混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探討與實(shí)踐

羅伯光?覃荷瑛

摘要：以提高學(xué)生對專業(yè)學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)動手操作能力和解決實(shí)際問題、發(fā)展創(chuàng)新能力為目的，針對土木工程專業(yè)混凝土結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式存在的不足，理順混凝土結(jié)構(gòu)的理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)之間的關(guān)系，對實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法、內(nèi)容、過程和手段等方面的改革進(jìn)行了嘗試和探索，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐取得了良好的效果，提出了培養(yǎng)符合創(chuàng)新型土木工程專業(yè)人才的混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革思路。

關(guān)鍵詞：混凝土結(jié)構(gòu)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；教學(xué)改革

作者簡介：羅伯光（1975-），男，廣西合浦人，桂林理工大學(xué)土木與建筑工程學(xué)院，工程師；覃荷瑛（1972-），女，湖南邵陽人，桂林理工大學(xué)土木與建筑工程學(xué)院，副教授。（廣西 桂林 541004）

基金項(xiàng)目：本文系桂林理工大學(xué)教學(xué)改革工程2013年立項(xiàng)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：2013JG37）的研究成果。

中圖分類號：G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）08-0170-02

土木工程專業(yè)是一個實(shí)踐性非常強(qiáng)的專業(yè)，其四年制專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)為：培養(yǎng)適應(yīng)社會主義現(xiàn)代化建設(shè)需要，德、智、體全面發(fā)展，掌握土木工程學(xué)科的基本原則和基本知識，經(jīng)過工程師基本訓(xùn)練，能勝任房屋建筑、道路、橋梁、遂道等各類工程的技術(shù)與管理工作，具有扎實(shí)的基礎(chǔ)理論、寬廣的專業(yè)知識，較強(qiáng)的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的高級專門人才。[1]混凝土結(jié)構(gòu)目前是國內(nèi)外建設(shè)領(lǐng)域用的最多、最廣的結(jié)構(gòu)型式?；炷两Y(jié)構(gòu)系列課程包括混凝土結(jié)構(gòu)基本原理、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、高層建設(shè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與抗震等課程，是各大高校土木工程專業(yè)建筑工程方向開設(shè)的主干課程，混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是該課程教學(xué)的重要組成部分，其基本構(gòu)件的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為高等學(xué)校土木工程本科指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范中規(guī)定的核心實(shí)驗(yàn)單元。[1]在混凝土結(jié)構(gòu)課程的理論教學(xué)過程中同時(shí)穿插實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅能提高學(xué)生對理論的學(xué)習(xí)興趣，加深對理論知識的理解和運(yùn)用，同時(shí)能調(diào)動學(xué)生的主觀能動性、提高學(xué)生的創(chuàng)新能力以及發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的工程實(shí)踐能力，從而培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維與形象思維相結(jié)合、理論與實(shí)踐相結(jié)合、知識的接受與能力的創(chuàng)新相結(jié)合的能力。然而，從目前大多數(shù)高校的教學(xué)現(xiàn)狀來看，混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍處于一個比較薄弱的環(huán)節(jié)，離創(chuàng)新性人才培養(yǎng)的基本要求尚存在一定的差距。本文結(jié)合桂林理工大學(xué)土木工程專業(yè)混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展情況，對該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的改革思路進(jìn)行了探討和實(shí)踐。

一、混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的主要問題

混凝土結(jié)構(gòu)是土木工程專業(yè)中一門工程性、綜合性、實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)課程，其大部分理論、公式等都建立在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)之中[2]，課程理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)是相輔相成、缺一不可的，二者應(yīng)互為補(bǔ)充，在學(xué)生接受能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)中發(fā)揮著同等重要的作用，但目前在很多高校中混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍只作為理論教學(xué)的輔助手段，沒有受到足夠的重視，存在的主要問題有：

