在“結(jié)構(gòu)試驗(yàn)”中充分調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)性的思考

白宏思

摘 ? ?要：傳統(tǒng)的“結(jié)構(gòu)試驗(yàn)”教學(xué)中“重在參與”的思路限制了學(xué)生的主動(dòng)性，文章對(duì)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中的理論分析、構(gòu)件尺寸、安裝方案、加載方案、試驗(yàn)組織等環(huán)節(jié)提出了一些改進(jìn)的方案，以期望能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)性，提高“結(jié)構(gòu)試驗(yàn)”的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)試驗(yàn);試驗(yàn)設(shè)計(jì);教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.3 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1002-4107（2015）09-0041-02

結(jié)構(gòu)試驗(yàn)是研究工程結(jié)構(gòu)新材料、新體系、新工藝、新理論、新方法的重要手段，在結(jié)構(gòu)工程學(xué)科的科學(xué)研究、技術(shù)創(chuàng)新與開發(fā)中起著重要的作用，與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工基礎(chǔ)以及土木工程學(xué)科的研究和發(fā)展有著密切的關(guān)系[1]?！敖Y(jié)構(gòu)試驗(yàn)”課程是一門專門介紹結(jié)構(gòu)試驗(yàn)基本知識(shí)的課程。雖說是一門專業(yè)選修課，但“結(jié)構(gòu)試驗(yàn)”是土木工程專業(yè)本科生和碩士研究生均開設(shè)的一門課程。以石河子大學(xué)水利建筑工程學(xué)院的開設(shè)情況為例，在本科階段，“結(jié)構(gòu)試驗(yàn)”安排在大三上學(xué)期，同期開設(shè)的課程有“混凝土結(jié)構(gòu)基本原理”、“鋼結(jié)構(gòu)基本原理”、“砌體結(jié)構(gòu)”等專業(yè)主干課程?！敖Y(jié)構(gòu)試驗(yàn)”中的內(nèi)容與這些主干課程相輔相成。主干課程中的基本原理通過試驗(yàn)的演示更為具體形象，結(jié)合主干課程中理論的講解，試驗(yàn)課程中的試驗(yàn)和原理也易于接受。在碩士研究生階段，“結(jié)構(gòu)試驗(yàn)”安排在研一第一學(xué)期，旨在培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理的能力，為后期試驗(yàn)研究打下基礎(chǔ)。

“結(jié)構(gòu)試驗(yàn)”課程中涉及的試驗(yàn)有很多，如鋼筋混凝土簡支梁試驗(yàn)、鋼筋混凝土柱試驗(yàn)、鋼桁架試驗(yàn)等。本文僅以鋼筋混凝土簡支梁受彎試驗(yàn)為例，對(duì)本科生結(jié)構(gòu)試驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行一些教學(xué)改革，以期望能全面調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)性。

鋼筋混凝土簡支梁的受彎試驗(yàn)，在“混凝土基本原理”課程就有涉及。通過鋼筋混凝土簡支梁的受彎試驗(yàn)，學(xué)生對(duì)混凝土梁的受力狀態(tài)由無裂縫工作到帶裂縫工作再到混凝土壓碎有了直觀的認(rèn)識(shí)。調(diào)整簡支梁的配筋率，可將不同配筋率下混凝土梁的破壞形態(tài)展現(xiàn)在學(xué)生面前。鋼筋混凝土簡支梁的受彎試驗(yàn)激發(fā)了學(xué)生對(duì)“混凝土基本原理”課程的興趣，也有助于專業(yè)課教師對(duì)混凝土受彎工作性能的講授。

在“結(jié)構(gòu)試驗(yàn)與檢測”課程中，也會(huì)遇到鋼筋混凝土簡支梁受彎試驗(yàn)。但是這一次需要學(xué)生掌握的是靜力試驗(yàn)的整個(gè)流程，包括試驗(yàn)前期調(diào)查分析、試驗(yàn)構(gòu)件的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)荷載的施加、測量方案的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理等方面。

一、傳統(tǒng)“結(jié)構(gòu)試驗(yàn)”教學(xué)存在的問題

傳統(tǒng)試驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容過于刻板，不利于學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。傳統(tǒng)的試驗(yàn)教學(xué)方法，以教師提供的試驗(yàn)指南為主，一般有較為詳細(xì)的試驗(yàn)方案[2-3]。試驗(yàn)指南中給出了試驗(yàn)梁的尺寸、配筋、混凝土的等級(jí)，對(duì)荷載的施加大小及方案也有具體的規(guī)定，也規(guī)定了具體的量測方案。需要學(xué)生做的就是參與試驗(yàn)，然后對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。由于試驗(yàn)構(gòu)件有限，學(xué)生的試驗(yàn)報(bào)告基本上千篇一律。這種做法顯然不能激起學(xué)生的興趣，不能充分發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性，也不利于對(duì)學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。

