土木工程結構試驗實踐環節自主學習的探索

毛江鴻　朱垚鋒　徐亦冬

摘要：隨著土木工程科技化程度的提高和服役結構性能的降低，對工程結構進行試驗研究越來越重要。隨著信息技術的發展，工程結構試驗過程也逐漸依賴網絡進行設備、材料的購置，該方式可引入土木工程結構試驗的課程教學中。傳統土木工程結構試驗教學方法以課內理論和試驗為主，學生缺乏獨立思考的空間。文章提出設置網絡信息平臺進行試驗材料購置的實踐環節，通過網絡的互動，增加學生試驗參與度，增強學生對結構試驗的認識。

關鍵詞：土木工程；結構試驗；網絡平臺；自主學習；教學改革

中圖分類號：TU317；G642423 文獻標志碼：A 文章編號：10052909（2015）05011505

土木工程結構試驗是土木工程專業必修課，包括科學研究性試驗和生產鑒定性試驗。該課程具有較強實踐性，對土木工程人才培養起著重要作用。然而，在傳統的教學過程中，實踐環節以試驗指導書為依據統一開展[1]。該傳統教學模式降低了學生的參與程度，一成不變的試驗指導書使學生產生依賴性，逐漸成為試驗“參觀者”，沒有真正參與試驗訓練。目前，土木工程結構試驗的教學改革方向主要是課程教學體系和課外創新訓練平臺建設[2]、多層次創新實驗教學體系[3]、創新性實驗平臺[4]等。但是，上述改革存在教學成本高，同時難以讓學生切身參與試驗環節等問題。

文章提出將試驗準備階段的部分工作，主要是試驗材料的準備，從實驗員下放給學生，可通過網絡信息平臺實現。該實踐方式已具備良好的可行性，根據中國互聯網信息中心第30次調查，截至2012年6月末，中國網民人數為5.38億，18～24歲的年輕人是中國互聯網的主力軍，從職業結構上看，學生網民占比達到28.6%[5]。大學生完全具備通過網絡購物開展試驗材料準備的能力。

據此，文章提出如下實踐環節的創新性教學體系：與網絡平臺相結合，網上購買試驗用品，用購買的試驗用品進行試驗，編寫試驗報告。通過該實踐環節，可使學生對材料參數有全面認識，實現試驗材料的比選，同時培養專業技術的交流能力。該實踐環節具有自主性、靈活性和開放性，有利于學生自主學習意

識的激發、創新思維的培養，有利于學生熟練運用網絡平臺吸收知識、增長技能，深入了解試驗過程，相比傳統課程增加了試驗參與性，達到改善結構試驗教學質量、培養應用型人才的目的。

一、土木工程結構試驗實踐環節特點及難點

（一）試驗環節模式固定

學生完成理論學習后，到實驗室觀看指導教師操作演示并進行分組試驗，該教學模式有利于教學組織。學生所做試驗內容基本固定，實驗流程和操作由實驗室統一安排，同時，試驗設備及材料有限，學生對試驗設備及材料接觸時間短，導致對所用設備、傳感器原理的理解不深，造成自主學習和思考能力培養不足。

（二）學生課外學習任務偏少

理論教學中以試驗方法、試驗設備等內容教學為主，學生缺乏主觀認識，教師難以布置課外學習任務。試驗教學過程中，為便于試驗順利開展，教師為學生做好一切準備工作，減少了學生主動對試驗設備、傳感器及輔助材料的原理及要求方面的認知過程，缺少自主學習這一重要過程。因此，學生學習任務較為輕松，難以對所做試驗進行總結和深入思考，在這種學習模式下，學生始終處于被動局面。

（三）從面到點的教育缺乏

高等建筑教育

土木工程結構試驗相關教材內容編寫豐富全面，涉及面也較廣泛。因此，許多學生在有限的學習時間里對其只能了解性地學習，沒有深刻理解。此外，學生無法參與試驗的完整流程，完成課程學習后也不具備獨立開展科研性和生產性試驗的能力。

