綜合、設計類實驗的設計與實踐

王建東 陶瑾 章圣冶

摘 要:土木工程專業是對實踐要求很高的專業,但目前許多高校的本科教學中偏重理論課程,而忽略了學生親自動手實踐環節的重要性,這對培養工程型人才極為不利。而實驗實踐既能鞏固專業知識,又能培養學生創新能力。結合我校土木工程專業的自身情況,經過一系列的教學改革,建立了實驗實踐的平臺,形成規范化實驗室管理制度,并在一定范圍內進行了實施,效果明顯。

關鍵詞:土木工程實驗實踐教學改革效果

中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)06(a)-0143-01

1 綜合、設計類實驗設計的必要性

長期以來,我國的高等教育觀念陳舊,培養模式相對封閉與落后,教學方式呆板僵化,實驗教學也同樣存在這樣的問題。我們應當讓學生充分運用已學到的知識,去發現問題、解決問題。讓他們能運用綜合的方法、手段去分析問題、解決問題,最終達到能力和素質的綜合培養的目的。

土木工程專業具有很強的工程性、技術性和實踐性。如果忽視土木工程專業的實踐教學,勢必將不能有效提高本專業學生的解決實際問題的能力,后果較其他專業而言將更為嚴重。鑒于此,土木工程專業必須重視實踐性教學,應將實踐教學提高到與理論教學同等重要的地位,樹立實踐是土木工程專業人才成功之本的正確教育理念[1]。

2 搭建自主性、綜合性實驗平臺

結合我校現有的實驗室資源,我們搭建了一個土木工程本科教學實驗平臺。這個平臺結合結構試驗室、材料實驗室、道路實驗室等多個實驗室的儀器設備,并在現有實驗教學內容上,篩選、整合和增加一些具有設計性、自主性、綜合性[2]的新實驗內容,向新穎、創新、綜合的方向發展,構建層次化、系列化的實驗課程體系,堅持實驗教學與應用結合且提供個性化培養空間[3]。

該平臺主要分為建筑材料試驗平臺、砼結構試驗平臺、鋼結構試驗平臺、現場檢測平臺、模型設計平臺和科研選題平臺6個子平臺,在每個子平臺下又有自己的分支。這樣可以方便學生選擇相應的課題進行試驗探索,也讓學生對土木工程有更進一步的細化了解。

目前該平臺在我校已有了雛形,實驗室專門制定了相應的規章制度,編寫了申請流程和相應的試驗指導書、操作規程等技術文件。并且在2011年,土木工程專業專門開設了“土木工程專業綜合性、設計性實驗”選修課,在課堂上,學生根據自己的愛好,結合平臺選擇了自己實驗的內容,然后利用課余時間,在相應的指導教師幫助下完成自己的實驗。

3 實踐效果及分析

平臺建立后,已有17組的學生在上述的平臺下進行相關實驗的研究,之中效果特別好的有材料硬度對比實驗、鋼梁實驗、高強螺栓實驗、數字超聲波探傷儀使用方法探究等。

材料硬度對比實驗是在建筑材料試驗平臺的其他基本材料試驗分支下進行的,該實驗借助實驗室的洛氏硬度計測定了三種鋼制品的硬度值,并得出相應的結論:高強螺栓硬度>試驗支座墊板硬度>抗滲試模硬度。實驗報告體現出:實驗一方面讓學生對材料的硬度從原來定性認識上升到了定量認識,并對幾種不同硬度值之間、強度和硬度之間的換算關系有了深入的了解。另一方面,學生通過學習實驗儀器的工作原理和操作方法,增強了實踐動手能力,培養了良好的探索研究習慣。