1.缺乏獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

實(shí)驗(yàn)課時(shí)偏少，一般混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)課穿插在混凝土結(jié)構(gòu)基本原理理論授課的過程中，實(shí)驗(yàn)課時(shí)為8學(xué)時(shí)，學(xué)生很難在少學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中將理論與實(shí)踐相聯(lián)系；實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目單一，一般高校中混凝土結(jié)構(gòu)只開設(shè)三個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：鋼筋混凝土簡支梁正截面受彎承載力實(shí)驗(yàn)、鋼筋混凝土簡支梁斜截面受剪承載力實(shí)驗(yàn)、鋼筋混凝土柱大偏心或小偏心受壓破壞實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目缺少系統(tǒng)性，影響實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式缺乏新穎，過于呆板和程序化

傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，從實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)原理到實(shí)驗(yàn)構(gòu)件的設(shè)計(jì)、制作以及測試方法、試驗(yàn)加載方案、試驗(yàn)步驟乃至試驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄、試驗(yàn)報(bào)告的格式等都由實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師安排，學(xué)生只需按照規(guī)定一步一步進(jìn)行，不需要自己動手去操作，也不需要查閱資料，甚至不需要思考和創(chuàng)新，這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式往往使學(xué)生感到枯燥無味，難以讓學(xué)生對實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生興趣，不利于培養(yǎng)學(xué)生的觀察問題、發(fā)現(xiàn)問題從而解決問題的能力。[3]

3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備落后

大多數(shù)高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備陳舊并且不足，隨著土土工程專業(yè)人才社會需求急劇增長，學(xué)校對該專業(yè)的學(xué)生也進(jìn)行了擴(kuò)招，原有實(shí)驗(yàn)設(shè)備顯得明顯不足，大型設(shè)備也較少，無法為學(xué)生提供創(chuàng)新開拓的條件。

4.實(shí)驗(yàn)成績考核評定方法不科學(xué)

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)一般根據(jù)考勤和實(shí)驗(yàn)報(bào)告來評定成績，但由于大多數(shù)實(shí)驗(yàn)為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生只需去觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)機(jī)械式地填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，其結(jié)果無法反映學(xué)生的真實(shí)情況，實(shí)驗(yàn)報(bào)告雷同或抄襲現(xiàn)象比較嚴(yán)重，這種只重結(jié)果不重過程的評價(jià)方法導(dǎo)致成績評定存在不公正性，難以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，無法啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。

二、混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革措施的探討和實(shí)踐

桂林理工大學(xué)土木工程專業(yè)是廣西區(qū)重點(diǎn)專業(yè)，以培養(yǎng)土木行業(yè)應(yīng)用型人才作為自己的辦學(xué)定位，近幾年來學(xué)生畢業(yè)后從事施工行業(yè)的比例逐步加大，根據(jù)這一變化趨勢，本專業(yè)從培養(yǎng)計(jì)劃到課程設(shè)置都進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整，過去以培養(yǎng)設(shè)計(jì)型人才為主，改變成以培養(yǎng)建造型人才為主，大幅增加了實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容，并根據(jù)過去實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)過程中存在的問題開展了教學(xué)改革。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面，特別有針對性地對混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革措施進(jìn)行了探討和實(shí)踐，效果比較明顯。

1.改革混凝土結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，細(xì)化實(shí)驗(yàn)過程，讓學(xué)生全過程參與

采用互動式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，改變傳統(tǒng)的以“實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書為中心”、“教師講解、操作為中心”為“以學(xué)生為中心的教學(xué)模式”，讓學(xué)生積極主動地參與實(shí)驗(yàn)全過程，包括實(shí)驗(yàn)試件的設(shè)計(jì)、制作、加載、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫等；并對教學(xué)內(nèi)容不斷更新，以滿足現(xiàn)代化技術(shù)發(fā)展的要求；同時(shí)對整個實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行細(xì)化，以調(diào)動學(xué)生的積極主動性，激發(fā)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的興趣，從而培養(yǎng)學(xué)生動手能力、組織協(xié)調(diào)能力以及創(chuàng)新能力。以混凝土結(jié)構(gòu)簡支梁實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為例，整個實(shí)驗(yàn)過程如下：