二、土木工程試驗實踐環節自主學習的探索

（一）教學探索的背景

浙江省某大學的問卷調查表明，大部分學生上網目的是娛樂和消遣[6]。本科生每天使用電腦時間平均為2.58小時左右[7]。網絡是與實際社會聯系的交流方式，從中可以學到很多書本無法學習的知識，網絡商店為大學生提供了豐富優質的學習途徑，包括書籍、網絡教學、試驗器材等。如：學生在淘寶或京東等購買試驗用品時，需主動了解該產品型號、使用方式、產品參數等，化被動學習為主動學習，而網絡中具備即時的買賣雙方交流過程，交流過程是知識塑造的過程，從而積累經驗。

（二）互動教學環節設置

基于上述問題及背景，文章提出在傳統試驗的基礎上，增設完整流程的自主學習實踐環節，具體技術路線如圖1所示。

圖1 傳統和自主學習的實踐環節對比

（三）傳統的實踐環節

以浙江大學寧波理工學院土木工程結構試驗的《結構試驗指導書》為例，設置了如下試驗內容：電阻應變片的粘貼技術、靜態電阻應變儀的操作試驗、等強度梁應變測定試驗、簡支桁架靜載非破壞試驗、回彈法檢測混凝土強度、超聲回彈綜合法檢測混凝土強度、鋼筋銹蝕性狀檢測等。要求學生參與試驗過程，掌握常用加載設備、量測儀的使用，正確進行試驗數據的測讀和處理，編寫試驗報告。

（四）自主學習的實踐環節

實踐期間依據試驗指導書內容，學生找到相關試驗后，通過文獻和資料查閱了解試驗內容，對試驗中用到的試驗用品進行檢索并編寫采購計劃。試驗用品以易耗品為主，然后分組進行試驗用品添置，學生可網上購買，編寫試驗用品采購報告，報告內容寫明購買理由、產品參數、使用方法、購買途徑等，再利用自己采購的試驗用品進行試驗，最后編寫試驗報告。

1.試驗用品添置與采購

試驗用品的添置與采購在結構試驗課程中是必不可少的重要環節，如何讓學生選擇適合試驗的試驗用品具有非常現實的意義。學生在網上購物具有一定經驗，了解網絡購物流程，但在網絡平臺購買試驗用品經驗不足，因此，自主添置與購買試驗用品能提高學生利用網絡平臺獨立開展結構試驗的能力。

首先，應對試驗整體過程進行了解，知道試驗中用到的儀器、設備與用品，并具體分析試驗用品的規格、型號、使用方法，上網查閱相對應的產品。其次，掌握常用、簡便、安全的購買途徑，對產品進行篩選和購買。上述步驟中，購買符合試驗規格的試驗用品是關鍵。最后，對不同店鋪進行比較，確認其使用方法、產品參數，可以與店家交流，以期正確購買試驗用品，以免在試驗過程中出現量程不符、精度低等問題。編寫采購報告，采購報告應寫明購買理由、產品參數、使用方法、購買途徑、付款明細表等內容。

2.考核方式

自主學習的實踐環節考核為三大模塊：過程的參與度、知識的消化率以及效果考察。過程參與度，要求記錄買賣方的聊天記錄、發貨記錄，對比不同賣家產品的參數、查看其他買家對商品評價等。知識消化率，考核對象包括產品參數的合理性、適用性，考核方式可以從試驗效果角度考察。效果考察，根據所做試驗效果評估，允許試驗失敗，但需要分析其中存在的問題。上述考核方式有利于學生擴展應用能力，增強學生之間的交流，提高互動性。

三、自主學習實踐案例

文章以浙江大學寧波理工學院《結構試驗指導書》中的等強度梁應變測試試驗、鋼桁架靜力試驗為例，以電阻應變片購置、粘貼為例詳細闡述自主學習實踐環節。

（一）試驗準備階段

指導教師在課堂教學中，明確試驗目的、量測要求、試驗進度、經費預算，介紹實驗室已有的等強度梁試件、加載砝碼等裝置，課后要求學生指定參加人員及其任務分工、編制材料清單。試驗所用到的材料以易耗品為主，如應變片、導線、粘結劑等。通過網絡資料檢索和分析可知，常用的應變測試手段可分為機測、電測、光測等種類，機測主要有千分表、手持式應變儀等，電測主要有電阻應變片，光測主要為光纖光柵傳感技術，要求學生在網絡交易平臺中查閱相關產品，對其進行綜述并進行課題匯報。

