疫情期间土木工程专业实验教学改革与实践

程学磊 海 然 刘俊霞 惠 存

中原工学院建筑工程学院（450007）

0 引言

2020 年春，突如其来的新冠肺炎疫情打破了原定常规教学计划，高等学校无法如期开学。对于土木工程专业而言，理论课程可以通过线上教育开展教学，虽然教学效果不如课堂教学，但教师与学生经过短时间的适应和磨合，也基本能保障正常教学。土木工程是距离实际应用最近的学科之一，特别是本科教育，以基础为本。土木工程材料与土木工程测量是土木建筑类专业的一门专业基础课，由理论教学与实践教学组成[1-2]。在疫情期间，如何保障土木工程教学的成果与质量，通过试验操作切实培养学生的动手能力、观察能力和想象能力，是土木工程实验教学的当务之急[3-6]。由于土木工程专业本科四年每学期均有对应的紧张学习任务，疫情期间牵涉的专业实践教学比较多，如土木工程材料、土木工程测量，混凝土结构、土质学与土力学等均有实验实践教学。在新冠肺炎疫情结束时间不确定的条件下，把本学期需要完成的土木工程实践教学任务向暑假或下学期推移，无疑会增加学校、教师与学生的负担。在此背景下，我校建筑工程学院积极贯彻落实习近平总书记关于疫情防控工作的重要讲话精神，按照中原工学院《关于做好2020 年春节学期延迟开学期间教学工作安排的通知》 要求，安排部署线上教学工作。为更好地配合理论教学，学院领导召集全体教师开会，围绕2019-2020 学年第二学期开展的实践教学计划进行了认真筹备，坚持“停课不停教、停课不停学”，采用线上虚拟教学的方式完成了实验教学任务。

1 土木工程测量虚拟仿真实验方法

我校建筑工程学院实验中心拥有河南省首批虚拟仿真实验教学中心，且申报并获批了两项河南省虚拟仿真实验教学项目、一项校级虚拟仿真实验教学项目。本次土木工程测量实验采用的是润尼尔开放式虚拟仿真实验教学与资源共享平台。通过该虚拟仿真系统，让学生进行了全站仪的使用和立井两井定向实验，这两组实验也是土木工程测量课程中最为重要和经典的实验[7]。

通过该虚拟仿真全站仪的使用实验（如图1 所示），让学生生动地了解了全站仪的基本结构，认识其主要部件的名称和作用；能进行全站仪的正确对中、整平、瞄准和读数，掌握了全站仪测量水平角和竖直角的操作、记录和计算方法。

图1 全站仪的使用虚拟仿真实验

图2 两井定向测量虚拟仿真实验

通过虚拟仿真系统立井两井定向实验（如图2所示），同学们能够确定地面建筑物、铁路和河湖等与井下采矿巷道之间的相对位置关系；能够确定相邻矿井的各巷道间及巷道与老塘（采空区）间的相互关系，并正确地划定两相邻矿井间的隔离矿柱；掌握了立井两井定向实验的操作要点和数据分析方法。

同时，结合观看线上搜集的土木工程测量实验教学视频，同学们加深了对全站仪的操作熟练程度，学会了对地貌的基本测量方法，提高了数据采集速度，增加了对测绘工作的了解和兴趣。

土木工程测量可谓“差之毫厘，谬以千里”。通过实验实践教学，同学们更加深刻地认识到了“数据精确”的重要性，增强了责任感。

2 土木工程材料“食材”实验方法

混凝土试块制备与养护是土木工程材料实验的基本功。为做到停课不停学，我们鼓励学生在家里采用“用食材模拟土木工程实验材料，用家庭厨具、食具模拟实验工具”的方法进行混凝土试块制备实验。该实验所用的材料和工具如表1 所列，混凝土试块详细制备过程如下:

首先，用湿毛巾将实验台与搅拌桶擦拭一遍（图3a），将称量好的食材（图3b）倒入搅拌桶，之后将水泥加入并搅拌均匀；将称量好的自来水倒入搅拌桶中（图3c），接着慢速搅拌 7 min 后，再快速搅拌 1 min；为方便混凝土试块脱模，用毛刷蘸润滑油涂抹模具内壁（图3d），之后将拌和好的混凝土砂浆注入模具（图3e）；搅拌桶要及时清理干净；最后，模具放入振动台，振动（3 min）密实（图3f），并将制作好的混凝土试块放入养护箱进行养护，分别养护3 d（短期）、7 d（中期）和 28 d（长期），测试其抗压强度。

表1 土木工程材料实验与模拟实验材料工具对照表

图3 土木工程材料“食材”实验

通过以上土木工程材料模拟实验，帮助学生对混凝土试块制备有一个初步的感性认识，便于其掌握混凝土试块强度的实验原理，达到了土木工程材料实验的教学目的。此外，我们制作了该“食材模拟”实验的小视频，并被我校新闻报道，受到学校和学院领导及广大师生的好评，详见中原工学院主页新闻“身边的榜样 为你喝彩:建筑工程学院战‘疫’时刻 实践教学不停歇”（https://www.zut.edu.cn/info/1041/23914.htm）。

3 结语

土木工程专业是实验性较强的工科专业，新冠肺炎疫情期间通过土木工程测量虚拟仿真系统和土木工程材料“食材”方法做到了“停课不停教、停课不停学”线上实验教学。结合广泛搜集的线上资源，帮助学生更好地理解理论知识，切实培养了学生的动手能力、观察能力和想象能力。在打牢专业知识的基础上，也培养了学生的责任感、使命感。