普通本科院校混凝土結(jié)構(gòu)原理實(shí)驗教學(xué)改革

王志鑫

Cement and concrete production 水泥與混凝土生產(chǎn)

普通本科院校混凝土結(jié)構(gòu)原理實(shí)驗教學(xué)改革

王志鑫

（濱州學(xué)院 建筑工程學(xué)院實(shí)驗教學(xué)中心，山東 濱州 256600 ）

實(shí)驗教學(xué)是土木工程類專業(yè)教學(xué)的重要組成部分，重點(diǎn)本科院校和專攻土木類的院校實(shí)驗設(shè)施完善，實(shí)驗技術(shù)人員齊全，而普通本科院校在實(shí)驗教學(xué)方面相對欠缺，存在實(shí)驗室空間狹小、設(shè)備臺套數(shù)較少、專職實(shí)驗教師不足等問題。濱州學(xué)院建筑工程學(xué)院針對混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理的實(shí)驗教學(xué)進(jìn)行了一系列改革及探索，提出了“全程式實(shí)驗教學(xué)”設(shè)計，并引入虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)，以此提高學(xué)生動手實(shí)踐能力，理論聯(lián)系實(shí)際，濱州學(xué)院的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理試驗教學(xué)改革也充分體現(xiàn)了創(chuàng)新是第一動力的重要思想。

普通本科院校；混凝土結(jié)構(gòu)原理；全程式實(shí)驗教學(xué)設(shè)計；虛擬仿真技術(shù)

當(dāng)今中國進(jìn)入新時代，黨中央提出了一系列新的政策使得土木工程這一學(xué)科成為個各大院校招生的熱門學(xué)科，但重點(diǎn)本科院校以及專攻土木類的學(xué)校與普通的本科院校在理論教學(xué)和實(shí)驗教學(xué)上有很大的不同。現(xiàn)如今人才是第一資源，而能夠通過實(shí)踐參與社會主義偉大事業(yè)的應(yīng)用型人才更為重要，理論學(xué)習(xí)固然重要但是實(shí)驗教學(xué)也不容忽視。因此各大高校對對土工程類學(xué)科的實(shí)驗教學(xué)部分尤為重視，但是基于重點(diǎn)本科院校和專攻土木類的學(xué)校的實(shí)驗設(shè)施和相應(yīng)實(shí)驗技術(shù)人員相對較好，而普通本科院校在實(shí)驗教學(xué)方面就相對欠缺，表現(xiàn)在：①實(shí)驗室太過狹小，能容納的學(xué)生太少。②實(shí)驗設(shè)備臺套數(shù)較少，不能滿足本科試驗教學(xué)的分組要求，由于場地及經(jīng)費(fèi)原因，短期內(nèi)無法采購新設(shè)備。③實(shí)驗器材過于老舊，一些器材在現(xiàn)實(shí)工作中已經(jīng)退出歷史舞臺。④還有一些器材由于學(xué)生的不良操作和長期工作導(dǎo)致精確度下降，導(dǎo)致與該有的實(shí)驗結(jié)果不符等。基于以上的問題，本文介紹濱州學(xué)院土木工程學(xué)院針對混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課程實(shí)驗的一些改進(jìn)方法，通過這些改進(jìn)辦法可以提高學(xué)生親手實(shí)踐能力，讓理論聯(lián)系實(shí)際，使理論教學(xué)在實(shí)驗教學(xué)的幫助下更好的讓學(xué)生提高專業(yè)水平，濱州學(xué)院的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理實(shí)驗課改方法也充分體現(xiàn)了創(chuàng)新是第一動力的重要思想。

1 早期混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理實(shí)驗教學(xué)的缺陷

1.1 重視理論教學(xué)忽視實(shí)驗教學(xué)

很多普通本科院校在實(shí)驗教學(xué)設(shè)備不完善的情況下，只重視理論教學(xué)而不注重實(shí)驗教學(xué)，但是土木工程專業(yè)與其他理論類專業(yè)明顯的區(qū)別是土木工程專業(yè)對于學(xué)生的動手實(shí)踐能力最為看重，因為大部分在學(xué)生畢業(yè)后從事土木類工作主要以技術(shù)人施工員為主，早期工作以放線、測量、檢測等技術(shù)類工作為主，而很多普通本科院校畢業(yè)的學(xué)生在工作以后對基本的儀器操作都一竅不通，這樣就導(dǎo)致了與重點(diǎn)本科院校和專攻土木類的學(xué)校畢業(yè)的學(xué)生有很大的差別，這就是很多用人單位喜歡招聘重點(diǎn)本科院校和專攻土木類的學(xué)校畢業(yè)的學(xué)生的原因之一。而且在沒有良好的實(shí)驗課程的指導(dǎo)下，很多學(xué)生的理論知識也只是紙上談兵。主要表現(xiàn)在：（1）對混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理實(shí)驗只停留在表面，只會數(shù)值計算，對參數(shù)取值和來歷都搞不清楚，只能應(yīng)付短期的考試，而不適用于以后的工作。（2）學(xué)生沒有親自動手做過實(shí)驗，對實(shí)驗的具體步驟和注意事項只停留在理論上。（3）造成學(xué)生養(yǎng)成眼高手低的習(xí)慣，以為只要學(xué)會了理論知識就可以不用參加實(shí)驗課程。

