在“结构试验”中充分调动学生主动性的思考

白宏思

摘    要：传统的“结构试验”教学中“重在参与”的思路限制了学生的主动性，文章对结构试验中的理论分析、构件尺寸、安装方案、加载方案、试验组织等环节提出了一些改进的方案，以期望能充分调动学生主动性，提高“结构试验”的教学效果。

关键词：结构试验;试验设计;教学改革

中图分类号：G642.3          文献标识码：A          文章编号：1002-4107（2015）09-0041-02

结构试验是研究工程结构新材料、新体系、新工艺、新理论、新方法的重要手段，在结构工程学科的科学研究、技术创新与开发中起着重要的作用，与结构设计、施工基础以及土木工程学科的研究和发展有着密切的关系[1]。“结构试验”课程是一门专门介绍结构试验基本知识的课程。虽说是一门专业选修课，但“结构试验”是土木工程专业本科生和硕士研究生均开设的一门课程。以石河子大学水利建筑工程学院的开设情况为例，在本科阶段，“结构试验”安排在大三上学期，同期开设的课程有“混凝土结构基本原理”、“钢结构基本原理”、“砌体结构”等专业主干课程。“结构试验”中的内容与这些主干课程相辅相成。主干课程中的基本原理通过试验的演示更为具体形象，结合主干课程中理论的讲解，试验课程中的试验和原理也易于接受。在硕士研究生阶段，“结构试验”安排在研一第一学期，旨在培养学生进行试验设计、数据处理的能力，为后期试验研究打下基础。

“结构试验”课程中涉及的试验有很多，如钢筋混凝土简支梁试验、钢筋混凝土柱试验、钢桁架试验等。本文仅以钢筋混凝土简支梁受弯试验为例，对本科生结构试验教学进行一些教学改革，以期望能全面调动学生主动性。

钢筋混凝土简支梁的受弯试验，在“混凝土基本原理”课程就有涉及。通过钢筋混凝土简支梁的受弯试验，学生对混凝土梁的受力状态由无裂缝工作到带裂缝工作再到混凝土压碎有了直观的认识。调整简支梁的配筋率，可将不同配筋率下混凝土梁的破坏形态展现在学生面前。钢筋混凝土简支梁的受弯试验激发了学生对“混凝土基本原理”课程的兴趣，也有助于专业课教师对混凝土受弯工作性能的讲授。

在“结构试验与检测”课程中，也会遇到钢筋混凝土简支梁受弯试验。但是这一次需要学生掌握的是静力试验的整个流程，包括试验前期调查分析、试验构件的设计、试验荷载的施加、测量方案的设计、试验数据的处理等方面。

一、传统“结构试验”教学存在的问题

传统试验教学内容过于刻板，不利于学生创新思维的培养。传统的试验教学方法，以教师提供的试验指南为主，一般有较为详细的试验方案[2-3]。试验指南中给出了试验梁的尺寸、配筋、混凝土的等级，对荷载的施加大小及方案也有具体的规定，也规定了具体的量测方案。需要学生做的就是参与试验，然后对试验数据进行处理。由于试验构件有限，学生的试验报告基本上千篇一律。这种做法显然不能激起学生的兴趣，不能充分发挥学生主观能动性，也不利于对学生创新思维的培养。

传统的试验教学形式过于单一，不利于学生协作能力的培养。传统的试验教学方法通常都以一个学生或一组学生为单位，教师将试验任务分配每个或每组学生。学生只是被动地接受分配的任务，学生之间的讨论很有限，不能将学生的长处发挥到最好，不利于学生协作能力的培养。

传统的钢筋混凝土简支梁受弯试验的试验教学流程图见图1（a），侧重于数据处理能力，对于试验更多的是观摩性质的，并不能很好地调动全体学生的主观能动性，不利于学生创新意识的培养。

二、改进“结构”试验教学的策略

要培养出既有专业知识又有工程素质的适应社会要求的应用型土木工程人才，需要以能力培养为主线，构建与理论教学相辅相成的实践教学体系[4]。要更为全面地锻炼学生的试验操作能力，需要让学生参与试验的全过程。

本文对传统的静力试验的试验教学流程进行了一些改进，见图1b，这样就能更好地调动学生的主动性，让学生参与试验的全过程。

图1  试验教学流程图

（一）优化试验教学内容

在理论分析阶段，由于学生在“混凝土结构基本原理”中对计算理论已进行系统的学习，在稍作复习的基础上，更注重于计算理论的理解与应用。对于学有余力的学生可以增加数值模拟的介绍[5]。这样可以使钢筋与混凝土的应力分布可视化，能激发学生的兴趣。