（二）試驗材料的自主購買

實踐案例中，可以購置的材料清單包括應變片、傳輸電線、粘結劑等，重點介紹電阻應變片的購置過程、知識塑造及其考核環節。

1. 應變片選擇

通過淘寶平臺搜索關鍵詞——應變片，選擇相關店鋪選項，得到19家店鋪，832件寶貝。根據店鋪動態評分，與同行業相比評分選擇優秀店鋪，并比較其店鋪中的產品。

圖2 淘寶中檢索應變片獲得的相關信息

每件產品都有詳細說明，通過查閱網絡交易平臺，可以查詢到應變片的關鍵參數為應變片類型（考慮靜態、動態、野外、測試周期、精度），敏感柵的柵長（考慮應變梯度、應變測試區域大小），敏感柵的結構（考慮應變梯度、應力維數、安裝空間），應變片的電阻，溫度補償系數等。通過比選，等強度梁應變測試中可選擇的應變片類型如表1。

BE酚醛-縮醛基底，康銅箔制成，全密封結構，可溫度自補償，柔韌性好，粘貼方便，性能穩定，用于一般精度傳感器（0.05級）和應力分析。BX縮醛基底，康銅箔制成，用于較高精度傳感器（0.03級）和

2%應力分析。BHF用于高精密傳感器（0.02級）和高精度應力分析。上述基底材料均能用于等強度梁的應變測試，教學過程中可讓不同試驗組分別選用某種應變片，進行對比試驗。

2.商家交流

選定某一應變片類型后可通過即時軟件與商家進行溝通，可就試驗中可能遇到的問題獲取更多信息（表2）。

3. 產品購置

依據試驗目的，要求學生通過等強度梁的試驗，掌握應變片的粘結技術、應變儀的橋路連接方式，文章擬對等強度梁進行1/4橋、半橋及全橋的應變測試，原理如圖3。

圖3 等強度梁的橋路連接方式

學生需依據試驗手冊，了解試驗目的，計劃應變片采購數量，文中至少需采購5個應變片，分別對應R1、R2、R3、R4和溫度補償。如果考慮試驗過程中的損壞，需再購置2～4個應變片作為備用。

（三）試驗的開展

傳統試驗時，學生根據試驗指導書文字說明以及觀摩進行應變的粘結和測試。此次實踐案例中，學生可通過查閱相關店鋪網址提供的圖文、視頻等信息課前進行預習，如在某店鋪中就對應變片粘結過程進行了詳盡的圖片展示，如圖4所示。

圖4 網上可查閱的應變片粘貼教程

學生可通過本環節掌握應變片的粘結方法，印象會非常深刻。最后，利用學生自行采購的試驗用品進行加載試驗，記錄和分析數據，獲取試驗經驗。

（四） 自主學習效果跟蹤監測

為了監督學生自主學習并考察效果，需設置多個環節進行考核和評價。材料購置前，要求學生依據試驗手冊，熟悉應變片的關鍵參數（電阻值、柵格長度、基底材料）等，并分組進行多媒體匯報。材料購置過程中要求存儲與商家的詳細聊天記錄，涉及關鍵參數的內容在課堂上公開展示，教師可針對學生與商家交流過程匯總出現的錯誤進行討論，通過該方式讓學生更好地接受專業知識。試驗實施階段，部分學生先通過自主學習獲取應變片粘貼技術并演示操作，其余學生觀摩后在鋼桁架靜力試驗中操作。試驗總結階段，試驗成績的評定與學生粘貼在鋼桁架上應變片數據的穩定性、精度相關，因此，需親自動手操作才能獲取相應成績。

四、結語

文章通過分析其他學校的創新教學體系，針對傳統教學中存在的模式單一等問題，提出了結合網絡平臺的結構試驗創新性教學體系。將網絡平臺應用于土木工程結構試驗課程教學中，通過自主學習環節，提高學生的實踐能力，具有較好的操作性。

結合網絡平臺教學的土木工程結構試驗實踐環節能讓學生更好地提升自主學習能力，對指標參數的理解從簡單的接受轉化為獨立思考和探索。同時，該方式增加了學生的實踐能力，為今后的學習與工作提供寶貴經驗。同時，文章提出的教學方式可擴展到其他課程的教學中，如土木工程材料試驗、土力學試驗、鋼筋混凝土試驗等課程。參考文獻：

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