建筑结构试验课程教学改革与再思考

庄一舟 朱梦琦 郑国平

摘  要：建筑结构试验是土木工程专业一门重要的专业课程，伴随着国家经济的快速发展，教学改革的步伐也在不断加快，国内高等院校在建筑结构试验课程上更古不变地授课模式的弊端也不断浮现。些许普通本科院校存在课程设置欠科学、授课内容缺乏新意、实验设备仪器落后、试验内容设置实用性不高、教师知识技能水平欠缺等问题。文章通过分析国内该试验课程的特点和所存在的问题，基于国内外土木工程强校课程授课模式的分析和浙江工业大学14、15、16级土木工程本科学生（含留学生）的调查问卷，从教学方法、课程设置、教学内容、实验室配置、校企联合等方面进行深入剖析，提出关于建筑结构试验课程的改进建议。旨在提升国内学生动手创新能力，培养出高素质、创新型复合人才，同时为其它课程教学改革提供参考。

关键词：土木工程;建筑结构试验;实践;创新

中图分类号：G642       文献标志码：A         文章编号：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视实践的专业，土木工程中的实验、实践课程是培养学生综合能力和创新思维的重要手段之一。随着社会经济的快速发展，对于建筑材料和施工技术的要求越来越高、越来越多元化，对从事土木工程行业的高素质创新型人才的需求显得极为迫切[1]，而土木工程中有关施工和设计方面的创新都必须通过科学实验来验证其合理性、可靠性。由此使得一些高校对土木工程专业学生本科期间所学习的建筑结构试验课程的要求越来越高，对学生要求越来越严格，这就要求我们对“建筑结构实验”课程教学进行重新定位，坚持传授知识、培养能力、提高素质的教育理念，加强对学生实践能力和创新能力的培养[2]，使得学生通过课程学习把所学课程的基础知识综合运用到一起，在实验室中可以通过自身所学知识，操作仪器，认识和熟悉实验仪器的性能、使用方法，通过自己的操作采集试验数据，分析数据，从而得出结论，这个过程能使学生回顾所学知识，发散思维，把理论应用到实践中，提升自己分析问题和解决问题的能力。这利于学生对所学基础知识和基本理论的理解、回顾与综合运用，使学生们做到理论学习和试验实践的统一，同时并能根据自身所学完成设计、施工和科研任务，从而毕业后成为一名优秀的土木工程师。

二、课程现状及存在的问题

全国大多数高校的土木工程专业在一些土木工程专业课程（如混凝土结构、钢结构、建筑结构抗震、土木工程结构试验等）中设置了实验课时。实验教学经过多年的实践，形成了一定的模式，但目前的教育模式仍然无法满足社会的需要[4]，时代在进步，与土木工程建筑结构试验相关的设备、技术和理论也在不断更新发展，传统的试验教学模式难以适应新的人才培养需要，这就使得学生无法紧随时代的步伐，对其未来就业和深造产生影响。传统的教学方式多以理论为主，往往使得学生的参与度不够，其实无法满足未来社会的需要。为此对建筑结构试验课程教学改革势在必行。同时由于结构实验设备的更新、实验技术的革新，使得建筑结构试验教学面临着一系列的新问题，主要体现在以下几个方面。

（一）课程考核设置欠科学

建筑结构试验课程多开设在大四第一学期，课程考核方式多为卷面测试和上机测试为主，其中卷面考试分数占比较大。此时学生多忙于考研和工作实习，对于结构实验课程多是应付了事，学生考前突击不挂科即可。这样不仅无法提升学生的综合能力，也使得课程内容无法在学生脑海中留下印象。并且建筑结构试验教学多依附于相关课程的理论教学中，课时偏少实验项目单一，各课程间的实验内容缺乏系统性、连贯性，影响学生参与实验的积极性。并且多数院校试验课程的开设往往在理论课程的讲授之后，这样就使得学生在进行专业实验时，不能充分理解结构试验的基本原理和方法，不能把理论和实践相结合，难以达到良好的教学效果[3]。

（二）授课内容缺乏新意

目前院校试验形式多是由教师事前准备好试验器材和耗材，然后老师进行实验陈述，对试验前准备、试验目的、注意事项、步骤进行详细讲解。唯恐学生不清楚、不明白，然而老师这样做会使得学生不注重预习，进入实验室后脑袋空白，不知所措，只知道试验前听取老师讲解即可。这样做无法提高学生自主学习积极性，试验只是比葫芦画瓢做一下，学生缺乏独立思考，这种授课形式难以培养学生发现问题解决问题的能力，只会扼杀其探索精神和学习积极性[5]。

