型細化到理論研究型和工程實踐型等方向,使研究生的培養更具有針對性。在課程設置上,由于土木工程學科所包含的知識面寬,涉及的內容廣,因此,課程設置要有針對性和普遍性,多設置基礎課程[4],使學生主要掌握學習方法,而非單純地學習課程本身。同時,教師要使學生形成完整的知識框架和體系,使學生有機會接受該領域最前沿的知識和研究方法,使研究生從基礎知識的學習、查閱文獻到撰寫論文等工作中學到做科研應具備的基本素養和能力,并在此基礎上使研究生將自己所學的知識應用到實驗或實際操作中。
其次,針對研究生畢業后缺乏實踐和動手能力的現狀,高校應加強校企聯合培養模式。鑒于土木工程本身的學科特點,實踐與應用更是重中之重,因此,校企聯合的培養模式具有更重要的現實意義。在教育體制上應盡快為高校創造條件,如建立產學研培訓基地,使研究成果直接轉化成社會生產需要,企業可以為高校的科研工作提供資金支持,同時高校可以為企業運作帶來技術保障。高校還應為學生創造實踐機會,使學生能夠通過學校學習和社會實踐,真正掌握和更深刻地理解所做研究的價值和意義。高校應實行學校導師和企業導師雙導師制度,學校導師可以從事科研生產工作,企業導師也可進入高校學習和指導,這樣既可以加強高校師資隊伍建設,完善教育體制,又可以使土木工程研究生在科研能力和工程實踐能力上得到充分提高。
再次,應借鑒國外教育體制,實行研究生教育寬進嚴出制度,這樣既可以使更多的學生有機會接受更高層次的教育,又可以提高畢業生的素質和質量。嚴格控制畢業論文的通過率,提高論文評價標準,避免論文答辯流于形式。可以借鑒國外論文評價體制,對論文的質量采用等級制度,提高學生撰寫論文的積極性。同時,在就業上應縮小研究生和本科生的待遇差異,這樣既避免了研究生學習的功利性,又節約了國家教育資源,使土木工程研究生教育真正培養出具有科研精神和工程實踐能力的高層次人才。
最后,加強自主創新能力建設是中國經濟社會和發展的重要決策和部署,創新能力是人才所需要具備的重要內容。因此,研究生創新能力的培養是中國目前研究生教育的關鍵,研究生的創新能力培養是經濟需要也是時代所趨[5]。土木工程創新型人才就是要在該領域提出新理念、新技術、新方法、新技術、新材料,能在土木工程領域有所創新。由此,提高土木研究生的創新能力需要設立該學科的高校和教育工作者不斷探索和實踐,提出切實可行的措施,可以將部分高校作為試點,將土木工程研究生創新能力培養理念深入到教學和實踐中。
提高學生創新、獨立思考與工程實踐能力。實踐證明,重點加強力學基礎教學對土木工程專業畢業論文質量提升有明顯成效。
關鍵詞: 土木工程;畢業設計;力學教學;理論知識;工程實踐
中圖分類號:TU-4;G642477 文獻標志碼:A 文章編號:1005-2909(2012)04-0126-03
土木工程專業畢業設計是培養計劃中最后且最主要的綜合性實踐教學環節,也是人才培養目標的重要階段之一。要求學生將大學此前所學的專業知識融會貫通,并應用于實際工程,培養學生綜合應用所學基礎理論和專業知識,以及獨立分析和解決實際工程問題的能力[1]。然而,土木工程畢業課題大部分涉及力學分析和計算,但從指導學生畢業設計中可以看出,學生普遍不能很好應用力學知識去分析、解決問題。為此,加強力學基礎教學改革和實踐,確保學生畢業設計論文質量是高等院校面臨的一個重要課題。
一、土木工程專業畢業設計存在的問題
目前,土木工程專業本科畢業設計課題主要來源于工程建設類和研究項目的實際課題,但這兩類課題都涉及力學知識,若缺乏較強的力學分析和計算基礎則難以完成高水平的畢業論文。當前土木工程本科專業畢業設計存在的主要問題如下。
(一)缺乏解決實際工程問題的能力
房屋建筑結構方案設計方向論文內容主要包括結構選型、結構布置、建立模型、擬定計算簡圖、內力分析、內力組合、截面設計、構造處理等。顯然,合理的建筑結構設計是以力學分析和計算為基礎,然而在指導學生畢業設計的過程中筆者發現,學生嚴重缺乏利用所學的理論力學、材料力學,尤其是結構力學相關知識分析和解決工程實踐問題的能力。已踏入工作崗位的學生反映,雖然已學習了理論力學、材料力學和結構力學,且在期末考試中也取得了較好的成績,但進入畢業設計階段仍無從下手。如:畢業設計涉及的力學知識也許不能完全用書本知識解決,但對于簡單的力學問題,學生往往感到毫無頭緒,只能在教師的指導下做出正確選擇。這說明學生還無法將專業基礎知識、基礎理論知識在頭腦