（1）實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師根據(jù)學(xué)生進(jìn)行分組，每組10人左右，以組為單元，學(xué)生自行設(shè)計(jì)，按照混凝土結(jié)構(gòu)基本理論中鋼筋混凝土簡支梁三種破壞方式：少筋梁、適筋梁和超筋梁進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，教師進(jìn)行指導(dǎo)后選定一種，學(xué)生根據(jù)選定的梁繪制配筋圖，在這項(xiàng)內(nèi)容中學(xué)生需利用混凝土結(jié)構(gòu)課程理論知識和CAD繪圖知識，并可進(jìn)一步擴(kuò)展學(xué)習(xí)梁的配筋圖平面表示法。

（2）學(xué)生根據(jù)梁配筋圖進(jìn)行開裂荷載、屈服荷載和極限荷載的計(jì)算，完成計(jì)算書，在這項(xiàng)內(nèi)容中學(xué)生需利用到課程理論知識，可使學(xué)生將課本知識應(yīng)用到實(shí)際中。

（3）根據(jù)設(shè)計(jì)的梁配筋圖以及計(jì)算書，對構(gòu)件所需材料進(jìn)行用量計(jì)算和準(zhǔn)備，測定各材料的力學(xué)指標(biāo)，根據(jù)所設(shè)計(jì)的混凝土強(qiáng)度開始混凝土配合比的設(shè)計(jì)、鋼筋的下料、應(yīng)變片的準(zhǔn)備等，學(xué)生在這項(xiàng)內(nèi)容中要利用先行課程土木工程材料的知識，可加深學(xué)生對基本概念的理解與運(yùn)用。

（4）鋼筋混凝土梁的制作。在實(shí)驗(yàn)人員的指導(dǎo)下學(xué)生親自動手，根據(jù)構(gòu)件的設(shè)計(jì)對梁的模板進(jìn)行安裝、鋼筋籠進(jìn)行制作、混凝土進(jìn)行澆筑以及構(gòu)件的養(yǎng)護(hù)和應(yīng)變片的粘貼等，包括鋼筋的下料、截?cái)?、彎折以及綁扎、混凝土的各材料的稱量、拌合、澆筑、振搗。在制作梁的過程中，同時(shí)制作混凝土試塊。在這項(xiàng)內(nèi)容中，可使學(xué)生充分理解鋼筋混凝土梁的各種構(gòu)造規(guī)定，增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識，提高學(xué)生的實(shí)際動手能力。

（5）實(shí)驗(yàn)加載前準(zhǔn)備。對混凝土試塊進(jìn)行試壓，根椐材料的實(shí)測性能重新計(jì)算構(gòu)件的開裂荷載、屈服荷載和極限荷載以便與后面的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備還包括自行設(shè)計(jì)加載程序、各種記錄表格的編制、測點(diǎn)的編號、試件的安裝就位、各種接線工作、儀器儀表的安裝和調(diào)試工作等等，這一系列內(nèi)容可以培養(yǎng)學(xué)生的基本素質(zhì)以及組織協(xié)調(diào)能力。

（6）實(shí)驗(yàn)加載過程。對構(gòu)件進(jìn)行加載，根據(jù)設(shè)計(jì)好的加載程序逐級加載直到破壞，在實(shí)驗(yàn)過程中觀察梁的撓度、裂縫的分布和開展情況、鋼筋的應(yīng)變以及梁的破壞形態(tài)等。在此項(xiàng)工作中可促進(jìn)學(xué)生之間的相互協(xié)作和配合，提高學(xué)生的積極性以及對實(shí)驗(yàn)過程的投入程度。

（7）實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫。學(xué)生根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的情況、現(xiàn)象、問題以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和描述，繪制相關(guān)曲線。通過改革實(shí)驗(yàn)方法，細(xì)化實(shí)驗(yàn)過程，讓學(xué)生全過程互動，全過程參與，整個實(shí)驗(yàn)過程均以“學(xué)生為中心”，實(shí)驗(yàn)老師只進(jìn)行協(xié)助指導(dǎo)，從而調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生的動手能力，加強(qiáng)學(xué)生的組織協(xié)調(diào)能力，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力以及發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的工程實(shí)踐能力。

