開放式混凝土結構實驗教學探討

摘要：創新能力、動手能力和解決實際問題能力的培養，是土木工程專業學生的教學實踐中的重要環節。由于開放式實驗具有設計性、創造性和綜合性的特點，開展開放式混凝土結構實驗教學，能調動學生的主觀能動性，促使學生勤于思考、勇于創新，提高學生的創新能力及發現問題、分析問題和解決問題的工程實踐能力。實施過程中需要做好開放式實驗的項目申報、立項、審核、實驗開展及總結驗收等各項工作，實現開放時間及實驗資源的統籌安排和優化配置，確保開放式實驗教學的順利實施。

關鍵詞：創新能力；人才培養；開放式實驗教學；混凝土結構

中圖分類號：TU37；G642 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2909（2013）01-0135-03

自20世紀90年代以來，土木建筑行業一直是中國國民經濟中的重要支柱產業，據不完全統計，當前中國設置有土木建筑類專業的高等院校已達400多所。土木工程是一門實踐性很強的學科，要求在校期間重視對學生的創新能力、動手能力和解決實際問題能力的培養。因此，當前以能力為導向培養土木工程專業創新型人才是中國由經濟科技大國走向經濟科技強國，實現跨越式發展的迫切需要[1]。

一、混凝土結構實驗教學的背景和現狀

自1998年7月《普通高等學校本科專業目錄》頒布以來，將原來的建筑工程、公路與城市道路工程、橋梁工程、鐵道工程、隧道工程、港口工程等8個專業合并為土木工程專業，即“大土木”。調整后的土木工程專業具有學科方向多、專業口徑寬和綜合性強等特點。混凝土結構是目前國內外應用最多、應用范圍最廣的結構型式。混凝土結構系列課程，包括混凝土結構基本原理、混凝土結構及砌體結構設計、高層建筑結構設計及特種結構等課程，都是各大高校土木工程專業的主干課程。然而，目前對“大土木”寬口徑、厚基礎要求的混凝土結構課程，涉及到建筑工程、公路工程、鐵路工程等行業的《混凝土結構設計規范》《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》和《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范》等3本規范。3本規范的內容和要求差別較大，甚至設計理念和方法也有較大的差異。如何在有限的學時內引導學生深刻理解混凝土結構的基本原理，抓住混凝土結構的精髓，又不使學生對各個行業規范的計算方法產生混淆，是教師面臨的一道難題。

混凝土結構是建立在試驗基礎上的理論性、工程性、綜合性很強的課程。課程中的許多理論、模型及公式均來源于實驗。實驗教學是混凝土結構教學的重要組成部分，是抽象思維與形象思維、傳授知識與培養能力、訓練技能相結合的過程。因而，在混凝土結構課程的教學過程中，根據教學進度開展必要的實

驗教學環節，不僅能提高學生的學習興趣、加深學生混凝土結構基本理論知識的理解，而且能促進學生的創新能力、動手能力和解決實際問題能力的培養和鍛煉。

據筆者的調查，目前國內各大高校的混凝土結構課程實驗教學的開展情況如下：由于受到學時和實驗資源的限制，大多數高校的混凝土結構課程沒有設置實驗教學環節，而采用多媒體或實驗錄像展示代替；少數高校混凝土結構課程開展了教學實驗，但大多采用驗證型參觀實驗的方式，即由實驗教師或實驗員預先設計制作好混凝土試件（如配筋率不同的鋼筋混凝土梁、鋼筋混凝土偏心受壓柱等），在實驗課中進行現場加載試驗，帶領學生觀看構件加載的破壞過程和破壞現象；同濟大學、浙江大學等高校自主研發了多功能的混凝土結構教學實驗平臺[2-3]，清華大學等高校也先后開展了開放式混凝土結構課程自主研究實驗教學[4]的探索。境外的各大高校均非常重視創新能力、動手能力和解決實際問題能力的培養，實驗教學是混凝土結構課程中一個非常重要的環節。以香港理工大學及香港城市大學為例，混凝土結構課程要求學生自主設計完成混凝土構件的實驗，最終提交書面的實驗報告作為課程最終成績評定的重要依據，自主實驗的權重達到30%。

