建筑結(jié)構試驗課程教學改革與再思考

莊一舟 朱夢琦 鄭國平

摘 ?要：建筑結(jié)構試驗是土木工程專業(yè)一門重要的專業(yè)課程，伴隨著國家經(jīng)濟的快速發(fā)展，教學改革的步伐也在不斷加快，國內(nèi)高等院校在建筑結(jié)構試驗課程上更古不變地授課模式的弊端也不斷浮現(xiàn)。些許普通本科院校存在課程設置欠科學、授課內(nèi)容缺乏新意、實驗設備儀器落后、試驗內(nèi)容設置實用性不高、教師知識技能水平欠缺等問題。文章通過分析國內(nèi)該試驗課程的特點和所存在的問題，基于國內(nèi)外土木工程強校課程授課模式的分析和浙江工業(yè)大學14、15、16級土木工程本科學生（含留學生）的調(diào)查問卷，從教學方法、課程設置、教學內(nèi)容、實驗室配置、校企聯(lián)合等方面進行深入剖析，提出關于建筑結(jié)構試驗課程的改進建議。旨在提升國內(nèi)學生動手創(chuàng)新能力，培養(yǎng)出高素質(zhì)、創(chuàng)新型復合人才，同時為其它課程教學改革提供參考。

關鍵詞：土木工程;建筑結(jié)構試驗;實踐;創(chuàng)新

中圖分類號：G642 ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2020）18-0087-05

Abstract： Structure Experiment is an important professional course of civil engineering. With the rapid development of national economy， the pace of educational reform is accelerating. There are some problems in most universities， such as lack of science in curriculum setting， lack of innovation in teaching content， backward experimental equipment and instruments， low practicability in test content setting， and lack of teachers' knowledge and skills. Through the analysis of the characteristics of ?the domestic experiment course and the existing problems， based on the analysis of the teaching modes among universities at home and abroad and the questionnaires for the undergraduate（include overseas） students （grade 2014， 2015， 2016） in Zhejiang University of Technology， the paper puts forward improvement suggestions about building the structure experiment course from teaching method， curriculum setting， teaching contents， lab configuration， researches in university-enterprise joint， etc. The aim is to improve the practical innovation ability of domestic students， to cultivate high-quality and innovative talents， and to provide reference for the education reform of other courses.

Keywords： civil engineering; Construction Structure Experiment; practice; innovation

一、概述

土木工程是一門非常重視實踐的專業(yè)，土木工程中的實驗、實踐課程是培養(yǎng)學生綜合能力和創(chuàng)新思維的重要手段之一。隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，對于建筑材料和施工技術的要求越來越高、越來越多元化，對從事土木工程行業(yè)的高素質(zhì)創(chuàng)新型人才的需求顯得極為迫切[1]，而土木工程中有關施工和設計方面的創(chuàng)新都必須通過科學實驗來驗證其合理性、可靠性。由此使得一些高校對土木工程專業(yè)學生本科期間所學習的建筑結(jié)構試驗課程的要求越來越高，對學生要求越來越嚴格，這就要求我們對“建筑結(jié)構實驗”課程教學進行重新定位，堅持傳授知識、培養(yǎng)能力、提高素質(zhì)的教育理念，加強對學生實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[2]，使得學生通過課程學習把所學課程的基礎知識綜合運用到一起，在實驗室中可以通過自身所學知識，操作儀器，認識和熟悉實驗儀器的性能、使用方法，通過自己的操作采集試驗數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，從而得出結(jié)論，這個過程能使學生回顧所學知識，發(fā)散思維，把理論應用到實踐中，提升自己分析問題和解決問題的能力。這利于學生對所學基礎知識和基本理論的理解、回顧與綜合運用，使學生們做到理論學習和試驗實踐的統(tǒng)一，同時并能根據(jù)自身所學完成設計、施工和科研任務，從而畢業(yè)后成為一名優(yōu)秀的土木工程師。

