土木工程測試技術(shù)課程教學改革與實踐

摘要：針對土木工程測試技術(shù)課程存在內(nèi)容龐雜、教學方法單一和綜合性強等問題，提出了一套該課程的教學改革內(nèi)容及方法，并應(yīng)用于實踐教學，得到了良好的教學效果，可為其他類似課程的教學改革提供參考價值。

關(guān)鍵詞：土木工程測試技術(shù);教學改革;實踐教學

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）25-0149-03

土木工程測試技術(shù)課程是一門實踐性較強的本科生專業(yè)課程，我校土木建筑學院土木工程、城市地下空間工程、工程管理三個本科專業(yè)的本科生均需學習該課程。土木工程測試技術(shù)課程里面所傳授的技術(shù)和知識可直接應(yīng)用于工程實際，不僅獲可取土木工程設(shè)計所需的基本參數(shù)和數(shù)據(jù)，而且可驗證工程設(shè)計方案的合理性和保障現(xiàn)場施工過程的安全性。通過本課程的學習，要求學生掌握土木工程建設(shè)中常用的測試技術(shù)原理和方法，并同時具有實際工程監(jiān)測方案的設(shè)計和實施能力，因此，土木工程測試技術(shù)的基本理論和技術(shù)是土木工程專業(yè)必備的專業(yè)知識。

一、課程現(xiàn)存主要問題

（一）課程內(nèi)容龐雜

土木工程測試課程所包含的教學內(nèi)容多而雜。包含電阻式、鋼弦式、電感式、電容式等多種傳感器，且每種傳感器的工作原理和使用方法各異;還包含電阻應(yīng)變片的構(gòu)造、工作原理及測量技術(shù)等內(nèi)容;又涉及到工程結(jié)構(gòu)的無損檢測和半破損檢測技術(shù);同時還融合了模擬信號、采集儀表和試驗機等機械和電氣相關(guān)專業(yè)知識;而針對房屋建筑、橋梁、隧道、道路和礦山等工程性質(zhì)的不同，所采用的測試元件和量測方案均不相同。這些教學內(nèi)容之間既相互聯(lián)系又有區(qū)別，因此，給學生的感覺是教學內(nèi)容太多、過于分散、重點不突出、難以理清頭緒，學生普遍反映該門課程難學。

（二）教學手段單一

目前在土木工程測試技術(shù)課程的教學過程中，要么完全采用滿堂灌、填鴨式的黑板板書教學手段，要么完全采用多媒體課件的授課方式。課程教學手段較為單一，從而導(dǎo)致學生對教學內(nèi)容難于理解和掌握。因土木工程測試技術(shù)課程所涉及的內(nèi)容多而雜，不同的授課內(nèi)容理應(yīng)運用不同的教學手段，才能在一定程度上提高學生的學習積極性和主動性，進而達到預(yù)期的教學效果。

（三）課程綜合性強

土木工程測試技術(shù)是一門綜合性較強的課程，其以土木工程中材料力學、巖土力學、彈性力學和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)等課程為理論基礎(chǔ)，并以計算機工程、電氣工程等學科為技術(shù)支持，同時還融合了土木工程的設(shè)計和施工技術(shù)以及工程實踐經(jīng)驗。因此，學好本門課程的前提是要求學生掌握過硬的土木工程專業(yè)基礎(chǔ)知識和了解部分其他專業(yè)相關(guān)知識，例如在聲波測試技術(shù)這一章里面，對于聲波速度的求解需要學生對彈性力學和數(shù)理方程有所熟悉;對于換能器的工作原理又要求學生了解晶體的壓電效應(yīng);對于聲波儀還需要學生掌握示波器、振蕩器和放大器等設(shè)備。又因?qū)W時有限，對于綜合性如此強的一門課程，如不采取重點突出、補差補短等教學手段，對于大部分學生而言，課程教學質(zhì)量必然很差。

（四）無綜合性教材

我校土木工程測試技術(shù)課程授課對象為土木工程、城市地下空間工程、工程管理三個專業(yè)的本科生，而土木工程專業(yè)下又設(shè)置了礦山建設(shè)工程、巖土與地下工程、工業(yè)與民用建筑和道路與橋梁工程四個方向。不同專業(yè)方向的學生畢業(yè)后將參與到隸屬于“大土木”范疇內(nèi)的不同性質(zhì)工程建設(shè)中，在施工現(xiàn)場所接觸到的一些土木測試儀器和方法也會有所不同。但現(xiàn)有的土木工程測試技術(shù)課程教材，要么是側(cè)重于巖土與地下工程、公路工程的測試[1-3]，專業(yè)方向性很強;要么是測試技術(shù)的基礎(chǔ)知識講解較少[4]，可參考的綜合性書籍又是以手冊的形式出現(xiàn)[5-6]，因其價格相對較貴，不適合作為本科生的教材。

