《土木工程结构试验》实验教学改革与实践

杨 松，董 坤，杨树桐

(中国海洋大学工程学院，山东 青岛 266100)

1 引 言

实验教学作为理论教学的有效支撑与补充，常被赋予增强学生学习趣味性、提高学生实践能力等教学目标[1-3]。目前，在土木工程实验教学实践过程中，《土木工程结构试验》的实验课大多安排在大三下学期或大四上学期，受学生考研、找工作等影响，实验课的重要性未能得到学生的充分认识，实验效果欠佳。基于此，针对《土木工程结构试验》的实验课程整体设计做了一些优化改革与探索实践。

2 目前实验教学中存在的问题

2.1 学生对实验课重视不足，预习效果差

以中国海洋大学为例，《土木工程结构试验》实验课仅8个课时，实验课依附于理论课程设置，作为《土木工程结构试验》课程中的一部分。目前，理论课程考核方式为考试，实验课成绩占整门课总成绩的比例仅为30%，且实验考核以实验报告为主，学生对实际操作重视不足。另外，受试验设备台套数限制，每组实验人数在4-6人之间，同组的部分学生有等、靠思想，课前不预习，课后抄报告。另外，抄袭的实验报告也无法得到有效甄别，较难根据学生的实际上课情况给出准确评价。

2.2 学生在实验中缺乏探索兴趣

现有的《土木工程结构试验》实验项目中，多数项目为基础性实验内容，以验证性实验为主，难度偏小，难以激发学生自主探索的兴趣[4]。实验课堂上基本上是实验教师在讲，学生跟着做，在实验过程中学生始终处于被动接收状态，缺乏自主学习的外部动力。另外，由于存在等、靠的思想，部分学生认为预习没有必要，即使布置了课前预习，往往预习效果也极差。根据在实验课前做的随机调查，课前没有预习的学生往往能达到70%甚至更多，这就造成了学生进实验室时对所要做的实验一无所知，实验过程照着实验指导教师的演示“照猫画虎”，缺乏自主思考的过程。

2.3 “填鸭式”指导扼杀学生思考及创新能力

现有实验课中，一般由实验教师在实验前准备好实验用仪器设备和材料，上课先讲述实验目的、原理、步骤等，然后由实验教师演示实验全过程，学生跟着做，无法脱离“填鸭式教学”的窠臼。实验做完后，学生往往是知其然而不知其所以然。另外，由于设备台套数、上课时间及实验场地限制，每次需同时对多个小组授课，约16-24名学生围在实验教师周围观看演示操作，无法避免有部分学生排在后面，看不到或看不清实验教师的演示操作讲解。这种手把手讲解式的实验教学模式，无法充分利用有限的实验教学资源，难以培养学生思考问题、解决问题的能力，无法培养学生的专业学习兴趣，脱离了大学教育的本意。

3 “强化自主探究”的实验教学模式改革与探索

基于以上实验教学现状，以“强化自主探究”为突破点，以点带面，力争盘活现有实验教学资源，实现实验教学效果有力提升。

3.1 将相关背景资料交给学生预习

通过梳理实验项目的背景资料，包括教材、实验指导书、实验用途说明、实验仪器设备说明书等，将这些资料筛选后发布在Blackboard网络辅助教学平台，引导学生使用Blackboard网络辅助教学平台资源进行课前预习，了解实验项目背景、用途、方法和技术路径。这些材料要求学生通读后一般了解即可，在后面的实验过程中，乃至实验完成撰写实验报告阶段，这部分基础知识作为学生的背景知识存在，起引导、索引作用。

3.2 将演示操作录制成视频，发给学生观看

有了背景资料预习，学生基本上对实验的用途和过程有了基本的印象，但是由于在此之前学生没有在实验室做过实验或者没有接触过实验仪器设备的实物，对实验工具、仪器、设备缺乏认识，实验教师将演示操作过程录制成小视频，并在视频中着重讲述实验难点步骤和安全操作知识。在实验预习阶段，将视频提前发给学生观看，可以使学生在具体实验前对实验过程、实验中的危险点等有一个基本的了解，对实验所用到的仪器、设备、工具有一个直观的认识。

3.3 提出思考性问题，引导学生自主探索

学生做完前两步，基本上对所要进行的实验项目有了通盘的认识，此时进实验室做实验已经能做到心中有数，有条不紊了。进一步提出一些容易出错、或涉及实验操作安全的思考性问题，让学生提前探索答案，做一些有益的思考和心理准备。

3.4 设置考核性预习报告，保障学生预习效果

学生是由不同的个体组成的群体，从学生个体来看，每个学生的学习能动性不同，部分学生认为没有必要预习。而在实验过程中由于没有提前做到心中有数，只能旁观别人做实验，实验后靠抄袭别人的实验报告以求通过实验课考核。现在，通过之前的训练，学生已经具备撰写实验预习报告的能力了。设置实验预习报告作为考核预习效果的手段，能够督促学生课前预习，保障实验效果。实验预习报告可采用电子版的形式，通过查重小程序，如果重复率大于50%，报告即有抄袭嫌疑，退回重写。这样学生就会重视预习环节，以任务促过程，认真、独立地完成实验预习任务。

3.5 进一步开放实验室，由学生自主选择实验时间

由于实验室实验台套数的限制，之前的学生分组人数在每组4-6人，不是所有学生都有动手操作的机会。每次实验教师均要讲述实验目的、原理、步骤等，然后演示实验操作全过程，每组人数若减少会造成分组数增加，实验教师的工作量将增加到不可接受的程度。而且由于实验课程安排在大四上学期，学生面临着考研复习、找工作等多重压力，实验时间和考研、找工作时间会存在冲突。

