普通本科院校混凝土結構原理實驗教學改革

王志鑫

Cement and concrete production 水泥與混凝土生產

普通本科院校混凝土結構原理實驗教學改革

王志鑫

（濱州學院 建筑工程學院實驗教學中心，山東 濱州 256600 ）

實驗教學是土木工程類專業教學的重要組成部分，重點本科院校和專攻土木類的院校實驗設施完善，實驗技術人員齊全，而普通本科院校在實驗教學方面相對欠缺，存在實驗室空間狹小、設備臺套數較少、專職實驗教師不足等問題。濱州學院建筑工程學院針對混凝土結構設計原理的實驗教學進行了一系列改革及探索，提出了“全程式實驗教學”設計，并引入虛擬仿真教學系統，以此提高學生動手實踐能力，理論聯系實際，濱州學院的混凝土結構設計原理試驗教學改革也充分體現了創新是第一動力的重要思想。

普通本科院校；混凝土結構原理；全程式實驗教學設計；虛擬仿真技術

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

1 早期混凝土結構設計原理實驗教學的缺陷

1.1 重視理論教學忽視實驗教學

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

1.2 實驗室儀器設備的缺陷

重點本科院校和專攻土木類的學校一般都擁有較大空間的實驗室和性能優良的實驗儀器設備，在試件的準備上也比普通本科學校要更加注重，通過比較普通本科院校一般沒有相應的土木實驗樓，只是在教學樓內設立幾間實驗室，由于不是專門的實驗樓，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科不是主打學科，所以土木工程專業課程就只能擁有相對較少的教學資源，在儀器和原材料的選用上沒有辦法做到最好，這樣導致學生在做實驗時得出的結果往往達不到預期的效果，像在做正截面抗彎承載力實驗時，用適筋梁的試件做出少筋梁的實驗結果，用超筋梁的試件做出適筋梁的實驗結果等，這樣會使學生產生錯誤的認識。

1.3 實驗課程教學課時太少且評定和課程安排不合理

相對濱州學院的混凝土結構設計原理實驗課程安排只有8個課時，這個課時安排是相對較少的，，實驗課程穿插在理論教學的中間進行，而且實驗課程的安排與理論教學的進度不一致，可能出現理論課程才講到鋼筋混凝土梁正截面抗彎承載力實驗，而實驗課程卻在進行鋼筋混凝土梁斜截面抗剪承載力實驗，由于理論和實驗課程的不同步，對于學生而言在沒有學過這個實驗的前提下讓他們做實驗無異于給學生增加負擔，而起不到對理論教學加強鞏固的作用。

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

1.4 以往實驗教學方法缺乏創新性

濱州學院的混凝土結構設計原理實驗課程教學上課內容有鋼筋混凝土梁正截面截面抗彎承載力實驗、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驗，而這些實驗的試件數量少，實驗結果往往以現象為主，真正需要記錄的數據更少，而且做不到每位同學都能親身體驗，只能是老師在做實驗，學生在看，這樣學生對于實驗過程很容易淡忘，特別是在做實驗過程中應注意的細節學生不容易把握。

2 普通本科院校混凝土結構設計原理實驗教學改革

濱州學院作為普通本科院校為培養緊隨時代發展的土木應用型人才，為使從濱州學院畢業的學生更好的適應當今社會的發展潮流，更好從事土木施工相關行業，就混凝土結構設計原理實驗課程方面做了很多改進，結合普通本科院校土木工程專業存在的普遍問題和濱州學院土木工程專業自身存在的問題，進行了混凝土結構設計原理實驗課程教學的大膽創新，目的是讓學生親自動手實驗，身臨其境，與理論知識更好的結合起來。

2.1 “全程式實驗教學”設計——與土木工程實驗課程的結合

以往對于混凝土結構設計原理實驗課程的鋼筋混凝土梁柱的選用都是學校方面對外進行招標，由老師提供梁柱結構圖紙，再由招標單位進行加工，做實驗時學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院混凝土結構設計原理實驗課程的試件選用上做了改進，讓混凝土結構設計原理實驗課程結合土木工程材料實驗課程，讓學生在土木工程材料實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構設計原理開設，在時間上滿足要求，可以讓學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構設計原理實驗課上觀測實驗現象，這樣既加深了學生對于理論知識的學習，還增強了學生的動手能力。

對于試件的可靠性，由學院的專業老師和實驗室老師共同監督學生完成，確保做出來的鋼筋混凝土梁柱具有一定的可靠度。從經費的角度出發，可以節省學院的教學經費的開支。

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

（2）基于試驗設備尺寸及混凝土結構基本原理知識，每組同學按要求設計混凝土梁柱縮尺模型并配筋，最后由混凝土結構設計原理專業課老師進行核對及修正。

（3）利用濱州學院建筑工程實驗教學中心所提供的相應儀器設備和材料進行鋼筋綁扎和混凝土澆筑養護。

（4）混凝土結構設計原理實驗課程應與混凝土結構設計原理理論課程進度相匹配，在實驗課上學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行實驗，分別進行回彈法檢測混凝土強度實驗、混凝土無損檢測實驗、混凝土檢測實驗、鋼筋混凝土梁正截面截面抗彎承載力實驗、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驗。

全程式實驗教學設計可以有效節約成本，學生在土木工程材料實驗課上，可以熟悉配合比的設計、鋼筋的綁扎、混凝土澆筑養護等相關內容。制作的構件后期用于混凝土結構設計原理實驗課程，可以實現材料的充分利用，節約造價。

全程式實驗教學設計能顯著增加課程之間的聯系性，提高學生主動創新的能力，將理論與實踐想結合，使學生在設計試驗的過程中，明白為什么以及怎么解決實際遇到的問題。增加學生的實驗代入感，而不僅僅只是聽老師講述。

