土木工程专业结构实验教学改革探讨

土木工程专业结构实验教学改革探讨

吴旻，方圆，丁峰

(安徽工业大学 建筑工程学院，安徽 马鞍山 243002)

摘要：提高土木工程专业结构实验教学质量应加强理论教学与实验教学的联系，适当增加认知性、综合性和创新性实验项目，采用丰富实验指导书内容，多媒体、第二课堂等多种教学方式和手段。

关键词：土木工程；结构实验；教学改革

中图分类号：G642.423

文献标识码：A

文章编号：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

基金项目：安徽工业大学校级教学研究项目(2012jg38)

作者简介：吴旻(1984-)，男，安徽芜湖人，安徽工业大学建筑工程学院讲师，硕士。

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

土木工程专业是一门实践性和应用性很强的学科，实验教学在整个专业教学体系中占有较大比重。[1]结构实验是实验教学的重要组成。但从目前教学效果来看，一些学生走上工作岗位后，对工程常用的检测仪器操作较为生疏；还有一些学生虽然理论计算功底扎实，但无法将其灵活运用于工程实践，综合分析问题能力较弱。因此，本文对结构实验课程教学存在的问题进行分析，并提出一些改进方法，使学生能够积极主动地参与到实验课程中，在实践中锻炼动手能力，在动手过程中培养独立思考能力，最终提高学生的综合实验能力。

一、结构实验课程概况

结构实验是土木工程专业实验的重要组成部分。[2]表1反应了目前我校土木工程专业实验课程模块设置情况。从中可以看出，结构实验开设时间较晚，总学时多，且与其相关的3门理论课均为土木工程专业的核心课程。目前共开设8项结构实验，其中混凝土3项，钢结构2项，建筑结构检测3项。从实验开展场地的分布情况来看，有7项在土木工程结构实验室进行，1项仿真模拟实验在计算机房进行。

表1　我校土木工程专业实验课程模块

二、结构实验教学存在的主要问题

(一)与相关理论课程结合不够紧密

结构实验要求学生具有一定的力学理论计算和分析能力，这些能力的培养与理论课程的学习密切相关。但目前实验课程与理论课在时间上衔接不够紧密，实验课程多半在理论课程结束之后才逐步开设。而此时，学生往往对已学过的理论内容出现生疏和遗忘。另一方面，学期中后段学生理论课程的考试较多，部分学生因平常疏于学习，此时把大部分精力均放在考前突击复习上，对于实验课的学习态度不够端正，以应付为主，自然很难提高自身的实践能力。

(二)实验类型较为单一

现阶段开展的结构实验多为验证性实验,学生多半按照指导书上已写好的实验方法操作并验证，缺少综合性和创新性实验项目。从教学效果上来看，有相当一部分学生仅热衷于实验数据的记录，以数据是否相符作为实验的唯一目的，实验报告也只是机械完成，对于实验的整个设计思路缺乏综合分析和判断。

(三)教学手段不够丰富

目前，结构实验中开设的仿真模拟实验较有特色，该实验利用计算机程序来模拟各类工程结构物的加载过程，是土木工程专业多样化实践教学模式的一个组成部分。[3]本套系统由我校教师研发，在实际教学中收到了很好的效果。但结构实验其它项目的教学手段还不够丰富，一般多采用教师演示，学生分组仿做的传统模式。教师讲解时，往往针对某一台仪器设备，由于受到视觉角度和场地的影响，难以保证每位学生的听课效果。这使得部分学生了解不深，实验过程中上手较慢，积极性低，从而影响实验教学效果。另一方面，教师虽然在课前要求学生进行实验预习，并撰写实验预习报告，但部分学生态度不够端正，仅仅为了应付实验，预习报告也只是摘抄实验指导书，缺乏对所做实验思考和理解。

三、改进结构实验教学的对策

(一)加强结构理论教学与实验的关联性

结构实验课程应穿插在理论课程讲解过程中进行。实验指导老师需要积极与理论教师沟通，了解相关理论课程的进度和重难点讲授情况，从而在实验课程讲解时能够做到保证学生知识体系的连贯性。

对于课时安排确实出现困难的情况，要求实验教师在讲解过程中注重理论课程的回顾，特别是一些理论课上的重难点。例如《混凝土结构设计原理》理论课中平截面假定，是结构理论计算的前提。因此实验课程讲解时，实验教师应注重课程讲解次序：首先回顾理论课上平截面假定的基本要点，其次讲解实验课中有关应变片测定的目的，最后介绍与具体实验操作相关的应变片测定规程。

