摘要：为了培养大学生的创新能力，文章首先阐述了基于创新能力培养的土木工程材料微课教学设计，然后论述了基于创新能力培养的土木工程材料微课教学实践，包括课前、课中、课后三个阶段。

　　关键词:土木工程材料课程,微课,创新能力

　　党的十六大报告指出：“创新是一个民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力。”[1]党的十七大报告指出：“提高自主创新能力，建设创新型国家。进一步营造鼓励创新的环境，努力造就世界一流科学家和科技领军人才，注重培养一线的创新人才，使全社会创新智慧竞相迸发、各方面创新人才大量涌现。”[2]党的十八大报告指出：“实施创新驱动发展战略。科技创新是提高社会生产力和综合国力的战略支撑，必须摆在国家发展全局的核心位置。”[3]党的十九大报告强调：“加快建设创新型国家。创新是引领发展的第一动力，是建设现代化经济体系的战略支撑，而建设创新型国家需要创新型人才。”[4]党的二十大报告强调：“坚持科技是第一生产力、人才是第一资源、创新是第一动力。”[5]创新能力是创新型人才的基本特征，是发现新问题、解决新问题、发明新事物和开创新领域的能力，需要高校在人才培养过程中着重进行提升。

　　土木工程材料是土建类专业的学科基础课，能够为学生后续的专业课学习及将来从事土木工程建设工作时正确选择与使用材料奠定一定的理论基础[6]。该课程内容涉及各种土木工程材料的性质，包括金属材料、无机胶凝材料、混凝土、高分子材料、砂浆等一系列土木工程领域用到的材料，知识点多而杂，但只有24学时，教学课时严重不足。为解决上述难题，开展微课教学势在必行。目前，很多微课教学都处于多媒体教室录制课程内容阶段，只能满足不限时间地点观看的要求，实质上与传统的课堂教学几乎无差别，尚未充分展示出微课教学的作用及重要价值[7]。此外，当前的微课教学较为死板，只注重知识的传授，忽略了学生创新能力的培养。因此，开展基于学生创新能力培养的微课教学设计与实践具有重要的意义。

　　一、基于创新能力培养的土木工程材料微课教学设计

　　基于创新能力培养的土木工程材料微课教学设计的核心问题就是如何在设计微课教学的过程中进行创新能力培养。对此，笔者构建了基于创新能力培养的微课教学设计模式，如图1所示。该微课教学设计模式下，教师要根据创新能力培养需求，推动科教融合，升级教学目标；根据教学目标的设计，进行教学内容重组，使教学内容更丰富，更能激起学生的求知欲。然后做好教学资源准备，确保与教学内容完美融合。最后根据微课的呈现方式与教学内容，设计脚本和解说词，使其与内容完美融合。笔者现以混凝土碳化为例，探索基于学生创新能力培养的微课教学设计。

　　（一）微课教学目标设计

　　混凝土碳化微课教学设计的目的是实现学生的创新能力培养。微课的教学目标要在传统教学的基础上进行全面升级。在常规混凝土碳化教学过程中，教学目标为熟悉混凝土碳化的概念、混凝土碳化的不利影响及防止措施、混凝土碳化的有利影响。为了培养学生的创新能力，最直接有用的手段就是科教融合，将混凝土碳化相关最新科研成果、前沿典型案例等与教学内容相融合，开阔学生视野，引导学生思考，激发学生的探索欲和创新能力。

　　（二）微课教学内容设计

　　微课教学内容设计的第一步，是对需要进行微课教学的内容进行有针对性的分类，这有助于学生有重点地掌握不同类型知识，同时根据教学内容的差异性，设计出不同的呈现方法，这样能够使微课教学更加具有趣味性、针对性和知识性。微课教学内容的设计与呈现对于提高学生的学习兴趣和效果具有重大的推动作用[8]。依据知识维度，可将微课教学内容划分为事实性知识、概念性知识、程序性知识和元认知知识四大类[9]。例如，混凝土碳化属于术语，是事实性知识，教师可以利用相关的视频、音频、图片呈现教学内容，也可以采用高亮标记、联想等呈现策略；混凝土碳化的不利影响与防止措施、混凝土碳化的有利影响属于以概念性知识为主的教学内容，教师可以采用微观机理视频和现场案例相结合的微课呈现教学内容；混凝土碳化有利影响的前沿案例属于元认知知识，教师可以最新的科技发展情况时间脉络为轴展示科研工作者解决问题时的思考过程、试验过程和实现过程等。

