“教师科研成果进课堂”机制下《工程材料》课程教学内容优化研究

1 引言

在新时代工程教育背景下，推动科研与教学深度融合已成为高校培养创新型人才的关键举措 [1]。科研与教学如鸟之双翼，相辅相成。然而目前许多高校教师存在“重科研轻教学”现象，忽视了将自身科研成果及时转化为课堂教学内容。正如严纯华院士指出 [1]，如果教学中缺少科研思维和先进教学手段，就难以激发学生的学习驱动力，无法培育出具有创新意识的高水平人才。因此，将教师科研成果进课堂，实现科研反哺教学，对于提升本科教学质量、培养学生科研思维与创新能力具有重要意义。

《工程材料》是土木、材料等工科专业本科阶段的重要基础课，涵盖水泥混凝土、金属、陶瓷等材料的组成、性能与应用。传统教学内容侧重经典理论和常规材料，缺乏对学科前沿和绿色低碳新材料的介绍；教学方式上以课堂讲授为主，学生难以体会科研探索的思维方法，创新意识和环保意识培养不足。针对这些问题，本文以“教师科研成果进课堂”机制为指导，结合教师本人近年来在低碳胶凝材料、负碳混凝土、再生混凝土、超高性能混凝土等方向发表的科研成果[2–6]，探讨《工程材料》课程教学内容的优化路径，旨在将最新科研进展有效融入本科课堂，培养学生的科研思维和绿色低碳意识。

2 科研成果融入课堂教学的必要性

紧跟前沿，激发兴趣：将高水平科研成果转化为教学资源，使课堂内容紧贴科技前沿，可激发学生的求知欲和学习热情。当学生了解到所学知识在最新研究中的应用及发展方向时，学习的内生动力将显著增强。

培养科研思维与创新能力：将科研问题、思路和方法引入课堂，有助于训练学生的科学思维方式。通过分析科研案例，学生学会质疑现有理论、提出假设并验证，从而掌握基本的科研方法，培养独立思考和创新解决工程问题的能力。

强化绿色低碳意识：当前我国正推进“双碳”战略，工程材料领域也涌现出低碳乃至负碳的新技术。教师在低碳材料方面的科研成果进课堂，可将绿色理念融入专业教学，提升学生的环保意识和社会责任感。例如，国外已有企业研发出负碳混凝土技术，在生产过程中捕获的 CO_γ 超过排放量，使混凝土成为“碳负排放”材料。介绍这些前沿技术有助于学生树立节能减排意识，关注材料全生命周期的环境影响。

提升教学质量：教师将自身科研融入教学，能提高教学内容的新颖性和深度，教学过程更富有激情。这促使教师不断更新知识，以高质量科研支撑高质量教学。同时，学生的反馈也能启发教师改进教学和科研思路，实现教学相长。

3《工程材料》课程现状与问题

目前本科《工程材料》课程在教学中存在以下不足：内容陈旧，案例多停留于传统材料应用，对新型低碳材料、再生材料涉及较少，未反映材料工程的最新发展；理论与实践脱节，课堂侧重材料性质和标准试验，缺乏基于科研问题的探究式学习，学生难以将课本知识与实际工程联系起来；教学模式单一，以教师讲授为主，缺少讨论、实验、项目等参与式环节，不利于培养学生的科研探究精神；绿色理念渗透不足，课程很少涉及材料生产使用的环境影响，学生环保意识培养相对薄弱。

造成上述问题的原因在于教材更新滞后、教师缺乏将科研成果融入教学的意识和能力 [1]。因此，有必要对课程教学内容进行优化，充分利用教师科研成果丰富教学资源，弥合课堂教学与前沿研究的鸿沟。

4 科研成果融入课程内容的优化设计

结合教师科研方向，有针对性地将低碳环保相关科研成果融入课程各章节，优化教学内容结构。主要设计如下：

4.1 融入低碳胶凝材料模块

在讲授硅酸盐水泥材料时，引入教师在碱激发胶凝材料方面的研究成果。碱激发材料利用粉煤灰、矿渣等工业废渣为原料，碱液激活后形成具有胶凝性的产品，是潜力巨大的低碳胶凝材料。教师研究表明，不同粉煤灰 / 矿渣配比的碱激发砂浆强度和微观结构差异显著，其中粉煤灰 ： 矿渣 =25：75 时试样 28 天抗压强度最高，超过 100MPa^[4] ；同时其生产过程相比传统水泥砂浆可有效降低 CO_γ 排放。课堂教学可展示该研究的数据和结论，使学生了解碱激发材料在力学性能和环保效益上的优势，并简要分析其强度增长机理，引导学生认识材料成分、微观结构与宏观性能之间的关系 [2]。通过该模块，学生掌握传统水泥的替代方案，树立低碳发展的材料观。

4.2 融入再生混凝土与纤维增强模块

在介绍混凝土基本性能后，增设再生骨料混凝土及纤维增强材料专题。教师团队的成果表明，将废旧混凝土再生骨料用于自密实混凝土，并掺入废玻璃纤维，可有效降低混凝土长期干缩率并提高抗压强度[6]。教学中可将此实验转化为案例，引导学生思考纤维抑制收缩的机理和再生骨料界面特性，加深对材料内部结构与宏观性能关系的理解。同时讨论废弃物资源化利用对环境保护的意义，加强学生的绿色发展理念。通过此模块，学生认识到传统混凝土技术正朝着资源循环和材料多功能复合方向创新发展。

