混凝土結構實驗教學改革探討與實踐

羅伯光?覃荷瑛

摘要：以提高學生對專業學習興趣、培養動手操作能力和解決實際問題、發展創新能力為目的，針對土木工程專業混凝土結構傳統的實驗教學方式存在的不足，理順混凝土結構的理論教學和實驗教學之間的關系，對實驗教學方法、內容、過程和手段等方面的改革進行了嘗試和探索，通過實驗教學實踐取得了良好的效果，提出了培養符合創新型土木工程專業人才的混凝土結構實驗教學改革思路。

關鍵詞：混凝土結構；實驗教學；教學改革

作者簡介：羅伯光（1975-），男，廣西合浦人，桂林理工大學土木與建筑工程學院，工程師；覃荷瑛（1972-），女，湖南邵陽人，桂林理工大學土木與建筑工程學院，副教授。（廣西 桂林 541004）

基金項目：本文系桂林理工大學教學改革工程2013年立項項目（項目編號：2013JG37）的研究成果。

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）08-0170-02

土木工程專業是一個實踐性非常強的專業，其四年制專業的培養目標為：培養適應社會主義現代化建設需要，德、智、體全面發展，掌握土木工程學科的基本原則和基本知識，經過工程師基本訓練，能勝任房屋建筑、道路、橋梁、遂道等各類工程的技術與管理工作，具有扎實的基礎理論、寬廣的專業知識，較強的實踐能力和創新能力的高級專門人才。[1]混凝土結構目前是國內外建設領域用的最多、最廣的結構型式?；炷两Y構系列課程包括混凝土結構基本原理、混凝土結構設計、高層建設結構設計與抗震等課程，是各大高校土木工程專業建筑工程方向開設的主干課程，混凝土結構實驗教學是該課程教學的重要組成部分，其基本構件的實驗項目為高等學校土木工程本科指導性專業規范中規定的核心實驗單元。[1]在混凝土結構課程的理論教學過程中同時穿插實驗教學不僅能提高學生對理論的學習興趣，加深對理論知識的理解和運用，同時能調動學生的主觀能動性、提高學生的創新能力以及發現問題、分析問題和解決問題的工程實踐能力，從而培養學生的抽象思維與形象思維相結合、理論與實踐相結合、知識的接受與能力的創新相結合的能力。然而，從目前大多數高校的教學現狀來看，混凝土結構的實驗教學仍處于一個比較薄弱的環節，離創新性人才培養的基本要求尚存在一定的差距。本文結合桂林理工大學土木工程專業混凝土結構實驗教學的開展情況，對該課程實驗教學體系的改革思路進行了探討和實踐。

一、混凝土結構實驗教學存在的主要問題

混凝土結構是土木工程專業中一門工程性、綜合性、實踐性很強的專業課程，其大部分理論、公式等都建立在實驗的基礎之中[2]，課程理論教學和實驗教學應是相輔相成、缺一不可的，二者應互為補充，在學生接受能力和創新能力培養中發揮著同等重要的作用，但目前在很多高校中混凝土結構實驗教學仍只作為理論教學的輔助手段，沒有受到足夠的重視，存在的主要問題有：

1.缺乏獨立的實驗教學體系

實驗課時偏少，一般混凝土結構實驗課穿插在混凝土結構基本原理理論授課的過程中，實驗課時為8學時，學生很難在少學時的實驗教學中將理論與實踐相聯系；實驗項目單一，一般高校中混凝土結構只開設三個實驗項目：鋼筋混凝土簡支梁正截面受彎承載力實驗、鋼筋混凝土簡支梁斜截面受剪承載力實驗、鋼筋混凝土柱大偏心或小偏心受壓破壞實驗。實驗項目缺少系統性，影響實驗教學的效果。

2.實驗教學方式缺乏新穎，過于呆板和程序化

傳統的混凝土結構實驗教學中，從實驗項目、實驗原理到實驗構件的設計、制作以及測試方法、試驗加載方案、試驗步驟乃至試驗數據的記錄、試驗報告的格式等都由實驗指導老師安排，學生只需按照規定一步一步進行，不需要自己動手去操作，也不需要查閱資料，甚至不需要思考和創新，這種實驗教學方式往往使學生感到枯燥無味，難以讓學生對實驗產生興趣，不利于培養學生的觀察問題、發現問題從而解決問題的能力。[3]