　　（三）微课教学资源设计

　　混凝土碳化微课教学资源分为核心和辅助两类，其中核心教学资源指的是课程教学微视频，而辅助教学资源是指其他可提高微课教学效果的相关内容。

　　1.微课核心教学资源设计。作为微课的核心教学资源，微视频的设计要注重引导学生发现、解决问题，并培养创新意识[10]。据此，土木工程材料课程中的混凝土碳化教学微视频内容可以分为问题引入、问题剖析、课程总结和问题思考四个部分。

　　第一，问题引入。基于建构主义学习理论，教学内容引入要基于学生已有的知识，并进行一定程度的拓展。在将微视频问题引入设计的过程中，首先要提出一个学生熟知的相关问题，引起学生的兴趣，提升学生思考的主动性，使其乐于学习本次课的内容。在混凝土碳化微课教学设计过程中，教师首先可提出“混凝土和二氧化碳，一个固体、一个气体，缘何产生交集”的问题，以此引发学生思考。

　　第二，问题剖析。引入问题之后，教师要引导学生进入混凝土碳化问题情景，利用学生的好奇心与求知欲，激发学生寻找答案的兴趣。问题剖析部分，需要学生集中精力学习、分析和解决问题。问题剖析的过程是围绕知识的传授完成的，面对一个新的知识点，学生应该知道该知识点的用途，以及如何解决相关问题。因此，问题剖析包括问题解决所需的知识、步骤、策略、方式等方面内容。混凝土碳化问题的剖析，要让学生明白混凝土碳化存在哪些问题，以及该用什么方式方法解决问题。因此，问题剖析需要学生熟知解决混凝土碳化相关问题所需的知识、问题解决所需的分析策略与步骤等。在混凝土碳化微课教学中，教师在抛出问题后，要回到原因的讲解上。即在湿度适宜的条件下，混凝土富含的氢氧化钙会与空气中的二氧化碳发生化学反应，生成碳酸钙和水，也就是土木工程领域常说的碳化。碳化是二氧化碳由表及里逐渐向混凝土内部扩散的过程。基于此，可引出混凝土碳化的不利影响。在这部分内容的教学中，教师先要向学生讲述钢筋混凝土相关内容。钢筋、混凝土二者能融合为钢筋混凝土，是因为二者有着近似相同的线膨胀系数，受环境影响较小。同时，钢筋与混凝土之间粘结力大。另外，钢筋的表面也被加工成有间隔的肋条，以便提高混凝土与钢筋之间的机械咬合。此外，混凝土中富含的Ca（OH）2可提供碱性环境，这样钢筋会被钝化出一层保护膜，使钢筋不易腐蚀。而空气中二氧化碳的登场，对钢筋混凝土碳化产生了不利影响。二氧化碳跟混凝土内的氢氧化钙不断中和反应，导致混凝土内的碱性下降，混凝土对钢筋的保护作用减弱。当碳化深度穿透混凝土保护层到达钢筋外表面，钢筋外钝化膜被穿透会发生锈蚀、体积膨胀，使得混凝土保护层开裂。同时，开裂后的混凝土更方便二氧化碳等有害介质的进入，因此加快了钢筋锈蚀和混凝土破坏。

　　钢筋混凝土广泛应用于各类建筑结构，那么面对混凝土碳化的事实，该如何避免混凝土碳化的不利影响呢？教师可引导学生对此进行思考。首先，提高自身密实度，使二氧化碳渗透困难，具体而言，可使用减水剂和较低的水胶比，加强施工质量控制，从而提高混凝土密实度；保证足够的混凝土保护层厚度，使碳化深度在建筑物设计年限内不会达到钢筋表面；增加水泥使用量，保证混凝土含有更多的氢氧化钙。基于此，可进行科教融合，引出发明专利《一种高抗碳化钢筋混凝土的制备方法》[11]，引导学生在课下进行学习与思索。其次，阻隔二氧化碳进入混凝土内部。例如，在混凝土表面涂刷保护层或粘贴面层材料，切断混凝土与空气中二氧化碳的接触。之后再次进行科教融合，引入发明专利《一种防钢筋混凝土碳化涂层的制备方法》[12]，激发学生探索欲。