二、課程現(xiàn)狀及存在的問題

全國大多數(shù)高校的土木工程專業(yè)在一些土木工程專業(yè)課程（如混凝土結(jié)構、鋼結(jié)構、建筑結(jié)構抗震、土木工程結(jié)構試驗等）中設置了實驗課時。實驗教學經(jīng)過多年的實踐，形成了一定的模式，但目前的教育模式仍然無法滿足社會的需要[4]，時代在進步，與土木工程建筑結(jié)構試驗相關的設備、技術和理論也在不斷更新發(fā)展，傳統(tǒng)的試驗教學模式難以適應新的人才培養(yǎng)需要，這就使得學生無法緊隨時代的步伐，對其未來就業(yè)和深造產(chǎn)生影響。傳統(tǒng)的教學方式多以理論為主，往往使得學生的參與度不夠，其實無法滿足未來社會的需要。為此對建筑結(jié)構試驗課程教學改革勢在必行。同時由于結(jié)構實驗設備的更新、實驗技術的革新，使得建筑結(jié)構試驗教學面臨著一系列的新問題，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

（一）課程考核設置欠科學

建筑結(jié)構試驗課程多開設在大四第一學期，課程考核方式多為卷面測試和上機測試為主，其中卷面考試分數(shù)占比較大。此時學生多忙于考研和工作實習，對于結(jié)構實驗課程多是應付了事，學生考前突擊不掛科即可。這樣不僅無法提升學生的綜合能力，也使得課程內(nèi)容無法在學生腦海中留下印象。并且建筑結(jié)構試驗教學多依附于相關課程的理論教學中，課時偏少實驗項目單一，各課程間的實驗內(nèi)容缺乏系統(tǒng)性、連貫性，影響學生參與實驗的積極性。并且多數(shù)院校試驗課程的開設往往在理論課程的講授之后，這樣就使得學生在進行專業(yè)實驗時，不能充分理解結(jié)構試驗的基本原理和方法，不能把理論和實踐相結(jié)合，難以達到良好的教學效果[3]。

（二）授課內(nèi)容缺乏新意

目前院校試驗形式多是由教師事前準備好試驗器材和耗材，然后老師進行實驗陳述，對試驗前準備、試驗目的、注意事項、步驟進行詳細講解。唯恐學生不清楚、不明白，然而老師這樣做會使得學生不注重預習，進入實驗室后腦袋空白，不知所措，只知道試驗前聽取老師講解即可。這樣做無法提高學生自主學習積極性，試驗只是比葫蘆畫瓢做一下，學生缺乏獨立思考，這種授課形式難以培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力，只會扼殺其探索精神和學習積極性[5]。

（三）實驗設備儀器的落后

2000年前后國內(nèi)高校掀起一波合并潮，一批普通本科院校是由若干所高等?？茖W校合并升格而來的。其實驗室的建設初衷與當今的教育理念有些不同，實驗室常規(guī)實驗設備居多，鮮有能服務于創(chuàng)新實驗和應用技術研究的實驗儀器。然而建筑結(jié)構實驗需要專門的結(jié)構實驗室，實驗教學平臺具有一次性投資高、占用較大場地等特點，多數(shù)院校由于資金問題只能購置若干件簡易設備作為實驗器材供學生使用，但隨著科技的進步，儀器設備的改進和發(fā)展使得這些學校無力更新和購置，使得學生不能接觸新的設備和技術，從側(cè)面打擊了學生們接觸新鮮事物、掌握新儀器使用方法的積極性。同時，由于上述原因使得這門課教學無法滿足實際工程需要，學生們也很難得到實實在在實驗體驗，無法提高學生的積極性。

（四）教材試驗內(nèi)容設置實用性不高

傳統(tǒng)院校其建筑結(jié)構試驗教學側(cè)重于驗證試驗的可操作性和可實施性，并對這方面試驗進行重復演示，這會讓學生產(chǎn)生疲倦感。同時這些實驗中缺乏設計性、研究性和創(chuàng)新性實驗。這些依附于理論課程教學而設置的實驗教學，實驗項目相互獨立，內(nèi)容單一，學生往往按部就班按照設計好的實驗方法操作，比葫蘆畫瓢操作即可，且這些試驗多為驗證性試驗，不利于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。同時，隨著實驗器材的不斷升級，教材內(nèi)容更新落后于器材的更新?lián)Q代。若僅以教材為依托的教學將會嚴重影響學生對試驗技術發(fā)展前沿的認知[6]，既不利于學生畢業(yè)后的工作發(fā)展，同時也不利于高素質(zhì)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。