中形成統一體系[2],學生在本科階段學到的力學基礎知識沒有真正起到基礎和鋪墊的作用。缺乏知識綜合應用,尤其是應用力學知識解決實際工程問題的能力是土木工程專業本科畢業設計最突出的問題。表1為筆者所在的土木專業二本學生近年來畢業設計題目。從表中和筆者教學實踐調查可以看出,由于學生力學水平較差,因此畢業設計大多數為施工組織設計以及巖土工程方向,而房屋建筑結構方案設計方向的論文偏少,研究型論文的畢業設計基本沒有。
(二)結構設計概念模糊,缺少方案論證
土木工程畢業設計的實施過程歸根結底是一個結構概念分析的過程。所謂概念設計一般是指不經過具體的數值計算,主要依據整體結構體系與分體系之間的力學關系,根據現象和工程經驗得出基本設計原理和思想,從整體的角度確定建筑結構的總體布置以及抗震細部措施的宏觀控制,概念設計思想已逐漸被大范圍地推廣,并在結構的選型、布置、計算參數的確定等方面發揮越來越重要的作用。然而,目前的本科生由于力學基礎知識不牢固,工程實踐經驗不足,加之計算機的大量使用,導致結構設計概念模糊。
從目前筆者所在專業的畢業論文看,論文中普遍缺少方案選擇、比較以及方案論證,基本按照既有模式進行計算,有的甚至連計算方法都未弄懂,導致畢業論文中往往在選擇結構方案時對受力是否合理缺乏考慮,結構整體把握性差,空間想象力不夠,理性分析偏弱。
(三)學生定性分析以及手算能力不足
計算機的普及和高速發展為結構分析提供了多樣化的選擇,培養學生利用計算機分析結構已成為課程建設和教學的重要內容。為了培養學生利用計算機進行結構分析的能力,東華理工大學土木與環境工程學院在編制結構力學I課程教學大綱時重點增加了6個課時的上機操作,同時在課堂教學中增加了通用工程結構分析軟件介紹,如SAP2000,ANSYS等有限元分析軟件。然而,負面效應是學生過分依賴計算機分析軟件,當遇到必須通過手工計算才能解決的復雜結構時,大部分學生無法應對。另外,當計算出現錯誤或在使用過程中輸入錯誤參數時,學生無法較快地定性分析內力圖是否正確,更不知如何手工校核。
(四)缺乏創新思維和獨立分析能力
本科畢業設計目的是重點培養學生的創新思維和獨立分析能力。由于本科生知識面偏窄,限制了學生創新思維的發展,學生獨立分析與解決問題的能力薄弱,畢業設計時力不從心。通過對本專業2006級畢業生情況調查分析發現,學生對所學的各門課程,特別是對三大力學的綜合運用能力不強;對實際工程了解模糊,在將實際工程轉化為計算模型時,方法實施不明確,加之對結構構造要求不熟悉,欠缺獨立查閱文獻的能力,造成了學生過分依賴教師的情況出現。
二、產生原因分析
(一)理論與實際脫節
力學與工程密切相關,是土木工程專業最重要的課程之一。力學概念、原理和公式相對枯燥,教學與實際工程脫節難以吸引學生注意力。例如:材料力學、理論力學、結構力學的教學學時相互分割,以單門課程為中心進行教學,對知識的相互滲透與銜接不夠,導致學生學習吃力,一味強調強調計算方法和技巧的訓練,忽視了基本理論在實際工程中的應用,導致拋開工程背景一味學習書本知識的現象成為普遍。
2、主要課程:工程力學、流體力學、巖土力學、地基與基礎、工程地質學、工程水文學、工程制圖、計算機應用、建筑材料、混凝土結構、鋼結構、工程結構、給水排水工程、施工技術與管理。
3、主要實踐性教學環節:包括工程制圖、認識實習、測量實習、工程地質實習、專業實習或生產實習、結構課程設計、畢業設計或畢業論文等,一般安排40周左右。
4、主要專業實驗:材料力學實驗、建筑材料實驗、結構試驗、土質試驗等。
基于土木工程專業人才培養方案對學員“知識、能力、素質”三個層次的培養要求,將土木工程材料課程知識體系相對應地劃分為“教材知識、拓展知識、科學知識”三個層次。通過課前預習、課堂教學、實驗教學、課程考核四個階段的課程設計,分別采取不同的教學方法和考核方法,實現學員獲得學習、實踐和創新等方面能力和素質的目的。
關鍵詞:
土木工程材料;知識分層;教學設計;教學實踐;課程教學
