土木工程專業(yè)結(jié)構(gòu)試驗課程教學(xué)改革實踐

1、    土木工程專業(yè)結(jié)構(gòu)試驗課程教學(xué)改革實踐    彭苗摘 要結(jié)構(gòu)試驗是土木工程專業(yè)一門重要的實踐課程。廈門理工學(xué)院土木工程專業(yè)對結(jié)構(gòu)試驗課程進(jìn)行了教學(xué)改革。其將結(jié)構(gòu)試驗課程設(shè)置為兩部分，分別在兩個學(xué)期安排教學(xué)。課程設(shè)置改革不僅對材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、混凝土結(jié)構(gòu)原理等理論課程形成了良好的支持，也對大學(xué)生創(chuàng)新性試驗、結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽等學(xué)生科技活動起到了有力支撐作用。在教學(xué)過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生將理論知識與實際相結(jié)合，增強(qiáng)了學(xué)生的理論應(yīng)用能力、動手能力和協(xié)作能力，取得了較好的教學(xué)效果。關(guān)鍵詞土木工程；結(jié)構(gòu)試驗；教學(xué)改革 g642.3 a 2095-3437（2017

2、）10-0036-03土木工程是一門實踐性較強(qiáng)的專業(yè)，其教學(xué)計劃中除了常規(guī)的理論教學(xué)外，還結(jié)合不同課程的特點安排了多種多樣的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。結(jié)構(gòu)試驗就是其中一門重要的實踐性課程，其任務(wù)是通過理論和實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生獲得工程結(jié)構(gòu)試驗、檢測方面的基礎(chǔ)知識和基本技能，并培養(yǎng)其進(jìn)行試驗設(shè)計和試驗規(guī)劃的能力。掌握結(jié)構(gòu)試驗的理論和技能是順利開展生產(chǎn)和科研工作的重要保障。該課程設(shè)置的試驗理論及試驗操作環(huán)節(jié)，能夠引導(dǎo)學(xué)生將結(jié)構(gòu)理論與試驗測試進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，既加深了對結(jié)構(gòu)理論的認(rèn)識，又提高了試驗分析能力。由于對實踐教學(xué)重視程度不夠，試驗設(shè)備經(jīng)費投入不足，導(dǎo)致試驗儀器落后；加上多數(shù)院校對于土木工程結(jié)構(gòu)試驗的教學(xué)存在

3、著重視理論教學(xué)、輕視試驗教學(xué)的情況，結(jié)構(gòu)試驗教學(xué)一直以來效果較差，無法發(fā)揮其應(yīng)有的功能。近幾年來，各院校普遍開始重視實踐教學(xué)，結(jié)構(gòu)試驗場地、試驗設(shè)備和師資均有了較大程度的提高。廈門理工學(xué)院是一所地方性本科高校，主要是為地方培養(yǎng)應(yīng)用型人才，根據(jù)此定位，在教學(xué)過程中開展了結(jié)構(gòu)試驗教學(xué)改革研究。本文主要介紹我校結(jié)構(gòu)試驗課程教學(xué)改革的實踐探索經(jīng)驗，以資同類高校參考借鑒。一、結(jié)構(gòu)試驗課程設(shè)置改革我國高等院校土木工程專業(yè)培養(yǎng)方案中均設(shè)置了結(jié)構(gòu)試驗與檢測課程，不少院校將結(jié)構(gòu)試驗與檢測設(shè)置為一門課程，且以理論講授為主，實踐課時較少。結(jié)合我校應(yīng)用型定位，土木工程專業(yè)將結(jié)構(gòu)試驗與檢測設(shè)置為結(jié)構(gòu)試驗和結(jié)構(gòu)檢測兩門獨

