基于項目教學法的土木工程試驗課程改革實踐

杜艷強　郭士旭　王鴻毅

摘? 要：項目式教學是基于項目驅動學生通過多種方式學習知識，完成項目。本研究提出基于項目式教學的土木工程試驗課程改革的設計思路及方法，通過實踐探索土木工程試驗課程改革的路徑，通過工程項目，將動力觸探試驗、土壓力測試試驗、混凝土應變片粘貼試驗、應變橋路檢測試驗引入課程，采用書面試驗報告加口頭試驗匯報相結合的方式進行課程考核。本研究以項目為抓手，有利于加強學生對工程和試驗聯系的認知，從而達到提高土木工程專業學生實踐應用能力的培養目標。

關鍵詞：項目式教學;土木工程試驗;課程改革

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2022）10-0109-04

Abstract： Project-based teaching is a teaching method based on project to drive students to learn knowledge and complete projects in various ways. This study puts forward the design ideas and a method of civil engineering experiment course reform based on project teaching， and explores the path of civil engineering experiment course reform through practice. Through engineering projects， dynamic penetration test， earth pressure test， concrete strain gauge sticking test and strain bridge detection test are introduced into the course， and the course examination is carried out by combining written test report with oral test report. This research focuses on the project， which is conducive to strengthening students' awareness of the connection between engineering and experiment， so as to achieve the training goal of improving the practical application ability of civil engineering students.

Keywords： project-based teaching; civil engineering experiment; curriculum reform

土木工程專業實踐性強，其中試驗教學是提高教育質量的中心環節之一[1]。土木工程試驗是土木工程專業的一門重要實踐性課程，其特點是專業技術性強，涉及知識面廣，要學好該課程不僅對動手能力要求較高，對專業理論知識也有一定要求。另外，土木工程專業覆蓋范圍廣泛[2]，包括道路、橋梁、隧道和建筑等方向。對土木工程專業不同方向的本科生而言，土木工程試驗課程的內容差異較大，通常大多數學校在土木工程試驗課程開設時一般設置演示或驗證性試驗。我校辦學定位為“行業性、地方性、應用型”，土木工程專業旨在培養學生實踐能力及將理論學習與實踐相結合的能力。當前的試驗教學手段已經很難滿足學生對先進土木工程技術的實踐需求[3]。基于以上因素，為使學生能夠將理論學習、專業試驗和工程實際問題相結合，本研究提出基于項目式教學[4-5]的土木工程試驗課程改革思路，并通過教學實踐鍛煉學生應用能力，以滿足現代教育對學生應用能力的要求。

一、課程改革設計

項目式教學是一種以學生為中心的教學模式，在該模式下教師圍繞教學內容，根據學情設置具體的學習項目，基于項目驅動學生通過多種方式學習知識，完成項目。項目式教學可以鍛煉學生學習能力，增強學習效果，因而在職業教育及國外學生各階段教育中得到廣泛采用[6-10]。土木工程試驗課程強調鍛煉學生的動手能力，掌握試驗技能，而通過何種方式達到該目標是關鍵，決定了學習效果的好壞。土木工程是服務于工程項目的學科，因此將工程項目引進到試驗教學環節中來，具有良好的應用前景，并可大大提高學生的學習興趣，從而達到增強學習效果的目標。

課程設計時，按照以下環節進行：

（一）工程背景及試驗測試需求

土木工程行業包括道路、橋梁、基坑、邊坡、地基基礎和隧道等工程類別，工程數量眾多，了解工程背景有利于學生深入理解試驗項目不是憑空出現，而是為解決工程問題，根深蒂固才能枝繁葉茂，土木工程試驗只有立足于實踐問題，才具有實際意義，否則再完美的試驗也只能是鏡中花、水中月。不同的工程類別對試驗測試的需求非常巨大，一個工程的測試需求可能高達上百項，從中挑選出具有通用理論基礎或典型代表的核心測試項目作為試驗課程的內容具有重要意義。這就需要任課老師不僅具有豐富的實踐經驗，更要具備深厚的理論基礎，因此關于課程試驗項目的設置需謹慎而嚴謹，這對于教學目標的達成具有關鍵作用，建議教研室老師共同商議確定土木工程試驗課程試驗項目。

（二）試驗原理及設計

試驗項目設置時應選用具有通用理論基礎或工程代表性的試驗，試驗應涉及土木工程行業核心基礎理論及重要試驗方法，在此基礎上進行試驗設計。試驗設計應以達成試驗目標，服務工程項目為目的，在具體設計時應考慮是否具備相應的試驗條件，評估試驗危險性的大小及試驗的可實施性。

