《土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)》的教學(xué)改革與創(chuàng)新

摘 要：筆者開展《土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)》的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革，充分利用多媒體等先進(jìn)教學(xué)手段，緊密與生產(chǎn)科研實(shí)踐相結(jié)合，提高大學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣與創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力，以適應(yīng)社會發(fā)展的需要。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)試驗(yàn) 教學(xué)改革 研究創(chuàng)新

中圖分類號：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-9795（2012）12（b）-0031-02

《土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)》是土木工程的一門專業(yè)技術(shù)課程，其主要應(yīng)用有兩大類：一是科學(xué)研究性試驗(yàn)，為驗(yàn)證和發(fā)展結(jié)構(gòu)的計(jì)算理論提供可靠的依據(jù)；二是生產(chǎn)鑒定性試驗(yàn)，對建筑和橋梁等工程結(jié)構(gòu)的安全評估。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的是培養(yǎng)學(xué)生觀察問題和分析問題的能力，使學(xué)生系統(tǒng)地理解和掌握實(shí)驗(yàn)技術(shù)，訓(xùn)練其實(shí)驗(yàn)技能，逐步堤高學(xué)生的動手能力、組織實(shí)驗(yàn)?zāi)芰涂蒲心芰Γ箤W(xué)生的素質(zhì)得到全面的提高。土木工程本科生教學(xué)中不論是材料性能、力學(xué)原理還是結(jié)構(gòu)構(gòu)造都離不開試驗(yàn)技術(shù)的支持。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理中的理論和計(jì)算方法既來源于試驗(yàn)的觀測和總結(jié)，又必須接受試驗(yàn)和工程實(shí)踐的檢驗(yàn)與鑒別。

該課程具有教學(xué)內(nèi)容豐富、實(shí)踐性和技術(shù)性強(qiáng)的特點(diǎn)[1]。結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的對象可能是構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)或模型，形狀和大小千差萬別，測試的目的和方法不盡相同，實(shí)驗(yàn)的依據(jù)沒有詳盡的規(guī)范。再實(shí)驗(yàn)實(shí)施前必須編寫實(shí)驗(yàn)大綱，實(shí)驗(yàn)后要進(jìn)行科學(xué)詳細(xì)的分析，因此，實(shí)驗(yàn)人員必須具備本專業(yè)的理論知識、熟練的操作技能，還要具備較強(qiáng)的綜合分析能力。

《土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)》一直是土木工程及相關(guān)專業(yè)的必修或限選課程，近年來，土木結(jié)構(gòu)工程學(xué)科的理論水平大大提高，實(shí)驗(yàn)測試技術(shù)也隨著相關(guān)學(xué)科（電子技術(shù)等）的發(fā)展而發(fā)展迅速，社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有了新的需求。《土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)》的教學(xué)要適應(yīng)新的社會形勢的發(fā)展。本課程的教學(xué)質(zhì)量是影響土木工程專業(yè)畢業(yè)生質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。

1 當(dāng)前《結(jié)構(gòu)試驗(yàn)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的主要問題

雖然實(shí)驗(yàn)教學(xué)在培養(yǎng)創(chuàng)造新型人才方面具有重要作用，但從我國高校的教學(xué)現(xiàn)狀看，實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍是一個(gè)較薄弱的環(huán)節(jié)[2]。

（1）科學(xué)實(shí)驗(yàn)是知識創(chuàng)新的源頭，任何新的科學(xué)知識部來源于實(shí)驗(yàn)，沒有實(shí)驗(yàn)就沒有知識創(chuàng)新。新的結(jié)構(gòu)理論必須由結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)促進(jìn)結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展。實(shí)驗(yàn)教學(xué)重心不在于基本技能、工程實(shí)踐能力和工程意識的培養(yǎng)，而在于幫助、加深對有關(guān)理論課的理解和掌握，把實(shí)驗(yàn)課看成是理論課的依附，是為了輔助理論，或者驗(yàn)證理論的，那就本末倒置。目前的教學(xué)觀念還是受到應(yīng)試教育的影響，重視理論教學(xué)，以考試成績來衡量學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，沒有重視學(xué)生的理解和感性認(rèn)識。

（2）學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)不明確。目前的學(xué)生群體大多是獨(dú)生子女，從幼兒園到大學(xué)幾乎沒有從事社會實(shí)踐，即使家務(wù)也很少做。動手能力不足，又怕苦又怕累。學(xué)校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)大部分是應(yīng)付而已，照老師或?qū)嶒?yàn)指導(dǎo)書依樣畫葫蘆。所以很多學(xué)生即使做了實(shí)驗(yàn)，收獲不大，興趣減少，造成惡性循環(huán)。