1.2 實(shí)驗室儀器設(shè)備的缺陷

重點(diǎn)本科院校和專攻土木類的學(xué)校一般都擁有較大空間的實(shí)驗室和性能優(yōu)良的實(shí)驗儀器設(shè)備，在試件的準(zhǔn)備上也比普通本科學(xué)校要更加注重，通過比較普通本科院校一般沒有相應(yīng)的土木實(shí)驗樓，只是在教學(xué)樓內(nèi)設(shè)立幾間實(shí)驗室，由于不是專門的實(shí)驗樓，所以在儀器的選擇上只能選擇中小型儀器，而且儀器的重量和工作方式也有限制。普通本科院校土木工程這門學(xué)科不是主打?qū)W科，所以土木工程專業(yè)課程就只能擁有相對較少的教學(xué)資源，在儀器和原材料的選用上沒有辦法做到最好，這樣導(dǎo)致學(xué)生在做實(shí)驗時得出的結(jié)果往往達(dá)不到預(yù)期的效果，像在做正截面抗彎承載力實(shí)驗時，用適筋梁的試件做出少筋梁的實(shí)驗結(jié)果，用超筋梁的試件做出適筋梁的實(shí)驗結(jié)果等，這樣會使學(xué)生產(chǎn)生錯誤的認(rèn)識。

1.3 實(shí)驗課程教學(xué)課時太少且評定和課程安排不合理

相對濱州學(xué)院的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理實(shí)驗課程安排只有8個課時，這個課時安排是相對較少的，，實(shí)驗課程穿插在理論教學(xué)的中間進(jìn)行，而且實(shí)驗課程的安排與理論教學(xué)的進(jìn)度不一致，可能出現(xiàn)理論課程才講到鋼筋混凝土梁正截面抗彎承載力實(shí)驗，而實(shí)驗課程卻在進(jìn)行鋼筋混凝土梁斜截面抗剪承載力實(shí)驗，由于理論和實(shí)驗課程的不同步，對于學(xué)生而言在沒有學(xué)過這個實(shí)驗的前提下讓他們做實(shí)驗無異于給學(xué)生增加負(fù)擔(dān)，而起不到對理論教學(xué)加強(qiáng)鞏固的作用。

對于實(shí)驗課程的評定來說，一般的普通本科院校只看中學(xué)生的實(shí)驗手冊的填寫完成情況和考勤情況，對學(xué)生是否是真的動手實(shí)驗并不列入考核評定的項目之中，這樣就會是學(xué)生不重視實(shí)驗教學(xué)，上課時經(jīng)常出現(xiàn)不認(rèn)真聽講，做實(shí)驗時偷工減料，而且在學(xué)期末課程評定時，實(shí)驗手冊出現(xiàn)大量的雷同抄襲現(xiàn)象，這樣的評定結(jié)果存在不公平性，讓學(xué)生喪失主動做實(shí)驗的積極性。

1.4 以往實(shí)驗教學(xué)方法缺乏創(chuàng)新性

濱州學(xué)院的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理實(shí)驗課程教學(xué)上課內(nèi)容有鋼筋混凝土梁正截面截面抗彎承載力實(shí)驗、鋼筋混凝土梁斜截面抗剪試驗、鋼筋混凝土柱偏心受壓承載力實(shí)驗，而這些實(shí)驗的試件數(shù)量少，實(shí)驗結(jié)果往往以現(xiàn)象為主，真正需要記錄的數(shù)據(jù)更少，而且做不到每位同學(xué)都能親身體驗，只能是老師在做實(shí)驗，學(xué)生在看，這樣學(xué)生對于實(shí)驗過程很容易淡忘，特別是在做實(shí)驗過程中應(yīng)注意的細(xì)節(jié)學(xué)生不容易把握。