　　基于2020年国家主席习近平在第75届联合国大会上提出的“中国力争2030年前二氧化碳排放达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和目标”[13]，教师可引出“双碳”目标将推进经济社会广泛而深刻的系统性变革，对各行各业产生深刻的影响。而混凝土行业为国家基础建设作出了巨大贡献，未来若要实现绿色可持续发展，低碳混凝土的研究是必然选择。基于此，可引出混凝土碳化的有利影响，即碳化作用产生的CaCO3可充填混凝土的孔隙，以及碳化时产生的水有助于未水化的水泥继续水化，从而提高混凝土的密实度。在此基础上，可引出混凝土碳化的前沿案例。案例一：湖南大学史才军教授于2021年12月指导建成了世界首条利用水泥窑尾烟气中的二氧化碳制备混凝土砖的生产线，使得混凝土与二氧化碳携手服务于我国的“双碳”目标，相关科研成果入选“科创中国”榜单。案例二：固碳混凝土在国内首次应用，CCUS技术助推全国首个施工期内实现碳中和项目的落地，可实现95%以上的二氧化碳被高效利用且封存于混凝土中。由此，产品的养护时间相较传统工艺缩减了一半，大幅降低了产品的人工成本及能耗需求。基于此，教师应再次对学生的探索欲进行激发。身为土建学生，更应努力钻研，用所闻及所学知识研发出更多混凝土与二氧化碳结合的方式与方法，增强相关产业的国际影响力，争取国际话语权，助力国家“双碳”目标的实施与实现。

　　第三，课程总结。在引入问题并进行问题剖析后，需要对混凝土碳化微课的教学内容进行分析、总结，加深学生对该节微课知识的认知。在对课程进行总结时，教师需要帮学生理清混凝土碳化课程知识的脉络，便于学生理顺思路，并将相关知识运用到其他课程内容的学习中，做到举一反三，进而提高学生知识再运用能力。

　　第四，问题思考。微课只是教学的开端，微课的关键在于引导学生思考、解决问题，并思考问题背后的实质。学生的课后思考可以围绕混凝土碳化不利影响的防治与有利影响的应用展开，以便为创新能力培养打下坚实的基础。这样全方位立体化拓展教学的深度与广度，有利于学生自主搜索文献与有关内容，从而提高其创新能力。

　　此外，教学微视频的呈现设计也同样重要，混凝土碳化的学习内容是微课教学的“里”，而微视频呈现方式方法的设计则是微课教学的“表”。在混凝土碳化微课教学设计时，教师可采用评书的方式，将混凝土与二氧化碳人物化，讲述混凝土与二氧化碳的“爱恨情仇”，以激发学生的学习兴趣。

　　2.微课辅助教学资源设计。微视频是微课教学的核心，但微课教学资源并不只包括课程内容的微视频，还包括与课程内容有关的辅助教学资源。混凝土碳化微课辅助教学资源包括相关案例、扩展教学内容、课后思考与分析等。

　　第一，相关案例。基于创新能力培养的混凝土碳化微课教学设计中，创新能力培养始终是微课教学内容设计的核心，而创新能力的提升是通过学科前沿真实案例讲解来实现的。在混凝土碳化微课辅助教学资源中，学科前沿案例是非常重要的教学资源，加之微视频时间有限，故在微视频中只能讲述最核心的案例，这可以启发学生寻找更多的有关混凝土碳化案例进行课后学习，加强思考，进而实现创新能力的培养。

　　第二，拓展教学内容。教学微视频是围绕混凝土碳化相关知识点一一录制的，相关内容受到限制，因此微课教学资源中还应包括一些围绕该微课教学内容的扩展知识，使学生的知识面得以扩充，并启迪学生思维，这更有利于学生创新能力的培养。

　　第三，课后思考与分析。课程内容的学习方法多种多样，课堂只是课程内容学习的一种固定形式，而课后思考与分析具有更广阔的发展空间。因此，混凝土碳化微课教学资源还应包括课后思考与分析。课后思考与分析要围绕微课教学内容开展，拓展思考与分析的深度与广度，突显对学生创新能力的培养。

　　（四）微课教学呈现设计

　　微课教学呈现设计是微课逻辑性的体现，也是微课取得更好教学效果的关键。混凝土碳化的微课教学内容可分为基本信息、描述信息和教学过程三个部分。其中，微课基本信息主要包括微课名称、微课讲述者、时长等基本内容；微课描述信息包括微课类型、内容重难点、设计思路、呈现方式等；微课教学过程包括从头到尾的学习内容设计和呈现策略等。合理的微课教学呈现设计，能为学生创新能力培养奠定坚实的基础。