4.3 融入超高性能混凝土耐久性模块

在高性能材料章节中，结合教师关于超高性能混凝土 （UHPC） 长期服役性能的研究成果，丰富教学内容。UHPC 以其超高强度和致密结构，被视为未来耐久建造的重要材料。研究表明，在 720 天的模拟服役试验中，掺入 1%～3% 钢纤维可提高 UHPC 在不同环境下的抗压强度，并明显降低长期收缩率；但在海水环境中表层纤维出现轻微锈蚀，内部纤维基本完好 [3]。据此教师引申材料耐久性设计思想：应根据服役环境优化UHPC 配合和纤维掺量，以兼顾力学性能与耐久性能。通过该模块，学生加深了对材料长期性能和劣化机理的认识，体会到科研在推动材料技术进步中的价值。

5 实施策略与教学方法改革

为使优化内容有效融入课堂，需要配套改革教学方法，提升学生参与度和获得感。主要策略包括：

丰富教学资源：精心制作课件，将科研论文中的图表、数据、照片等融入PPT 和讲义。通过直观的一手资料，让学生感受科研过程和成果。

启发式案例教学：采用问题导向教学，将科研成果改编为课堂案例。例如提出“如何降低水泥碳排放？”让学生讨论后，教师介绍碱激发材料研究作为答案之一；再如讨论“废玻璃如何增强混凝土？”然后解析实验结果。通过师生互动，引导学生在解决问题情境中掌握知识。

改革实践环节：调整实验教学内容，增加与科研成果相关的小实验或演示。例如，让学生配制碱激发胶凝材料试块并测试强度，或观察再生骨料混凝土的显微结构。条件允许时安排参观教师实验室，观看 UHPC 制备和测试过程。这些实践环节将课堂所学与实际研究相结合，培养学生动手能力和科研兴趣。

加强课外科研训练：鼓励学生参加教师科研项目或大学生创新计划。让有兴趣的同学课后阅读教师论文并在指导下开展小课题研究，如对不同纤维掺量UHPC 试样进行测试分析等。通过低门槛的科研实践，进一步锻炼学生的科研素养和创新能力。

6 教学效果与能力培养

经过上述改革，预期将取得如下成效：

科研思维初步形成：学生在课程中反复接触科研问题，初步养成主动发现、分析问题的习惯，不再局限于课本结论，勇于提出见解，具备了一定的批判性思维。

绿色低碳意识增强：学生认识到传统材料的环境代价和改进方向，更加关注“双碳”目标与本专业的关联，自觉考虑工程材料的碳足迹和环境影响，在今后工作中愿意践行绿色理念。

实践创新能力提高：参与案例分析和实验实践后，学生能够将理论知识应用于解决实际问题，综合实践能力显著提升。不少学生在课程设计中探索了掺合料对混凝土性能和碳排放的影响，展现出运用课堂知识创新思考的能力。

学习投入度提升：由于内容新颖、方法多样，课堂趣味性和互动性增强，学生学习积极性明显提高。课程考核中及格率和优秀率上升，表明“科研进课堂”有助于提高教学质量和学习效果。

7 结论

“教师科研成果进课堂”是新工科背景下提高本科教学质量、培养创新人才的有效途径。本次以《工程材料》课程为例的改革实践表明：将低碳材料、再生混凝土、UHPC 等教师科研成果融入课程内容，并配合启发式教学和实践环节优化，能够弥补传统教学与工程前沿的脱节，激发学生学习兴趣和科研潜能。在这一过程中，学生的科研思维、创新能力和绿色意识得到明显提升，教师教学水平也同步提高，实现了科研与教学的良性循环。未来可在更多课程推广科研反哺教学经验，持续更新教学内容，紧跟科技发展步伐，为社会培养出兼具扎实基础与创新意识的高素质工程人才。

参考文献

[1] 严纯华 . 以科研促进高校创新型人才培养 [J]. 中国科技财富 ， 2024（9）：36- 38.

[2] L iao G ， N oguchi T . E ffect of C aO - A l2O 3- SiO 2 molar ratio on compres ive strength， reaction products， and strength prediction model of C aO- activated materials[J]. C ase Studies in C onstruction Materials， 2025， 22.

[3] Liao G， X u L， W u L. Long- term stability of ultra- high- performance concrete with steel fibers in various environments[J]. Advances in C ement R esearch， 2025： 01- 32.

[4] Liao G， W ang D， W ang W ， et al. Microstructure， strength development mechanism， and C O2 emis ion analyses of alkali- activated fly ash- slag mortars[J]. Journal of Cleaner Production， 2024， 442： 141116.

[5] Liao G， X u Y ， W ang D， et al. Influence of Steel Fiber C ontent on the Long- T erm Stability of Slag- C ontaining UHPC Under Different Environments[J]. Materials， 2025， 18（5）： 1068.

[6] Z hang F， Z heng R ， Liao G， et al. Axial compressive and long- term shrinkage behaviors of self- compacting recycled concrete reinforced with recycled glas fiber[J]. C onstruction and Building Materials， 2024， 455.

作者简介： 廖高宇（1991- ），男（汉族），人，博士，任职于讲师，研究方向：土木工程材料

南湖学院 2025 年度院级教学改革研究项目，项目名称：《工程材料》课程中创新实验设计与学生科研能力培养研究。