4、立課程。結(jié)構(gòu)試驗課程的教學(xué)內(nèi)容主要包括結(jié)構(gòu)試驗基礎(chǔ)理論與結(jié)構(gòu)試驗技術(shù)兩部分，結(jié)構(gòu)檢測課程的教學(xué)內(nèi)容主要是與行業(yè)新技術(shù)應(yīng)用結(jié)合較緊密的巖土、建筑和橋梁結(jié)構(gòu)檢測理論與方法。在學(xué)期安排上，以前我校參考一些高校的做法，將結(jié)構(gòu)試驗課程安排在大四上學(xué)期。這樣安排導(dǎo)致結(jié)構(gòu)試驗課程與相關(guān)理論課程之間存在著明顯的脫節(jié)，理論課程往往比結(jié)構(gòu)試驗提前了好幾個學(xué)期。結(jié)構(gòu)試驗課程除了承擔(dān)結(jié)構(gòu)試驗理論和試驗技術(shù)教學(xué)任務(wù)外，還應(yīng)有配合支持本專業(yè)結(jié)構(gòu)理論課程教學(xué)的任務(wù)。為了與相關(guān)專業(yè)課程對接以形成互相支持關(guān)系，我校將結(jié)構(gòu)試驗課程設(shè)置為上、下兩部分，分別安排在大二下學(xué)期和大三上學(xué)期，以改善過去結(jié)構(gòu)試驗教學(xué)與材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、混

5、凝土結(jié)構(gòu)基本原理等課程之間脫節(jié)的問題。結(jié)構(gòu)試驗（上）（下）的主要課程安排如表1所示。二、結(jié)構(gòu)試驗對理論課程的實證結(jié)構(gòu)試驗中有混凝土受彎梁（含少筋梁、適筋梁、超筋梁三種構(gòu)件）、受剪梁（含剪壓、斜壓、斜拉三種構(gòu)件）和偏壓柱的破壞性試驗。在混凝土結(jié)構(gòu)基本理論課程中，教師一般通過圖片進(jìn)行解說，學(xué)生往往難以直觀理解各構(gòu)件的破壞規(guī)律，影響了教學(xué)效果。在結(jié)構(gòu)試驗課程中，除偏壓柱是演示試驗外，每個小組都要獨立完成受彎梁和受剪梁共六種構(gòu)件的試驗測試過程。在試驗測試過程中，學(xué)生能夠直接地觀測到裂縫的產(chǎn)生、發(fā)展直至構(gòu)件完全破壞的過程。整個構(gòu)件的破壞規(guī)律和破壞形態(tài)會讓學(xué)生得到深刻印象，學(xué)生對照混凝土結(jié)構(gòu)基本理論課程上

6、的相關(guān)論斷，會加深并鞏固所學(xué)知識。完成這一試驗后，與混凝土結(jié)構(gòu)理論教學(xué)就構(gòu)成了完整的理論與試驗的印證關(guān)聯(lián)，同時學(xué)生也要進(jìn)一步運用混凝土結(jié)構(gòu)理論完成試驗分析和報告。等強(qiáng)度梁的應(yīng)力測試試驗和鋼桁架靜載試驗都是非破壞性試驗，分別對材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)相關(guān)理論知識進(jìn)行了實證，同時也需運用相關(guān)知識完成試驗任務(wù)。三、結(jié)構(gòu)試驗對理論課程的升華在試驗教學(xué)過程中，我們特別注意啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生思考理論知識與實踐知識之間的聯(lián)系，進(jìn)一步對所學(xué)理論知識進(jìn)行反思和升華。在結(jié)構(gòu)試驗課程教學(xué)中，等強(qiáng)度梁的應(yīng)力測試需要應(yīng)用材料力學(xué)的知識；鋼桁架的靜載試驗需要應(yīng)用結(jié)構(gòu)力學(xué)知識進(jìn)行桁架桿件的應(yīng)力計算、節(jié)點的撓度計算；混凝土受彎、受剪試

