工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革

徐明　宗周紅　張蓓

摘要：基于對(duì)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)及教學(xué)現(xiàn)狀的分析，重點(diǎn)探討了以往實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法及考核方式的不足，并從

實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法及考核方式等方面

對(duì)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)進(jìn)行了改革，以提高工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平，激發(fā)學(xué)生興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和科學(xué)素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理；實(shí)驗(yàn)；教學(xué)；改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G642423；TU3-4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：10052909（2015）05011104

工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理是土木工程專(zhuān)業(yè)的重要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，是一門(mén)理論性、經(jīng)驗(yàn)性和實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。它的概念原理及理論發(fā)展很多都是建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上，因此，工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理實(shí)驗(yàn)是工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理教學(xué)的一個(gè)重要組成部分。實(shí)驗(yàn)教學(xué)在激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，拓展學(xué)生的創(chuàng)新思維，增長(zhǎng)學(xué)生的創(chuàng)新技能，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新品格等方面的作用是其他任何教學(xué)形式所不能替代的[1-5]。通過(guò)做實(shí)驗(yàn)，不僅能夠加深學(xué)生對(duì)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原理的理解，讓學(xué)生對(duì)建筑工程結(jié)構(gòu)的受力過(guò)程及破壞形態(tài)有更加直觀(guān)的認(rèn)識(shí)，而且還能提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)土木工程專(zhuān)業(yè)的興趣及研究熱情[6-7]。

筆者結(jié)合學(xué)校工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題，對(duì)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)考核方式進(jìn)行改革探討，使學(xué)生更好地了解、掌握和運(yùn)用工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理知識(shí)解決實(shí)際工程問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和科研素養(yǎng)，為今后從事土木工程領(lǐng)域的技術(shù)工作或科學(xué)研究打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

一、工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

學(xué)校工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理實(shí)驗(yàn)經(jīng)過(guò)2008年的教學(xué)改革，已獨(dú)立于工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程成為土木工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程的一個(gè)重要組成部分。該實(shí)驗(yàn)課總共10學(xué)時(shí)，包括鋼筋混凝土超筋梁和少筋梁的正截面受彎性能試驗(yàn)、鋼筋混凝土梁斜截面斜壓和斜拉破壞試驗(yàn)等4個(gè)演示試驗(yàn)及鋼筋混凝土適筋梁正截面受彎性能試驗(yàn)、鋼筋混凝土梁斜截面抗剪性能試驗(yàn)、鋼筋混凝土柱偏心受壓性能試驗(yàn)、鋼柱軸心受壓失穩(wěn)試驗(yàn)及磚砌體受壓性能試驗(yàn)等5個(gè)實(shí)際操作試驗(yàn)。以往的實(shí)驗(yàn)教學(xué)步驟大致

為：（1）實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師在每學(xué)期初與理論課授課教師根據(jù)授

課進(jìn)度及時(shí)間，確定每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的具體安排；（2）實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師將實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)及實(shí)驗(yàn)報(bào)告分發(fā)給學(xué)生，學(xué)生根據(jù)要求在每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)前先進(jìn)行預(yù)習(xí)；（3）實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)試件；（4）學(xué)生分組完成實(shí)驗(yàn)，教師巡回指導(dǎo)；（5）學(xué)生撰寫(xiě)并提交各自的實(shí)驗(yàn)報(bào)告；（6）實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作情況及實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成情況給出成績(jī)。以上模式經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐，雖然培養(yǎng)了學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能，但仍然存在以下問(wèn)題。

（一）實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)準(zhǔn)備不夠充分

雖然每學(xué)期初，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師將實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)及實(shí)驗(yàn)報(bào)告發(fā)給學(xué)生，并多次提醒要課前預(yù)習(xí)，但由于缺乏有效的考核機(jī)制，很多學(xué)生未預(yù)習(xí)就參加實(shí)驗(yàn)。

由于學(xué)生缺乏有效的預(yù)習(xí)，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)效果大打折扣，學(xué)生未得到應(yīng)有的實(shí)驗(yàn)鍛煉。

（二）學(xué)生創(chuàng)造性調(diào)動(dòng)不夠充分

以往每學(xué)期開(kāi)始，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師會(huì)將標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)報(bào)告交給學(xué)生。每位學(xué)生在實(shí)驗(yàn)完成后，根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的格式將空白處補(bǔ)充完整，缺乏對(duì)學(xué)生主觀(guān)能動(dòng)性的調(diào)動(dòng)。實(shí)驗(yàn)課變成了簡(jiǎn)單的機(jī)械式的重復(fù)體力勞動(dòng)，未能起到理論與實(shí)踐融會(huì)貫通，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的作用。

（三）實(shí)驗(yàn)報(bào)告存在抄襲現(xiàn)象

由于實(shí)驗(yàn)分組進(jìn)行，抄襲現(xiàn)象難以避免，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師也無(wú)法分辨。

