土木工程專業結構試驗課程教學探索范文

本站小編為你精心準備了土木工程專業結構試驗課程教學探索參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要：“結構試驗”作為一門土木工程專業課程，在培養“新工科”創新型卓越工程科技人才中起著重要作用。文章通過分析“結構試驗”課程的內容及特點，從教學內容、教學方法和手段等方面進行了教學改革，構建了驗證型、應用型、創新研究型多層次教學體系，實踐探索了與工程項目和科研項目相結合的“結構試驗”課程教學方式。借助多媒體手段、線上平臺、虛擬仿真實驗等現代技術，采取多種教學方法和手段，形成科學合理的課程成績評定方法。

關鍵詞：“結構試驗”；課程教學；實踐探索；現代技術

0引言

結構試驗是研究和發展工程結構新材料、新體系、新工藝、新的工程設計理論和方法的手段，也是鑒定結構損傷情況和處理工程事故不可缺少的依靠，在工程結構科學研究和技術創新中起著非常重要的作用［1］。“結構試驗”課程是土木工程等工科專業的重要專業必修課，通過“結構試驗”課程的教學，能夠培養學生掌握基本的科學實驗方法與技能，提高科學素養和工程意識。通過結構試驗，學生不僅能夠驗證結構基本理論知識，還可拓寬工程結構的知識面；順利完成結構試驗需要小組成員齊心協力、團結合作。“結構試驗”課程在培養土木工程專業“新工科”創新型卓越工程人才中有著不可替代的作用。

1“結構試驗”課程內容及主要特點

“結構試驗”課程的教學主要包括：結構試驗與檢測、結構試驗荷載與加載、結構試驗測量技術與儀表、結構模型試驗、結構靜載試驗、結構動載試驗、結構非破損檢測及建筑物鑒定、工程現場試驗、試驗數據統計分析等方面［2］。土木工程專業本科階段“結構試驗”課程內容應圍繞工程結構試驗需求，著眼于培養學生的專業思想、專業素質、動手和創新能力，使學生掌握對結構受荷載后性能觀測、對測量數據進行統計分析，并能對結構的工作性能和承載能力做出評價的方法。本課程教學不僅要講授“結構試驗”的基本知識，更重要的是培養學生進行試驗方案設計、操作、綜合分析和評價的能力。課程試驗操作一般包括：結構加載設備初識與應用、電阻應變片的粘貼技術、電阻應變儀測量應變、常用機械式量測儀器的構造與使用、回彈法測混凝土強度、結構脈動測試等實驗項目。由于受教學課時少的限制，有許多內容不能做詳細教學講解；受試驗設備、場地、試件制作等條件的限制，有些試驗不可能完全由學生完成。學生缺乏現場實驗的動手鍛煉，單純的讀數觀測無法培養學生的創新思維［3］。因此“結構試驗”課程教學需要進行改革。

2“結構試驗”課程教學的創新做法

2.1優化課程教學內容

“結構試驗”課程一般24學時左右（理論教學14學時，實驗教學10學時），在滿足學時情況下，應對課堂講授內容和實驗項目進行系統組合優選。要注重培養學生的創新意識，緊密結合工程實際，最大限度涵蓋土木工程專業涉及的鋼結構、混凝土結構、砌體結構等方面；實驗教學以基礎實驗為重點，靈活與科學研究項目相結合，盡量保持實驗教學手段的先進性和現代性。教學內容和實驗項目的設置緊密銜接，做到彼此關聯、循序漸進，符合學習規律。同時兼顧工程實際需要（工程質量檢測），使教學和實驗具有一定的連貫性、系統性和實用性。教材是知識傳播的重要載體［4］，在精心挑選教材和參考書的同時，結合具體教學條件，筆者編寫了結構實驗指導書以及相關數字教材，從試驗基本原理、實驗操作、試驗結果分析、試驗報告格式及要求等方面對結構試驗進行介紹。現場實驗前學生需提前閱讀學習，實驗課上教師僅對實驗重點和難點進行扼要講解或演示操作，從而保證學生能夠順利完成實驗內容。

2.2構建分層次的結構試驗教學體系

結合理論教學內容和學生掌握基礎知識的程度，結構試驗項目設為必須完成內容和研究創新性內容。按照循序漸進的原則，課程教學涉及的試驗可分為3種類型。第一類為驗證型試驗，主要是為了很好地服務于土木專業理論課程的教學，起到驗證理論、深化理解理論，培養學生基本試驗技能的作用，如應用電阻應變儀測試懸臂鋼梁的力學規律。第二類為應用型試驗，即應用專業基礎課和專業課知識的綜合試驗，學生在具有一定知識和技能的基礎上，靈活運用所學課程的知識、技能和方法的綜合訓練。例如，鋼筋混凝土簡支梁試驗，該試驗的目的是測試梁正截面和斜截面承載力。學生結合混凝土結構設計原理課程知識和學校實驗條件，選擇加載設備、量測儀器、加載圖式，制定試驗方案，探討分析鋼筋混凝土受彎構件受力特點，就是這門專業課的重要試驗。第三類為創新研究型試驗，主要是結合創新研究項目或其他研究項目的試驗。學生要根據試驗目的，設計試驗方案并完成試驗。在試驗過程中教師可做提示和監督，具體試驗方法要給學生創新留下足夠空間。例如，土木專業2013級同學的“山東農業大學水土學院結構實驗樓振動特性的研究”試驗項目，就是該課題組成員自行設計測試方案、進行測試試驗并進行結果分析的。這類結構試驗工作量大，也需要一定的條件做保障，通常是結合大學生創新實踐項目或結構大賽等項目進行。對學生綜合能力的訓練是其他試驗無法取代的。

