土木工程测试技术课程教学改革与实践

摘要：针对土木工程测试技术课程存在内容庞杂、教学方法单一和综合性强等问题，提出了一套该课程的教学改革内容及方法，并应用于实践教学，得到了良好的教学效果，可为其他类似课程的教学改革提供参考价值。

关键词：土木工程测试技术;教学改革;实践教学

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2015）25-0149-03

土木工程测试技术课程是一门实践性较强的本科生专业课程，我校土木建筑学院土木工程、城市地下空间工程、工程管理三个本科专业的本科生均需学习该课程。土木工程测试技术课程里面所传授的技术和知识可直接应用于工程实际，不仅获可取土木工程设计所需的基本参数和数据，而且可验证工程设计方案的合理性和保障现场施工过程的安全性。通过本课程的学习，要求学生掌握土木工程建设中常用的测试技术原理和方法，并同时具有实际工程监测方案的设计和实施能力，因此，土木工程测试技术的基本理论和技术是土木工程专业必备的专业知识。

一、课程现存主要问题

（一）课程内容庞杂

土木工程测试课程所包含的教学内容多而杂。包含电阻式、钢弦式、电感式、电容式等多种传感器，且每种传感器的工作原理和使用方法各异;还包含电阻应变片的构造、工作原理及测量技术等内容;又涉及到工程结构的无损检测和半破损检测技术;同时还融合了模拟信号、采集仪表和试验机等机械和电气相关专业知识;而针对房屋建筑、桥梁、隧道、道路和矿山等工程性质的不同，所采用的测试元件和量测方案均不相同。这些教学内容之间既相互联系又有区别，因此，给学生的感觉是教学内容太多、过于分散、重点不突出、难以理清头绪，学生普遍反映该门课程难学。

（二）教学手段单一

目前在土木工程测试技术课程的教学过程中，要么完全采用满堂灌、填鸭式的黑板板书教学手段，要么完全采用多媒体课件的授课方式。课程教学手段较为单一，从而导致学生对教学内容难于理解和掌握。因土木工程测试技术课程所涉及的内容多而杂，不同的授课内容理应运用不同的教学手段，才能在一定程度上提高学生的学习积极性和主动性，进而达到预期的教学效果。

（三）课程综合性强

土木工程测试技术是一门综合性较强的课程，其以土木工程中材料力学、岩土力学、弹性力学和钢筋混凝土结构等课程为理论基础，并以计算机工程、电气工程等学科为技术支持，同时还融合了土木工程的设计和施工技术以及工程实践经验。因此，学好本门课程的前提是要求学生掌握过硬的土木工程专业基础知识和了解部分其他专业相关知识，例如在声波测试技术这一章里面，对于声波速度的求解需要学生对弹性力学和数理方程有所熟悉;对于换能器的工作原理又要求学生了解晶体的压电效应;对于声波仪还需要学生掌握示波器、振荡器和放大器等设备。又因学时有限，对于综合性如此强的一门课程，如不采取重点突出、补差补短等教学手段，对于大部分学生而言，课程教学质量必然很差。

（四）无综合性教材

我校土木工程测试技术课程授课对象为土木工程、城市地下空间工程、工程管理三个专业的本科生，而土木工程专业下又设置了矿山建设工程、岩土与地下工程、工业与民用建筑和道路与桥梁工程四个方向。不同专业方向的学生毕业后将参与到隶属于“大土木”范畴内的不同性质工程建设中，在施工现场所接触到的一些土木测试仪器和方法也会有所不同。但现有的土木工程测试技术课程教材，要么是侧重于岩土与地下工程、公路工程的测试[1-3]，专业方向性很强;要么是测试技术的基础知识讲解较少[4]，可参考的综合性书籍又是以手册的形式出现[5-6]，因其价格相对较贵，不适合作为本科生的教材。

