《土木工程實驗》 課程教學改革探討

宋 鏈，朱國慶

（1. 重慶文理學院土木工程學院，重慶 402160；2. 菲律賓克里斯汀大學國際學院， 菲律賓 1004；3.貴州省建材產品質量檢驗檢測院，貴州 貴陽 550000）

《土木工程實驗》作為土木工程實踐性特別強的專業學科，主要培養學生動手能力與創新能力，提高分析實際工程問題和解決問題的能力，具有綜合性、實踐性強的特點[1-3]。實驗教學的環節能讓學生切實感受到理論知識的應用過程，具有形象直觀的特點，但目前我國的實驗教學離社會發展要求還有一定的差距。本文依據土木工程實驗教學經驗，提出了關于該課程教改的思考和研究，旨在提高實驗教學效果，完善應用型本科的教學體系。

1 教學體系

土木工程屬于工程學科，有多門課程涉及實驗教學環節，但是每門實驗課程的課時較少，很難進行形成體系的教學，相對比較零散，相互之間的銜接不夠緊密，這種障礙使得實驗課程的教學效果大打折扣，對教學安排和學科的教學體系均帶來不便。重慶文理學院土木工程專業2014年經教育部批準開設，面對辦學經驗較少、教學體系不夠完善、實驗室建設不夠先進等問題，要保證教學的學科平衡和正常運轉，無疑充滿了機遇和挑戰。學校2020版本科專業人才培養方案就土木工程實驗課程體系方面，《土木工程實驗》課程作為一門新開設的重要專業實踐課，作為應用型本科院校其培養目標核心在于培養學生的專業技能和應用能力。經過專業人才培養方案的修訂，該門課程主要由2017版課程《工程結構實驗與仿真》 《結構力學》 《鋼筋混凝土結構設計原理》 《鋼結構原理及應用》理論課程中附屬的實驗課程整合演變形成。本課程由各學科相互交叉的、實踐性較強的課程組成，涉及電學、力學、鋼筋混凝土結構和鋼結構等學科，其實踐教學模塊包括結構力學和結構實驗，是在力學與結構課程的理論學習基礎上，通過實驗進行結構分析和研究，為理論知識奠定基礎的實踐課程。

2 教學內容

相對于理論課程，實驗課程教學內容有很大差異，體現在以下方面：（1）綜合性強，概念抽象，難度高，實驗主要為理論教學中的重難點而設置，其知識點更具綜合性，不僅需要更深入的結合理論教學內容，還擴展到實驗設備的原理及操作等。（2）難成體系，缺乏銜接，土木工程專業中多門課程配套實驗教學，但是課時少，相對零散，不方便教學安排，其教學效果也達不到預期。（3）內容陳舊，如今新技術、新理論、新方法和新工藝在建筑工程中廣泛應用，向著節能環保、超高度、大跨度的方向發展，亟須進行實踐教學方面的革新。然而部分實驗項目幾乎沒有進行過更新升級，可能出現實驗教學內容跟不上理論的發展，以及脫節技術的發展。（4）實驗重復類似，專業培養方案中存在不合理之處，多門專業基礎課程和專業技術課程存在重復的實驗教學，增加不必要的教學負擔和耗材。

針對以上問題，本著“運用為主，夠用為度”的原則，力求體現其應用性，《土木工程實驗》作為獨立開設的實驗課，在教學內容安排上進行合理的調整，緊密聯系力學和結構專業課程兩方面的實驗教學。一方面，結構實驗研究理想平面結構的靜定和超靜定問題，主要為靜力實驗，采用比對法進行，將要測試的實驗模型和簡化成的理想理論模型，依據結構力學的相關理論和實驗實時測定，判定實驗模型與理論模型的相符性。另一方面，鋼筋混凝土結構實驗、鋼結構實驗與結構力學對比又具有不同的特點，即其大量的設計理論是來源于結構構件的實驗，既有較強的理論性，又與實際工程緊密結合。由此劃分教學層次，提高學科間的交叉融合，提高學生的綜合能力和綜合素質。

3 教學條件

由于土木工程學院存在實驗場地狹小，實驗設備配套數目緊缺，實驗課時有限等問題，導致實驗的開展往往需要分組，滿足不了大批學生進行實驗教學的操作，甚至部分試驗設備不允許學生自行操作。這樣必將造成學生不能及時掌握土木工程專業中的新技術，大部分同學沒有機會動手實踐，即使少數同學能參與實驗操作，也會手忙腳亂出錯差。優化實驗室的管理模式，增設開放性實驗項目，提高實驗設備的利用率，擴大開放程度，增加學生操作設備和儀器的機會，同時也是減少對實驗設備的資源浪費。