7、驗需要應(yīng)用混凝土結(jié)構(gòu)原理課程知識，同時試驗構(gòu)件破壞過程也是混凝土結(jié)構(gòu)原理理論知識的直觀化呈現(xiàn)。在結(jié)構(gòu)試驗教學(xué)中，教師要注重理論與實際之間的差別與聯(lián)系。在教學(xué)實踐中，我們一般從實際結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)力學(xué)模型二者之間的聯(lián)系與差異來引導(dǎo)學(xué)生思考。將現(xiàn)實結(jié)構(gòu)簡化為結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，這個過程就是建模。建模在結(jié)構(gòu)分析中是非常關(guān)鍵的第一步工作。在鋼桁架靜載試驗之前，教師要讓學(xué)生先到實驗室觀察鋼桁架實際結(jié)構(gòu)，然后引導(dǎo)學(xué)生思考如何將實際結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)力學(xué)模型。在這個過程中，啟發(fā)學(xué)生思考：實際結(jié)構(gòu)的桿件如何簡化為結(jié)構(gòu)力學(xué)模型中的桿件？為什么鋼桁架桿件可以簡化為軸心受力桿件？其對荷載作用有什么限制？對于鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點區(qū)域，結(jié)構(gòu)力學(xué)

8、模型是如何簡化的？是否存在著誤差？誤差到底有多大，是否可以推翻結(jié)構(gòu)力學(xué)的基本假設(shè)？試驗鋼桁架構(gòu)件的支座如何設(shè)置才能滿足結(jié)構(gòu)力學(xué)中支座的力學(xué)特性要求？實際的支座與結(jié)構(gòu)力學(xué)中的理想狀態(tài)差別在哪里？進(jìn)一步的，可以引導(dǎo)學(xué)生思考：鋼桁架桿件應(yīng)力測點選在哪些位置，為什么要遠(yuǎn)離節(jié)點區(qū)域？節(jié)點區(qū)域應(yīng)力是什么狀態(tài)，是否可以用結(jié)構(gòu)力學(xué)知識求解？如何進(jìn)行應(yīng)力測試？經(jīng)過一系列的提問，引導(dǎo)學(xué)生思考力學(xué)建模的過程和誤差來源，從而加深對結(jié)構(gòu)知識的認(rèn)識與理解。在結(jié)構(gòu)課程教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生一般較關(guān)注桿件的簡化和計算，但容易忽略結(jié)點和支座建模，遇到實際結(jié)構(gòu)有時候不知道簡化為何種結(jié)點、支座形式。對照鋼桁架結(jié)構(gòu)，教師重點講解了桁架

9、節(jié)點區(qū)域在力學(xué)模型中的簡化，隨即啟發(fā)學(xué)生思考這種簡化是否會帶來誤差、誤差有多大。學(xué)生一般能回答出這種簡化會帶來誤差，能夠回答力學(xué)模型中是鉸結(jié)點，但對實際結(jié)構(gòu)結(jié)點與理想鉸結(jié)點之間的誤差到底有多大回答不出來。教師可以有針對性地引入次應(yīng)力的概念，引導(dǎo)學(xué)生課下自行查閱次應(yīng)力的相關(guān)課外知識。endprint在結(jié)構(gòu)試驗教學(xué)過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生將以前學(xué)過的各門理論課程知識與本門課程實踐聯(lián)系起來，對結(jié)構(gòu)理論起到了反思、強(qiáng)化和提高的作用，加強(qiáng)了結(jié)構(gòu)建模和結(jié)構(gòu)分析知識的應(yīng)用，改變了過去為完成試驗教學(xué)任務(wù)而試驗的狀況，取得了較好的教學(xué)效果。四、結(jié)構(gòu)試驗對學(xué)生實踐能力的提高根據(jù)我校地方應(yīng)用型高校的定位，結(jié)構(gòu)試驗課程要