　　二、基于创新能力培养的土木工程材料微课教学实践

　　土木工程材料微课教学实践大体分为课前、课中和课后三个阶段。

　　第一，课前，学生要对本节微课的学习内容进行预习与思考，最后带着问题进入微课学习。教师在一次课程结束后，要针对下一次课程内容提出相关问题，问题需要与微课教学内容密切相关，为未来的课程教学做好铺垫。概言之，学生需要在课前对未来的教学内容进行思考，从而带着问题进入微课学习。

　　第二，课中包括问题引入、微课视频播放和问题讨论三个环节。问题引入环节，教师结合该节微课的学习内容和学生已有基础提出问题，这种问题引入的形式有助于学生进入微课情境，激发学生解决问题的兴趣，从而培养学生的创新能力。微课视频播放环节，要让学生对本节微课视频进行学习。视频播放结束后，教师结合相关前沿案例，对微视频中的重难点内容进行深入讲解和扩展，以开阔学生眼界，拓展学生思维。问题讨论环节，教师组织学生围绕微课学习中遇到的问题进行讨论。问题讨论包括学生与学生之间、单一学生与教师之间、学生团队与教师之间讨论等多种形式。问题讨论过程中，教师要把握好问题讨论的度，鼓励学生发散思维，进行奇思妙想，并对好的想法予以表扬，对其他想法予以相应引导。因此，问题讨论的关键不在于问题解决方式方法的谁对谁错，而在于讨论的过程，对于准确的答案或优秀的成果，教师要给予表扬和肯定，而对于错误或不理想的成果，教师要引导学生向正确的方向继续讨论。即教师并不是在最开始就告诉学生正确的答案，而是通过讨论的形式引导学生思考，拓展学生的学习深度与广度，使学生乐于学习、乐于提问题、乐于解决问题。问题讨论是微课学习的后续辅助学习环节，对于微课学习环节内容掌握不牢固或存在疑问的地方可在课堂讨论中得到解决，从而提升课程教学效果，提高学生发现、解决问题的创新能力。

　　第三，课后，学生对本节微课的学习内容进行回顾和再学习。由于微课的教学时间紧凑，学生会出现知识掌握不牢固的情况。基于此，教师可利用超星平台将混凝土碳化微课及其他学习资源上传至云端，便于学生课后复习，加强理解，即学生要进一步回顾课程内容，针对课上没有掌握牢固或需要再学习的内容自行开展课后复习。课后复习的目的是加深学生对课堂学习内容的记忆，强化学生对课堂知识的掌握，从而解决教师提出的问题，进一步强化对于学生创新能力的培养。

　　三、结语

　　创新型国家建设需要具有创新能力的人才。本文以微课教学为切入点，形成了基于创新能力培养的土木工程材料微课教学设计模式，推动了科教融合，解决了传统微课教学忽视学生创新能力培养的问题。同时，基于该模式开展了微课教学实践，全方位提高了教学内容的趣味性、深度及广度，激发了学生的学习兴趣，最终助力了学生创新能力的培养。

参考文献：

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　　[3]胡锦涛.坚定不移沿着中国特色社会主义道路前进为全面建成小康社会而奋斗:在中国共产党第十八次全国代表大会上的报告[M].北京:人民出版社,2012:1.

　　[4]习近平.决胜全面建成小康社会夺取新时代中国特色社会主义伟大胜利:在中国共产党第十九次全国代表大会上的报告[M].北京:人民出版社,2017:4.

　　[5]习近平:高举中国特色社会主义伟大旗帜为全面建设社会主义现代化国家而团结奋斗:在中国共产党第二十次全国代表大会上的报告[M].北京:人民出版社,2022:3.

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　　[10]宋光辉.微视频、微课、微课程的本质与定位分析[J].中国教育技术装备,2019(5):7-9.

　　[11]王圣程,姜慧,朱炯,等.一种高抗碳化钢筋混凝土的制备方法:ZL201910216350.4[P].2021-04-23.

　　[12]王圣程,姜慧,朱炯,等.一种防钢筋混凝土碳化涂层的制备方法:ZL201910216527.0[P].2021-07-27.

　　[13]习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论上的讲话(全文)[EB/OL].(2020-09-22)[2023-12-18].http://news.cctv.com/2020/09/22/ARTIEDMbIp38MCit5HUepOA0200922.shtml.