建筑結構試驗課程教學改革探討

【摘 要】總結建筑結構試驗課程教學的特點以及在教學中存在的問題，并以此為基礎對建筑結構試驗課程教學改革進行探討。

【關鍵詞】建筑結構試驗課程 特點 教學改革

【中圖分類號】G【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2013）04C-0141-02

在土木工程建設過程中，結構試驗在驗證結構設計的合理性、評估結構構件的安全性等諸多方面有著廣泛的應用。特別是近年來，北京奧運會主體育場“鳥巢”、中央電視臺總部大樓、上海中心大廈等大型復雜結構在工程建設中相繼出現，結構試驗在此類工程的設計與建設過程中發揮了不可替代的作用。對土木工程專業的學生而言，掌握結構試驗的理論和技能是順利開展生產和科研工作的重要保障。在本科教育階段，建筑結構試驗課程的主要任務是通過理論和實驗教學，使學生獲得建筑結構試驗方面的基本知識和技能，并培養其進行試驗設計和試驗規劃的能力。本文針對建筑結構試驗課程教學的特點及存在問題，對該課程教學方法和模式等方面的改革展開探討，以期提高該課程教學的質量和水平。

一、建筑結構試驗課程教學的特點及存在問題

（一）課時少，內容多。以廣西大學為例，建筑結構試驗為考察課，共計40個學時，其中理論教學14個學時，實驗教學26個學時。理論教學主要涉及基本試驗方法、常用試驗設備的工作原理、測量儀器的使用與測量方案的設計、試驗數據的采集與處理等；實驗教學包括鋼筋混凝土簡支梁構件的抗彎性能等6個實驗。由此可見，課時少而教學內容多的矛盾較為突出。

（二）人員多而實驗教學平臺少。建筑結構試驗課程實驗教學平臺的建設具有一次性投入多、每次教學實驗耗費高等特點。由于資金來源較少，實驗教學平臺的建設規模有限，在教學過程中每個實驗平臺所承載的學生數量相對較多。這導致在同一實驗項目中，由于分配的任務不同，每個學生對實驗內容的認知程度也存在明顯差異。因此，要提高實驗教學的質量，有必要加大對實驗教學平臺建設的投入。

（三）要求理論與實踐緊密結合。建筑結構試驗課程教學包括理論和實驗兩部分。理論與實踐相結合既是本課程的特點，也是評判學生是否學好本課程的重要標準。但由于學時少，且目前多采用“一刀切”的教學模式，這導致學生能掌握和理解理論知識但卻不能熟練應用，如很多學生理解電阻應變計的基本工作原理和構造，但卻通常會忽視應變計防潮處理的重要性；大部分學生可以通過課堂學習認知數據采集系統橋路的類別與連接方式，但卻會忽視對數據采集系統進行防電磁干擾處理的必要性。綜上，加強理論與實踐的融合是教學過程中亟待解決的問題。

（四）教材內容更新滯后于試驗技術的發展。隨著科技的進步，試驗技術與設備更新步伐越來越快。以試驗設備為例，測量變形的儀器由機械式百分表和千分表發展至應變式位移計，進而又發展至非接觸式激光位移計。以試驗方法為例，在進行大跨度橋梁結構模型的抗震性能研究時，過去多采用單個振動臺的模型試驗，而現在已發展至多振動臺聯動加載的階段。類似的試驗技術和設備通常難以在現有的教材中實時更新，僅以教材為依托的教學將影響學生對試驗技術發展前沿的認知。

二、結構試驗課程教學改革的具體措施

（一）注重培養學生的實驗設計能力。在建筑結構試驗課程現有的實驗教學過程中，學生只需要參照實驗講義按部就班地進行操作并按規定完成實驗報告即可。從某種意義上說，現有的教學方式是讓學生對特定實驗內容的重現，卻忽視了對學生實驗設計能力的培養。針對這一問題，教師可自主設計一些簡單可行的實驗項目，讓學生通過自我選題獨立完成諸如加載方案、測量方案、數據處理及實驗報告編制等一系列任務。作為激勵體制的一部分，可將實驗設計的優劣作為課程成績考評的重要環節。