（五）實驗教師知識技能水平有待提高

多數(shù)院校的實驗室功能偏向于本科教學，缺乏先進實驗儀器，導致高水平教師不愿意到實驗室工作，這就使得試驗教師大多由課程授課教師擔任。同時由于實驗技術和設備的不斷更新，教師又很少外出參加培訓，導致其理論水平可能足以教學但其技術水平難以提高。另外由于專職實驗教師的缺乏，兼職教師由于其對工程結(jié)構檢測方面經(jīng)驗不夠豐富，會導致整個實驗師資隊伍層次偏低，實力不足，只能完成一般性的常規(guī)實驗教學任務。這樣種情況下無法提升學生綜合素質(zhì)，對于培養(yǎng)高水平土木工程從業(yè)人員十分不利。

三、國內(nèi)外調(diào)研

2010年卓越工程師教育培養(yǎng)計劃正式提出，國內(nèi)高校從普及教育、實踐教學、實踐動手能力、實踐工作能力等方面對土木工程專業(yè)實踐教學進行改革[7]，不同國家和地區(qū)的頂級土木工程高校在土木工程本科教學方面的經(jīng)驗、方式和教育觀點的發(fā)展趨勢對我們有極為重要的借鑒和參考意義。為更好地呈現(xiàn)國內(nèi)外大學土木工程專業(yè)建筑結(jié)構試驗課程設置的差異性，文章從國內(nèi)外頂級土木強校中選取了九所學校，分析對比其土木工程課程中有關建筑結(jié)構試驗課程的設置情況，從中找到差別，便于找到國內(nèi)相關院校教學改革的切入點，緊跟國際教育大環(huán)境的變化，提升學生競爭力。

（一）國內(nèi)院校課程設置

國內(nèi)知名院校建筑結(jié)構課程設置情況見表1。

從表1可以看出，國內(nèi)土木工程雙一流院校及傳統(tǒng)土木強校十分重視建筑結(jié)構實驗這門課程，課時設置多為32學時，不同地方在于不同院校實驗課時不同，其中中南大學結(jié)構實驗課程全部為實驗，注重動手能力的培養(yǎng)。其他幾所學校理論教學與實踐教學分開，相互搭配。雖然課程設置方式不同但總體目標都是一致的，即通過試驗讓學生更好理解實驗基本原理、熟悉儀器設備使用規(guī)程、活躍學生思維想法，利于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，增強自身綜合能力。

（二）國外院校課程設置

國外院校選取了世界不同國家的著名土木強校：帝國理工學院、卡迪夫大學、新南威爾士大學、加州大學伯克利分校，上述院校沒有專門設置建筑結(jié)構試驗課程，其課程設置情況見表2。

從表2中我們可以發(fā)現(xiàn)國外頂級學府幾乎沒有設置結(jié)構實驗課程，其實驗課程多數(shù)附屬在相關課程里面。以新南威爾士大學為例，土木本科生實踐實驗環(huán)節(jié)是直接與實際工程相互關聯(lián)的，學校鼓勵學生在工程單位實習期間同時完成畢業(yè)論文，并且實驗課程可開設在實驗室或者工程單位，以鼓勵對不同工程感興趣的同學自主選擇學習[8]。此外，北美、歐洲等地的高校往往采用與企業(yè)合作辦學的方式來對學生進行實踐培養(yǎng)，邏輯圖如圖1。企業(yè)對學校進行贊助，學校派遣學生在企業(yè)進行實習，實習過程中能把在學校學習的理論知識進行回顧和重現(xiàn)，實現(xiàn)企業(yè)、高校、學生三者共贏;企業(yè)嵌入模式的畢業(yè)設計也是很好的校企結(jié)合范例。結(jié)合當前國家建設需要進行選題，并邀請企業(yè)界工程師和專家參與學生的畢業(yè)答辯。這種方式很好地實現(xiàn)了學校和社會的接軌，有利于實現(xiàn)學生從大學生活向社會工作的平穩(wěn)過渡。對學生而言，與實際結(jié)合也更容易激發(fā)其思考與研究的興趣[7]。

