土木工程專業(yè)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探討

土木工程專業(yè)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探討

吳旻，方圓，丁峰

(安徽工業(yè)大學(xué) 建筑工程學(xué)院，安徽 馬鞍山 243002)

摘要：提高土木工程專業(yè)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量應(yīng)加強(qiáng)理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的聯(lián)系，適當(dāng)增加認(rèn)知性、綜合性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，采用豐富實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書內(nèi)容，多媒體、第二課堂等多種教學(xué)方式和手段。

關(guān)鍵詞：土木工程；結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.423

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-9247(2015)03-0097-02

Abstract:The experiment teaching quality of structure in civil engineering should be improved by strengthening theory teaching and experiment teaching with more pilot projects of awareness, comprehensiveness and innovation, using various ways and tools of teaching, such as experimental instruction of rich content, multimedia, and second classroom.

收稿日期：2014-11-15

基金項(xiàng)目：安徽工業(yè)大學(xué)校級(jí)教學(xué)研究項(xiàng)目(2012jg38)

作者簡介：吳旻(1984-)，男，安徽蕪湖人，安徽工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院講師，碩士。

Reform Exploration on Experiment Teaching of Structures in Civil Engineering

WU Min, FANG Yuan, DING Feng

(School of Architect Engineering, Anhui University of Technology, Ma’anshan 243002, Anhui, China)

Key words:civil engineering; structure experiment; teaching reform

土木工程專業(yè)是一門實(shí)踐性和應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在整個(gè)專業(yè)教學(xué)體系中占有較大比重。[1]結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要組成。但從目前教學(xué)效果來看，一些學(xué)生走上工作崗位后，對(duì)工程常用的檢測儀器操作較為生疏；還有一些學(xué)生雖然理論計(jì)算功底扎實(shí)，但無法將其靈活運(yùn)用于工程實(shí)踐，綜合分析問題能力較弱。因此，本文對(duì)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)存在的問題進(jìn)行分析，并提出一些改進(jìn)方法，使學(xué)生能夠積極主動(dòng)地參與到實(shí)驗(yàn)課程中，在實(shí)踐中鍛煉動(dòng)手能力，在動(dòng)手過程中培養(yǎng)獨(dú)立思考能力，最終提高學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

一、結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)課程概況

結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)是土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)的重要組成部分。[2]表1反應(yīng)了目前我校土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程模塊設(shè)置情況。從中可以看出，結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)開設(shè)時(shí)間較晚，總學(xué)時(shí)多，且與其相關(guān)的3門理論課均為土木工程專業(yè)的核心課程。目前共開設(shè)8項(xiàng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)，其中混凝土3項(xiàng)，鋼結(jié)構(gòu)2項(xiàng)，建筑結(jié)構(gòu)檢測3項(xiàng)。從實(shí)驗(yàn)開展場地的分布情況來看，有7項(xiàng)在土木工程結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，1項(xiàng)仿真模擬實(shí)驗(yàn)在計(jì)算機(jī)房進(jìn)行。

表1　我校土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程模塊

二、結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的主要問題

(一)與相關(guān)理論課程結(jié)合不夠緊密

結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生具有一定的力學(xué)理論計(jì)算和分析能力，這些能力的培養(yǎng)與理論課程的學(xué)習(xí)密切相關(guān)。但目前實(shí)驗(yàn)課程與理論課在時(shí)間上銜接不夠緊密，實(shí)驗(yàn)課程多半在理論課程結(jié)束之后才逐步開設(shè)。而此時(shí)，學(xué)生往往對(duì)已學(xué)過的理論內(nèi)容出現(xiàn)生疏和遺忘。另一方面，學(xué)期中后段學(xué)生理論課程的考試較多，部分學(xué)生因平常疏于學(xué)習(xí)，此時(shí)把大部分精力均放在考前突擊復(fù)習(xí)上，對(duì)于實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)態(tài)度不夠端正，以應(yīng)付為主，自然很難提高自身的實(shí)踐能力。

(二)實(shí)驗(yàn)類型較為單一

現(xiàn)階段開展的結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),學(xué)生多半按照指導(dǎo)書上已寫好的實(shí)驗(yàn)方法操作并驗(yàn)證，缺少綜合性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。從教學(xué)效果上來看，有相當(dāng)一部分學(xué)生僅熱衷于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄，以數(shù)據(jù)是否相符作為實(shí)驗(yàn)的唯一目的，實(shí)驗(yàn)報(bào)告也只是機(jī)械完成，對(duì)于實(shí)驗(yàn)的整個(gè)設(shè)計(jì)思路缺乏綜合分析和判斷。