2.3開展與工程項目和科研項目相結合的結構試驗教學方式

將試驗教學與科研及社會服務有機地結合起來，貼近實際工程問題，對學生們吸引力很大。學生經受工程現實環境的鍛煉，解決工程實際問題的能力和責任感逐漸得到提升。實例一，結構試驗與房屋結構損傷鑒定項目相結合。工程結構受到自然環境及各種復雜因素的作用，會導致不同程度的損傷，房屋結構損傷診斷和評估需求項目比較多。2016級同學們參與了岱岳區貧困戶農村自主房檢測鑒定項目，利用常用測量儀器設備，以基礎、承重墻、梁、檁、木屋架、混凝土柱、梁、屋面等為鑒定單位，對房屋整體的安全性進行評定。經歷這次實踐活動，同學們在對工程試驗檢測技術應用、土木專業知識的進一步鞏固及國家規范規程的理解等各方面有了很大的體會和收獲。實例二，結構試驗與碳纖維加固技術研究課題的結合。在“碳纖維加固技術試驗研究”科研項目中，學生們參與了試驗方案論證、實驗準備、試驗測試、數據采集分析等過程。試驗過程及對研究課題的了解，使學生們不僅開闊了視野，提高了試驗技能，還激發了鉆研工程結構問題的熱情，加強了工程試驗意識［5］。“結構試驗”教學與校企合作項目相結合是一個好方式，校企合作可達到行業、企業、學校、教師、學生各方受益、多方共贏、多元共享的目的。

2.4采用多種靈活的課程教學手段和方法

“結構試驗”課程講授的重點內容之一是介紹試驗儀器裝置的功能、工作原理、使用方法和加載方式等，課堂講授應生動直觀，為此采用了靈活多樣的教學手段和方法。

2.4.1課堂外學習和課堂內教學相結合

教師課堂內講授主要抓住重點和難點，而次要的、簡單的內容安排學生課后自學，可采用翻轉課堂的形式完成。利用智慧樹、雨課堂等線上平臺，為同學們提供豐富的課堂外網絡學習資源。這種強化學生自主探究的學習模式，盤活學習資源，學習過程具有自主性、靈活性和開放性，很好地提升了“結構試驗”課程教學效果［6-7］。

2.4.2現場實物教學和課堂講授相結合

結構試驗涉及的儀器、儀表和加載設備類型較多，有的設備龐大，有的設備數量較少，結合學校具體試驗條件，采取了實驗室現場實物教學和課堂講授相結合的做法。體積較小、較輕的儀器、儀表直接帶到課堂上，使課堂講授與操作相結合；較大的設備和儀器介紹，主要以到實驗室現場講解為主，課堂上則利用各種視頻、照片和圖片等多媒體形式，展示、介紹大型儀器、設備的操作及試驗過程。

2.4.3虛擬仿真與課堂教學相結合

結構試驗經常會遇到許多不便，如對混凝土結構構件類的實驗，從實驗準備、綁扎鋼筋、澆筑混凝土、混凝土構件養護直到最后加載實驗，歷時長、操作投入大、過程復雜，有時無法保證所有學生參加全周期實驗，有些只能做演示實驗。而計算機數值仿真試驗不受實驗室儀器設備、試驗材料、試驗場地等限制，能夠對真實環境和事物仿真，具有沉浸性、交互性、虛幻性、逼真性的特征，已是一種全新的試驗輔助手段［8］。借助虛擬仿真實驗，可模擬完成實驗全過程，并可使實驗過程和內容多次重復再現，達到學習的目的。山東農業大學2010級大學生創新實踐項目（SRT）——“結構試驗仿真系統”在“結構試驗”中得到嘗試應用，借助這套結構試驗仿真系統，學生們可進行預習、實驗準備、模擬試驗操作過程，提高了學習效率，教學效果良好。

2.5形成較合理的課程成績評定辦法

考試是督促學生學習的有效措施，也是檢驗學習效果的手段之一，但“結構試驗”是一門實踐性很強的課程，僅憑一次卷面考試來評定課程成績不夠全面準確。筆者改變傳統以考試試卷定成績的簡單做法，將課程成績構成分為兩部分：實驗成績和期末閉卷考試成績。其中實驗操作成績占40%~50%。實驗操作考核以能力評價為中心，采用“預習成績+實驗準備、實驗操作成績+實習報告成績”全過程考核方式［9］。期末閉卷考試注重學生綜合能力的考察，設計綜合性試驗是綜合能力考察的最佳方式。因此，在考試試題中既包括結構試驗基本原理，還包括試驗原理的綜合應用［10-11］。試驗設計綜合題目占20%左右，考核內容包括試驗設計、試驗操作、數據統計分析、問題解答等方面。

3結語

結合高等工程教育對大學生創新實踐能力培養的要求，筆者對“結構試驗”課程教學進行了一系列的創新探索：優化整合了課程教學內容、構建了課程教學體系、提出并實施了多種教學手段和教學方法、強化學生自主學習模式、課程成績評定充分體現學生的創新實踐能力等。通過“結構試驗”教學實踐，增強了學生學習“結構試驗”的興趣，學生們的動手能力和創新能力也有了很大的提高，“結構試驗”課程教學改革取得了較好的成效。

作者:王萱 單位:山東農業大學