傳統(tǒng)的試驗(yàn)教學(xué)形式過于單一，不利于學(xué)生協(xié)作能力的培養(yǎng)。傳統(tǒng)的試驗(yàn)教學(xué)方法通常都以一個(gè)學(xué)生或一組學(xué)生為單位，教師將試驗(yàn)任務(wù)分配每個(gè)或每組學(xué)生。學(xué)生只是被動(dòng)地接受分配的任務(wù)，學(xué)生之間的討論很有限，不能將學(xué)生的長處發(fā)揮到最好，不利于學(xué)生協(xié)作能力的培養(yǎng)。

傳統(tǒng)的鋼筋混凝土簡支梁受彎試驗(yàn)的試驗(yàn)教學(xué)流程圖見圖1（a），側(cè)重于數(shù)據(jù)處理能力，對(duì)于試驗(yàn)更多的是觀摩性質(zhì)的，并不能很好地調(diào)動(dòng)全體學(xué)生的主觀能動(dòng)性，不利于學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)。

二、改進(jìn)“結(jié)構(gòu)”試驗(yàn)教學(xué)的策略

要培養(yǎng)出既有專業(yè)知識(shí)又有工程素質(zhì)的適應(yīng)社會(huì)要求的應(yīng)用型土木工程人才，需要以能力培養(yǎng)為主線，構(gòu)建與理論教學(xué)相輔相成的實(shí)踐教學(xué)體系[4]。要更為全面地鍛煉學(xué)生的試驗(yàn)操作能力，需要讓學(xué)生參與試驗(yàn)的全過程。

本文對(duì)傳統(tǒng)的靜力試驗(yàn)的試驗(yàn)教學(xué)流程進(jìn)行了一些改進(jìn)，見圖1b，這樣就能更好地調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性，讓學(xué)生參與試驗(yàn)的全過程。

圖1 ?試驗(yàn)教學(xué)流程圖

（一）優(yōu)化試驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

在理論分析階段，由于學(xué)生在“混凝土結(jié)構(gòu)基本原理”中對(duì)計(jì)算理論已進(jìn)行系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，在稍作復(fù)習(xí)的基礎(chǔ)上，更注重于計(jì)算理論的理解與應(yīng)用。對(duì)于學(xué)有余力的學(xué)生可以增加數(shù)值模擬的介紹[5]。這樣可以使鋼筋與混凝土的應(yīng)力分布可視化，能激發(fā)學(xué)生的興趣。

對(duì)試件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可結(jié)合相似原理，讓學(xué)生從實(shí)際結(jié)構(gòu)中選取合適的相似比來進(jìn)行試件的設(shè)計(jì)?；炷亮簩?shí)際出現(xiàn)的部位，都可作為設(shè)計(jì)試驗(yàn)構(gòu)件的原型構(gòu)件，例如，學(xué)生所在教室中的梁、學(xué)生所在宿舍中的梁、學(xué)生食堂中的梁等等。這樣就使得試件設(shè)計(jì)的選題更貼近生活，同時(shí)也引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問題，鍛煉學(xué)生從實(shí)踐中提煉問題的能力。這種培養(yǎng)對(duì)于土木工程專業(yè)這類實(shí)踐性強(qiáng)的專業(yè)尤為可貴。當(dāng)學(xué)生通過相似原理所設(shè)計(jì)的構(gòu)件方案有限時(shí)，則可通過調(diào)整混凝土或鋼筋的強(qiáng)度等級(jí)來豐富構(gòu)件的尺寸和數(shù)量。

在構(gòu)件的安裝方案設(shè)計(jì)時(shí)，先給出實(shí)驗(yàn)室的條件圖或者帶學(xué)生去實(shí)驗(yàn)室實(shí)地觀察。了解實(shí)驗(yàn)室的場地、儀器等試驗(yàn)條件，然后讓學(xué)生根據(jù)各自設(shè)計(jì)的試驗(yàn)構(gòu)件來設(shè)計(jì)構(gòu)件吊裝就位方案。并結(jié)合課本中對(duì)構(gòu)件防護(hù)的要求，在構(gòu)件設(shè)計(jì)中增加預(yù)埋板、預(yù)埋箍等補(bǔ)強(qiáng)措施，保證試驗(yàn)順利進(jìn)行。

根據(jù)學(xué)生對(duì)構(gòu)件的尺寸和配筋的設(shè)計(jì)，則要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行加載方案的設(shè)計(jì)。要確定加載方案，首先要確定加載圖式。在對(duì)加載圖式進(jìn)行講解時(shí)，對(duì)于均布荷載的等效荷載主要有四分點(diǎn)兩集中力加載、四分點(diǎn)四集中力加載兩種。此時(shí)也可以適當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)不同加載圖式進(jìn)行選擇和計(jì)算，允許不同加載圖式的出現(xiàn)，重點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)等效荷載的理解。確定好加載圖式后，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)構(gòu)件開裂荷載、極限荷載進(jìn)行計(jì)算。并根據(jù)計(jì)算的開裂荷載設(shè)計(jì)預(yù)加載方案，根據(jù)計(jì)算的極限荷載設(shè)計(jì)正式加載方案。