（四）實(shí)驗(yàn)報(bào)告批改后缺乏交流

以往學(xué)生在提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告后，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程就意味結(jié)束。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師會(huì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成情況登錄實(shí)驗(yàn)成績(jī)。此時(shí)，雖然很多學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告在實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析中存在很多問(wèn)題，但是由于此時(shí)成績(jī)已定，實(shí)驗(yàn)報(bào)告也已交學(xué)校存檔，學(xué)生無(wú)法知曉實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析中的錯(cuò)誤，即使知道了，由于實(shí)驗(yàn)成績(jī)已定，也缺乏改正錯(cuò)誤的動(dòng)力。

二、工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與創(chuàng)新

（一）實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)

針對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)不充分的問(wèn)題，主要采取以下措施加以防范。

（1）結(jié)合實(shí)驗(yàn)中心開(kāi)放式學(xué)生選課系統(tǒng)的建設(shè)，在系統(tǒng)里增加了學(xué)生的預(yù)習(xí)考核模塊。針對(duì)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)中的相關(guān)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)中心建立了工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理實(shí)驗(yàn)題庫(kù)，每位學(xué)生在選課前均要在網(wǎng)絡(luò)上參加實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)考核，考核隨機(jī)從題庫(kù)中抽取10道選擇題，學(xué)生只有答對(duì)8道題以上才有資格進(jìn)行選課，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)時(shí)間選擇界面。這一舉措有效地提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)效果。

（2）工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理實(shí)驗(yàn)中的每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)均為實(shí)體構(gòu)件的破壞實(shí)驗(yàn)，因此實(shí)驗(yàn)前要求每組學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師提前提供的試件材料力學(xué)性能參數(shù)（混凝土立方體抗壓強(qiáng)度、鋼筋或鋼材的屈服強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度、砂漿和磚的抗壓強(qiáng)度等），對(duì)自己即將要進(jìn)行的試件進(jìn)行理論分析與計(jì)算。計(jì)算結(jié)果要求在實(shí)驗(yàn)前一周通過(guò)電子郵件提交給實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師，只有完成計(jì)算且無(wú)誤的小組才能開(kāi)始下一步的實(shí)際操作實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，每組學(xué)生也需要根據(jù)自己的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分級(jí)加載。

（二）實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容

對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容及提交方式進(jìn)行了改革。改每人提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告為以小組為單位提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告；改紙質(zhì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告為提交電子版實(shí)驗(yàn)報(bào)告；改固定格式的實(shí)驗(yàn)報(bào)告為開(kāi)放式的實(shí)驗(yàn)研究報(bào)告。

以上改革措施改變了以往單一的、統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)報(bào)告對(duì)學(xué)生思維的束縛，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師僅僅提供實(shí)驗(yàn)報(bào)告的基本內(nèi)容，學(xué)生需根據(jù)自己實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的發(fā)現(xiàn)，結(jié)合自身的思考撰寫(xiě)小組的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，從而將普通的實(shí)驗(yàn)報(bào)告變?yōu)閷?shí)驗(yàn)研究報(bào)告。以鋼柱軸心受壓失穩(wěn)實(shí)驗(yàn)為例，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析中發(fā)現(xiàn)自己實(shí)驗(yàn)做出的試件破壞承載力與理論計(jì)算有很大差異。進(jìn)一步分析產(chǎn)生誤差的原因可知，雖然實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的是軸心受壓鋼柱，但由于實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備中的對(duì)中問(wèn)題，完全的軸心受壓只是理想狀態(tài)，任何一根軸心受壓鋼柱實(shí)際上都存在一定的偏心，從而改變了鋼柱的實(shí)際受力狀態(tài)。學(xué)生通過(guò)分析鋼柱中部截面四周應(yīng)變片在整個(gè)受力過(guò)程中的數(shù)值變化，從理論上計(jì)算出實(shí)驗(yàn)中鋼柱實(shí)際偏心距的大小，然后用計(jì)算得到的偏心距對(duì)破壞承載力理論分析結(jié)果進(jìn)行修正，進(jìn)而解決了實(shí)驗(yàn)值與理論計(jì)算值相差較大的問(wèn)題。通過(guò)類(lèi)似問(wèn)題的分析，學(xué)生提高了分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力，加深了對(duì)理論知識(shí)的理解，得到了進(jìn)行簡(jiǎn)單科學(xué)研究的鍛煉。

由于將實(shí)驗(yàn)報(bào)告改為電子報(bào)告形式，學(xué)生在撰寫(xiě)報(bào)告時(shí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用水平也得到了進(jìn)一步提升。學(xué)習(xí)應(yīng)用ORIGIN或EXCEL軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理分析及關(guān)系曲線(xiàn)制作；應(yīng)用AUTOCAD軟件繪制實(shí)驗(yàn)加載裝置圖及測(cè)點(diǎn)布置圖等；應(yīng)用WORD及POWERPOINT軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)報(bào)告及匯報(bào)文件的處理。