对试件进行设计时，可结合相似原理，让学生从实际结构中选取合适的相似比来进行试件的设计。混凝土梁实际出现的部位，都可作为设计试验构件的原型构件，例如，学生所在教室中的梁、学生所在宿舍中的梁、学生食堂中的梁等等。这样就使得试件设计的选题更贴近生活，同时也引导学生从实践中发现问题，锻炼学生从实践中提炼问题的能力。这种培养对于土木工程专业这类实践性强的专业尤为可贵。当学生通过相似原理所设计的构件方案有限时，则可通过调整混凝土或钢筋的强度等级来丰富构件的尺寸和数量。

在构件的安装方案设计时，先给出实验室的条件图或者带学生去实验室实地观察。了解实验室的场地、仪器等试验条件，然后让学生根据各自设计的试验构件来设计构件吊装就位方案。并结合课本中对构件防护的要求，在构件设计中增加预埋板、预埋箍等补强措施，保证试验顺利进行。

根据学生对构件的尺寸和配筋的设计，则要引导学生进行加载方案的设计。要确定加载方案，首先要确定加载图式。在对加载图式进行讲解时，对于均布荷载的等效荷载主要有四分点两集中力加载、四分点四集中力加载两种。此时也可以适当引导学生对不同加载图式进行选择和计算，允许不同加载图式的出现，重点引导学生对等效荷载的理解。确定好加载图式后，引导学生对构件开裂荷载、极限荷载进行计算。并根据计算的开裂荷载设计预加载方案，根据计算的极限荷载设计正式加载方案。

由于有不同的加载图式出现，此时为了更好地反映构件的性能，需要引导学生合理布置测量仪器，以期望得到合理的数据。此时学生可能会布置较多的测量仪器和设备，那么就需要限定测量仪器和设备的数量，引导学生精简布置测点，突出重点，同时还要考虑设备布置要便于试验观测。

在确定试验构件、安装方案、加载方案、测量方案后，准备工作基本就绪。但是要真正顺利进行试验，试验的组织设计必不可少。有多少测点，需要多少人观测，抑或是安装方案需要多少人帮忙既高效又安全，这都需要事先安排。否则试验现场就会出现混乱，试验中的不确定因素也会增多。制定详细的组织方案，能让学生通盘考虑一个试验需要多少工作，这既锻炼了学生的组织能力，又可以培养学生的协同能力。

经过以上这几步，学生们基本每人都有一套与众不同的详尽的试验大纲。限于时间和场地的原因，不可能做到每个人的试验大纲都得以实施，此时就需要进行评比、筛选。为提高效率，评比以小组为单位讨论后，再进行全班讨论，根据试验经费选择3到5个合适的试验大纲进行试验。

在试验结束后，指导学生填写试验报告。根据学生的试验报告，总结试验全过程经常出现的问题。此时还可组织学生讨论试验过程中可改进的地方。这样有利于学生对整个试验过程的理解，并且能很好地调动学生的能动性，激发学生的兴趣。

（二）完善试验教学体系

传统的静力试验教学体系将理论教学和实践教学区别得很清楚，讲授完理论，再进实验室做试验。在此，则将理论教学与实践教学穿插起来，一旦讲到与实践相关的知识，则引导学生到现场去观摩去体验。这样更利于理论知识的讲解，也利于学生理解。

改革后的课堂也由全程讲授演变为少讲授多讨论。这样能倒逼学生开动脑筋，将理论联系实际，更好地利用理论知识解决实际问题。

（三）变革试验考核体系

传统静力试验教学中考核方式是提交试验报告。改进后的考核方法则可综合学生在试验全过程的表现来考核学生。在试验大纲的评比遴选过程中，既可以很直观地评价学生的工作，也是学生进行交流的一个重要平台。通过评比使学生了解到自己所设计的试验方案的不足，也看到别人的长处，利于学生进步。对于试验报告的评价不再是试验考核的唯一重点了。通过建立多途径考核方式，也可以调动学生的积极性。既丰富了学生的理论知识体系，又提高了他们的动手能力。

试验教学作为土木工程专业重要的教学环节，对于学生动手能力及创新能力的培养发挥着重要作用。对传统钢筋混凝土受弯梁试验教学进行改革，有利于培养学生良好的分析问题和解决问题的习惯，有助于激发学生的能动性，以期望全面调动学生主动性，取得较好的试验教学效果。

参考文献：

[1]周明华.土木工程结构试验与检测[M].南京：东南大学

出版社，2011：1-7.

[2]陈友兰，谭菊香.土木工程专业《结构试验》课实验教学

改革探讨[J].长沙铁道学院学报：社会科学版，2006，（2）.

[3]郭蓉，赵少伟，周明杰等.提高土木工程专业结构试验教

学水平的思考[J].实验室科学，2007，（3）.

[4]于业栓，邢德进，郑桂兰.执业资格制度下的应用型科技

大学土木工程专业教学改革[J].黑龙江教育：高校研究

与评估，2015，（1）.

[5]张誉，贾彬，郭文数.数值模拟试验在土木工程专业结构

试验教学中的应用[A].土木建筑教育改革理论与实践

[C].2008.