二、课程教学改革内容及方法

（一）课程开课时间的设置

要想使土木工程测试技术课程的教学效果得到最佳，前提是学生需掌握土木工程的力学概念和具体施工工法，就拿盾构隧道检测技术这一节内容来说，如果学生对城市地铁盾构法施工工序全然不知，或对盾构机的构造及工作原理不甚了解，则将导致学生对测试对象和测试方法难以理解，更严重的会使得学生丧失本门课的学习兴趣，势必造成极差的教学效果。因此，本课程的授课对象应该是高年级本科生。据多年的教学效果对比来看，个人认为其最佳的开课时间应选在大学三年级下学期，在此时间段学生首先已掌握了一些土木工程最基本的施工方法，再则学生的学习状态不会受到求职、考研等客观因素的影响。我校土木建筑学院自2008年以来将土木工程测试技术课程的开课时间从四年级上学期移至三年级下学期，学生的学习积极性和课程的教学效果均得到大幅度提高。

（二）课程教学内容的精选和更新

结合现有土木工程测试技术相关书籍精心选取教学内容，确定本课程的教学重点内容为测试技术的理论基础、土木工程测试常用传感器的构造及工作原理（主要包括电阻式传感器、振弦式传感器和光纤传感器等）、混凝土的无损检测技术（主要包括混凝土强度的回弹法和超声波法检测、混凝土的超声波法探伤技术）、混凝土的半破损检测技术（主要包括混凝土强度的钻芯法、射钉法等检测技术）、测试技术的工程应用（主要包括深基坑工程、路基路面、桥梁结构、隧道工程和矿建工程等方面的测试技术应用实例）。

随着土木工程建设水平的不断提高，土木工程中的新型测试仪器、设备和方法层出不穷。对于如此一门快速发展的学科和课程，其教学内容要时刻把握测试技术发展动态，使学生能接触到土木工程测试技术最前沿的知识。这就要求教师教学的参考资料不能仅仅局限于教材，而目前仅有的土木工程测试课程教材编写时间较早，没有体现当今一些土木工程测试的新技术、新仪器。教师应利用互联网资源，通过访问Google学术搜索引擎、中国知网、中国传感网等网站获取有关信息，并及时将其加入课件中逐年更新丰富教学内容。如现有土木工程测试技术相关教材中，对土木工程常用的传感器介绍还是主要侧重于电阻式和振弦式传感器等，但如今，光纤式传感器在土木工程领域得到了高速发展和广泛应用[7]，笔者在传感器这一章中对此类传感器会专门做有关讲解。另外在业余时间，应尽可能教会学生网络资源获取方法，像如何利用关键词检索相关论文等方面。必要时，还须更换最新教材。endprint

（三）针对不同专业方向突出教学重点

我校土木工程测试技术课程的授课对象为3个专业共计6个方向的本科生，该课程的教学由于课时的限制，应根据不同专业方向，采取重点突出和难点分散的指导思想，才能取得良好的教学效果。这就要求教师在课堂教学中要把握课程最核心的内容，并且做到有的放矢。如测试技术的理论基础和传感器这两章对任何专业方向的学生都需做详细讲解。又因混凝土是土木工程中应用最为广泛的建筑材料，在房屋、道路、桥梁、隧道和矿山等工程领域中均能看到它的身影，所以混凝土的无损和半破损检测技术也是任何专业方向学生掌握的核心内容。在测试技术工程应用方面，对于工民建方向可重点介绍深基坑工程检测技术，对于路桥方向重点介绍桥梁和路基路面检测技术，对于岩土与地下工程方向重点介绍深基坑工程检测技术和隧道工程检测技术，而对于矿山建设工程方向则须重点介绍井巷工程的检测技术，进而建立了土木工程测试技术课程的模块化教学体系[8]。尤其对岩土与地下工程、矿山建设工程方向的学生，要让他们知道现阶段隧道工程、地铁工程、基础工程和矿建工程等设计理论都很不成熟，主要采用工程类比法，现场施工必须借助于有关测试技术，学习和掌握现代的工程测试手段更显重要。

（四）多种教学手段合理综合运用

本课程内容丰富，要求学生掌握的信息量大，要想在有限的时间内完成较多的教学内容，而且同时保证教学效果，采用传统或单一的教学手段难度极大。因此，应针对不同的教学内容合理运用不同的教学手段。如在测试技术理论基础的教学中，采用黑板板书和课后参观相结合的教学手段，测试系统的误差处理和传递特性利用黑板板书进行讲授，课后参考实验室测试仪器，可使得学生对测试系统的组成有更深刻的认识;在传感器的教学中，主要运用多媒体教学手段，现有教材一般只给出传感器的简图，通过拍摄实验室现有传感器照片、互联网搜寻相关厂家的传感器实物图片等，来改进制作多媒体课件，这样可使得学生对土木工程常用传感器有着更为直观的认识;在混凝土检测技术的教学中，则运用黑板板书和多媒体的综合教学手段，通过板书讲授检测数据的处理方法，通过多媒体讲授混凝土回弹仪、超声波仪和钻芯机等检测设备。另外，结合“提问式”教学方法[9]，让学生自行思考，达到引入的目的，进一步提高教学效果。