2 普通本科院校混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理實(shí)驗教學(xué)改革

濱州學(xué)院作為普通本科院校為培養(yǎng)緊隨時代發(fā)展的土木應(yīng)用型人才，為使從濱州學(xué)院畢業(yè)的學(xué)生更好的適應(yīng)當(dāng)今社會的發(fā)展潮流，更好從事土木施工相關(guān)行業(yè)，就混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理實(shí)驗課程方面做了很多改進(jìn)，結(jié)合普通本科院校土木工程專業(yè)存在的普遍問題和濱州學(xué)院土木工程專業(yè)自身存在的問題，進(jìn)行了混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理實(shí)驗課程教學(xué)的大膽創(chuàng)新，目的是讓學(xué)生親自動手實(shí)驗，身臨其境，與理論知識更好的結(jié)合起來。

2.1 “全程式實(shí)驗教學(xué)”設(shè)計——與土木工程實(shí)驗課程的結(jié)合

以往對于混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理實(shí)驗課程的鋼筋混凝土梁柱的選用都是學(xué)校方面對外進(jìn)行招標(biāo)，由老師提供梁柱結(jié)構(gòu)圖紙，再由招標(biāo)單位進(jìn)行加工，做實(shí)驗時學(xué)生往往很難知道鋼筋混凝土梁柱的具體配筋過程，只能聽老師介紹哪一根是超筋梁或哪一根是少筋梁，對于梁的配筋過程沒有親身經(jīng)歷，而且對梁的施工過程也不夠了解。

針對于這個問題濱州學(xué)院混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理實(shí)驗課程的試件選用上做了改進(jìn)，讓混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理實(shí)驗課程結(jié)合土木工程材料實(shí)驗課程，讓學(xué)生在土木工程材料實(shí)驗課上親自動手綁扎鋼筋，澆筑混凝土梁柱。這樣開展課程的原因是土木工程材料先于混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理開設(shè)，在時間上滿足要求，可以讓學(xué)生親身體驗制作混凝土梁柱的過程，并且可以通過自己做的試件在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理實(shí)驗課上觀測實(shí)驗現(xiàn)象，這樣既加深了學(xué)生對于理論知識的學(xué)習(xí)，還增強(qiáng)了學(xué)生的動手能力。

對于試件的可靠性，由學(xué)院的專業(yè)老師和實(shí)驗室老師共同監(jiān)督學(xué)生完成，確保做出來的鋼筋混凝土梁柱具有一定的可靠度。從經(jīng)費(fèi)的角度出發(fā)，可以節(jié)省學(xué)院的教學(xué)經(jīng)費(fèi)的開支。

具體實(shí)驗安排：（1）土木工程材料實(shí)驗課程上，老師首先對學(xué)生進(jìn)行分組，一般4~6人一組，確定每一組制作鋼筋混凝梁柱構(gòu)件的類型。

（2）基于試驗設(shè)備尺寸及混凝土結(jié)構(gòu)基本原理知識，每組同學(xué)按要求設(shè)計混凝土梁柱縮尺模型并配筋，最后由混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理專業(yè)課老師進(jìn)行核對及修正。

（3）利用濱州學(xué)院建筑工程實(shí)驗教學(xué)中心所提供的相應(yīng)儀器設(shè)備和材料進(jìn)行鋼筋綁扎和混凝土澆筑養(yǎng)護(hù)。

（4）混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理實(shí)驗課程應(yīng)與混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理理論課程進(jìn)度相匹配，在實(shí)驗課上學(xué)生用之前在土木工程材料課上澆筑完成的鋼筋混凝土梁柱試件進(jìn)行實(shí)驗，分別進(jìn)行回彈法檢測混凝土強(qiáng)度實(shí)驗、混凝土無損檢測實(shí)驗、混凝土檢測實(shí)驗、鋼筋混凝土梁正截面截面抗彎承載力實(shí)驗、鋼筋混凝土梁斜截面抗剪試驗、鋼筋混凝土柱偏心受壓承載力實(shí)驗。

全程式實(shí)驗教學(xué)設(shè)計可以有效節(jié)約成本，學(xué)生在土木工程材料實(shí)驗課上，可以熟悉配合比的設(shè)計、鋼筋的綁扎、混凝土澆筑養(yǎng)護(hù)等相關(guān)內(nèi)容。制作的構(gòu)件后期用于混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理實(shí)驗課程，可以實(shí)現(xiàn)材料的充分利用，節(jié)約造價。

全程式實(shí)驗教學(xué)設(shè)計能顯著增加課程之間的聯(lián)系性，提高學(xué)生主動創(chuàng)新的能力，將理論與實(shí)踐想結(jié)合，使學(xué)生在設(shè)計試驗的過程中，明白為什么以及怎么解決實(shí)際遇到的問題。增加學(xué)生的實(shí)驗代入感，而不僅僅只是聽老師講述。