10、保證每個學(xué)生有充分的動手訓(xùn)練機(jī)會。除學(xué)時要保證足夠外，在分組時上也要保證每位學(xué)生在試驗中都有職責(zé)，以杜絕“袖手旁觀”現(xiàn)象。因此，應(yīng)變測試技術(shù)試驗要求2人一組，其他試驗要求56人一組，且每組都要求有明確分工；各組員分工合作完成試驗任務(wù)，既能充分訓(xùn)練每個人的動手能力，又能鍛煉其團(tuán)隊協(xié)作能力。在結(jié)構(gòu)試驗過程中，試驗構(gòu)件的表面處理、貼片、吊運、安裝、聯(lián)線、調(diào)試和試驗測試整個過程都由學(xué)生以小組形式協(xié)同完成。教師主要負(fù)責(zé)安全、技術(shù)、質(zhì)量方面的把關(guān)指導(dǎo)，試驗過程中遇到的問題均需要組員在教師指導(dǎo)下協(xié)作解決；如一個試驗不能完成，則所有小組組員的課程成績都不及格。經(jīng)過近幾年實踐，學(xué)生都能做到積極動手參與試驗，較好

11、地掌握了試驗測試的理論和技術(shù)，取得了較好的教學(xué)效果。五、結(jié)構(gòu)試驗對大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽的支持大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽是培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新意識、合作精神和工程實踐能力的學(xué)科性競賽。大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽對提高大學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計能力、動手實踐能力和綜合素質(zhì)，加強(qiáng)高校間的交流與合作具有重要意義，同時也為高等學(xué)校開展創(chuàng)新教育和實踐教學(xué)改革、加強(qiáng)高校與企業(yè)之間聯(lián)系、推動學(xué)科創(chuàng)新活動起到積極示范作用。目前大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽已具備全國、跨省片區(qū)、省、市、校等多級競賽體系格局，參與面廣，是土木工程專業(yè)最有影響力的專業(yè)競賽之一。結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽一般需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計、理論計算并制作結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)加載測試，其整個過程實質(zhì)上包含了結(jié)構(gòu)設(shè)

12、計和結(jié)構(gòu)試驗內(nèi)容。鑒于結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽的參賽主力是大二、大三學(xué)年學(xué)生，我們將結(jié)構(gòu)試驗課程提前到大二學(xué)年開設(shè)，學(xué)生能夠盡早學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)試驗測試?yán)碚摵图夹g(shù)方面的知識，對于結(jié)構(gòu)競賽起到了很好的支持作用。六、結(jié)構(gòu)試驗對大學(xué)生創(chuàng)新性試驗的支持大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃是我國高等學(xué)校本科教學(xué)“質(zhì)量工程”的重要組成部分。該計劃的啟動和實施旨在探索并建立以問題和課題為核心的教學(xué)模式，倡導(dǎo)以本科學(xué)生為主體的創(chuàng)新性實驗改革，調(diào)動學(xué)生的主動性、積極性和創(chuàng)造性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識，在校園內(nèi)形成創(chuàng)新教育氛圍，建設(shè)創(chuàng)新教育文化，全面提升學(xué)生的創(chuàng)新實驗?zāi)芰?。通過開展實施計劃，帶動廣大學(xué)生在本科階段得到科學(xué)研究與發(fā)明創(chuàng)造的訓(xùn)練，

13、改變目前高等教育培養(yǎng)過程中實踐教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱、學(xué)生動手能力不強(qiáng)的現(xiàn)狀，改變灌輸式的教學(xué)方法，推廣研究性學(xué)習(xí)和個性化培養(yǎng)的教學(xué)方式，形成創(chuàng)新教育的氛圍，建設(shè)創(chuàng)新文化，進(jìn)一步推動高等教育教學(xué)改革，提高教學(xué)質(zhì)量。目前，大學(xué)生創(chuàng)新性試驗形成了國家級、省級、校級等完整體系，是覆蓋面廣、影響廣泛的本科生科研項目之一。大學(xué)生創(chuàng)新性試驗項目中，學(xué)生是項目的主體，導(dǎo)師只是起輔導(dǎo)作用。參與項目的本科學(xué)生創(chuàng)新團(tuán)隊，在導(dǎo)師指導(dǎo)下，要自主選題設(shè)計、自主組織實施、獨立撰寫總結(jié)報告。土木工程專業(yè)的大學(xué)生創(chuàng)新性試驗很多是在導(dǎo)師指導(dǎo)下開展新材料、新結(jié)構(gòu)方面的科研，且必須具備一定學(xué)科基礎(chǔ)知識才能申報，因此學(xué)生一般以大二、大三學(xué)生為