對于部分實驗存在綜合性強、實驗裝置體量大、成本消耗高的特點，在實踐環節中較難實現，無法開展。針對此困難，可以通過虛擬仿真實驗來實現，利用計算機平臺和仿真計算軟件，增設實驗項目的類型如綜合設計型和創新研究型實驗，實現難以進行的高難度、高危險、高成本實驗的正常開展，建立直觀的認識和理解。比如利用力學求解器來完成靜定桁架影響線測定的實驗項目，利用PKPM、ANSYS來完成復雜鋼筋混凝土結構和鋼結構構件或結構的破壞性實驗項目。提高學生電算能力，引導學生應用專業分析軟件，對結果具有初步的分析能力。

4 教學方式

土木工程實驗教學不僅通過實際的操作讓學生來理解課堂中的土木工程專業知識內容，而且能促進學生對土木工程知識內容進行更深層次的理解，并學會對土木工程專業知識內容進行思考分析掌握土木工程中的實際操作技能，其主要目的就是為了提高學生的專業技能。然而目前土木工程專業實驗教師采用的教學方法過于單一，表現為老師將實驗準備工作做好，演示一遍操作步驟，隨即學生按固有模式再操作一遍。這一過程中存在較多問題，不了解實驗設備的原理，相應的參數設置等均不知所云，按部就班地模仿操作，只關心最終結果，不注重實驗現象本質，根本沒有進行思考，甚至認為只要跟老師演示的一樣就算成功完成了實驗，這樣是難以促進專業知識的學習，難以培養學生分析和解決問題的能力。實驗教學與實際工程的脫節，必將導致學生缺乏學習興趣，嚴重束縛學生的創造力。

對實驗目的、實驗所使用的設備儀器、實驗對象、實驗原理、實驗注意事項不能只通過填鴨式的講授，需要以學生為主體，引導學生去思考，為什么要開展這個實驗？這個實驗涉及的理論基礎知識有哪些？該實驗原理怎么通過實驗模型來實現？實驗的過程中要格外觀察哪些現象？實驗結果是否符合理論結果的預判？實驗室教學老師采用啟發式教學方式，通過一系列的提問和引導，不斷地深入貫穿理論知識，配合介紹實驗設備的原理及使用，融會貫通，相輔相成，達到理論聯系實踐，增強學生實驗分析能力。

實驗教師在交代好詳細的實驗指導說明和安全注意事項后，保證實驗安全性的前提下，引導學生自主思考相關裝置的延展性實驗，根據可行性鼓勵學生開展延展性實驗測試，有利于培養形成良好的工程安全意識和創新思維。

5 教學考核

由于課程考核機制的設置，實驗課程不涉及考試，學生大多更注重理論部分的考試，認為實踐教學不影響成績和畢業，主動參與的積極性不高，被動地接受教師安排，實驗課成績通過分組和書面報告考核，組內成員出現僥幸心理懈怠不做實驗，存在抄襲數據等現象，導致無法達到課程目標。

避免實驗成績考核單一化，評定不僅要基于出勤率和實驗報告，還要納入實驗的參與程度、發現問題和解決問題的能力的定量考核規則。其中，實驗報告的內容避免直接由老師設計好的模板，學生實驗后填充式完成報告的模式。授課教師制定完整的實驗教學大綱，向學生下達制定實驗任務書和預習報告，學生需自行完善實驗報告，訓練寫作論證報告的能力，利于培養實際工作的能力。此外，對于學生在實驗過程中的交流溝通、解決問題等方面的考察，通過采用小組成員答辯的考核方式來評定，達到督促學生積極參與的目的。

6 結語

在工科應用人才的培養過程中，實驗教學是實踐教學的重要組成部分，在培養創新型人才中有著不可替代的作用。然而，就目前本學院實驗教學的具體情況來看，對于實驗教學的改革十分重要與緊迫，任重而道遠。本文針對存在問題提出了改革的思路和措施，旨在提高土木工程專業學生的整體素養、實踐操作動手能力和自主不斷創新的能力，培養學生在土木工程實驗教學中掌握更多的土木工程專業知識與實踐操作技能，培養土木工程行業中的創新型應用人才。