通過調(diào)查走訪在美從事土木工程教育的華裔學者，其對國內(nèi)建筑結(jié)構試驗課程設置的看法和其見解如下：

1. 國外多數(shù)學校并沒有開設建筑結(jié)構試驗這門課程，學生掌握這門課程的方法是依靠工程實踐，并沒有對學生進行針對性理論教育。

2. 國內(nèi)建筑結(jié)構試驗應該聘請大學實驗室的技術人員和實驗設計的人員結(jié)合實例講解。

3. 本科教學側(cè)重生產(chǎn)實踐，研究生教學側(cè)重科研。

4. 國內(nèi)課程主要注重理論教學，實踐課程相對缺乏，易出現(xiàn)實踐脫離理論的情況。

從上可以發(fā)現(xiàn)歐洲高校土木工程專業(yè)教育更重視課程的設置和課堂的知識傳授過程，它以職業(yè)為目標，強調(diào)應用型人才的培養(yǎng)，主張的是個人專業(yè)技能和專業(yè)相關工作能力的強化，這點從華裔學者的個人見解中也可以看出。這種培養(yǎng)模式縮短了學校教學和社會工程應用之間的差距，畢業(yè)生往往能夠很快適應從學生向工程師的過渡，學校與社會的銜接較為緊密。這極大地提高了人才培養(yǎng)的效率和成為社會建設者的轉(zhuǎn)型[9]。

（三）國內(nèi)本科生（含留學生）調(diào)研分析

調(diào)查問卷作為一種快捷、有效的數(shù)據(jù)資源收集方式，其能快速、真實地反應學生對課程的看法與建議，能真實地了解到學生的學習態(tài)度、學習訴求以及老師的教學質(zhì)量、教學方法的好壞等。本文調(diào)研浙江工業(yè)大學14、15、16級土木本科生（含外國研究生）對建筑結(jié)構實驗的看法和建議，調(diào)研結(jié)果中建議出現(xiàn)頻次統(tǒng)計表見表3。

從表3可看出，調(diào)查問卷中對于建筑結(jié)構試驗課程建議多集中在增強師生互動、課程實驗注重實際、長期開放實驗室、理論課程和實踐取得平衡，除上述建議外，國外留學生建議教學采用歐式標準以切合他們畢業(yè)后需要。從上文國內(nèi)外大學課程設置可知國外大學多重視解決問題的思維和方法，強調(diào)理論回歸工程實踐的教學理念，學以致用，這點與國內(nèi)普通院校的做法有點不同，中國高校主要是安排學生進行實習和課程實驗，而美國和歐洲高校往往傾向于采用更加緊密的學校與企業(yè)合作辦學的形式，校企合作能夠加深學生與社會接觸，利于學生畢業(yè)后更快融入新的工作。

四、課程教學改革的建議

針對目前該課程教學中存在的一些不足，通過分析國內(nèi)外知名高校的教授方式、方法，從教學大綱、教學目的、教學內(nèi)容、教學方法等方面入手，提出下列改革建議，增強學生的動手和創(chuàng)新能力，為將來學生步入社會、參加工作打下基礎。

（一）優(yōu)化試驗課的設置及考核方式

任何理論知識的創(chuàng)新都離不開試驗的支持，科學試驗是知識創(chuàng)新的源頭，沒有試驗就無法驗證理論的正確與否。因此要創(chuàng)新就要改變當前理論教學與試驗教學安排比例不科學及課程安排不合理的現(xiàn)狀。因此首先要改變結(jié)構實驗課程的設置，使其更加多元化、可選擇化，學生可以根據(jù)自己的規(guī)劃有選擇的選擇課程上課試驗時間。課程考核方式不再以考試定最終成績，從而杜絕學生考前突擊，應付了事。成績評定在于平時上課表現(xiàn)，及其動手操作能力。要逐步提高試驗學時所占比例，切實保證試驗學時。其次要確保試驗效果，讓學生參與試驗的各個環(huán)節(jié)，小組中每個成員可以輪流動手操作，使得學生在為數(shù)不多的試驗中真正學到知識體會實驗的快樂。