(三)教學(xué)手段不夠豐富

目前，結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)中開設(shè)的仿真模擬實(shí)驗(yàn)較有特色，該實(shí)驗(yàn)利用計(jì)算機(jī)程序來模擬各類工程結(jié)構(gòu)物的加載過程，是土木工程專業(yè)多樣化實(shí)踐教學(xué)模式的一個(gè)組成部分。[3]本套系統(tǒng)由我校教師研發(fā)，在實(shí)際教學(xué)中收到了很好的效果。但結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)其它項(xiàng)目的教學(xué)手段還不夠豐富，一般多采用教師演示，學(xué)生分組仿做的傳統(tǒng)模式。教師講解時(shí)，往往針對(duì)某一臺(tái)儀器設(shè)備，由于受到視覺角度和場地的影響，難以保證每位學(xué)生的聽課效果。這使得部分學(xué)生了解不深，實(shí)驗(yàn)過程中上手較慢，積極性低，從而影響實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。另一方面，教師雖然在課前要求學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，并撰寫實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告，但部分學(xué)生態(tài)度不夠端正，僅僅為了應(yīng)付實(shí)驗(yàn)，預(yù)習(xí)報(bào)告也只是摘抄實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，缺乏對(duì)所做實(shí)驗(yàn)思考和理解。

三、改進(jìn)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的對(duì)策

(一)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)的關(guān)聯(lián)性

結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)課程應(yīng)穿插在理論課程講解過程中進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師需要積極與理論教師溝通，了解相關(guān)理論課程的進(jìn)度和重難點(diǎn)講授情況，從而在實(shí)驗(yàn)課程講解時(shí)能夠做到保證學(xué)生知識(shí)體系的連貫性。

對(duì)于課時(shí)安排確實(shí)出現(xiàn)困難的情況，要求實(shí)驗(yàn)教師在講解過程中注重理論課程的回顧，特別是一些理論課上的重難點(diǎn)。例如《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》理論課中平截面假定，是結(jié)構(gòu)理論計(jì)算的前提。因此實(shí)驗(yàn)課程講解時(shí)，實(shí)驗(yàn)教師應(yīng)注重課程講解次序：首先回顧理論課上平截面假定的基本要點(diǎn)，其次講解實(shí)驗(yàn)課中有關(guān)應(yīng)變片測定的目的，最后介紹與具體實(shí)驗(yàn)操作相關(guān)的應(yīng)變片測定規(guī)程。

(二)豐富結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)課程的類型

1．增加認(rèn)知性實(shí)驗(yàn)。興趣是學(xué)生學(xué)習(xí)的重要?jiǎng)恿ΓJ(rèn)知性實(shí)驗(yàn)的開展有利于培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)興趣，為后續(xù)深入學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)打下基礎(chǔ)。[4]可以組織土木專業(yè)新生在入學(xué)階段參觀結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)教師通過介紹結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室的基本布局和功能分區(qū)，演示MTS三通道電液伺服儀、500噸長軸試驗(yàn)機(jī)等大型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)設(shè)備的加載過程，并與學(xué)生進(jìn)行問答互動(dòng)，增加學(xué)生對(duì)土木結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)的感性認(rèn)識(shí)，對(duì)學(xué)生大學(xué)期間的學(xué)習(xí)規(guī)劃提供幫助。

2．開設(shè)綜合性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)在于許多實(shí)驗(yàn)的依據(jù)并沒有詳盡的規(guī)范，試驗(yàn)對(duì)象的尺寸和形狀也不固定，大到框架結(jié)構(gòu)，小到節(jié)點(diǎn)均可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試，不同對(duì)象實(shí)驗(yàn)的方法和手段差別也很大。這給開展綜合性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)提供了空間。

以鋼桁架加載實(shí)驗(yàn)為例，按照綜合性實(shí)驗(yàn)的模式，教師只提出實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑闇y定桿件內(nèi)力和撓度，讓學(xué)生根據(jù)已學(xué)過的理論知識(shí)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的設(shè)備，自主選擇加載方式、加載噸位和測試節(jié)點(diǎn)，繪制實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)圖示，并完成可行的實(shí)驗(yàn)方案。實(shí)驗(yàn)教師由講解員轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)參謀，這樣將學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為主動(dòng)學(xué)習(xí)，有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和獨(dú)立思考問題的水平。

