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摘要：“結(jié)構(gòu)試驗”作為一門土木工程專業(yè)課程，在培養(yǎng)“新工科”創(chuàng)新型卓越工程科技人才中起著重要作用。文章通過分析“結(jié)構(gòu)試驗”課程的內(nèi)容及特點，從教學內(nèi)容、教學方法和手段等方面進行了教學改革，構(gòu)建了驗證型、應用型、創(chuàng)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(jié)合的“結(jié)構(gòu)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(xiàn)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(jié)構(gòu)試驗”；課程教學；實踐探索；現(xiàn)代技術

0引言

結(jié)構(gòu)試驗是研究和發(fā)展工程結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)損傷情況和處理工程事故不可缺少的依靠，在工程結(jié)構(gòu)科學研究和技術創(chuàng)新中起著非常重要的作用［1］。“結(jié)構(gòu)試驗”課程是土木工程等工科專業(yè)的重要專業(yè)必修課，通過“結(jié)構(gòu)試驗”課程的教學，能夠培養(yǎng)學生掌握基本的科學實驗方法與技能，提高科學素養(yǎng)和工程意識。通過結(jié)構(gòu)試驗，學生不僅能夠驗證結(jié)構(gòu)基本理論知識，還可拓寬工程結(jié)構(gòu)的知識面；順利完成結(jié)構(gòu)試驗需要小組成員齊心協(xié)力、團結(jié)合作。“結(jié)構(gòu)試驗”課程在培養(yǎng)土木工程專業(yè)“新工科”創(chuàng)新型卓越工程人才中有著不可替代的作用。

1“結(jié)構(gòu)試驗”課程內(nèi)容及主要特點

“結(jié)構(gòu)試驗”課程的教學主要包括：結(jié)構(gòu)試驗與檢測、結(jié)構(gòu)試驗荷載與加載、結(jié)構(gòu)試驗測量技術與儀表、結(jié)構(gòu)模型試驗、結(jié)構(gòu)靜載試驗、結(jié)構(gòu)動載試驗、結(jié)構(gòu)非破損檢測及建筑物鑒定、工程現(xiàn)場試驗、試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析等方面［2］。土木工程專業(yè)本科階段“結(jié)構(gòu)試驗”課程內(nèi)容應圍繞工程結(jié)構(gòu)試驗需求，著眼于培養(yǎng)學生的專業(yè)思想、專業(yè)素質(zhì)、動手和創(chuàng)新能力，使學生掌握對結(jié)構(gòu)受荷載后性能觀測、對測量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，并能對結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)試驗”的基本知識，更重要的是培養(yǎng)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(jié)構(gòu)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(gòu)造與使用、回彈法測混凝土強度、結(jié)構(gòu)脈動測試等實驗項目。由于受教學課時少的限制，有許多內(nèi)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(xiàn)場實驗的動手鍛煉，單純的讀數(shù)觀測無法培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維［3］。因此“結(jié)構(gòu)試驗”課程教學需要進行改革。

2“結(jié)構(gòu)試驗”課程教學的創(chuàng)新做法

2.1優(yōu)化課程教學內(nèi)容

“結(jié)構(gòu)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(nèi)容和實驗項目進行系統(tǒng)組合優(yōu)選。要注重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，緊密結(jié)合工程實際，最大限度涵蓋土木工程專業(yè)涉及的鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)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(jié)合，盡量保持實驗教學手段的先進性和現(xiàn)代性。教學內(nèi)容和實驗項目的設置緊密銜接，做到彼此關聯(lián)、循序漸進，符合學習規(guī)律。同時兼顧工程實際需要（工程質(zhì)量檢測），使教學和實驗具有一定的連貫性、系統(tǒng)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(jié)合具體教學條件，筆者編寫了結(jié)構(gòu)實驗指導書以及相關數(shù)字教材，從試驗基本原理、實驗操作、試驗結(jié)果分析、試驗報告格式及要求等方面對結(jié)構(gòu)試驗進行介紹。現(xiàn)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(nèi)容。