2.2 將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用到混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理實(shí)驗教學(xué)

當(dāng)今社會進(jìn)入信息化時代，隨著計算機(jī)的普遍應(yīng)用，推動了土木工程行業(yè)的發(fā)展，從AutCAD在制圖領(lǐng)域的應(yīng)用，到現(xiàn)在BIM的興起，計算機(jī)的應(yīng)用給土木工程專業(yè)帶了便利，使以往的只能靠大量重復(fù)實(shí)驗得出來的數(shù)據(jù)現(xiàn)在可以通過建模分析得出相同的結(jié)果，有效的節(jié)省資源跟時間。仿真實(shí)驗軟件的進(jìn)一步發(fā)展，為虛擬仿真實(shí)驗技術(shù)在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用提供了便利。

濱州學(xué)院的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理實(shí)驗課程中引入虛擬仿真技術(shù)，是先進(jìn)計算機(jī)技術(shù)在土木工程實(shí)驗教學(xué)上的一個重要的創(chuàng)新，也符合當(dāng)今社會重點(diǎn)培養(yǎng)應(yīng)用型人才的主題。

傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理實(shí)驗課程，實(shí)驗設(shè)備和試件尺寸較大，試驗分組較少，做實(shí)驗的時候不能讓每個同學(xué)參與其中；由于經(jīng)費(fèi)等原因的限制，無法模擬所有配筋情況，只能取固定的配筋形式給學(xué)生經(jīng)行演示性試驗。而將虛擬仿真技術(shù)引入到實(shí)驗課程中可以讓每位同學(xué)都親身參與其中，切實(shí)感受不同配筋對實(shí)驗現(xiàn)象及實(shí)驗結(jié)果的影響，認(rèn)識更加深刻。虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)系統(tǒng)基于實(shí)際的試驗設(shè)備、材料性能等建立，它的操作與使用與真實(shí)的情況基本一致。虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)系統(tǒng)可以根據(jù)使用者的實(shí)際情況，自由控制實(shí)驗內(nèi)容及進(jìn)程，可以布置不同的截面尺寸，不同的配筋數(shù)據(jù)。

虛擬儀器實(shí)驗放在真實(shí)的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理實(shí)驗課程之前進(jìn)行，學(xué)生可以操動鼠標(biāo)來熟悉鋼筋混凝土梁柱實(shí)驗的試件配筋、綁扎、澆筑等過程，了解試驗過程，觀察試驗現(xiàn)象，學(xué)習(xí)試驗?zāi)康模顚懺囼瀳蟾妗１热缦到y(tǒng)中存在的儀器設(shè)備的安裝過程場景，學(xué)生可以通過拖動鼠標(biāo)進(jìn)行支模，鋼筋的綁扎，粘結(jié)應(yīng)變片，澆筑混凝土等。

在虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)破壞的實(shí)驗現(xiàn)象和結(jié)果與真實(shí)的實(shí)驗一致，這樣可以提高學(xué)生對混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理實(shí)驗的認(rèn)識，從而方便接下來要做的具體實(shí)驗。

3 結(jié)語

針對傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)原理試驗課程存在的問題，濱州學(xué)院作為普通本科類院校，對于混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理實(shí)驗課程做了大膽的創(chuàng)新，提出了全程式實(shí)驗教學(xué)設(shè)計的方法，并引入虛擬仿真試驗教學(xué)系統(tǒng)，有助于學(xué)生能夠積極主動的參加實(shí)驗課程學(xué)習(xí)，能將理論與實(shí)際更好的結(jié)合起來，從而培養(yǎng)出適應(yīng)社會潮流的應(yīng)用型人才，從而提高濱州學(xué)院土木工程專業(yè)畢業(yè)生的整體質(zhì)量水平，讓學(xué)生更加具有實(shí)際動手能力，提升畢業(yè)生的就業(yè)競爭實(shí)力。全程式試驗課程設(shè)計以及虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用為以后的實(shí)驗課程改革提供了一個良好的開端，將培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動手能力作為實(shí)驗課程的主要教學(xué)任務(wù)之一，將計算機(jī)技術(shù)更好的發(fā)揮到實(shí)際的實(shí)驗教學(xué)中也是今后的一個重要研究課題。

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王志鑫，男，山東青島，工學(xué)碩士，講師，主要從事工程結(jié)構(gòu)抗震及防災(zāi)減災(zāi)研究，負(fù)責(zé)濱州學(xué)院建筑工程學(xué)院實(shí)驗教學(xué)中心相關(guān)工作。

教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項目（項目編號：201901120001）。

TQ172

A

1007-6344（2021）01-0015-02