基于簡單結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的土木工程結(jié)構(gòu)實驗教學(xué)改革研究

周云開

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)，廣州510640）

基于簡單結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的土木工程結(jié)構(gòu)實驗教學(xué)改革研究

周云開

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)，廣州510640）

土木工程結(jié)構(gòu)實驗是一門綜合性、應(yīng)用性、創(chuàng)新性很強的實踐教學(xué)課程，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測工作對結(jié)構(gòu)實驗課程有著重要的實踐指導(dǎo)意義，兩者有機結(jié)合的教學(xué)改革將有利于學(xué)生的專業(yè)技能、綜合分析能力和自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，論文通過反思傳統(tǒng)的實驗教學(xué)、總結(jié)多年的實踐教學(xué)經(jīng)驗，提出若干教學(xué)改革措施，實現(xiàn)本學(xué)院應(yīng)用型人才、復(fù)合型人才、創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)目標。【Abstract】The civil engineering structural experiment is a practical course of comprehensiveness,application and creativity.Structure health monitoring has guiding significance to the structural experiment course,and the organic combination will help improve students' professional skills,comprehensive analysis ability and independent innovation.Through the reflection of the traditional experimental teaching,and summary of practical teaching experience for many years,some measures of teaching reform are put forward to achieve the training objective of practical,comprehensive,innovative personnel.

土木工程結(jié)構(gòu)實驗；結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測；教學(xué)改革

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.09.014

1 引言

實踐是檢驗真理的唯一標準，而實驗是最有效的實踐。土木工程結(jié)構(gòu)實驗的任務(wù)是基于結(jié)構(gòu)基本理論，使用各種儀器儀表和試驗設(shè)備，對結(jié)構(gòu)受作用后的性能進行觀測，通過量測的數(shù)據(jù)，對結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的承載能力和使用性能作評估，為驗證和發(fā)展結(jié)構(gòu)理論提供實驗依據(jù)。隨著建筑科學(xué)的發(fā)展，新材料的應(yīng)用，新結(jié)構(gòu)的設(shè)計，新工藝的施工，往往需要通過多次的科學(xué)實驗和工程實踐才能使理論不斷完善。自然災(zāi)害頻發(fā)，國家對防災(zāi)減災(zāi)的重視，使結(jié)構(gòu)抗震、抗風(fēng)方面的實驗研究顯得非常重要。

2 土木工程結(jié)構(gòu)實驗課程的重要性

土木工程結(jié)構(gòu)實驗是一門必修的土木工程專業(yè)基礎(chǔ)課程，是電學(xué)、光學(xué)、光電子學(xué)、力學(xué)、土木工程材料、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)原理、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理等學(xué)科相互交叉的、實踐應(yīng)用很強的一門科學(xué)，是用實驗的手段研究和鑒定結(jié)構(gòu)質(zhì)量的一門學(xué)科[1]。該課程的培養(yǎng)目的，一則提高學(xué)生的工程素質(zhì)、綜合專業(yè)技能，二則拓寬本科畢業(yè)生的就業(yè)渠道，除了傳統(tǒng)的工程施工、管理、設(shè)計的工作以外，畢業(yè)生也可從事建筑工程質(zhì)量監(jiān)督、工程檢測、房屋鑒定、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控等工作。

3 土木工程結(jié)構(gòu)實驗課教學(xué)中存在的主要問題

隨著高校畢業(yè)生就業(yè)競爭的加劇以及用人單位對人才綜合素質(zhì)要求的逐漸提高，本科畢業(yè)生動手能力差、創(chuàng)新意識不強、缺乏理論知識與工程實踐聯(lián)系等問題逐漸暴露出來，究其原因，筆者根據(jù)多年的實踐教學(xué)經(jīng)驗總結(jié)出幾個緣由。

1）實驗教學(xué)內(nèi)容滯后，教學(xué)觀念的社會適應(yīng)性不足。傳統(tǒng)的教學(xué)觀念認為實踐教學(xué)是對理論知識起輔助作用。長久以來，實驗的目的僅僅停留在驗證理論的正確性以及結(jié)論的可行性的層面上，實踐教學(xué)內(nèi)容與工程聯(lián)系不夠緊密，脫離了實際工程情況不利于學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)和綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)。

2）實驗設(shè)備陳舊，實驗方法沒有與時俱進。部分設(shè)備是15年前的產(chǎn)品，如回彈儀，內(nèi)部零件出現(xiàn)銹點，降低檢測的準確性，部分儀器缺乏日常的保養(yǎng)或損壞后沒有及時維修，會大大降低實驗的效率；另外，當(dāng)今社會，科技日新月異，實驗設(shè)備推陳出新，其功能和精確度不斷改進。伴隨著實驗方法和實驗手段的更新?lián)Q代，實驗設(shè)備落后的必然結(jié)果是檢測方法不能與時俱進，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

3）結(jié)構(gòu)實驗平臺的建設(shè)速度跟不上擴招的速度。土木工程專業(yè)學(xué)生逐年遞增，造成結(jié)構(gòu)實驗教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)備資源相對減少。以大班形式開課，實驗資源相對不足，為保證全體學(xué)生有動手的機會，則需延長課時，浪費等待的時間。