知識是基礎,是載體;能力是知識的綜合體現;素質是知識與能力的升華。知識、能力、素質是進行創新的基礎,只有將三者的教育與培養結合在一起,并貫穿于教育的全過程,才能培養出高水平的人才。高等教育應在傳授知識的同時提高學生的綜合能力,升華其素質,培養學生的創新精神和創新意識。布盧姆認為,只要在提供恰當的材料和進行教學的同時,給每個學生以適當的幫助和充分的時間,幾乎所有的學生都能完成學習任務或達到規定的學習目標[1]。其實很多學生學習成績不理想,學生智慧能力的欠缺并不是主導因素,未能提供適當的教學條件和合理的幫助才是造成學生學習成績不理想的最大原因。因此,筆者在土木工程材料課程教學中采取知識分層的方法,將課程知識劃分為不同層次,預定目標,并采取針對性措施,幫助學員實現獲得“知識、能力、創新”不同層次知識的目的[2-4]。
一、土木工程材料課程知識分層的教學設計
土木工程材料課程主要介紹各類建筑材料的成分、生產過程、技術性能、質量檢驗以及應用等基本知識。材料種類繁多,內容繁雜,各章自成體系,而且概念多、術語雜;經驗性的東西多,邏輯推理性內容少;文字敘述多,公式計算少。學員在學習過程中感覺對知識的理解并不難,難的是抓不住重點,感覺要記憶的東西太多,不能將繁雜的內容梳理出條理清晰的層次,以致學生感到學習難度較大,學習效率不高。 依據土木工程材料課程知識來源及其特點,將該課程教學內容劃分為:教材知識、拓展知識、科學知識三個層次[5]。(1)教材知識:即人才培養方案和課程標準要求掌握的內容,包括水泥、混凝土、鋼材、防水等材料的化學成分、生產工藝、技術性能、質量檢驗以及材料的基本性能試驗等;(2)拓展知識:指教員對課本知識的分析和拓展,主要內容是教員在科研、工程等實踐過程中積累的經驗和知識,以及課本以外的專業知識等[6];(3)科學知識:與土木工程有關聯的一切材料知識與實踐,重點介紹材料科學發展的最前沿知識,及其在防護工程中的應用,如泡沫鋁、納米二氧化鈦、石墨烯、相變材料、形狀記憶材料等新材料的功能開發和應用研究,主要作用是激發學員的創造力。針對不同層次的知識,引導學生采用不同的學習方法和不同類型的評價方法,實現不同層次的教學目標[7]。通過任務—問題,引發學員的學習興趣,實現學員獲得“知識、能力、創新”三位一體課程知識的目的,培養學員的創新意識和創新能力。
二、土木工程材料課程知識分層的教學實踐
為了深入貫徹理工大學精英教育理念,充分發揮教員的主導作用,引導學員全面成長,更好地對學員因材施教,拓寬學員視野,培養學員的實踐能力和科研創新能力,從2009年開始,筆者嘗試在土木工程材料課程教學過程中實施“本科生導師制”。實踐中將導師制與課堂教學內容形成良好的銜接、互補,并對課程的知識體系進行梳理,逐步形成了“知識分層”的教學思想,在探索實踐中,收到了較好的效果。
(一)課前預習以教材和學習指導書為載體,引導學員進行有針對性的課前自學,時間以10分鐘至30分鐘為限。課前自學能使學員對概念性知識有初步認識,對不能理解的知識點或各類疑問帶到課堂上反饋給教員。本過程以讓學員了解和掌握教材知識為目標。
(二)課堂教學教員對學員的預習情況進行檢查,獲得學員不能理解的知識點或各類疑問,在課堂上有針對性地講解必須掌握的重點、難點,確保學員能夠掌握人才培養方案要求掌握的知識。本過程以讓學員了解和掌握教材知識為目標。在此基礎上,教員對課本知識進行拓展,介紹真實的工程案例或事故,重點是軍事工程。本過程以讓學員了解和掌握拓展知識為目標。主要包括如下三方面內容:(1)大型工程涉及的材料:包括國內外各類典型工程及本地區的重點工程,如青藏鐵路、水立方、鳥巢、蘇通大橋、杭州灣大橋、永興島建設等工程中涉及的各類材料,體現理論知識與工程應用的緊密聯系。(2)工程事故:包括各類媒體介紹的工程事故及環境污染實例,如重慶彩虹橋垮塌事件、家庭裝修帶來的“裝修病”等,以此作為切入點介紹材料性能對工程結構質量和使用性能影響的重要性。(3)特種材料及技術:如“耐高溫—高寒混凝土”“耐海水混凝土”“泵送混凝土”“混凝土結構搶修加固材料”“再生混凝土”“材料無損檢測技術應用”等,并在此基礎上引導學員針對工程實踐特點,根據基礎理論知識進行材料創新設計。