14、主。學(xué)生由于在大二學(xué)習(xí)了結(jié)構(gòu)試驗課程，掌握了結(jié)構(gòu)試驗理論和測試技術(shù)，再加上其他專業(yè)課程的知識基礎(chǔ)，就具備了開展創(chuàng)新性試驗項目研究的基礎(chǔ)。因此，我們對結(jié)構(gòu)試驗課程設(shè)置的相關(guān)改革，對大學(xué)生創(chuàng)新性試驗項目的開展十分有利，部分優(yōu)秀學(xué)生可以提前跟隨導(dǎo)師開展科研活動，也可以將后續(xù)研究延伸至畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)。七、結(jié)構(gòu)試驗對教師科研和畢業(yè)設(shè)計（論文）的支持積極引導(dǎo)大學(xué)生參與課外科技創(chuàng)新活動，對提高學(xué)生的創(chuàng)新意識具有非常積極的意義。其中一個很重要的形式是參與教師科研活動。土木工程專業(yè)的科研項目大多需要做試驗研究，以教師和研究生為主體；但近些年來，由于對創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的日益重視，本科生作為后備科研力量越來越多地參與了教

15、師科研活動，相當(dāng)多的本科生取得了較好的科研成果，這也有助于盡早發(fā)現(xiàn)好的科研苗子。由于我們在大二下學(xué)期就開設(shè)了結(jié)構(gòu)試驗課程，學(xué)生學(xué)習(xí)了結(jié)構(gòu)試驗的基礎(chǔ)理論和基本測試技術(shù)，這給學(xué)生參與教師科研打下了必備的知識技能基礎(chǔ)。很多學(xué)生在參與教師科研活動后，將所參與的科研項目延伸至畢業(yè)設(shè)計（論文）階段，繼續(xù)開展結(jié)構(gòu)試驗科研，為進(jìn)一步深造打下了堅實的基礎(chǔ)。八、結(jié)語針對土木工程專業(yè)結(jié)構(gòu)試驗課程的教學(xué)改革實踐，我校改變了過去結(jié)構(gòu)試驗課程不受重視的狀況，將結(jié)構(gòu)試驗教學(xué)提升到了土木工程專業(yè)實踐教學(xué)中的重要位置。在教學(xué)過程中，教學(xué)內(nèi)容對材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、混凝土結(jié)構(gòu)原理等課程形成呼應(yīng)關(guān)系，并利用既有知識在實踐中進(jìn)一步強(qiáng)化

16、應(yīng)用，起到了很好的理論與實踐結(jié)合的作用。課程設(shè)置的改革對大學(xué)生創(chuàng)新性試驗、結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽、參與教師科研等學(xué)生科研創(chuàng)新活動起到了較好的支撐作用。同時，學(xué)生動手能力、協(xié)作精神、克服困難的意識都得到了明顯提升。總體而言，結(jié)構(gòu)試驗課程教學(xué)改革取得了較好的效果。 參 考 文 獻(xiàn) 1 郭蓉，趙少偉，王榮霞.“結(jié)構(gòu)試驗”課程創(chuàng)新性教育改革研究j.實驗室科學(xué)，2012（6）：4-5.2 王軍軍，艾軍.土木工程結(jié)構(gòu)試驗與檢測課程的教學(xué)改革與探討j.東南大學(xué)學(xué)報（哲學(xué)社會科學(xué)版），2012（s2）：106-107.3 楊濤.建筑結(jié)構(gòu)試驗課程教學(xué)改革探討j.廣西教育，2013（15）：141-142.4 張麗.建筑結(jié)構(gòu)試驗課程教學(xué)改革研究j.安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2013（4）：118-1