（3）傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅告訴學(xué)生實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，還有詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)原理、使用儀器、測試方法、實(shí)驗(yàn)步驟乃至數(shù)據(jù)記錄表格等。有的老師以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是否相符來判斷學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成果正確與否。故實(shí)驗(yàn)做了許多，但很多學(xué)生還是既不會設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，也不會在實(shí)驗(yàn)中觀察、分析問題，實(shí)驗(yàn)完畢，甚至連儀器、儀表的使用操作方法都沒多少印象。學(xué)生處于被動學(xué)習(xí)狀態(tài)，這種教學(xué)方法僅能傳授知識，而不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和思維能力。

（4）實(shí)驗(yàn)教學(xué)與工程實(shí)際脫節(jié)。以往的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目往往局限于驗(yàn)證型和演示型實(shí)驗(yàn)，而綜合型和研究型的項(xiàng)目較少，缺乏創(chuàng)新型的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。驗(yàn)證型、演示型實(shí)驗(yàn)教學(xué)為了服務(wù)于理論教學(xué)，起到驗(yàn)證理論、深化對理論的理解的作用，在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行理想化的假設(shè)，把內(nèi)容和要求局限在較小的范圍內(nèi)，與實(shí)際情況相去甚遠(yuǎn)。學(xué)生畢業(yè)后面臨復(fù)雜多變的實(shí)際工作就感到一籌莫展。實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅要幫助學(xué)生鞏固所學(xué)的理論知識，同時(shí)更應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力和開放性、創(chuàng)造性思維。由此，土木工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須開設(shè)綜合型、設(shè)計(jì)型、研究創(chuàng)新型的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的改革

（1）實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的改革。

教學(xué)內(nèi)容的廣度。隨著社會的發(fā)展，土木工程專業(yè)教學(xué)向大土木方向發(fā)展，包含建筑工程、道路工程和橋梁工程，因此，土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)課程的教學(xué)內(nèi)容也應(yīng)包含這些方面。建筑工程和道橋工程的測試技術(shù)有許多的共同點(diǎn)，例如：電阻應(yīng)變計(jì)的測試技術(shù)、樁基的測試技術(shù)等等。但是道路工程中的路基的密實(shí)度、彎沉測試等項(xiàng)目在建筑工程是沒有的。讓學(xué)生全面的了解這些內(nèi)容，有利于擴(kuò)大學(xué)生的知識范圍，增加就業(yè)面，適應(yīng)社會的需求。

教學(xué)內(nèi)容的深度。結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)可以分為四大類：操作型實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)、綜合（工程應(yīng)用）型實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)。操作型實(shí)驗(yàn)以訓(xùn)練學(xué)生對設(shè)備的操作技能為目的，驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)是為了加深學(xué)生對理論知識的理解和掌握，這些對于學(xué)生打好基礎(chǔ)、訓(xùn)練學(xué)生的基本操作技能是有益的。為了提高學(xué)生的自我思考能力和綜合分析能力，讓學(xué)生畢業(yè)后盡快適應(yīng)社會的要求，能夠盡快參與或獨(dú)立承擔(dān)工程檢測等復(fù)雜多變的工作，在教學(xué)內(nèi)容上應(yīng)增加綜合型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，鼓勵(lì)學(xué)生自行設(shè)計(jì)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，教師在這過程中起著啟發(fā)、引導(dǎo)的作用，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和獨(dú)立思考能力。

（2）實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的改革。

“土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)”講授的內(nèi)容包括大量儀器設(shè)備理論知識和豐富的視圖，將多媒體技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)中，可充分利用多媒體的表現(xiàn)力、參與性、重視力和受控性強(qiáng)的特點(diǎn)，達(dá)到傳授知識、開發(fā)智力、培養(yǎng)能力的教學(xué)目的，同時(shí)，這種豐富有趣、形象生動的形式，更有利于增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果[3]。所以，利用多媒體教學(xué)是目前少課時(shí)情形下行之有效的教學(xué)手段之一。可以利用各種圖片和視頻，介紹儀器的使用方法，試驗(yàn)的案例，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，例如：在講到動力試驗(yàn)的內(nèi)容是，放映塔科馬大橋在風(fēng)振作用下倒坍過程的錄像。塔科馬海峽大橋位于美國華盛頓州的塔科馬海峽。第一座塔科馬海峽大橋，于1940年7月1日通車，四個(gè)月后戲劇性地被微風(fēng)摧毀，這一幕正好被一支攝影隊(duì)拍攝了下來。橋梁垮坍是由于顫振的出現(xiàn)，使風(fēng)對橋的影響越來越大，最終橋梁結(jié)構(gòu)像麻花一樣徹底扭曲了，風(fēng)能最終戰(zhàn)勝了鋼的撓曲變形，使鋼梁發(fā)生斷裂。學(xué)生對于這些生動的教學(xué)視頻興趣盎然。當(dāng)然，視頻的內(nèi)容也需要不斷更新，展現(xiàn)當(dāng)前的科技發(fā)展水平。我們也把老師的一些研究實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和工程檢測項(xiàng)目的視頻和照片在課堂中展示。