（二）加大試驗室硬件設備投資力度

試驗儀器設備是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力必不可少的設施，同時也是試驗教學的載體。實驗儀器的先進性一定程度上為學生未來就業(yè)打下了良好基礎，也為學生能更快接軌社會需要打下堅實基礎。學校應有長遠的發(fā)展計劃并結(jié)合自己的實際情況擴大試驗室規(guī)模、加大試驗室的資金投入，購置所需儀器，尤其對于那些當前落后于時代發(fā)展的儀器或者實驗操作已不合常規(guī)的試驗設備應盡快替換，并逐步使教學常用儀器多樣化。同時加大實驗損耗材料的投入，讓更多學生可以親手參與試驗的每個環(huán)節(jié)，使學生的基本試驗技能和基本試驗儀器操作能力得到培養(yǎng)。這樣才能保證學生了解和掌握前言的科學技術，從而為試驗教學改革提供物質(zhì)上的保證。除此之外有條件的學校應在固定時間開放試驗室，并有專職老師在場，為那些有想法的學生提供獨立思考、獨立操作環(huán)境。

（三）更新試驗項目，緊隨時代變化

更新教學內(nèi)容中長久不變、已被市場淘汰的試驗內(nèi)容。課程中的基礎試驗仍需保留，重點更新那些隨著科技快速發(fā)展其試驗方法或者驗證形式發(fā)生變化的實驗，不能讓學生在學校學習實驗掌握一種陳舊的儀器操作方法，而使得其畢業(yè)后無法與企業(yè)對接，造成學生時間精力的浪費。除此之外學校可以根據(jù)自身實驗設備情況，適當增加一些選修試驗，讓學生可以根據(jù)自己喜好選擇實驗，從而激發(fā)學生興趣。同時教師可以自主設計一些簡單可行的實驗項目，讓學生通過自我選題獨立完成諸如加載方案、測量方案、數(shù)據(jù)處理及實驗報告編制等一系列任務[6]。學生設計完成后可以將實驗設計的優(yōu)劣作為課程成績。試驗教學內(nèi)容可設置多種，老師試驗對象不是固定不變的結(jié)構實驗，而是在一定范圍內(nèi)可自由搭配[10]。

（四）加大與企業(yè)、研究所的實踐教學合作

可以從歐美高校與企業(yè)合作共贏中吸取經(jīng)驗，加大學校與企業(yè)的合作，利用企業(yè)設備先進、實踐性強的優(yōu)勢，讓學生觀摩企業(yè)或研究所做實驗的過程或者寒、暑假期間組織自愿實習活動。讓有想法的學生來到企業(yè)或者研究所實習，既可以讓學生體驗生活也可以讓學生在實習中學到知識，提升自身能力。

（五）加強實驗教師隊伍建設

學校應從優(yōu)化結(jié)構試驗教學隊伍出發(fā)，提高師資綜合水平、增加專職實驗教師數(shù)量，定期組織校內(nèi)高水平、實踐經(jīng)驗豐富的教師參與實驗設計研討，對試驗課程的內(nèi)容進行討論和建議，為教學隊伍提供外出學術交流的機會。必要時可以從校外單位聘用工程經(jīng)驗豐富、責任心強的專家進行指導，并對任課老師進行相應培訓，提升其教學能力。學校應建立“引進、培養(yǎng)、培訓、提高、優(yōu)化、考核、聘用”型的教學隊伍管理機制，提高結(jié)構實驗教學隊伍工程實踐水平，使其能及時掌握最新儀器設備的操作方法和操作技巧，進而能夠快速引導學生步入試驗正軌。

（六）針對不同人群靈活變通教授方式

授課時以中國標準為主，但同時也應靈活變通。對于教學與試驗中中歐標準存在差異的內(nèi)容，若學生有需要時，任課老師應及時指出，讓學生做好記錄，這不但便于學生未來出國深造，而且也利于外國留學生回歸其祖國能夠更快適應當?shù)貧W式標準。從而吸引更多外國留學生來華深造，也更好地激發(fā)有出國想法的中國學生和外國留學生的學習熱情。

五、結(jié)束語

在建筑結(jié)構課程教學改革中需要改變傳統(tǒng)擯棄傳統(tǒng)教學模式中的弊端，加強與科技前沿知識和工程實踐的銜接，注重學生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，使試驗與工程實踐相結(jié)合，讓學生親身體驗、樂在其中。積極引導學生主動動手、主動思考、主動交流。針對不同學生應因地制宜開展培養(yǎng)，使每位學生真真正正獲得自身能力的提升，培養(yǎng)出高素質(zhì)、創(chuàng)新型復合人才，為中國基礎設施建設添磚加瓦。

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