(三)實驗教學實驗教學作為大學本科教學的重要組成部分,是培養學生實踐能力和綜合素質的重要教學環節。相對于理論教學,實驗教學更具直觀性,更能培養學生發現問題、解決問題和分析問題的能力,在提高大學生綜合素質和創新能力方面發揮著重要作用[8-9]。1.基本實驗按照《全國高等學校土木工程專業本科教育評估標準》對土木工程材料課程實驗教學的要求,完成六個驗證性實驗。本過程以讓學員了解和掌握教材知識為目標。2.自主實驗即開放式“三性”試驗,實行自主選題、自行設計、自主操作。采取“本科生導師制”[10],引導學生組成興趣小組或科研團隊自行選擇試驗內容,合理利用實驗室已有設備制定試驗方案,并得出實驗結論。遵循“引導—自學—輔導—實踐”四個環節,激發學生自主進行研究性學習的熱情,把綜合理論知識和技術融入到研究過程中,培養學生合作研究能力、技術創新能力,增強學生的綜合素質,充分開發學生的潛力,為培養優秀學員創造條件。本過程以讓學員了解科學知識為目標。在自主實驗的基礎上,教員根據學員的選題提供研究思路,以國防工程新材料研制俱樂部為平臺,帶領學員進行各類實踐活動,如面向學生的科研立項、開展學科競賽、參與教員的科研項目等。主要成果形式可以分為三大類:論文類、發明類、競賽類。(1)論文類,包括科普類論文和學術類論文。從材料角度對大型工程進行材料設計,或從工程事故分析報告等角度撰寫論文,要求正式發表,包括會議論文。如論文《‘美國911事件’中鋼材對火災產生、蔓延的影響》《建筑環境污染事件中材料的決定因素》等;也可以根據國家戰略或國防戰略選題,如《設計南海、西南高寒地區所需要的特種建筑材料》等。(2)發明類:以土木工程建設、國防工程建設或軍事需求進行選題,包括材料發明、材料結構設計等,通過試驗進行發明創造,并申請發明專利或實用新型專利。(3)競賽類:以材料的創造發明或論文形式,參加校內外各類學科競賽。如每年一次的理工大學“卓越杯”科技創新大賽,每兩年舉辦一屆的“全國大學生混凝土設計比賽”“中國大學生新材料創新設計大賽”“‘挑戰杯’全國大學生課外學術科技作品競賽”等,甚至可以參加相關學科的競賽,如“全國大學生混凝土結構大賽”等。
(四)課程考核課程考核包括教學不同階段的全過程評價,既考核結果,也考核過程。一是考核學員對教材知識的掌握情況,占總成績的70%,具體包括預習單、作業本、實驗報告、考試成績等。二是考核學員對拓展知識的了解、掌握情況,占總成績的20%,主要包括課堂表現、創新選題等。三是考核學員對科學知識的了解、掌握情況,占總成績的10%,是課程成績評定為優的重要依據。主要以課外創新作品的呈現程度來進行評價,如撰寫論文5分,如果了(或有錄用通知)就10分;發明創造有作品的5分,申請了專利的10分;正式參加了比賽的5分,已經獲獎的10分。
三、土木工程材料課程知識分層教學成效
在“土木工程材料知識分層”教學設計和實踐的過程中,先后獲得學院“建筑材料課程教學改革研究”“本科精英教育的探索———課外實踐導師制”“基于建筑材料課程的學員自主學習能力的培養研究”等教學科研項目的支持,獲得一些教學改革成果。在課程考核方面,近幾年學生通過率都達到100%。優秀率從5%左右提高到10%以上。在撰寫論文方面,學員團隊在教員的指導下撰寫了《泡沫鋁的特性及其在防護工程中的應用探討》《室內電磁輻射污染分析與評估》《基于金屬熱工藝“四火”原理實現鑄強兵之“劍”》等多篇學術論文。在創造發明方面,在教員的指導下,學員自主開展“寒區單兵多用途自熱包”“一種高強陶粒混凝土的研制”“K-15快速高強搶修加固材料”等材料研究,并申請了專利。在參加競賽方面,學員連續四年組隊參加理工大學“‘卓越杯’科技創新競賽”“第三屆全國大學生混凝土大賽”,多人次獲獎;參與“本科生導師制”課外創新學習的學員,有多名被保送或考取研究生。
四、結語
在理工大學實行“一導五法”教學改革的大環境下,教員和學員參與教學改革的熱情空前高漲,學員各類課外科技創新活動得到了校院多級政策支持,“本科生導師制”也在各學院深入推進。今后應將全國或兄弟院校的更多有價值的學科競賽引入學校,并將參賽的組織模式固定下來。此外應進一步加大學員課外科技創新活動成效與學分、評優、保研等評價體系的聯系,為學員的成長創造更加廣闊的平臺。
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