2.改善實(shí)驗(yàn)條件，改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段

改善實(shí)驗(yàn)條件、創(chuàng)造良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境是提高學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)全過程的興趣的重要因素。目前大部分高校實(shí)驗(yàn)室都存在經(jīng)費(fèi)拮據(jù)、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備陳舊與不足的實(shí)際困難。面對這些困難，一方面通過加大投入購買新的設(shè)備，另一方面應(yīng)發(fā)揮高校自身科研力量的優(yōu)勢，對陳舊的設(shè)備加以改裝利用，或自行研制實(shí)驗(yàn)設(shè)備，以改善實(shí)驗(yàn)條件。浙江大學(xué)自主研發(fā)了鋼筋混凝土實(shí)驗(yàn)教學(xué)綜合加載裝置并獲得了發(fā)明專利。[4]清華大學(xué)自主研發(fā)了多功能的混凝土結(jié)構(gòu)本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺。[5]桂林理工大學(xué)在改善實(shí)驗(yàn)條件方面也做了很大的努力。首先加大了投入，增設(shè)很多新的設(shè)備和儀器；其次對實(shí)驗(yàn)室的布局進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整、撤小并大、重新組合，提高儀器設(shè)備的利用率，并合理配置組合實(shí)驗(yàn)人員，達(dá)到資源共享；再者對現(xiàn)有的較為落后的一些實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了升級改造，例如將一些老式的機(jī)械控溫式恒溫箱改造為數(shù)控恒溫箱，實(shí)現(xiàn)任意溫度控制；將三臺手動操作、表盤顯示式壓力機(jī)改裝成全自動計(jì)算機(jī)控制式數(shù)控壓力實(shí)驗(yàn)機(jī)。通過這些措施推進(jìn)了實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，為學(xué)生提供了良好的實(shí)驗(yàn)條件，更好地為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力提供保障，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

3.改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核方式

實(shí)驗(yàn)課程的考核方式對教學(xué)效果有著直接的影響，針對現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)成績考核的弊端，對實(shí)驗(yàn)成績考核方式進(jìn)行了改革，采取實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績和平時(shí)成績并重的方式。對實(shí)驗(yàn)報(bào)告的成績分配作了調(diào)整，不再僅僅看實(shí)驗(yàn)結(jié)果和對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的描述，在實(shí)驗(yàn)過程關(guān)鍵點(diǎn)設(shè)置考核指標(biāo)，例如：混凝土梁的實(shí)驗(yàn)中可設(shè)置幾個考核指標(biāo)，如計(jì)算出的開裂荷載、屈服荷載、極限荷載與實(shí)驗(yàn)的差值、混凝土試塊的實(shí)測強(qiáng)度和設(shè)計(jì)強(qiáng)度的差值、構(gòu)件是否按預(yù)設(shè)的破壞模式破壞等等。平時(shí)成績也不再以簽到為主，實(shí)驗(yàn)操作技能應(yīng)占較大比例，如試件設(shè)計(jì)、制作的好壞、各小組的組織協(xié)調(diào)能力、實(shí)驗(yàn)儀器的操作能力等等均列入平時(shí)成績考核范疇，并占較大比例。這種考核方式的改革可大大減少學(xué)生不注重平時(shí)的實(shí)驗(yàn)過程、抄襲實(shí)驗(yàn)報(bào)告的現(xiàn)象發(fā)生，公平、公正、合理地考評學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績。

三、結(jié)束語

混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是理論與實(shí)踐相結(jié)合、培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)理論知識解決實(shí)際問題能力的重要環(huán)節(jié)，對于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、協(xié)調(diào)組織能力以及創(chuàng)新能力有著十分重要的意義。通過改革混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法、內(nèi)容、細(xì)化實(shí)驗(yàn)過程、改善實(shí)驗(yàn)條件以及改革實(shí)驗(yàn)成績考核方式、以學(xué)生為中心、讓學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)全過程等措施，對混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革進(jìn)行了探討和實(shí)踐，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的質(zhì)量。

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（責(zé)任編輯：王祝萍）