3.實驗教學設備落后

大多數高校實驗教學設備陳舊并且不足，隨著土土工程專業人才社會需求急劇增長，學校對該專業的學生也進行了擴招，原有實驗設備顯得明顯不足，大型設備也較少，無法為學生提供創新開拓的條件。

4.實驗成績考核評定方法不科學

傳統的實驗教學一般根據考勤和實驗報告來評定成績，但由于大多數實驗為驗證性實驗，學生只需去觀察實驗現象，根據試驗數據機械式地填寫實驗報告，其結果無法反映學生的真實情況，實驗報告雷同或抄襲現象比較嚴重，這種只重結果不重過程的評價方法導致成績評定存在不公正性，難以提高學生的學習興趣，無法啟發學生的創造性思維。

二、混凝土結構實驗教學改革措施的探討和實踐

桂林理工大學土木工程專業是廣西區重點專業，以培養土木行業應用型人才作為自己的辦學定位，近幾年來學生畢業后從事施工行業的比例逐步加大，根據這一變化趨勢，本專業從培養計劃到課程設置都進行了相應的調整，過去以培養設計型人才為主，改變成以培養建造型人才為主，大幅增加了實踐環節教學內容，并根據過去實踐環節教學過程中存在的問題開展了教學改革。在實驗教學方面，特別有針對性地對混凝土結構實驗教學改革措施進行了探討和實踐，效果比較明顯。

1.改革混凝土結構傳統實驗教學方法，優化實驗教學內容，細化實驗過程，讓學生全過程參與

采用互動式的實驗教學方法，改變傳統的以“實驗指導書為中心”、“教師講解、操作為中心”為“以學生為中心的教學模式”，讓學生積極主動地參與實驗全過程，包括實驗試件的設計、制作、加載、實驗報告的撰寫等；并對教學內容不斷更新，以滿足現代化技術發展的要求；同時對整個實驗過程進行細化，以調動學生的積極主動性，激發學生參與實驗的興趣，從而培養學生動手能力、組織協調能力以及創新能力。以混凝土結構簡支梁實驗項目為例，整個實驗過程如下：

（1）實驗指導老師根據學生進行分組，每組10人左右，以組為單元，學生自行設計，按照混凝土結構基本理論中鋼筋混凝土簡支梁三種破壞方式：少筋梁、適筋梁和超筋梁進行設計計算，教師進行指導后選定一種，學生根據選定的梁繪制配筋圖，在這項內容中學生需利用混凝土結構課程理論知識和CAD繪圖知識，并可進一步擴展學習梁的配筋圖平面表示法。

（2）學生根據梁配筋圖進行開裂荷載、屈服荷載和極限荷載的計算，完成計算書，在這項內容中學生需利用到課程理論知識，可使學生將課本知識應用到實際中。

（3）根據設計的梁配筋圖以及計算書，對構件所需材料進行用量計算和準備，測定各材料的力學指標，根據所設計的混凝土強度開始混凝土配合比的設計、鋼筋的下料、應變片的準備等，學生在這項內容中要利用先行課程土木工程材料的知識，可加深學生對基本概念的理解與運用。

（4）鋼筋混凝土梁的制作。在實驗人員的指導下學生親自動手，根據構件的設計對梁的模板進行安裝、鋼筋籠進行制作、混凝土進行澆筑以及構件的養護和應變片的粘貼等，包括鋼筋的下料、截斷、彎折以及綁扎、混凝土的各材料的稱量、拌合、澆筑、振搗。在制作梁的過程中，同時制作混凝土試塊。在這項內容中，可使學生充分理解鋼筋混凝土梁的各種構造規定，增強學生的感性認識，提高學生的實際動手能力。

（5）實驗加載前準備。對混凝土試塊進行試壓，根椐材料的實測性能重新計算構件的開裂荷載、屈服荷載和極限荷載以便與后面的試驗結果進行對比，實驗前的準備還包括自行設計加載程序、各種記錄表格的編制、測點的編號、試件的安裝就位、各種接線工作、儀器儀表的安裝和調試工作等等，這一系列內容可以培養學生的基本素質以及組織協調能力。