由于有不同的加載圖式出現(xiàn)，此時(shí)為了更好地反映構(gòu)件的性能，需要引導(dǎo)學(xué)生合理布置測量儀器，以期望得到合理的數(shù)據(jù)。此時(shí)學(xué)生可能會(huì)布置較多的測量儀器和設(shè)備，那么就需要限定測量儀器和設(shè)備的數(shù)量，引導(dǎo)學(xué)生精簡布置測點(diǎn)，突出重點(diǎn)，同時(shí)還要考慮設(shè)備布置要便于試驗(yàn)觀測。

在確定試驗(yàn)構(gòu)件、安裝方案、加載方案、測量方案后，準(zhǔn)備工作基本就緒。但是要真正順利進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)的組織設(shè)計(jì)必不可少。有多少測點(diǎn)，需要多少人觀測，抑或是安裝方案需要多少人幫忙既高效又安全，這都需要事先安排。否則試驗(yàn)現(xiàn)場就會(huì)出現(xiàn)混亂，試驗(yàn)中的不確定因素也會(huì)增多。制定詳細(xì)的組織方案，能讓學(xué)生通盤考慮一個(gè)試驗(yàn)需要多少工作，這既鍛煉了學(xué)生的組織能力，又可以培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)同能力。

經(jīng)過以上這幾步，學(xué)生們基本每人都有一套與眾不同的詳盡的試驗(yàn)大綱。限于時(shí)間和場地的原因，不可能做到每個(gè)人的試驗(yàn)大綱都得以實(shí)施，此時(shí)就需要進(jìn)行評(píng)比、篩選。為提高效率，評(píng)比以小組為單位討論后，再進(jìn)行全班討論，根據(jù)試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)選擇3到5個(gè)合適的試驗(yàn)大綱進(jìn)行試驗(yàn)。

在試驗(yàn)結(jié)束后，指導(dǎo)學(xué)生填寫試驗(yàn)報(bào)告。根據(jù)學(xué)生的試驗(yàn)報(bào)告，總結(jié)試驗(yàn)全過程經(jīng)常出現(xiàn)的問題。此時(shí)還可組織學(xué)生討論試驗(yàn)過程中可改進(jìn)的地方。這樣有利于學(xué)生對(duì)整個(gè)試驗(yàn)過程的理解，并且能很好地調(diào)動(dòng)學(xué)生的能動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生的興趣。

（二）完善試驗(yàn)教學(xué)體系

傳統(tǒng)的靜力試驗(yàn)教學(xué)體系將理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)區(qū)別得很清楚，講授完理論，再進(jìn)實(shí)驗(yàn)室做試驗(yàn)。在此，則將理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)穿插起來，一旦講到與實(shí)踐相關(guān)的知識(shí)，則引導(dǎo)學(xué)生到現(xiàn)場去觀摩去體驗(yàn)。這樣更利于理論知識(shí)的講解，也利于學(xué)生理解。

改革后的課堂也由全程講授演變?yōu)樯僦v授多討論。這樣能倒逼學(xué)生開動(dòng)腦筋，將理論聯(lián)系實(shí)際，更好地利用理論知識(shí)解決實(shí)際問題。

（三）變革試驗(yàn)考核體系

傳統(tǒng)靜力試驗(yàn)教學(xué)中考核方式是提交試驗(yàn)報(bào)告。改進(jìn)后的考核方法則可綜合學(xué)生在試驗(yàn)全過程的表現(xiàn)來考核學(xué)生。在試驗(yàn)大綱的評(píng)比遴選過程中，既可以很直觀地評(píng)價(jià)學(xué)生的工作，也是學(xué)生進(jìn)行交流的一個(gè)重要平臺(tái)。通過評(píng)比使學(xué)生了解到自己所設(shè)計(jì)的試驗(yàn)方案的不足，也看到別人的長處，利于學(xué)生進(jìn)步。對(duì)于試驗(yàn)報(bào)告的評(píng)價(jià)不再是試驗(yàn)考核的唯一重點(diǎn)了。通過建立多途徑考核方式，也可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。既豐富了學(xué)生的理論知識(shí)體系，又提高了他們的動(dòng)手能力。

試驗(yàn)教學(xué)作為土木工程專業(yè)重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，對(duì)于學(xué)生動(dòng)手能力及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)發(fā)揮著重要作用。對(duì)傳統(tǒng)鋼筋混凝土受彎梁試驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革，有利于培養(yǎng)學(xué)生良好的分析問題和解決問題的習(xí)慣，有助于激發(fā)學(xué)生的能動(dòng)性，以期望全面調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)性，取得較好的試驗(yàn)教學(xué)效果。

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