（三）試驗實施

試驗的實施包含多個步驟，涉及試驗材料準備及試驗設備調試等工作，需要精心計劃，認真準備，實施之前應進行試驗預演，分析試驗原理，推測可能出現的試驗結果。

（四）試驗結果對工程的指導意義

分析試驗結果并與預期結果進行對比，判斷測試結果是否達到預期，分析誤差產生的原因，試驗精度能否達到要求，試驗結果是否具有高可信度，如何改進試驗。若試驗結果可靠，需分析試驗條件與工程條件的差異，試驗結果與工程分析需求之間的轉換等問題。

二、課程改革實踐

（一）試驗工程背景

我校土木工程專業學生為地下工程方向，涉及的常見工程主要有基坑、隧道和邊坡等，因此本課程試驗內容主要考慮從上述工程中選取。

（二）試驗項目設置

在設置試驗項目時應重點考慮試驗的便捷性和原理基礎，既不能過于簡單也不能過于復雜，應適應本科教學工作，對于地下工程方向而言應將土力學作為考慮的重點，土力學[11]包含土木工程特別是巖土工程的核心理論基礎，如巖土工程勘查測試、有效應力、土壓力理論和附加應力等內容，且土力學對于土木工程專業學生而言為專業必修課，因此將土力學相關內容作為試驗項目設置的重點。

本課程選擇動力觸探試驗、土壓力測試、混凝土應變片粘貼和應變橋路檢測試驗作為試驗項目，試驗項目涉及巖土工程測試的一般方法及原理，既有場地原位勘察試驗，又有室內測試技術，均為較為基本的土木工程試驗項目。

（三）試驗項目實施

試驗實施前首先帶學生了解試驗的工程來源，介紹對應的工程項目需求以及工程需求和試驗之間如何建立聯系。試驗將3～4人分為一組，試驗前通過預學習了解試驗的基本原理和操作要領，組員間各自明確分工，試驗過程中對于關鍵步驟，必要情況下組員間需相互提醒。

1. 動力觸探試驗

該試驗基于某場地勘查項目，該動力觸探試驗結果為某入土深度下的錘擊數，對于可用于多種巖土參數的推定，對本工程而言，動力觸探試驗主要用于確定場地地基承載力，因此測試結果錘擊數尚需通過經驗公式換算成地基承載力，這也是巖土測試中無法直接測定巖土參數時常用的一種思路（圖1）。

2. 土壓力測試試驗

土壓力確定是巖土工程中勘查、設計、施工等工作的基礎性、關鍵性環節。該試驗基于某隧道模型土壓力檢測項目，目的是確定土壓力大小，以便于選用合適的支護參數，采用剛性土箱作為容器，逐漸填土并在填土上部施加荷載，在容器側壁安裝土壓力測試計，土壓力測試計與計算機連接，實時顯示土壓力大小變化情況（圖2至圖4）。

3. 混凝土應變片粘貼

應變片粘貼是所有變形及應力測試方法中最基本、最常用的一種，是土木工程試驗的基本技能，要求學生有較強的動手操作能力，需要將應變片牢固緊密地粘貼在被測試件，使得應變片與測試件能夠同步產生相同的變形，本試驗選取混凝土試件為被測試件，將應變片粘貼于混凝土試件表面（圖5至圖6）。

4. 應變橋路檢測試驗

構件受力情況是結構工程中最基本的測試要求，該試驗的工程背景源于對鋼結構的內力檢測需求，試驗目的在于掌握靜態電阻應變儀單點測量的基本原理，學會電阻應變片作半橋及全橋測量的接線方法（圖7）。

（四）課程考核方式

課程考核是檢驗學習效果的必備環節，考核應能反映出學習效果的優劣，本試驗課程主要考查學生對試驗基本原理的理解以及對試驗操作的掌握情況，最終考核采用書面試驗報告加口頭試驗匯報相結合的方式進行，總成績中書面報告與口頭匯報權重各占一半。

三、結論

土木工程試驗課程改革應著力改善傳統上單純為試驗而做試驗的模式。本研究提出了基于項目式教學的土木工程試驗教學改革方法，試驗前，教師講解該試驗的工程項目來源與需求，在介紹試驗基本原理后，通過試驗數據反映實際工程中的技術指標以及該指標對實際工程的影響，這樣的教學方式拉近了課堂與實際工程間的距離，引發學生對試驗教學的興趣，同時也更好地鍛煉了學生的實踐能力。本研究踐行以項目為抓手，“以學生為中心”的新工科教育理念，以實現傳統試驗教學從“教”向“學”的轉變，真正達到提高土木工程專業學生實踐應用能力的目標。

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基金項目：河南省高校重點科研項目“基于細粒尾礦制備泡沫混凝土關鍵技術研究”（20A440008）

作者簡介：杜艷強（1988-），男，漢族，河南澠池人，博士，講師，研究方向為巖土工程方面的教學科研。