2.2構(gòu)建分層次的結(jié)構(gòu)試驗教學體系

結(jié)合理論教學內(nèi)容和學生掌握基礎知識的程度，結(jié)構(gòu)試驗項目設為必須完成內(nèi)容和研究創(chuàng)新性內(nèi)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(yè)理論課程的教學，起到驗證理論、深化理解理論，培養(yǎng)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(guī)律。第二類為應用型試驗，即應用專業(yè)基礎課和專業(yè)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(jié)合混凝土結(jié)構(gòu)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(gòu)件受力特點，就是這門專業(yè)課的重要試驗。第三類為創(chuàng)新研究型試驗，主要是結(jié)合創(chuàng)新研究項目或其他研究項目的試驗。學生要根據(jù)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(jiān)督，具體試驗方法要給學生創(chuàng)新留下足夠空間。例如，土木專業(yè)2013級同學的“山東農(nóng)業(yè)大學水土學院結(jié)構(gòu)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(jié)果分析的。這類結(jié)構(gòu)試驗工作量大，也需要一定的條件做保障，通常是結(jié)合大學生創(chuàng)新實踐項目或結(jié)構(gòu)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(jié)合的結(jié)構(gòu)試驗教學方式

將試驗教學與科研及社會服務有機地結(jié)合起來，貼近實際工程問題，對學生們吸引力很大。學生經(jīng)受工程現(xiàn)實環(huán)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(jié)構(gòu)試驗與房屋結(jié)構(gòu)損傷鑒定項目相結(jié)合。工程結(jié)構(gòu)受到自然環(huán)境及各種復雜因素的作用，會導致不同程度的損傷，房屋結(jié)構(gòu)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(qū)貧困戶農(nóng)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(jīng)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(yè)知識的進一步鞏固及國家規(guī)范規(guī)程的理解等各方面有了很大的體會和收獲。實例二，結(jié)構(gòu)試驗與碳纖維加固技術研究課題的結(jié)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(shù)據(jù)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(fā)了鉆研工程結(jié)構(gòu)問題的熱情，加強了工程試驗意識［5］。“結(jié)構(gòu)試驗”教學與校企合作項目相結(jié)合是一個好方式，校企合作可達到行業(yè)、企業(yè)、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(jié)構(gòu)試驗”課程講授的重點內(nèi)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(nèi)教學相結(jié)合

教師課堂內(nèi)講授主要抓住重點和難點，而次要的、簡單的內(nèi)容安排學生課后自學，可采用翻轉(zhuǎn)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(wǎng)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(jié)構(gòu)試驗”課程教學效果［6-7］。

2.4.2現(xiàn)場實物教學和課堂講授相結(jié)合

結(jié)構(gòu)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(shù)量較少，結(jié)合學校具體試驗條件，采取了實驗室現(xiàn)場實物教學和課堂講授相結(jié)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(jié)合；較大的設備和儀器介紹，主要以到實驗室現(xiàn)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(jié)合

結(jié)構(gòu)試驗經(jīng)常會遇到許多不便，如對混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件類的實驗，從實驗準備、綁扎鋼筋、澆筑混凝土、混凝土構(gòu)件養(yǎng)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(shù)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?qū)φ鎸嵀h(huán)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(nèi)容多次重復再現(xiàn)，達到學習的目的。山東農(nóng)業(yè)大學2010級大學生創(chuàng)新實踐項目（SRT）——“結(jié)構(gòu)試驗仿真系統(tǒng)”在“結(jié)構(gòu)試驗”中得到嘗試應用，借助這套結(jié)構(gòu)試驗仿真系統(tǒng)，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(jié)構(gòu)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(tǒng)以考試試卷定成績的簡單做法，將課程成績構(gòu)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(jié)構(gòu)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(nèi)容包括試驗設計、試驗操作、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、問題解答等方面。

3結(jié)語

結(jié)合高等工程教育對大學生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)的要求，筆者對“結(jié)構(gòu)試驗”課程教學進行了一系列的創(chuàng)新探索：優(yōu)化整合了課程教學內(nèi)容、構(gòu)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(xiàn)學生的創(chuàng)新實踐能力等。通過“結(jié)構(gòu)試驗”教學實踐，增強了學生學習“結(jié)構(gòu)試驗”的興趣，學生們的動手能力和創(chuàng)新能力也有了很大的提高，“結(jié)構(gòu)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(nóng)業(yè)大學