(二)丰富结构实验课程的类型

1．增加认知性实验。兴趣是学生学习的重要动力，认知性实验的开展有利于培养学生的专业学习兴趣，为后续深入学习专业知识打下基础。[4]可以组织土木专业新生在入学阶段参观结构实验室，实验教师通过介绍结构实验室的基本布局和功能分区，演示MTS三通道电液伺服仪、500吨长轴试验机等大型结构试验设备的加载过程，并与学生进行问答互动，增加学生对土木结构实验的感性认识，对学生大学期间的学习规划提供帮助。

2．开设综合性和创新性实验项目。结构实验的特点在于许多实验的依据并没有详尽的规范，试验对象的尺寸和形状也不固定，大到框架结构，小到节点均可以进行实验测试，不同对象实验的方法和手段差别也很大。这给开展综合性和创新性实验提供了空间。

以钢桁架加载实验为例，按照综合性实验的模式，教师只提出实验目的为测定杆件内力和挠度，让学生根据已学过的理论知识，结合实验室现有的设备，自主选择加载方式、加载吨位和测试节点，绘制实验设计图示，并完成可行的实验方案。实验教师由讲解员转化为实验参谋，这样将学生被动学习转化为主动学习，有利于培养学生创新能力和独立思考问题的水平。

创新性实验项目对学生的素质能力要求更高，全面开展难度较大，可挑选部分理论基础扎实、动手能力较强的学生作为选修实验开设。以钢筋混凝土正截面破坏实验为例，教师只给出极限承载力参考值，学生首先要通过计算确定钢筋混凝土构件尺寸，自己动手制作试件，并最终完成加载实验，在整个过程中，学生的自身设计能力和实验创新能力都能够得到有效锻炼。

(三)采用多样化教学手段和方式

1．丰富实验指导书的内容。现有的结构试验指导书主要针对实验目的、实验方法和实验步骤进行讲解，指导书的内容可以进一步丰富。如将学生结构实验用的DH3815静态、DH5937动态数据采集和分析软件系统的具体操作说明也编入指导书中，这样有利于学生的课前预习，在实验过程中也方便查找。还可以对实验室的一些新型结构仪器和精密仪器的原理和使用方法进行一些简单介绍，如科研实验中使用的日本DATA静态数据采集系统、全自动数字式回弹仪等。这些内容的增加拓宽了学生的视野，提高了学生对结构检测设备的认识。同时在实验指导书中，可以开设实验预习思考题，在实验课程前进行提问，将答题情况记入实验分数，从而激发学生主动学习的兴趣。

2．利用视频、动画和PPT进行实验教学。多媒体教学具有生动形象、画面连续和内容丰富等优点，是理论课程教学的重要手段，结构实验课程中也可以适当采用多媒体教学。[5]如实验课程讲解中可以增加部分工程应用实例的视频，以混凝土无损检测实验为例，可以播放一些在我国苏通大桥，南京长江四桥等大型桥梁结构中无损检测的先进工程实例，这样能够提高学生的实验学习兴趣，充分认识到结构实验技术对工程质量的重要意义。此外，对于部分操作复杂的结构实验，也可以制作一些动画、PPT和录像，放在教学网站上，为学生预习实验提供方便。

3．开设第二课堂，增加结构工程实践的机会。结构实验开设的最终目的是培养学生对一般结构物工程性能的检测能力，课堂不仅仅局限于实验室，可以让学生参加工程实际进行锻炼，如对学校内现有的一些旧房屋，旧桥梁进行一般性的健康检测，并撰写检测实验报告，从而培养学生解决工程实际问题的能力。另一方面，也可以邀请地方知名结构检测单位的工程师或专家前来学校开展讲座，拓宽学生的知识面。

结构实验是土木工程实验教学的一个重要环节，实验教学质量直接影响到学生实践能力和创新能力的培养，只有将结构实验教学与理论知识相联系，增加认知性、综合性和创新性实验项目，采用多媒体和第二课堂等多种教学手段和方式，才能够取得良好的教学效果。

参考文献：

[1]左咏梅.应用型人才培养的土木工程教学改革研究[J].长春理工大学学报(社会科学版),2009(2):328-329.

[2]郭蓉，赵少伟，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):31-32.

[3]黄伟,贾冬云，等.土木工程专业多样化实践教学模式构建与实践[J].安徽工业大学学报(社会科学版)，2007(3)：120-121.

[4]吴善幸.《土木工程结构试验》的教学改革与创新[J].中国科教创新导刊,2012(3):31-32.

[5]贾福萍,吕恒林，等.土木工程专业方向课程教学研究与改革[J].高等建筑教育,2010(2):63-64.

(责任编辑雷金火)