现在由于预习环节的强化，原理讲述和操作演示部分前移至预习环节，实验教师的工作可变为在实验过程中的巡查、督导及解答现场问题。通过在一段时间内开放实验室，增加可选择实验时间段，增加分组数，减少每组人数，可以在不大幅增加实验教师工作量的情况下，优化实验资源配置，提高实验设备使用率，提升实验教学效果。

改革前后的授课模式对比详见表1。

表1 改革前后授课模式对比

4 “强化自主探究”的实验教学模式实例

以粘贴应变片实验为例，根据实验教学大纲，其实验目的主要有：(1)了解电阻应变计的构造及其工作原理；(2)了解选择应变片标距的原理和鉴别应变片质量的方法；(3)掌握应变片的粘贴工艺，学习粘贴技术。

对于目的(1)和(2)，理论课中已阐述清楚电阻应变计的构造及工作原理，实验的目的是让学生接触到应变片实物，理解应变片的尺寸、特性等，对理论课的内容往往起加深理解作用，可以通过鼓励学生查阅资料的方式予以认识。

对于目的(3)，虽然理论课及课程指导书均有粘贴工艺、粘贴技术的内容，但根据多年来的实验教学实践来看，由于缺乏前期认识，学生往往没有兴趣根据文字建立想象，在实际教学实验中，往往还依赖实验教师的课堂演示。针对目的(3)，目前尚未在网络或其他途径发现有关于应变片粘贴的视频。根据我校结构实验室具体情况，录制并剪辑了实验教师演示粘贴应变片过程的视频，在课前实验预习阶段，让学生观看视频然后根据印象，对照课本和课程指导书写预习报告。

在课前约两周，发给学生粘贴应变片实验项目指导书、恒温焊台使用说明书、电阻应变计说明书等，并推荐若干个生产静态电阻应变仪、电阻应变计的厂家网站，连同前述制作好的应变片粘贴演示视频，鼓励学生学习、探索相关知识。

同时发放给学生预习报告模板，要求学生归纳回答以下问题：(1)应变片的工作原理。(2)应变片的基本构造简图。(3)应变片的选用原则。(4)根据实验指导书及操作示范视频，简述应变片粘贴主要步骤。(5)被测钢材试件为何在粘贴电阻应变片处打成交叉45°磨痕条纹？(6)如何保证贴片的质量？贴片质量的好坏对量测会产生什么影响？(7)电阻应变片粘贴完毕后，若发现应变片电路发生短路或断路时，请分析可能的原因及相应的验证手段和处理方法。

学生完成预习并提交回答上述问题的预习报告后，由实验教师对预习报告进行批改查重，并将批改结果和查重结果反馈给学生本人。此步骤可在学校积极推进的Blackboard网络辅助教学平台上快捷完成。

实验室按照教学进度安排，预先提供几个时间段供学生选择，学生根据自身学习时间安排，在Blackboard网络辅助教学平台上自助选择适宜时段进入实验室开展实验操作。

5 “强化自主探究”实验教学模式的成效

教学改革的成功与否，最终的评价依据在于教学实验的效果是否提升。“强化自主探究”的实验教学模式改革实施后，就此次改革效果进行了网络问卷调查，调查对象是刚结课的土木工程专业的本科生。此次调查共发放问卷71份，实际收回问卷70份，有效问卷66份。经过问卷数据统计和分析，发现此次实验教学模式改革的效果较好。

5.1 学生实验兴趣增强，应付实验现象减少

从学生学习态度和兴趣调查统计表中发现，此次实验教学模式改革有效地提高了学生对《土木工程结构试验》课程实验的学习兴趣，主要表现在学生普遍对实验的原理、仪器的性能较为重视，应付实验的现象减少了，在课下自主学习和主动探究的情况在增加。总之，绝大部分学生对实验教学模式改革持支持态度。

5.2 学生操作熟练，实验效率提高

从学生实验时间的调查统计中发现，实验平均耗时减少接近30%，这主要是由于通过课前的充分预习，大部分学生已掌握了实验的基本流程步骤，对实验设备也消除了陌生感。随着每批学生实验耗时的减少，后期可适当增加分组数、分批数，使每组学生更少，增加每位学生的动手实验机会。

5.3 实验仪器损坏率降低、实验耗材消耗量减少

根据实验课后调查统计，实施改革后的仪器损坏情况有所减少，实验成功率较之前有大幅增加，相应的实验耗材消耗量减少。

6 结 语

针对《土木工程结构试验》课内实验的教学改革实践，我校改变了过去传统的“填鸭式”实验授课方式，结合Blackboard网络辅助教学平台和视频录播手段，强化了课前预习，提高了学习效率。基于“强化自主探究”教学模式，通过网络预习资料发布和反馈意见收集，在实验实操前激发了学生试验兴趣，加强了对理论应用于实践的认识；通过设置思考性问题和考核性预习报告，引导学生自主探索，提高解决问题的能力；通过对授课时间的调整，实现了网上预约，小组灵活实操练习，进一步保障了实验学习效果。总体而言，该实验课程的改革与探索对提高大学生学习兴趣、激发自主思考及创新能力、全面认识和掌握试验技能起到了较好的促进作用，同时提高了授课效率，减少了实验仪器耗材损耗。