（二）探索培養學生創新意識的新途徑。目前，建筑結構試驗課程教學仍屬于灌輸式教育。在這種情況下，學生多處于被動接受知識的狀態，其主觀能動性難以發揮。針對這種情況，教師應多途徑地培養學生的創新意識。近幾年的實踐表明，大學生結構建模競賽可以有效促進學生創新意識的形成。2012年11月底，廣西第三屆大學生結構建模大賽在廣西大學舉辦。本次賽題要求參賽隊以白卡紙和白乳膠為材料，制作出載重比大且能抵抗規定風載的體育館懸挑屋蓋結構模型。為此，廣西大學在本科生中進行了選拔，選拔出的3支代表隊充分發揮了想象力，自主完成了從結構設計到優化的全過程，分別設計出了實用且各具特色的結構模型，并最終在比賽中取得了優異的成績。由此可見，類似于結構建模大賽的培養方式有利于學生創新意識的形成，應在教學實踐中予以推廣。

（三）發揮計算機仿真技術在教學中的作用。基于有限元理論的大型商業仿真計算軟件如ANSYS和ABAQUS等可實現對結構構件的全過程受力分析，相關計算結果可以直觀地用計算機予以輸出。仿真計算受限條件少，故可將其作為建筑結構試驗課程實驗教學的有效補充。現階段，廣西大學已基本實現了教學的多媒體化，計算機仿真在建筑結構試驗課程教學中也得到了較多的應用。但由于仿真計算軟件多基于有限元理論，而有限元理論屬于研究生階段的專業理論課程，因此在本科教學階段仿真技術主要適用于對結構構件受力過程的模擬與演示。

（四）實時補充試驗方法與技術的最新前沿信息。現代試驗技術發展迅速，教材內容難以做到實時更新。為了拓展學生視野，教師有必要在建筑結構試驗課程教學過程中補充試驗方法與技術的最新前沿信息，例如實現垂向千斤頂主動跟動加載的大型多功能試驗機在結構抗震性能研究中的優勢、非接觸式激光位移計在疲勞試驗中的應用等。通過新舊試驗方法的對比、新試驗儀器的演示等多種方法，可使學生更為深刻地體會到科技進步對結構試驗技術的推動作用，并使其認識到科技查新的重要性。

（五）采用分層次的教學模式。結合建筑結構試驗課程的特點，在教學過程中可采用分層次的教學模式。首先根據學生的興趣愛好以及個人能力將其按照金字塔形予以分層，對屬于塔底層范圍內的學生，教學以完成大綱任務為主；對屬于塔中部范圍內的學生，可以鼓勵他們開展相應的自選實驗；對屬于塔尖范圍內的善于思考、動手能力較強的學生，可以讓其充分利用實驗平臺，并直接參與相關的科研試驗。通過分層次的教學，可以避免教學過程中“一刀切”的模式，做到因材施教。

（六）提升實驗教學平臺的規模和水平。為解決人員多而實驗教學平臺有限的矛盾，應加大實驗教學平臺的建設力度。實驗平臺的建設應避免低層次的重復建設，資金分配應向創新性實驗平臺的建設傾斜。以廣西大學為例，近年來，在國家和廣西地方財政的支持下，該校加大了對大學生創新實驗平臺建設的投入，在建的新土木試驗大樓里專門規劃了大學生創新試驗基地。創新性教學實驗平臺的建設有助于分層次教學模式的實現，并可為學生創新意識的培養提供支持。

綜上，針對建筑結構試驗課程教學的特點及存在的問題，本文從學生實驗設計能力和創新意識的培養等方面對該課程教學改革進行了探討，相關內容可為該課程的教學實踐提供參考。

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（責編 王 一）