二、混凝土結構開放式實驗教學探索

（一）開放式實驗教學的目的和意義

由于傳統的驗證型實驗只是混凝土結構教學的輔助手段，并沒有使學生的思維方式、實踐能力和研究能力得到轉變和提高，很難建立“實際操作—實驗現象—分析理論—設計計算”這一過程的完整認識，不利于學生創新能力和工程實踐能力的培養。

開放式實驗教學，就是在滿足基本實驗教學的前提下，將實驗室定期或不定期地對學生開放。依托開放式實驗室提供的實驗設備、耗材等試驗條件，學生在教師的指導下，根據所學知識選擇一個題目，獨立設計實驗方案，并完成實驗過程。開放式實驗具有設計性、創造性和綜合性的特點，這是其區別于傳統的驗證型實驗最顯著的特性。開放式實驗形式單次實驗持續時間短，規模適度，經統籌安排，可使其不與正常教學時間沖突，可操作性好。

開放式實驗中學生始終處于主體地位，自主把握實驗方法和進程，教師在實驗過程中只需給予必要的指導和啟發。它不僅能調動學生的學習主動性，加深學生對課本理論知識的理解，而且能充分調動學生的主觀能動性，促使學生勤于思考、勇于創新，不斷思索實驗方法，提高學生發現問題、分析問題和解決問題的工程實踐能力及實驗操作技能。開放式實驗教學鼓勵學生之間探討實驗方案等相關內容，促使學生在學習上相互交流，培養他們溝通交流的能力和團隊協作精神。此外，開放式實驗能提高實驗設備和場地的利用率，也能促使實驗室統籌規劃能力和管理水平的提高，推動了實驗室自身的建設。

（二）混凝土結構開放式實驗教學的實施

1.開放式實驗的選題

混凝土結構開放式實驗的選題可來源于以下3個方面：教師結合教學需求申報的教學型開放式實驗項目；教師結合科研項目申報的科研型開放式實驗項目；學生結合科技創新活動申報的創新型開放式實驗項目。

2.開放式實驗的實施步驟與措施

混凝土結構開放式實驗的具體實施步驟如下。

（1）開放式實驗項目的申報。組織教師結合混凝土結構課程教學及開展科研工作的需要，申報教學型、科研型開放式實驗項目；學生也可結合開展科技活動的需要積極申報創新型開放式實驗項目。

（2）開放式實驗項目的審批立項。實驗室、學院及學校教務部門對申報的開放式實驗的目的、意義、可行性及所需的實驗儀器設備、場地、實驗周期等進行逐項審查，審核通過后予以立項并公布。

（3）學生報名審核。學生根據課程學習的需要、自身興趣愛好和時間安排，有針對性地選擇項目進行報名。經項目主持人及實驗室審核后確定項目參與人員。

（4）開放式實驗項目的開展。指導教師組織學生自主開展開放式實驗項目，教師主要在文獻檢索、實驗方案優選、實驗儀器操作規范及撰寫實驗總結或科技小論文等環節給予必要的引導，實驗從設計到實施整個過程都由項目小組成員通力協作自主完成。

（5）開放式實驗項目的總結和驗收。項目負責人對項目的實施和完成情況進行總結，填寫項目驗收報告，總結經驗教訓，提出合理的建議。對參與教學型實驗項目的學生，由實驗指導教師根據完成實驗情況評定成績；對參與科研型及創新型開放式實驗項目的學生，由項目主持教師或指導教師給予創新學分。由學院及學校教務部門組織對各個開放式實驗項目的驗收。

為了保證開放式實驗工作的順利開展，通常需要采取一定的措施。

（1）優先考慮教學型開放式實驗項目。申報的開放式實驗項目較多時，應優先考慮教學型開放式實驗項目，確保實驗教學任務的順利完成。

（2）確保開放式實驗的經費支持。學校應專門撥給一定的經費用于支持教學型開放式實驗項目；科研型及創新型開放式實驗項目的實驗經費則由相應的科研項目及學生創新基金項目提供必要的經費保證。

（3）開放時間的統籌安排和實驗資源的優化配置。通過實驗指導教師、學生以及實驗室管理人員的協調，采用固定時間和預約時間相結合、預約方式為主的方式，統籌安排優化配置實驗資源以滿足各方需求。