創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)學(xué)生的素質(zhì)能力要求更高，全面開展難度較大，可挑選部分理論基礎(chǔ)扎實(shí)、動(dòng)手能力較強(qiáng)的學(xué)生作為選修實(shí)驗(yàn)開設(shè)。以鋼筋混凝土正截面破壞實(shí)驗(yàn)為例，教師只給出極限承載力參考值，學(xué)生首先要通過計(jì)算確定鋼筋混凝土構(gòu)件尺寸，自己動(dòng)手制作試件，并最終完成加載實(shí)驗(yàn)，在整個(gè)過程中，學(xué)生的自身設(shè)計(jì)能力和實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力都能夠得到有效鍛煉。

(三)采用多樣化教學(xué)手段和方式

1．豐富實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的內(nèi)容?，F(xiàn)有的結(jié)構(gòu)試驗(yàn)指導(dǎo)書主要針對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行講解，指導(dǎo)書的內(nèi)容可以進(jìn)一步豐富。如將學(xué)生結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)用的DH3815靜態(tài)、DH5937動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集和分析軟件系統(tǒng)的具體操作說明也編入指導(dǎo)書中，這樣有利于學(xué)生的課前預(yù)習(xí)，在實(shí)驗(yàn)過程中也方便查找。還可以對(duì)實(shí)驗(yàn)室的一些新型結(jié)構(gòu)儀器和精密儀器的原理和使用方法進(jìn)行一些簡單介紹，如科研實(shí)驗(yàn)中使用的日本DATA靜態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、全自動(dòng)數(shù)字式回彈儀等。這些內(nèi)容的增加拓寬了學(xué)生的視野，提高了學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)檢測設(shè)備的認(rèn)識(shí)。同時(shí)在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中，可以開設(shè)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)思考題，在實(shí)驗(yàn)課程前進(jìn)行提問，將答題情況記入實(shí)驗(yàn)分?jǐn)?shù)，從而激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣。

2．利用視頻、動(dòng)畫和PPT進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)。多媒體教學(xué)具有生動(dòng)形象、畫面連續(xù)和內(nèi)容豐富等優(yōu)點(diǎn)，是理論課程教學(xué)的重要手段，結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)課程中也可以適當(dāng)采用多媒體教學(xué)。[5]如實(shí)驗(yàn)課程講解中可以增加部分工程應(yīng)用實(shí)例的視頻，以混凝土無損檢測實(shí)驗(yàn)為例，可以播放一些在我國蘇通大橋，南京長江四橋等大型橋梁結(jié)構(gòu)中無損檢測的先進(jìn)工程實(shí)例，這樣能夠提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)興趣，充分認(rèn)識(shí)到結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)技術(shù)對(duì)工程質(zhì)量的重要意義。此外，對(duì)于部分操作復(fù)雜的結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)，也可以制作一些動(dòng)畫、PPT和錄像，放在教學(xué)網(wǎng)站上，為學(xué)生預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)提供方便。

3．開設(shè)第二課堂，增加結(jié)構(gòu)工程實(shí)踐的機(jī)會(huì)。結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)開設(shè)的最終目的是培養(yǎng)學(xué)生對(duì)一般結(jié)構(gòu)物工程性能的檢測能力，課堂不僅僅局限于實(shí)驗(yàn)室，可以讓學(xué)生參加工程實(shí)際進(jìn)行鍛煉，如對(duì)學(xué)校內(nèi)現(xiàn)有的一些舊房屋，舊橋梁進(jìn)行一般性的健康檢測，并撰寫檢測實(shí)驗(yàn)報(bào)告，從而培養(yǎng)學(xué)生解決工程實(shí)際問題的能力。另一方面，也可以邀請(qǐng)地方知名結(jié)構(gòu)檢測單位的工程師或?qū)＜仪皝韺W(xué)校開展講座，拓寬學(xué)生的知識(shí)面。

結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)是土木工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量直接影響到學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，只有將結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論知識(shí)相聯(lián)系，增加認(rèn)知性、綜合性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，采用多媒體和第二課堂等多種教學(xué)手段和方式，才能夠取得良好的教學(xué)效果。

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(責(zé)任編輯雷金火)