土木工程專業(yè)結(jié)構(gòu)實驗教學(xué)改革探討

土木工程專業(yè)結(jié)構(gòu)實驗教學(xué)改革探討

吳旻，方圓，丁峰

(安徽工業(yè)大學(xué) 建筑工程學(xué)院，安徽 馬鞍山 243002)

摘要：提高土木工程專業(yè)結(jié)構(gòu)實驗教學(xué)質(zhì)量應(yīng)加強(qiáng)理論教學(xué)與實驗教學(xué)的聯(lián)系，適當(dāng)增加認(rèn)知性、綜合性和創(chuàng)新性實驗項目，采用豐富實驗指導(dǎo)書內(nèi)容，多媒體、第二課堂等多種教學(xué)方式和手段。

關(guān)鍵詞：土木工程；結(jié)構(gòu)實驗；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.423

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-9247(2015)03-0097-02

Abstract:The experiment teaching quality of structure in civil engineering should be improved by strengthening theory teaching and experiment teaching with more pilot projects of awareness, comprehensiveness and innovation, using various ways and tools of teaching, such as experimental instruction of rich content, multimedia, and second classroom.

收稿日期：2014-11-15

基金項目：安徽工業(yè)大學(xué)校級教學(xué)研究項目(2012jg38)

作者簡介：吳旻(1984-)，男，安徽蕪湖人，安徽工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院講師，碩士。

Reform Exploration on Experiment Teaching of Structures in Civil Engineering

WU Min, FANG Yuan, DING Feng

(School of Architect Engineering, Anhui University of Technology, Ma’anshan 243002, Anhui, China)

Key words:civil engineering; structure experiment; teaching reform

土木工程專業(yè)是一門實踐性和應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科，實驗教學(xué)在整個專業(yè)教學(xué)體系中占有較大比重。[1]結(jié)構(gòu)實驗是實驗教學(xué)的重要組成。但從目前教學(xué)效果來看，一些學(xué)生走上工作崗位后，對工程常用的檢測儀器操作較為生疏；還有一些學(xué)生雖然理論計算功底扎實，但無法將其靈活運用于工程實踐，綜合分析問題能力較弱。因此，本文對結(jié)構(gòu)實驗課程教學(xué)存在的問題進(jìn)行分析，并提出一些改進(jìn)方法，使學(xué)生能夠積極主動地參與到實驗課程中，在實踐中鍛煉動手能力，在動手過程中培養(yǎng)獨立思考能力，最終提高學(xué)生的綜合實驗?zāi)芰Α?/p>

一、結(jié)構(gòu)實驗課程概況

結(jié)構(gòu)實驗是土木工程專業(yè)實驗的重要組成部分。[2]表1反應(yīng)了目前我校土木工程專業(yè)實驗課程模塊設(shè)置情況。從中可以看出，結(jié)構(gòu)實驗開設(shè)時間較晚，總學(xué)時多，且與其相關(guān)的3門理論課均為土木工程專業(yè)的核心課程。目前共開設(shè)8項結(jié)構(gòu)實驗，其中混凝土3項，鋼結(jié)構(gòu)2項，建筑結(jié)構(gòu)檢測3項。從實驗開展場地的分布情況來看，有7項在土木工程結(jié)構(gòu)實驗室進(jìn)行，1項仿真模擬實驗在計算機(jī)房進(jìn)行。

表1　我校土木工程專業(yè)實驗課程模塊

二、結(jié)構(gòu)實驗教學(xué)存在的主要問題

(一)與相關(guān)理論課程結(jié)合不夠緊密

結(jié)構(gòu)實驗要求學(xué)生具有一定的力學(xué)理論計算和分析能力，這些能力的培養(yǎng)與理論課程的學(xué)習(xí)密切相關(guān)。但目前實驗課程與理論課在時間上銜接不夠緊密，實驗課程多半在理論課程結(jié)束之后才逐步開設(shè)。而此時，學(xué)生往往對已學(xué)過的理論內(nèi)容出現(xiàn)生疏和遺忘。另一方面，學(xué)期中后段學(xué)生理論課程的考試較多，部分學(xué)生因平常疏于學(xué)習(xí)，此時把大部分精力均放在考前突擊復(fù)習(xí)上，對于實驗課的學(xué)習(xí)態(tài)度不夠端正，以應(yīng)付為主，自然很難提高自身的實踐能力。

(二)實驗類型較為單一

現(xiàn)階段開展的結(jié)構(gòu)實驗多為驗證性實驗,學(xué)生多半按照指導(dǎo)書上已寫好的實驗方法操作并驗證，缺少綜合性和創(chuàng)新性實驗項目。從教學(xué)效果上來看，有相當(dāng)一部分學(xué)生僅熱衷于實驗數(shù)據(jù)的記錄，以數(shù)據(jù)是否相符作為實驗的唯一目的，實驗報告也只是機(jī)械完成，對于實驗的整個設(shè)計思路缺乏綜合分析和判斷。