（三）实验设备仪器的落后

2000年前后国内高校掀起一波合并潮，一批普通本科院校是由若干所高等专科学校合并升格而来的。其实验室的建设初衷与当今的教育理念有些不同，实验室常规实验设备居多，鲜有能服务于创新实验和应用技术研究的实验仪器。然而建筑结构实验需要专门的结构实验室，实验教学平台具有一次性投资高、占用较大场地等特点，多数院校由于资金问题只能购置若干件简易设备作为实验器材供学生使用，但随着科技的进步，仪器设备的改进和发展使得这些学校无力更新和购置，使得学生不能接触新的设备和技术，从侧面打击了学生们接触新鲜事物、掌握新仪器使用方法的积极性。同时，由于上述原因使得这门课教学无法满足实际工程需要，学生们也很难得到实实在在实验体验，无法提高学生的积极性。

（四）教材试验内容设置实用性不高

传统院校其建筑结构试验教学侧重于验证试验的可操作性和可实施性，并对这方面试验进行重复演示，这会让学生产生疲倦感。同时这些实验中缺乏设计性、研究性和创新性实验。这些依附于理论课程教学而设置的实验教学，实验项目相互独立，内容单一，学生往往按部就班按照设计好的实验方法操作，比葫芦画瓢操作即可，且这些试验多为验证性试验，不利于学生创新能力的培养。同时，随着实验器材的不断升级，教材内容更新落后于器材的更新换代。若仅以教材为依托的教学将会严重影响学生对试验技术发展前沿的认知[6]，既不利于学生毕业后的工作发展，同时也不利于高素质创新型人才的培养。

（五）实验教师知识技能水平有待提高

多数院校的实验室功能偏向于本科教学，缺乏先进实验仪器，导致高水平教师不愿意到实验室工作，这就使得试验教师大多由课程授课教师担任。同时由于实验技术和设备的不断更新，教师又很少外出参加培训，导致其理论水平可能足以教学但其技术水平难以提高。另外由于专职实验教师的缺乏，兼职教师由于其对工程结构检测方面经验不够丰富，会导致整个实验师资队伍层次偏低，实力不足，只能完成一般性的常规实验教学任务。这样种情况下无法提升学生综合素质，对于培养高水平土木工程从业人员十分不利。

三、国内外调研

2010年卓越工程师教育培养计划正式提出，国内高校从普及教育、实践教学、实践动手能力、实践工作能力等方面对土木工程专业实践教学进行改革[7]，不同国家和地区的顶级土木工程高校在土木工程本科教学方面的经验、方式和教育观点的发展趋势对我们有极为重要的借鉴和参考意義。为更好地呈现国内外大学土木工程专业建筑结构试验课程设置的差异性，文章从国内外顶级土木强校中选取了九所学校，分析对比其土木工程课程中有关建筑结构试验课程的设置情况，从中找到差别，便于找到国内相关院校教学改革的切入点，紧跟国际教育大环境的变化，提升学生竞争力。

（一）国内院校课程设置

国内知名院校建筑结构课程设置情况见表1。

从表1可以看出，国内土木工程双一流院校及传统土木强校十分重视建筑结构实验这门课程，课时设置多为32学时，不同地方在于不同院校实验课时不同，其中中南大学结构实验课程全部为实验，注重动手能力的培养。其他几所学校理论教学与实践教学分开，相互搭配。虽然课程设置方式不同但总体目标都是一致的，即通过试验让学生更好理解实验基本原理、熟悉仪器设备使用规程、活跃学生思维想法，利于学生创新能力的培养，增强自身综合能力。

（二）国外院校课程设置

国外院校选取了世界不同国家的著名土木强校：帝国理工学院、卡迪夫大学、新南威尔士大学、加州大学伯克利分校，上述院校没有专门设置建筑结构试验课程，其课程设置情况见表2。

从表2中我们可以发现国外顶级学府几乎没有设置结构实验课程，其实验课程多数附属在相关课程里面。以新南威尔士大学为例，土木本科生实践实验环节是直接与实际工程相互关联的，学校鼓励学生在工程单位实习期间同时完成毕业论文，并且实验课程可开设在实验室或者工程单位，以鼓励对不同工程感兴趣的同学自主选择学习[8]。此外，北美、欧洲等地的高校往往采用与企业合作办学的方式来对学生进行实践培养，逻辑图如图1。企业对学校进行赞助，学校派遣学生在企业进行实习，实习过程中能把在学校学习的理论知识进行回顾和重现，实现企业、高校、学生三者共赢;企业嵌入模式的毕业设计也是很好的校企结合范例。结合当前国家建设需要进行选题，并邀请企业界工程师和专家参与学生的毕业答辩。这种方式很好地实现了学校和社会的接轨，有利于实现学生从大学生活向社会工作的平稳过渡。对学生而言，与实际结合也更容易激发其思考与研究的兴趣[7]。