4 土木工程實驗引入“結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測”的實踐意義

對重大工程的結(jié)構(gòu)性能進行實時的檢測和對年老的結(jié)構(gòu)進行診斷，及時發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的損失，并評估其安全性，預(yù)測結(jié)構(gòu)的性能變化和剩余壽命并做出維護方案，對提高結(jié)構(gòu)的運營效率，保證人民生命財產(chǎn)安全具有極其重大的意義，已經(jīng)成為現(xiàn)代工程越來越迫切的要求，繼而產(chǎn)生了土木工程學(xué)科的一個重要領(lǐng)域——“結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測” (Structural Health Monitoring，簡寫為SHM)。對于受環(huán)境因素、載荷和自然災(zāi)害導(dǎo)致?lián)p傷、累積以及抗力衰減的工程結(jié)構(gòu)，可以通過一定的檢測手段與方法來判斷結(jié)構(gòu)是否存在損傷，并對損傷定位和評估加固來避免破壞，實現(xiàn)對土木工程基礎(chǔ)設(shè)施的損傷檢測和識別的過程稱為“結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測”。

土木工程結(jié)構(gòu)實驗教學(xué)引入“結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測”，一方面增強了實驗教學(xué)目的的社會適應(yīng)性，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣；另一方面，顛覆了“實踐教學(xué)是對理論知識起輔助作用”的教學(xué)觀念，提升結(jié)構(gòu)實驗課程在人才培養(yǎng)中的地位，有利于學(xué)生職業(yè)技能和自主創(chuàng)新意識的提高。

5 基于簡單結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的土木工程結(jié)構(gòu)實驗教學(xué)改革措施

為了更好地培養(yǎng)實用型、創(chuàng)新型等多層面人才，土木工程結(jié)構(gòu)實驗教學(xué)改革最迫切的問題是改革傳統(tǒng)實驗教學(xué)理念，更新、整合和優(yōu)化實驗資源，與時俱進地調(diào)整實驗教學(xué)內(nèi)容和實驗手段，明確“結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測”工作對結(jié)構(gòu)實驗教學(xué)的實踐指導(dǎo)意義，還原理論知識到工程實踐中，努力培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決實際問題的綜合能力。筆者根據(jù)多年的實踐教學(xué)和工程經(jīng)驗，提出了以下的措施。

樹立實驗與理論并行的教學(xué)觀念。實驗教學(xué)在人才培養(yǎng)中不可或缺，與理論教學(xué)同等重要，“實驗與理論并行”的教學(xué)觀念實現(xiàn)能有效地促進感性認識與理性認識相互提升，有助于學(xué)生把各門專業(yè)課程的知識融會貫通。改革的方向可從培養(yǎng)計劃、學(xué)生評價體系等客觀條件和考核制度、教學(xué)方法等主觀條件著手[2]。

1）提高實驗教學(xué)在人才培養(yǎng)計劃中的比重，包括增加實驗教學(xué)課時和學(xué)分。如本學(xué)院的土木工程實驗課程為32學(xué)時，僅1.0學(xué)分，加權(quán)比重少，在工科要求修滿160學(xué)分里所占比例低，不利于提升實驗教學(xué)地位。因此，高校實驗教學(xué)改革首要變革實驗課時在人才培養(yǎng)計劃中的比重。

2）實施多元化的實驗教學(xué)考核制度，包括考核內(nèi)容的多元化和考核方法的多元化。考核內(nèi)容，如個人實操、團隊合作、數(shù)據(jù)分析等多方面的考核，考核成績現(xiàn)場公布，讓學(xué)生及時發(fā)現(xiàn)不足；考核方法，不再以單一的考試形式進行，綜合了不同的考核內(nèi)容，來評定實驗教學(xué)。堅持“嚴格、公平地評定”的原則下，采用多元化的考核方法，促進學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主創(chuàng)新。

3）提倡實驗與理論課程相互滲透的教學(xué)方法。引入簡單的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測內(nèi)容和方法的結(jié)構(gòu)實驗，加深了解實驗的實踐指導(dǎo)意義，并能更好地與相關(guān)理論知識有機結(jié)合；另外，理論課程教學(xué)如鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)原理、結(jié)構(gòu)力學(xué)等，可以引入虛擬結(jié)構(gòu)實驗，感性認識深化理性認識，提高學(xué)生對專業(yè)課程的學(xué)習(xí)效率。

6 結(jié)語

基于簡單結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的土木工程結(jié)構(gòu)實驗教學(xué)改革是土木工程專業(yè)實踐教學(xué)改革重要的一部分，其發(fā)散性作用將有助于提高其他課程的實驗教學(xué)質(zhì)量，有助于學(xué)生創(chuàng)新能力、職業(yè)技能、專業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)，有助于社會實踐融入高校教育，以實現(xiàn)培養(yǎng)滿足社會需求的應(yīng)用型人才、復(fù)合型人才、創(chuàng)新性人才的目的。

【1】蔣田勇，田仲初.土木工程結(jié)構(gòu)實驗教學(xué)改革研究[J].高等建筑教育，2011，20(4)∶144-147.

【2】張中脊，田仲初.結(jié)構(gòu)實驗超市創(chuàng)新平臺的構(gòu)建研究與實踐[J].高教論壇，2010(5)∶52-54.

Study on Teaching Reform of Civil Engineering Structural Experiment Based on Simple Structure Health Monitoring

ZHOU Yun-kai
（South China Agricultural University，Guangzhou 510640，China）

civil engineering structural experiment;structure health monitoring;teaching reform

TU3-4；G642.0

A

1007-9467（2016）09-0029-02

2016-09-09

周云開（1983～），女，廣東南海人，實驗師，從事廢棄建筑材料的循環(huán)再生和高校實驗教學(xué)改革研究。