二、課程教學改革內(nèi)容及方法

（一）課程開課時間的設(shè)置

要想使土木工程測試技術(shù)課程的教學效果得到最佳，前提是學生需掌握土木工程的力學概念和具體施工工法，就拿盾構(gòu)隧道檢測技術(shù)這一節(jié)內(nèi)容來說，如果學生對城市地鐵盾構(gòu)法施工工序全然不知，或?qū)Χ軜?gòu)機的構(gòu)造及工作原理不甚了解，則將導(dǎo)致學生對測試對象和測試方法難以理解，更嚴重的會使得學生喪失本門課的學習興趣，勢必造成極差的教學效果。因此，本課程的授課對象應(yīng)該是高年級本科生。據(jù)多年的教學效果對比來看，個人認為其最佳的開課時間應(yīng)選在大學三年級下學期，在此時間段學生首先已掌握了一些土木工程最基本的施工方法，再則學生的學習狀態(tài)不會受到求職、考研等客觀因素的影響。我校土木建筑學院自2008年以來將土木工程測試技術(shù)課程的開課時間從四年級上學期移至三年級下學期，學生的學習積極性和課程的教學效果均得到大幅度提高。

（二）課程教學內(nèi)容的精選和更新

結(jié)合現(xiàn)有土木工程測試技術(shù)相關(guān)書籍精心選取教學內(nèi)容，確定本課程的教學重點內(nèi)容為測試技術(shù)的理論基礎(chǔ)、土木工程測試常用傳感器的構(gòu)造及工作原理（主要包括電阻式傳感器、振弦式傳感器和光纖傳感器等）、混凝土的無損檢測技術(shù)（主要包括混凝土強度的回彈法和超聲波法檢測、混凝土的超聲波法探傷技術(shù)）、混凝土的半破損檢測技術(shù)（主要包括混凝土強度的鉆芯法、射釘法等檢測技術(shù)）、測試技術(shù)的工程應(yīng)用（主要包括深基坑工程、路基路面、橋梁結(jié)構(gòu)、隧道工程和礦建工程等方面的測試技術(shù)應(yīng)用實例）。

隨著土木工程建設(shè)水平的不斷提高，土木工程中的新型測試儀器、設(shè)備和方法層出不窮。對于如此一門快速發(fā)展的學科和課程，其教學內(nèi)容要時刻把握測試技術(shù)發(fā)展動態(tài)，使學生能接觸到土木工程測試技術(shù)最前沿的知識。這就要求教師教學的參考資料不能僅僅局限于教材，而目前僅有的土木工程測試課程教材編寫時間較早，沒有體現(xiàn)當今一些土木工程測試的新技術(shù)、新儀器。教師應(yīng)利用互聯(lián)網(wǎng)資源，通過訪問Google學術(shù)搜索引擎、中國知網(wǎng)、中國傳感網(wǎng)等網(wǎng)站獲取有關(guān)信息，并及時將其加入課件中逐年更新豐富教學內(nèi)容。如現(xiàn)有土木工程測試技術(shù)相關(guān)教材中，對土木工程常用的傳感器介紹還是主要側(cè)重于電阻式和振弦式傳感器等，但如今，光纖式傳感器在土木工程領(lǐng)域得到了高速發(fā)展和廣泛應(yīng)用[7]，筆者在傳感器這一章中對此類傳感器會專門做有關(guān)講解。另外在業(yè)余時間，應(yīng)盡可能教會學生網(wǎng)絡(luò)資源獲取方法，像如何利用關(guān)鍵詞檢索相關(guān)論文等方面。必要時，還須更換最新教材。endprint

（三）針對不同專業(yè)方向突出教學重點

我校土木工程測試技術(shù)課程的授課對象為3個專業(yè)共計6個方向的本科生，該課程的教學由于課時的限制，應(yīng)根據(jù)不同專業(yè)方向，采取重點突出和難點分散的指導(dǎo)思想，才能取得良好的教學效果。這就要求教師在課堂教學中要把握課程最核心的內(nèi)容，并且做到有的放矢。如測試技術(shù)的理論基礎(chǔ)和傳感器這兩章對任何專業(yè)方向的學生都需做詳細講解。又因混凝土是土木工程中應(yīng)用最為廣泛的建筑材料，在房屋、道路、橋梁、隧道和礦山等工程領(lǐng)域中均能看到它的身影，所以混凝土的無損和半破損檢測技術(shù)也是任何專業(yè)方向?qū)W生掌握的核心內(nèi)容。在測試技術(shù)工程應(yīng)用方面，對于工民建方向可重點介紹深基坑工程檢測技術(shù)，對于路橋方向重點介紹橋梁和路基路面檢測技術(shù)，對于巖土與地下工程方向重點介紹深基坑工程檢測技術(shù)和隧道工程檢測技術(shù)，而對于礦山建設(shè)工程方向則須重點介紹井巷工程的檢測技術(shù)，進而建立了土木工程測試技術(shù)課程的模塊化教學體系[8]。尤其對巖土與地下工程、礦山建設(shè)工程方向的學生，要讓他們知道現(xiàn)階段隧道工程、地鐵工程、基礎(chǔ)工程和礦建工程等設(shè)計理論都很不成熟，主要采用工程類比法，現(xiàn)場施工必須借助于有關(guān)測試技術(shù)，學習和掌握現(xiàn)代的工程測試手段更顯重要。