通过调查走访在美从事土木工程教育的华裔学者，其对国内建筑结构试验课程设置的看法和其见解如下：

1. 国外多数学校并没有开设建筑结构试验这门课程，学生掌握这门课程的方法是依靠工程实践，并没有对学生进行针对性理论教育。

2. 国内建筑结构试验应该聘请大学实验室的技术人员和实验设计的人员结合实例讲解。

3. 本科教学侧重生产实践，研究生教学侧重科研。

4. 国内课程主要注重理论教学，实践课程相对缺乏，易出现实践脱离理论的情况。

从上可以发现欧洲高校土木工程专业教育更重视课程的设置和课堂的知识传授过程，它以职业为目标，强调应用型人才的培养，主张的是个人专业技能和专业相关工作能力的强化，这点从华裔学者的个人见解中也可以看出。这种培养模式缩短了学校教学和社会工程应用之间的差距，毕业生往往能够很快适应从学生向工程师的过渡，学校与社会的衔接较为紧密。这极大地提高了人才培养的效率和成为社会建设者的转型[9]。

（三）国内本科生（含留学生）调研分析

调查问卷作为一种快捷、有效的数据资源收集方式，其能快速、真实地反应学生对课程的看法与建议，能真实地了解到学生的学习态度、学习诉求以及老师的教学质量、教学方法的好坏等。本文调研浙江工业大学14、15、16级土木本科生（含外国研究生）对建筑结构实验的看法和建议，调研结果中建议出现频次统计表见表3。

从表3可看出，调查问卷中对于建筑结构试验课程建议多集中在增强师生互动、课程实验注重实际、长期开放实验室、理论课程和实践取得平衡，除上述建议外，国外留学生建议教学采用欧式标准以切合他们毕业后需要。从上文国内外大学课程设置可知国外大学多重视解决问题的思维和方法，强调理论回归工程实践的教学理念，学以致用，这点与国内普通院校的做法有点不同，中国高校主要是安排学生进行实习和课程实验，而美国和欧洲高校往往倾向于采用更加緊密的学校与企业合作办学的形式，校企合作能够加深学生与社会接触，利于学生毕业后更快融入新的工作。

四、课程教学改革的建议

针对目前该课程教学中存在的一些不足，通过分析国内外知名高校的教授方式、方法，从教学大纲、教学目的、教学内容、教学方法等方面入手，提出下列改革建议，增强学生的动手和创新能力，为将来学生步入社会、参加工作打下基础。

（一）优化试验课的设置及考核方式

任何理论知识的创新都离不开试验的支持，科学试验是知识创新的源头，没有试验就无法验证理论的正确与否。因此要创新就要改变当前理论教学与试验教学安排比例不科学及课程安排不合理的现状。因此首先要改变结构实验课程的设置，使其更加多元化、可选择化，学生可以根据自己的规划有选择的选择课程上课试验时间。课程考核方式不再以考试定最终成绩，从而杜绝学生考前突击，应付了事。成绩评定在于平时上课表现，及其动手操作能力。要逐步提高试验学时所占比例，切实保证试验学时。其次要确保试验效果，让学生参与试验的各个环节，小组中每个成员可以轮流动手操作，使得学生在为数不多的试验中真正学到知识体会实验的快乐。

（二）加大试验室硬件设备投资力度

试验仪器设备是培养学生创新能力必不可少的设施，同时也是试验教学的载体。实验仪器的先进性一定程度上为学生未来就业打下了良好基础，也为学生能更快接轨社会需要打下坚实基础。学校应有长远的发展计划并结合自己的实际情况扩大试验室规模、加大试验室的资金投入，购置所需仪器，尤其对于那些当前落后于时代发展的仪器或者实验操作已不合常规的试验设备应尽快替换，并逐步使教学常用仪器多样化。同时加大实验损耗材料的投入，让更多学生可以亲手参与试验的每个环节，使学生的基本试验技能和基本试验仪器操作能力得到培养。这样才能保证学生了解和掌握前言的科学技术，从而为试验教学改革提供物质上的保证。除此之外有条件的学校应在固定时间开放试验室，并有专职老师在场，为那些有想法的学生提供独立思考、独立操作环境。