工字鋼截面應力分布驗證性實驗 所屬的是鋼結構試驗平臺鋼梁截面應力驗證分支,該實驗是用電測法測定鋼梁橫截面上的應力沿高度方向的分布規律,利用實驗室的加載儀器,在加載不同的外力時,測定鋼梁跨中截面的應變分布值,然后通過胡克定律計算得出應力值。通過實驗和數據分析后,學生既驗證了鋼梁的平截面假定,同時發現:實驗鋼梁的中和軸較理論的中和軸偏下的實際情況,以及在正常荷載的作用下鋼梁出現了微量彈的塑性變形情況,并對這兩種現象進行了分析,得出了影響結果的原因。這次實驗學生印象深刻:不但用實踐驗證了書本上的理論知識,做到了理論是實踐相結合,為學生創造了一個完善的學習條件;另外,在實踐的過程中,引導學生去發現去思考新的問題,培養學生的自主學習能力。

高強度螺栓扭矩系數的測定實驗所處的平臺是建筑材料試驗平臺的新型材料試驗分支。實驗要求學生自行設計實驗方案和檢測方法,調試安裝實驗儀器設備,從被動變為主動,成為實驗教學的主體和實驗過程的主導者。另外,通過開放式的實驗教學,體現了學生的主體地位,培養了他們的開拓創新能力、分析并解決問題能力,使他們逐漸形成一種科學的思維方式,為今后工程實踐打下扎實基礎。

數字超聲波探傷儀的使用探究實驗是在現場檢測平臺的現場鋼結構試驗分支下進行的。本次實驗主要要求學生對某一儀器的工作原理、組成部分、操作方法以及儀器能解決的問題等方面進行了系統的學習和應用。學生在學會使用檢測設備儀器的同時,也學習了相關的設備原理、檢測規程和檢測細則,掌握了對較復雜設備熟練使用的方法,為今后研究、使用工程設備建立基礎。在整個過程中,學生展現出主動學習、不斷探索的研究態度,也更深切得體會到實踐對理論知識學習的重要性。

實驗實踐教學培養了學生獨立思考、獨立操作、綜合運用各種知識分析問題、解決實際問題的能力,為日后的實踐或科研工作打下了堅實的基礎。在所有實驗過程中,所有學生都表現出了濃厚的興趣,紛紛表示獲益匪淺。

4 結語

土木工程專業本科生創新型人才的培養是社會發展的需要,它關系著土木工程發展的方向和水平[4]。實踐性教學是培養學生科學思維能力和創新能力的重要環節,它的作用和功能往往是理論教學所不能替代的[5]。通過實踐,學生從試驗的過程中驗證和鞏固了理論知識,培養了動手能力和創新能力,激發了他們學習的主動性和積極性。掌握了一些土木工程專業領域中較深層次的知識,學習到了一些先進的測試設備、測試方法。也為今后考研或工作的同學在實踐環節上打下了扎實的基礎。

將培養既有扎實的專業知識又有較強實踐能力的人才作為目標,將結構工程的學科特點、發展趨勢作為基礎,浙江工業大學搭建的土木工程本科教學實驗平臺,為學生理解專業知識、進行畢業設計、參與創新訓練和結構競賽提供了基地,這符合我校向研究型大學轉變的發展方向,滿足社會對培養綜合性人才的要求。

參考文獻

[1] 陳永貴,王桂堯,黃生文,等.土木工程專業巖土工程實踐性教學改革思考[J]. 高等建筑教育,2009,18(3):104～107.

[2] 楊醫博,梁松.土木工程材料課程設計性實驗與綜合性實驗的研究[J].土木建筑教育改革理論與實踐,2009,11:274～278.

[3] 楊艷敏.構件地方高校土木工程專業結構實驗教學模式[J].實驗室研究與探索,2008,27(10):122～124.

[4] 張寶玉,李順勇.土木工程專業本科生創新能力的培養方式探討[J].科學咨詢,2010,1:119.

[5] 黃世斌,黃柳云.土木工程(交通土建方向)綜合性、設計性實驗教學探討與實踐[J].科技信息,2009,22:27～29.