（四）多種教學手段合理綜合運用

本課程內(nèi)容豐富，要求學生掌握的信息量大，要想在有限的時間內(nèi)完成較多的教學內(nèi)容，而且同時保證教學效果，采用傳統(tǒng)或單一的教學手段難度極大。因此，應(yīng)針對不同的教學內(nèi)容合理運用不同的教學手段。如在測試技術(shù)理論基礎(chǔ)的教學中，采用黑板板書和課后參觀相結(jié)合的教學手段，測試系統(tǒng)的誤差處理和傳遞特性利用黑板板書進行講授，課后參考實驗室測試儀器，可使得學生對測試系統(tǒng)的組成有更深刻的認識;在傳感器的教學中，主要運用多媒體教學手段，現(xiàn)有教材一般只給出傳感器的簡圖，通過拍攝實驗室現(xiàn)有傳感器照片、互聯(lián)網(wǎng)搜尋相關(guān)廠家的傳感器實物圖片等，來改進制作多媒體課件，這樣可使得學生對土木工程常用傳感器有著更為直觀的認識;在混凝土檢測技術(shù)的教學中，則運用黑板板書和多媒體的綜合教學手段，通過板書講授檢測數(shù)據(jù)的處理方法，通過多媒體講授混凝土回彈儀、超聲波儀和鉆芯機等檢測設(shè)備。另外，結(jié)合“提問式”教學方法[9]，讓學生自行思考，達到引入的目的，進一步提高教學效果。

（五）課堂教學結(jié)合工程實踐

在土木工程測試技術(shù)課堂教學中，教師如果能將自身所參與的工程測試案例，整理、提煉制成適合教學需要的素材并用于輔助教學，可切實提高學生的學習積極性。筆者曾在混凝土無損及半破損檢測這一章講授過程中，引用了自身參與的淮南望風崗礦副井混凝土井壁的回彈法和鉆芯法檢測工程實例，向?qū)W生演示了整個項目的檢測方法及步驟，并配以現(xiàn)場拍攝的工程測試照片，然后讓學生對測試原始數(shù)據(jù)進行處理，采用所學知識來綜合判定該井壁混凝土的強度。這樣不僅提高了學生的分析問題能力，而且培養(yǎng)了學生解決實際問題的能力。對比以往參照教材上的實例講解來看，該堂課學生滿意度較好，在很大程度上提高了教學效果。

（六）實驗演示教學轉(zhuǎn)變?yōu)閷W生動手操作

我院土木工程測試技術(shù)課程中實驗教學現(xiàn)共有8個學時，主要內(nèi)容為電阻和振弦式傳感器的標定、混凝土強度回彈法檢測、混凝土強度聲波法檢測和混凝土內(nèi)部缺陷的超聲波探傷等。以前由于學時數(shù)限制、實驗設(shè)備欠缺等多方面的原因，主要由教師進行演示實驗教學，通常1～2個班級的學生在旁邊觀看，學生不能親自動手進行實驗操作，這樣勢必影響了學生學習的興趣以及對所學內(nèi)容的掌握。如今新購入一些實驗儀器后，基本可達到讓學生動手操作的要求，能夠使學生更好地了解監(jiān)測的目的和要求，系統(tǒng)而直觀地向?qū)W生介紹各種測試儀器的工作原理和測試方法，使學生更能有針對性地進行監(jiān)測方案的設(shè)計，有利于培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的能力，拓寬學生的知識結(jié)構(gòu)。

（七）考核形式

該課程考試采用開卷考試的形式，考題主要以工程實例的監(jiān)測方案設(shè)計為主，考核學生靈活運用所學知識解決實際工程問題的能力，而且內(nèi)容包括基坑測試、橋梁道路測試和隧道工程測試等多方面內(nèi)容，可供考生根據(jù)自身的專業(yè)方向和興趣來選做。實驗報告的撰寫也能夠考查學生處理測試數(shù)據(jù)的能力，故土木工程測試技術(shù)課程的學生成績由卷面成績和實驗成績兩個方面來綜合判定。

三、課程教學實踐效果及體會

土木工程測試技術(shù)課程教學經(jīng)上述幾個方面的改革后，學生學習的主觀能動性得到大幅度提高，缺勤現(xiàn)象較為少見，測試儀器的動手操作能力也得到進一步增強，在學習態(tài)度上實現(xiàn)了“要我學”到”我要學”的轉(zhuǎn)變。另外，在不斷精選和更新教學內(nèi)容的同時，教師自身的業(yè)務(wù)水平也得到進一步提高，為科研工作的開展奠定了良好基礎(chǔ)。從近幾年的課程考核結(jié)果來看，學生成績的優(yōu)良率一直保持在90%左右，收到了良好的教學效果。

參考文獻：

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[5]唐益群，葉為民.土木工程測試技術(shù)手冊[M].上海：同濟大學出版社，1999.

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