（三）更新试验项目，紧随时代变化

更新教学内容中长久不变、已被市场淘汰的试验内容。课程中的基础试验仍需保留，重点更新那些随着科技快速发展其试验方法或者验证形式发生变化的实验，不能让学生在学校学习实验掌握一种陈旧的仪器操作方法，而使得其毕业后无法与企业对接，造成学生时间精力的浪费。除此之外学校可以根据自身实验设备情况，适当增加一些选修试验，让学生可以根据自己喜好选择实验，从而激发学生兴趣。同时教师可以自主设计一些简单可行的实验项目，让学生通过自我选题独立完成诸如加载方案、测量方案、数据处理及实验报告编制等一系列任务[6]。学生设计完成后可以将实验设计的优劣作为课程成绩。试验教学内容可设置多种，老师试验对象不是固定不变的结构实验，而是在一定范围内可自由搭配[10]。

（四）加大与企业、研究所的实践教学合作

可以从欧美高校与企业合作共赢中吸取经验，加大学校与企业的合作，利用企业设备先进、实践性强的优势，让学生观摩企业或研究所做实验的过程或者寒、暑假期间组织自愿实习活动。让有想法的学生来到企业或者研究所实习，既可以让学生体验生活也可以让学生在实习中学到知识，提升自身能力。

（五）加强实验教师队伍建设

学校应从优化结构试验教学队伍出发，提高师资综合水平、增加专职实验教师数量，定期组织校内高水平、实践经验丰富的教师参与实验设计研讨，对试验课程的内容进行讨论和建议，为教学队伍提供外出学术交流的机会。必要时可以从校外单位聘用工程经验丰富、责任心强的专家进行指导，并对任课老师进行相应培训，提升其教学能力。学校应建立“引进、培养、培训、提高、优化、考核、聘用”型的教学队伍管理机制，提高结构实验教学队伍工程实践水平，使其能及时掌握最新仪器设备的操作方法和操作技巧，进而能够快速引导学生步入试验正轨。

（六）针对不同人群灵活变通教授方式

授课时以中国标准为主，但同时也应灵活变通。对于教学与试验中中欧标准存在差异的内容，若学生有需要时，任课老师应及时指出，让学生做好记录，这不但便于学生未来出国深造，而且也利于外国留学生回归其祖国能够更快适应当地欧式标准。从而吸引更多外国留学生来华深造，也更好地激发有出国想法的中国学生和外国留学生的学习热情。

五、结束语

在建筑结构课程教学改革中需要改变传统摈弃传统教学模式中的弊端，加强与科技前沿知识和工程实践的衔接，注重学生综合素质的培养，使试验与工程实践相结合，让学生亲身体验、乐在其中。积极引导学生主动动手、主动思考、主动交流。针对不同学生应因地制宜开展培养，使每位学生真真正正获得自身能力的提升，培养出高素质、创新型复合人才，为中国基础设施建设添砖加瓦。

参考文献：

[1]蒋建清，贺冉，何敏.应用技术型地方高校土木工程结构试验教学改革探讨[J].教育现代化，2017，4（36）：83-85.

[2]刘洋.“建筑结构实验”课程改革与发展模式探讨[J].中国建设教育，2017（3）：14-16.

[3]李琮琦，曹大富.建筑结构实验教学的改革与实践[J].淮海工学院学报（社会科学版），2010，8（02）：122-124+136.

[4]张丽.建筑结构试验课程教学改革研究[J].安徽工业大学学报（社会科学版），2013，30（4）：118-119.

[5]邵晓蓉.基于“四位一体”的土木工程实验教学改革与实践[J].大学教育，2016（07）：152-154.

[6]杨涛.建筑结构试验课程教学改革探讨[J].广西教育，2013（15）：141-142.

[7]Chen Y， Wang H， Li F. College Practical Teaching of Civil Engineering[M]// Proceedings of the International Conference on Information Engineering and Applications （IEA） 2012. Springer London， 2013.

[8]刘照球，张飞，荀勇.澳洲高校土木工程专业教育模式的比较研究——以新南威尔士大学为例[J].高等建筑教育，2016，25（6）：27-31.

[9]李林瑾，周云，曾雅麗思，等.中国、美国和欧洲高校土木工程教学课程设置对比分析[J].高等建筑教育，2018，27（02）：41-47.

[10]刘承斌，余世策，蒋建群，等.结构实验教学实验项目内容的改革尝试[J].实验室科学，2010，13（02）：12-13.