(三)教學(xué)手段不夠豐富

目前，結(jié)構(gòu)實驗中開設(shè)的仿真模擬實驗較有特色，該實驗利用計算機(jī)程序來模擬各類工程結(jié)構(gòu)物的加載過程，是土木工程專業(yè)多樣化實踐教學(xué)模式的一個組成部分。[3]本套系統(tǒng)由我校教師研發(fā)，在實際教學(xué)中收到了很好的效果。但結(jié)構(gòu)實驗其它項目的教學(xué)手段還不夠豐富，一般多采用教師演示，學(xué)生分組仿做的傳統(tǒng)模式。教師講解時，往往針對某一臺儀器設(shè)備，由于受到視覺角度和場地的影響，難以保證每位學(xué)生的聽課效果。這使得部分學(xué)生了解不深，實驗過程中上手較慢，積極性低，從而影響實驗教學(xué)效果。另一方面，教師雖然在課前要求學(xué)生進(jìn)行實驗預(yù)習(xí)，并撰寫實驗預(yù)習(xí)報告，但部分學(xué)生態(tài)度不夠端正，僅僅為了應(yīng)付實驗，預(yù)習(xí)報告也只是摘抄實驗指導(dǎo)書，缺乏對所做實驗思考和理解。

三、改進(jìn)結(jié)構(gòu)實驗教學(xué)的對策

(一)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)理論教學(xué)與實驗的關(guān)聯(lián)性

結(jié)構(gòu)實驗課程應(yīng)穿插在理論課程講解過程中進(jìn)行。實驗指導(dǎo)老師需要積極與理論教師溝通，了解相關(guān)理論課程的進(jìn)度和重難點講授情況，從而在實驗課程講解時能夠做到保證學(xué)生知識體系的連貫性。

對于課時安排確實出現(xiàn)困難的情況，要求實驗教師在講解過程中注重理論課程的回顧，特別是一些理論課上的重難點。例如《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》理論課中平截面假定，是結(jié)構(gòu)理論計算的前提。因此實驗課程講解時，實驗教師應(yīng)注重課程講解次序：首先回顧理論課上平截面假定的基本要點，其次講解實驗課中有關(guān)應(yīng)變片測定的目的，最后介紹與具體實驗操作相關(guān)的應(yīng)變片測定規(guī)程。

(二)豐富結(jié)構(gòu)實驗課程的類型

1．增加認(rèn)知性實驗。興趣是學(xué)生學(xué)習(xí)的重要動力，認(rèn)知性實驗的開展有利于培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)興趣，為后續(xù)深入學(xué)習(xí)專業(yè)知識打下基礎(chǔ)。[4]可以組織土木專業(yè)新生在入學(xué)階段參觀結(jié)構(gòu)實驗室，實驗教師通過介紹結(jié)構(gòu)實驗室的基本布局和功能分區(qū)，演示MTS三通道電液伺服儀、500噸長軸試驗機(jī)等大型結(jié)構(gòu)試驗設(shè)備的加載過程，并與學(xué)生進(jìn)行問答互動，增加學(xué)生對土木結(jié)構(gòu)實驗的感性認(rèn)識，對學(xué)生大學(xué)期間的學(xué)習(xí)規(guī)劃提供幫助。

2．開設(shè)綜合性和創(chuàng)新性實驗項目。結(jié)構(gòu)實驗的特點在于許多實驗的依據(jù)并沒有詳盡的規(guī)范，試驗對象的尺寸和形狀也不固定，大到框架結(jié)構(gòu)，小到節(jié)點均可以進(jìn)行實驗測試，不同對象實驗的方法和手段差別也很大。這給開展綜合性和創(chuàng)新性實驗提供了空間。

以鋼桁架加載實驗為例，按照綜合性實驗的模式，教師只提出實驗?zāi)康臑闇y定桿件內(nèi)力和撓度，讓學(xué)生根據(jù)已學(xué)過的理論知識，結(jié)合實驗室現(xiàn)有的設(shè)備，自主選擇加載方式、加載噸位和測試節(jié)點，繪制實驗設(shè)計圖示，并完成可行的實驗方案。實驗教師由講解員轉(zhuǎn)化為實驗參謀，這樣將學(xué)生被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為主動學(xué)習(xí)，有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和獨立思考問題的水平。

創(chuàng)新性實驗項目對學(xué)生的素質(zhì)能力要求更高，全面開展難度較大，可挑選部分理論基礎(chǔ)扎實、動手能力較強(qiáng)的學(xué)生作為選修實驗開設(shè)。以鋼筋混凝土正截面破壞實驗為例，教師只給出極限承載力參考值，學(xué)生首先要通過計算確定鋼筋混凝土構(gòu)件尺寸，自己動手制作試件，并最終完成加載實驗，在整個過程中，學(xué)生的自身設(shè)計能力和實驗創(chuàng)新能力都能夠得到有效鍛煉。