（三）開放式實驗教學的成效

2011年起中南大學出臺了《中南大學實驗室開放管理辦法》，學院結構實驗室根據教學計劃安排、創新人才培養需要，開始面向天佑班、以升班及卓越工程師班等實驗班本科生開放試點，并逐步實現向全院本科生全面開放。學校試點工作再次表明，開放式實驗教學在培養學生創新能力和工程實踐能力方面成效顯著，主要體現在以下幾個方面。

第一，開放式實驗教學能調動學生的主觀能動性，促使學生勤于思考。大多數學生能結合課堂所學知識，積極思考，自主地查閱文獻資料，按照試驗大綱的要求完成混凝土梁正截面受彎及斜截面受剪試件的計算分析及設計等工作，加深對書本知識的理解。

第二，開放式實驗教學能培養學生的創新精神，提高學生的創新能力。少數基礎較好的學生選擇完成教師科研項目的鐵路橋梁疲勞實驗等任務，學生綜合運用發散思維等創新思維方式積極探索，勇于在試驗方案和數據分析處理方面求新求異，創新能力有所提升。

第三，開放式實驗教學能鍛煉學生發現問題、分析問題和解決問題的工程實踐能力。部分學生根據興趣及結構模型比賽等學科競賽的需要完成自選項目實驗任務，試驗過程中學生能細致地觀察，深入思考，在導師的指導下自主地發現問題、分析問題和解決問題，動手能力和工程實踐水平顯著提高。

三、結語

土木工程是一門實踐性很強的學科，學生的創新能力、動手能力和解決實際問題能力的培養是教學實踐中的重要環節。開放式實驗具有設計性、創造性和綜合性的特點，開展開放式混凝土結構實驗教學，能調動學生的學習主動性，提升學生對混凝土結構基本理論知識的理解，促使學生勤于思考、勇于創新，提高學生發現問題、分析問題和解決問題的工程實踐能力及實驗操作技能。開放式實驗教學的實施過程中，需要做好實驗的項目申報、立項、審核、實驗開展及總結驗收等各項工作。實驗室需要提高自身的規劃能力和管理水平，實現開放時間及實驗資源的統籌安排和優化配置，確保開放式實驗教學的順利實施。實踐表明，開放式實驗教學能取得顯著的教學成效，值得在全國土木工程專業推廣。

參考文獻：

[1]沈祖炎.土木工程專業創新型人才培養的思考[C]//陳國興， 韓愛民，侯曙光.高等學校土木工程專業建設的研究與實踐——第九屆全國高校土木工程學院院長工作研討會論文集. 北京： 科學出版社，2008.

[2]顧祥林，林峰，黃永嘉，等. “混凝土結構基本原理”本科教學實驗平臺建設[J].實驗室研究與探索， 2009， 28（2）： 37-40.

[3]余世策，蔣建群，劉承斌，等. 鋼筋混凝土綜合實驗裝置的開發與應用[J].實驗室研究與探索， 2008， 27（4）： 36-38.

[4]馮鵬， 葉列平，王宗綱. 混凝土結構課程的自主研究實驗教學[C]//建筑結構——第十屆全國混凝土結構教學研討會論文集. 2008：289-291.

Open experimental teaching of concrete structure

LIU Xiao-chun， WEI Jun， YU Zhi-wu

（School of Civil Engineering， Central South University， Changsha 410075， P.R. China）

Abstract：The cultivation of innovational consciousness and practical ability to solve practical engineering problem plays an important role of teaching practice for the civil engineering students. Since open experiment possess characteristics of creative and comprehensive， open concrete structure experimental teaching not only will mobilize the initiative of students and encourage students’ hard thinking and innovation， but also will improve their abilities of innovation， problem identifying， problem analyzing and problem-solving in engineering practice. To guarantee the smoothly implementation of open concrete structure experimental teaching， the course of application， audit， implement process and final acceptance of the open experimental project need to be well arranged， and the opening hours and experimental resources need to achieve co-ordination arrangements and optimize the allocation.

Keywords： innovation ability； talent cultivation； open experimental teaching； concrete structure

（編輯 詹燕平）