針對學(xué)生在課前不愿認(rèn)真預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的問題，制作一些實(shí)驗(yàn)過程的課件和動畫，實(shí)驗(yàn)課件可以掛在網(wǎng)上，觀看課件中的儀器操作部分可以作為課前預(yù)習(xí)的內(nèi)容，一進(jìn)實(shí)驗(yàn)室即可開始做實(shí)驗(yàn)，課后有興趣的同學(xué)再研究，可為開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)作一些準(zhǔn)備，實(shí)驗(yàn)課教師僅作指導(dǎo)。教師講解時(shí)僅僅對著一臺儀器講，不一定所有的學(xué)生從各個(gè)角度都能看清楚，而通過動畫課件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)會收到更好的效果，讓學(xué)生在上實(shí)驗(yàn)課之前觀看，明確實(shí)驗(yàn)的目的，了解實(shí)驗(yàn)的步驟、要測量的數(shù)據(jù)和預(yù)期的結(jié)果，這樣把實(shí)驗(yàn)的主動權(quán)交還給學(xué)生，提高了實(shí)驗(yàn)課的效率。

我在第一堂課緒論中就舉了一個(gè)例子：1713年法國的巴朗提出了受彎梁截面的應(yīng)力分布的正確觀點(diǎn)。直到1767年，法國的科學(xué)家容格密才首次用試驗(yàn)方法令人信服地證明了斷面上壓應(yīng)力的存在，被譽(yù)為“路標(biāo)試驗(yàn)”。所以科學(xué)實(shí)驗(yàn)也是是一種解決問題的重要手段。讓學(xué)生學(xué)會提出問題、解決問題是本課程教學(xué)的核心任務(wù)。在做實(shí)驗(yàn)前提出一些有關(guān)實(shí)驗(yàn)原理、方法的有關(guān)問題，讓學(xué)生帶著這些問題去預(yù)習(xí)，在實(shí)驗(yàn)過程中解決問題，實(shí)驗(yàn)完成后讓學(xué)生總結(jié)實(shí)驗(yàn)成果，從實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)科學(xué)規(guī)律。不能以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的正確與否來評定實(shí)驗(yàn)的成敗，允許鼓勵(lì)他們有不同的想法和做法。

全方位因材施教、因地制宜，不局限于常規(guī)的課堂教學(xué)，對個(gè)別特殊的學(xué)生進(jìn)行適合與他們的教學(xué)方法和措施。去年有學(xué)生準(zhǔn)備要參加浙江省結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)竟賽，除了通過理論分析進(jìn)行設(shè)計(jì)外，還對他們初步設(shè)計(jì)的模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)試驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行改進(jìn)和調(diào)整。之后在浙江省結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽獲得了二等獎(jiǎng)。極大地提高學(xué)生興趣，加深了他們對工程結(jié)構(gòu)理論知識的理解，同時(shí)對結(jié)構(gòu)試驗(yàn)產(chǎn)生濃厚的興趣。

根據(jù)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)本身構(gòu)件大，試驗(yàn)周期長，耗資大的特點(diǎn)，我們把教師的科研項(xiàng)目和本科生教學(xué)結(jié)合起來，讓學(xué)生盡量參與老師的實(shí)驗(yàn)研究項(xiàng)目。在教師承擔(dān)的橋梁竣工試驗(yàn)及舊橋承載力檢測的項(xiàng)目中，讓學(xué)生從實(shí)驗(yàn)的規(guī)劃開始，橋梁的計(jì)算復(fù)核、試驗(yàn)加載和測試方案的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)的過程以及實(shí)驗(yàn)的結(jié)果分析處理全過程參與。產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，不僅經(jīng)濟(jì)效益良好，而且學(xué)生置身于良好的工程氛圍的環(huán)境中，鍛煉學(xué)生的動手和思考能力，學(xué)生切身體會到他們的工作不僅是為了完成實(shí)驗(yàn)的任務(wù)，而且能創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，激發(fā)了他們工作和學(xué)習(xí)的積極性，學(xué)習(xí)的效果大大增強(qiáng)。

3 結(jié)語

《土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)》是一門應(yīng)用較為廣泛的實(shí)用技術(shù)，因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須緊密與生產(chǎn)科研實(shí)踐相結(jié)合。激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和獨(dú)立思考能力。

參考文獻(xiàn)

[1]周云，張文福，等.“結(jié)構(gòu)試驗(yàn)”課教學(xué)改革的嘗試[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，1992，1：19-20.

[2]陳友蘭，譚菊香.土木工程專業(yè)《結(jié)構(gòu)試驗(yàn)》課實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討[J].長沙鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)：社會科學(xué)版，2006，7（2）：75-76.

[3]李宗崎.“建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)”課程多媒體教學(xué)課件研究[J].泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，4（2）：69-71.