(三)采用多樣化教學(xué)手段和方式

1．豐富實驗指導(dǎo)書的內(nèi)容。現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)試驗指導(dǎo)書主要針對實驗?zāi)康摹嶒灧椒ê蛯嶒灢襟E進(jìn)行講解，指導(dǎo)書的內(nèi)容可以進(jìn)一步豐富。如將學(xué)生結(jié)構(gòu)實驗用的DH3815靜態(tài)、DH5937動態(tài)數(shù)據(jù)采集和分析軟件系統(tǒng)的具體操作說明也編入指導(dǎo)書中，這樣有利于學(xué)生的課前預(yù)習(xí)，在實驗過程中也方便查找。還可以對實驗室的一些新型結(jié)構(gòu)儀器和精密儀器的原理和使用方法進(jìn)行一些簡單介紹，如科研實驗中使用的日本DATA靜態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、全自動數(shù)字式回彈儀等。這些內(nèi)容的增加拓寬了學(xué)生的視野，提高了學(xué)生對結(jié)構(gòu)檢測設(shè)備的認(rèn)識。同時在實驗指導(dǎo)書中，可以開設(shè)實驗預(yù)習(xí)思考題，在實驗課程前進(jìn)行提問，將答題情況記入實驗分?jǐn)?shù)，從而激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的興趣。

2．利用視頻、動畫和PPT進(jìn)行實驗教學(xué)。多媒體教學(xué)具有生動形象、畫面連續(xù)和內(nèi)容豐富等優(yōu)點，是理論課程教學(xué)的重要手段，結(jié)構(gòu)實驗課程中也可以適當(dāng)采用多媒體教學(xué)。[5]如實驗課程講解中可以增加部分工程應(yīng)用實例的視頻，以混凝土無損檢測實驗為例，可以播放一些在我國蘇通大橋，南京長江四橋等大型橋梁結(jié)構(gòu)中無損檢測的先進(jìn)工程實例，這樣能夠提高學(xué)生的實驗學(xué)習(xí)興趣，充分認(rèn)識到結(jié)構(gòu)實驗技術(shù)對工程質(zhì)量的重要意義。此外，對于部分操作復(fù)雜的結(jié)構(gòu)實驗，也可以制作一些動畫、PPT和錄像，放在教學(xué)網(wǎng)站上，為學(xué)生預(yù)習(xí)實驗提供方便。

3．開設(shè)第二課堂，增加結(jié)構(gòu)工程實踐的機(jī)會。結(jié)構(gòu)實驗開設(shè)的最終目的是培養(yǎng)學(xué)生對一般結(jié)構(gòu)物工程性能的檢測能力，課堂不僅僅局限于實驗室，可以讓學(xué)生參加工程實際進(jìn)行鍛煉，如對學(xué)校內(nèi)現(xiàn)有的一些舊房屋，舊橋梁進(jìn)行一般性的健康檢測，并撰寫檢測實驗報告，從而培養(yǎng)學(xué)生解決工程實際問題的能力。另一方面，也可以邀請地方知名結(jié)構(gòu)檢測單位的工程師或?qū)＜仪皝韺W(xué)校開展講座，拓寬學(xué)生的知識面。

結(jié)構(gòu)實驗是土木工程實驗教學(xué)的一個重要環(huán)節(jié)，實驗教學(xué)質(zhì)量直接影響到學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，只有將結(jié)構(gòu)實驗教學(xué)與理論知識相聯(lián)系，增加認(rèn)知性、綜合性和創(chuàng)新性實驗項目，采用多媒體和第二課堂等多種教學(xué)手段和方式，才能夠取得良好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]左詠梅.應(yīng)用型人才培養(yǎng)的土木工程教學(xué)改革研究[J].長春理工大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版),2009(2):328-329.

[2]郭蓉，趙少偉，等.提高土木工程專業(yè)結(jié)構(gòu)試驗教學(xué)水平的思考[J].實驗室科學(xué),2007(3):31-32.

[3]黃偉,賈冬云，等.土木工程專業(yè)多樣化實踐教學(xué)模式構(gòu)建與實踐[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版)，2007(3)：120-121.

[4]吳善幸.《土木工程結(jié)構(gòu)試驗》的教學(xué)改革與創(chuàng)新[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊,2012(3):31-32.

[5]賈福萍,呂恒林，等.土木工程專業(yè)方向課程教學(xué)研究與改革[J].高等建筑教育,2010(2):63-64.

(責(zé)任編輯雷金火)