（6）實驗加載過程。對構件進行加載，根據設計好的加載程序逐級加載直到破壞，在實驗過程中觀察梁的撓度、裂縫的分布和開展情況、鋼筋的應變以及梁的破壞形態等。在此項工作中可促進學生之間的相互協作和配合，提高學生的積極性以及對實驗過程的投入程度。

（7）實驗報告的撰寫。學生根據以上實驗過程中出現的情況、現象、問題以及實驗結果進行分析和描述，繪制相關曲線。通過改革實驗方法，細化實驗過程，讓學生全過程互動，全過程參與，整個實驗過程均以“學生為中心”，實驗老師只進行協助指導，從而調動學生的主觀能動性，激發學生的學習興趣，增強學生的動手能力，加強學生的組織協調能力，從而培養學生的創新能力以及發現問題、分析問題和解決問題的工程實踐能力。

2.改善實驗條件，改革實驗教學手段

改善實驗條件、創造良好的實驗環境是提高學生參與實驗全過程的興趣的重要因素。目前大部分高校實驗室都存在經費拮據、實驗儀器設備陳舊與不足的實際困難。面對這些困難，一方面通過加大投入購買新的設備，另一方面應發揮高校自身科研力量的優勢，對陳舊的設備加以改裝利用，或自行研制實驗設備，以改善實驗條件。浙江大學自主研發了鋼筋混凝土實驗教學綜合加載裝置并獲得了發明專利。[4]清華大學自主研發了多功能的混凝土結構本科教學實驗平臺。[5]桂林理工大學在改善實驗條件方面也做了很大的努力。首先加大了投入，增設很多新的設備和儀器；其次對實驗室的布局進行了優化調整、撤小并大、重新組合，提高儀器設備的利用率，并合理配置組合實驗人員，達到資源共享；再者對現有的較為落后的一些實驗裝置進行了升級改造，例如將一些老式的機械控溫式恒溫箱改造為數控恒溫箱，實現任意溫度控制；將三臺手動操作、表盤顯示式壓力機改裝成全自動計算機控制式數控壓力實驗機。通過這些措施推進了實驗室建設，為學生提供了良好的實驗條件，更好地為培養學生的創新精神和實踐能力提供保障，提高實驗教學質量。

3.改革實驗教學考核方式

實驗課程的考核方式對教學效果有著直接的影響，針對現有的實驗成績考核的弊端，對實驗成績考核方式進行了改革，采取實驗報告成績和平時成績并重的方式。對實驗報告的成績分配作了調整，不再僅僅看實驗結果和對實驗現象的描述，在實驗過程關鍵點設置考核指標，例如：混凝土梁的實驗中可設置幾個考核指標，如計算出的開裂荷載、屈服荷載、極限荷載與實驗的差值、混凝土試塊的實測強度和設計強度的差值、構件是否按預設的破壞模式破壞等等。平時成績也不再以簽到為主，實驗操作技能應占較大比例，如試件設計、制作的好壞、各小組的組織協調能力、實驗儀器的操作能力等等均列入平時成績考核范疇，并占較大比例。這種考核方式的改革可大大減少學生不注重平時的實驗過程、抄襲實驗報告的現象發生，公平、公正、合理地考評學生的實驗成績。

三、結束語

混凝土結構實驗教學是理論與實踐相結合、培養學生綜合運用所學理論知識解決實際問題能力的重要環節，對于提高學生的學習興趣、培養學生的動手能力、協調組織能力以及創新能力有著十分重要的意義。通過改革混凝土結構實驗教學方法、內容、細化實驗過程、改善實驗條件以及改革實驗成績考核方式、以學生為中心、讓學生參與實驗全過程等措施，對混凝土結構實驗教學的改革進行了探討和實踐，提高了實驗教學環節的質量。

參考文獻：

[1]高等學校土木工程學科專業指導委員會.高等學校土木工程本科指導必專業規范[M].北京：中國建筑工業出版社，2011.

[2]葉列平，馮鵬.以工程應用為目標，以科學方法為基礎，全面培養工科學生的綜合能力[J].山東建筑工程學院學報，2004，（1）：1-3.

[3]劉寶臣，等.土木工程專業實踐教學體系探討[J].高等建筑教育，

2009，18（1）：95-97.

[4]余世策，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.

[5]顧祥林，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.

（責任編輯：王祝萍）