（五）课堂教学结合工程实践

在土木工程测试技术课堂教学中，教师如果能将自身所参与的工程测试案例，整理、提炼制成适合教学需要的素材并用于辅助教学，可切实提高学生的学习积极性。笔者曾在混凝土无损及半破损检测这一章讲授过程中，引用了自身参与的淮南望风岗矿副井混凝土井壁的回弹法和钻芯法检测工程实例，向学生演示了整个项目的检测方法及步骤，并配以现场拍摄的工程测试照片，然后让学生对测试原始数据进行处理，采用所学知识来综合判定该井壁混凝土的强度。这样不仅提高了学生的分析问题能力，而且培养了学生解决实际问题的能力。对比以往参照教材上的实例讲解来看，该堂课学生满意度较好，在很大程度上提高了教学效果。

（六）实验演示教学转变为学生动手操作

我院土木工程测试技术课程中实验教学现共有8个学时，主要内容为电阻和振弦式传感器的标定、混凝土强度回弹法检测、混凝土强度声波法检测和混凝土内部缺陷的超声波探伤等。以前由于学时数限制、实验设备欠缺等多方面的原因，主要由教师进行演示实验教学，通常1～2个班级的学生在旁边观看，学生不能亲自动手进行实验操作，这样势必影响了学生学习的兴趣以及对所学内容的掌握。如今新购入一些实验仪器后，基本可达到让学生动手操作的要求，能够使学生更好地了解监测的目的和要求，系统而直观地向学生介绍各种测试仪器的工作原理和测试方法，使学生更能有针对性地进行监测方案的设计，有利于培养学生理论联系实际的能力，拓宽学生的知识结构。

（七）考核形式

该课程考试采用开卷考试的形式，考题主要以工程实例的监测方案设计为主，考核学生灵活运用所学知识解决实际工程问题的能力，而且内容包括基坑测试、桥梁道路测试和隧道工程测试等多方面内容，可供考生根据自身的专业方向和兴趣来选做。实验报告的撰写也能够考查学生处理测试数据的能力，故土木工程测试技术课程的学生成绩由卷面成绩和实验成绩两个方面来综合判定。

三、课程教学实践效果及体会

土木工程测试技术课程教学经上述几个方面的改革后，学生学习的主观能动性得到大幅度提高，缺勤现象较为少见，测试仪器的动手操作能力也得到进一步增强，在学习态度上实现了“要我学”到”我要学”的转变。另外，在不断精选和更新教学内容的同时，教师自身的业务水平也得到进一步提高，为科研工作的开展奠定了良好基础。从近几年的课程考核结果来看，学生成绩的优良率一直保持在90%左右，收到了良好的教学效果。

参考文献：

[1]夏才初.地下工程测试理论与监测技术[M].上海：同济大学出版社，1999.

[2]姚直书，蔡海兵.岩土工程测试技术[M].武汉：武汉大学出版社，2014.

[3]钱进.公路工程测试技术[M].北京：人民交通出版社，2008.

[4]夏才初，潘国荣.土木工程监测技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2001.

[5]唐益群，叶为民.土木工程测试技术手册[M].上海：同济大学出版社，1999.

[6]国家建筑工程质量监督检验中心.混凝土无损检测技术[M].北京：中国建材工业出版社，1996.

[7]荣传新，蔡海兵.光纤传感技术的应用与土木工程测试技术课程的教学改革[J].安徽建筑工业学院学报，2008，16（5）：36-39，89.

[8]蔡海兵.土木工程测试技术课程模块化教学方法探讨[J].陕西教育，2009，（10）：280-281.

[9]陈进，王仲刚，曾祥蓉等.应用信息技术搞好土木工程专业课教学的思考[J].高等建筑教育，2005，14（3）：75-77.endprint