（三）實(shí)驗(yàn)考核方法

考核方法是引導(dǎo)學(xué)生相關(guān)學(xué)習(xí)的指揮棒，考核的目的是讓學(xué)生掌握基本的實(shí)驗(yàn)技能及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析處理方法，而不是簡(jiǎn)單地給出成績(jī)，因此，此次改革對(duì)原有的實(shí)驗(yàn)考核方法進(jìn)行了較大改動(dòng)。

1.實(shí)驗(yàn)操作技能與實(shí)驗(yàn)報(bào)告考核并重

在新的考核方式中，總成績(jī)包括實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)技能操作和實(shí)驗(yàn)報(bào)告三個(gè)部分。實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)占10%，主要根據(jù)學(xué)生網(wǎng)上預(yù)習(xí)的成績(jī)及提交的理論計(jì)算成果評(píng)定；實(shí)驗(yàn)技能操作占20%，主要根據(jù)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的實(shí)際表現(xiàn)；實(shí)驗(yàn)報(bào)告占70%。

2.以小組答辯的方式完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告考核

參照學(xué)校組織學(xué)生進(jìn)行SRTP（本科生科研訓(xùn)練計(jì)劃）答辯的形式，組織完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告的學(xué)生進(jìn)行小組答辯。每組學(xué)生在小組答辯前，需提交1份小組實(shí)驗(yàn)報(bào)告電子版，同時(shí)小組內(nèi)每位學(xué)生需提交一份個(gè)人小結(jié)，小結(jié)主要包括個(gè)人在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中所完成的工作，在實(shí)驗(yàn)操作及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析過(guò)程中有何收獲及對(duì)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的建議等。小組答辯時(shí)，每組準(zhǔn)備一份匯報(bào)材料（POWERPOINT文件），先進(jìn)行實(shí)驗(yàn)情況的介紹。介紹完畢后，實(shí)驗(yàn)教師指導(dǎo)組（三人）針對(duì)小組匯報(bào)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告中的相關(guān)內(nèi)容對(duì)學(xué)生提問(wèn)，同時(shí)學(xué)生將在實(shí)驗(yàn)操作及實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理過(guò)程中遇到的問(wèn)題與教師進(jìn)行交流。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師所提問(wèn)題包括三個(gè)層次：一是，實(shí)驗(yàn)基本操作問(wèn)題；二是，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理及結(jié)果分析問(wèn)題；三是，拓展研討問(wèn)題。在小組答辯過(guò)程中，學(xué)生如能準(zhǔn)確回答出第一、二層次的問(wèn)題即可獲得良好成績(jī)。如在此基礎(chǔ)上能對(duì)拓展研討問(wèn)題進(jìn)行準(zhǔn)確分析，并提出自己的見(jiàn)解則可獲得優(yōu)秀。

3.個(gè)體考核與分組捆綁考核相結(jié)合

實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師針對(duì)每組提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告先根據(jù)完成情況給出小組成績(jī)，然后小組個(gè)人根據(jù)答辯情況乘以相應(yīng)的修正系數(shù)，其中答辯成績(jī)?yōu)閮?yōu)的修正系數(shù)為1.0，答辯成績(jī)?yōu)榱嫉男拚禂?shù)為0.85，答辯成績(jī)?yōu)橹械男拚禂?shù)為0.7，答辯成績(jī)?yōu)榧案竦男拚禂?shù)為0.6，答辯成績(jī)?yōu)椴患案竦男拚禂?shù)為0.5。通過(guò)小組答辯與個(gè)人交流相結(jié)合，個(gè)體考核與分組捆綁考核相結(jié)合，評(píng)判出學(xué)生的考核成績(jī)。這樣一方面提高學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力，另一方面可以根據(jù)每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度和分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力，給出與其實(shí)驗(yàn)操作與實(shí)驗(yàn)分析能力相適合的個(gè)體成績(jī)。

4.實(shí)驗(yàn)報(bào)告二次提交

學(xué)生分組答辯后，需根據(jù)答辯過(guò)程中與實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師的交流情況，對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告中的錯(cuò)誤進(jìn)行修改，對(duì)老師提出的拓展研討問(wèn)題提供書(shū)面研究分析，再提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師根據(jù)二次提交報(bào)告的修改與補(bǔ)充情況，給出最終的實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的二次提交，一方面可以讓學(xué)生對(duì)自己在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和結(jié)果分析中所存在的問(wèn)題有充分認(rèn)識(shí)，從而避免在今后的實(shí)際工程中或科學(xué)研究中犯類(lèi)似錯(cuò)誤；另一方面，通過(guò)

開(kāi)展分析討論，提高學(xué)生獨(dú)立思考問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力。

三、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上方法和措施在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革中的應(yīng)用，課后根據(jù)理論課教師和學(xué)生的信息反饋，學(xué)生們對(duì)各項(xiàng)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握以及應(yīng)用有了很大的提高。通過(guò)教改切實(shí)提高了學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的興趣，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性，不僅使學(xué)生深入理解和掌握了工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理的基本理論知識(shí)，而且著力培養(yǎng)了學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究解決實(shí)際工程問(wèn)題及開(kāi)展科學(xué)研究的能力。參考文獻(xiàn)：

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