2.2 將虛擬仿真技術應用到混凝土結構設計原理實驗教學

當今社會進入信息化時代，隨著計算機的普遍應用，推動了土木工程行業的發展，從AutCAD在制圖領域的應用，到現在BIM的興起，計算機的應用給土木工程專業帶了便利，使以往的只能靠大量重復實驗得出來的數據現在可以通過建模分析得出相同的結果，有效的節省資源跟時間。仿真實驗軟件的進一步發展，為虛擬仿真實驗技術在實踐教學中的應用提供了便利。

濱州學院的混凝土結構設計原理實驗課程中引入虛擬仿真技術，是先進計算機技術在土木工程實驗教學上的一個重要的創新，也符合當今社會重點培養應用型人才的主題。

傳統的混凝土結構設計原理實驗課程，實驗設備和試件尺寸較大，試驗分組較少，做實驗的時候不能讓每個同學參與其中；由于經費等原因的限制，無法模擬所有配筋情況，只能取固定的配筋形式給學生經行演示性試驗。而將虛擬仿真技術引入到實驗課程中可以讓每位同學都親身參與其中，切實感受不同配筋對實驗現象及實驗結果的影響，認識更加深刻。虛擬仿真實驗教學系統基于實際的試驗設備、材料性能等建立，它的操作與使用與真實的情況基本一致。虛擬仿真實驗教學系統可以根據使用者的實際情況，自由控制實驗內容及進程，可以布置不同的截面尺寸，不同的配筋數據。

虛擬儀器實驗放在真實的混凝土結構設計原理實驗課程之前進行，學生可以操動鼠標來熟悉鋼筋混凝土梁柱實驗的試件配筋、綁扎、澆筑等過程，了解試驗過程，觀察試驗現象，學習試驗目的，填寫試驗報告。比如系統中存在的儀器設備的安裝過程場景，學生可以通過拖動鼠標進行支模，鋼筋的綁扎，粘結應變片，澆筑混凝土等。

在虛擬仿真實驗教學系統中結構破壞的實驗現象和結果與真實的實驗一致，這樣可以提高學生對混凝土結構設計原理實驗的認識，從而方便接下來要做的具體實驗。

3 結語

針對傳統混凝土結構原理試驗課程存在的問題，濱州學院作為普通本科類院校，對于混凝土結構設計原理實驗課程做了大膽的創新，提出了全程式實驗教學設計的方法，并引入虛擬仿真試驗教學系統，有助于學生能夠積極主動的參加實驗課程學習，能將理論與實際更好的結合起來，從而培養出適應社會潮流的應用型人才，從而提高濱州學院土木工程專業畢業生的整體質量水平，讓學生更加具有實際動手能力，提升畢業生的就業競爭實力。全程式試驗課程設計以及虛擬仿真技術的應用為以后的實驗課程改革提供了一個良好的開端，將培養學生的實際動手能力作為實驗課程的主要教學任務之一，將計算機技術更好的發揮到實際的實驗教學中也是今后的一個重要研究課題。

[1]胡翔,薛偉辰,吳明兒,胡志凌,黃永嘉.混凝土結構無損檢測技術在實驗教學中的探索[J].實驗室科學,2017,20(03):75-77.

[2]余世策,蔣建群,萬五一,劉承斌.鋼筋混凝土結構探究性實驗教學方法的探索[J].高等建筑教育,2016,25(06):135-138.

[3]李永梅,李玉占,孫國富.數值仿真分析技術在混凝土結構教學中的應用——以鋼筋混凝土雙向板受力分析為例[J].實驗室研究與探索,2016,35(10):80-84.

[4]路立娜.依托校內實踐教學基地群鋼筋混凝土結構課程教學改革研究與實踐[J].企業導報,2016(08):141.

[5]魯良輝,徐淳翌,周軍文,張亞興.混凝土結構系列化實驗教學改革[J].常州工學院學報,2015,28(06):90-92.

[6]裴萌.混凝土結構設計原理的實驗教學研究[J].山西建筑,2015,41(26):248-250.

[7]羅伯光,覃荷瑛.混凝土結構實驗教學改革探討與實踐[J].中國電力教育,2014(08):170-171.

[8]余世策,蔣建群,劉承斌,賞星云,冀曉華,胡志華.鋼筋混凝土實驗教學綜合改革[J].實驗室研究與探索,2013,32(06):154-157.

[9]劉曉春,衛軍,余志武.開放式混凝土結構實驗教學探討[J].高等建筑教育,2013,22(01):135-137.

[10]余世策,冀曉華,胡志華,劉承斌,賞星云,蔣建群.鋼筋混凝土結構實驗教學演示系統的開發和應用[J].高等建筑教育,2012,21(06):139-142.

[11]王萱,王暉.混凝土結構實驗教學的實踐[J].東南大學學報(哲學社會科學版),2012,14(S2):235-236.

[12]劉建平,張眾,劉超.鋼筋混凝土簡支梁仿真實驗教學系統研究[J].實驗科學與技術,2012,10(03):102-103+171.

[13]韓源彬,王宗綱,金同樂,張晶,馮鵬.“混凝土結構”自主型實驗教學[J].結構工程師,2011,27(S1):226-230.

[14]張利.土木工程專業仿真模擬實驗教學系統研究[J].華北科技學院學報,2010,7(01):107-109.

王志鑫，男，山東青島，工學碩士，講師，主要從事工程結構抗震及防災減災研究，負責濱州學院建筑工程學院實驗教學中心相關工作。

教育部產學合作協同育人項目（項目編號：201901120001）。

TQ172

A

1007-6344（2021）01-0015-02