基于簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的土木工程結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究

周云開(kāi)

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)，廣州510640）

基于簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的土木工程結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究

周云開(kāi)

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)，廣州510640）

土木工程結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)是一門(mén)綜合性、應(yīng)用性、創(chuàng)新性很強(qiáng)的實(shí)踐教學(xué)課程，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)工作對(duì)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)課程有著重要的實(shí)踐指導(dǎo)意義，兩者有機(jī)結(jié)合的教學(xué)改革將有利于學(xué)生的專業(yè)技能、綜合分析能力和自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，論文通過(guò)反思傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)、總結(jié)多年的實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，提出若干教學(xué)改革措施，實(shí)現(xiàn)本學(xué)院應(yīng)用型人才、復(fù)合型人才、創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)目標(biāo)。【Abstract】The civil engineering structural experiment is a practical course of comprehensiveness,application and creativity.Structure health monitoring has guiding significance to the structural experiment course,and the organic combination will help improve students' professional skills,comprehensive analysis ability and independent innovation.Through the reflection of the traditional experimental teaching,and summary of practical teaching experience for many years,some measures of teaching reform are put forward to achieve the training objective of practical,comprehensive,innovative personnel.

土木工程結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)；結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)；教學(xué)改革

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.09.014

1 引言

實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，而實(shí)驗(yàn)是最有效的實(shí)踐。土木工程結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)的任務(wù)是基于結(jié)構(gòu)基本理論，使用各種儀器儀表和試驗(yàn)設(shè)備，對(duì)結(jié)構(gòu)受作用后的性能進(jìn)行觀測(cè)，通過(guò)量測(cè)的數(shù)據(jù)，對(duì)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的承載能力和使用性能作評(píng)估，為驗(yàn)證和發(fā)展結(jié)構(gòu)理論提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。隨著建筑科學(xué)的發(fā)展，新材料的應(yīng)用，新結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，新工藝的施工，往往需要通過(guò)多次的科學(xué)實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)踐才能使理論不斷完善。自然災(zāi)害頻發(fā)，國(guó)家對(duì)防災(zāi)減災(zāi)的重視，使結(jié)構(gòu)抗震、抗風(fēng)方面的實(shí)驗(yàn)研究顯得非常重要。

2 土木工程結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)課程的重要性

土木工程結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)是一門(mén)必修的土木工程專業(yè)基礎(chǔ)課程，是電學(xué)、光學(xué)、光電子學(xué)、力學(xué)、土木工程材料、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)原理、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理等學(xué)科相互交叉的、實(shí)踐應(yīng)用很強(qiáng)的一門(mén)科學(xué)，是用實(shí)驗(yàn)的手段研究和鑒定結(jié)構(gòu)質(zhì)量的一門(mén)學(xué)科[1]。該課程的培養(yǎng)目的，一則提高學(xué)生的工程素質(zhì)、綜合專業(yè)技能，二則拓寬本科畢業(yè)生的就業(yè)渠道，除了傳統(tǒng)的工程施工、管理、設(shè)計(jì)的工作以外，畢業(yè)生也可從事建筑工程質(zhì)量監(jiān)督、工程檢測(cè)、房屋鑒定、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控等工作。

3 土木工程結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中存在的主要問(wèn)題

隨著高校畢業(yè)生就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的加劇以及用人單位對(duì)人才綜合素質(zhì)要求的逐漸提高，本科畢業(yè)生動(dòng)手能力差、創(chuàng)新意識(shí)不強(qiáng)、缺乏理論知識(shí)與工程實(shí)踐聯(lián)系等問(wèn)題逐漸暴露出來(lái)，究其原因，筆者根據(jù)多年的實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出幾個(gè)緣由。

1）實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容滯后，教學(xué)觀念的社會(huì)適應(yīng)性不足。傳統(tǒng)的教學(xué)觀念認(rèn)為實(shí)踐教學(xué)是對(duì)理論知識(shí)起輔助作用。長(zhǎng)久以來(lái)，實(shí)驗(yàn)的目的僅僅停留在驗(yàn)證理論的正確性以及結(jié)論的可行性的層面上，實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容與工程聯(lián)系不夠緊密，脫離了實(shí)際工程情況不利于學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)和綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)。

2）實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊，實(shí)驗(yàn)方法沒(méi)有與時(shí)俱進(jìn)。部分設(shè)備是15年前的產(chǎn)品，如回彈儀，內(nèi)部零件出現(xiàn)銹點(diǎn)，降低檢測(cè)的準(zhǔn)確性，部分儀器缺乏日常的保養(yǎng)或損壞后沒(méi)有及時(shí)維修，會(huì)大大降低實(shí)驗(yàn)的效率；另外，當(dāng)今社會(huì)，科技日新月異，實(shí)驗(yàn)設(shè)備推陳出新，其功能和精確度不斷改進(jìn)。伴隨著實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)手段的更新?lián)Q代，實(shí)驗(yàn)設(shè)備落后的必然結(jié)果是檢測(cè)方法不能與時(shí)俱進(jìn)，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

3）結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)速度跟不上擴(kuò)招的速度。土木工程專業(yè)學(xué)生逐年遞增，造成結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)備資源相對(duì)減少。以大班形式開(kāi)課，實(shí)驗(yàn)資源相對(duì)不足，為保證全體學(xué)生有動(dòng)手的機(jī)會(huì)，則需延長(zhǎng)課時(shí)，浪費(fèi)等待的時(shí)間。

4 土木工程實(shí)驗(yàn)引入“結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)”的實(shí)踐意義

對(duì)重大工程的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)和對(duì)年老的結(jié)構(gòu)進(jìn)行診斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的損失，并評(píng)估其安全性，預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的性能變化和剩余壽命并做出維護(hù)方案，對(duì)提高結(jié)構(gòu)的運(yùn)營(yíng)效率，保證人民生命財(cái)產(chǎn)安全具有極其重大的意義，已經(jīng)成為現(xiàn)代工程越來(lái)越迫切的要求，繼而產(chǎn)生了土木工程學(xué)科的一個(gè)重要領(lǐng)域——“結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)” (Structural Health Monitoring，簡(jiǎn)寫(xiě)為SHM)。對(duì)于受環(huán)境因素、載荷和自然災(zāi)害導(dǎo)致?lián)p傷、累積以及抗力衰減的工程結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)一定的檢測(cè)手段與方法來(lái)判斷結(jié)構(gòu)是否存在損傷，并對(duì)損傷定位和評(píng)估加固來(lái)避免破壞，實(shí)現(xiàn)對(duì)土木工程基礎(chǔ)設(shè)施的損傷檢測(cè)和識(shí)別的過(guò)程稱為“結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)”。

土木工程結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)引入“結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)”，一方面增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的的社會(huì)適應(yīng)性，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣；另一方面，顛覆了“實(shí)踐教學(xué)是對(duì)理論知識(shí)起輔助作用”的教學(xué)觀念，提升結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)課程在人才培養(yǎng)中的地位，有利于學(xué)生職業(yè)技能和自主創(chuàng)新意識(shí)的提高。

5 基于簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的土木工程結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革措施

為了更好地培養(yǎng)實(shí)用型、創(chuàng)新型等多層面人才，土木工程結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革最迫切的問(wèn)題是改革傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，更新、整合和優(yōu)化實(shí)驗(yàn)資源，與時(shí)俱進(jìn)地調(diào)整實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)手段，明確“結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)”工作對(duì)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐指導(dǎo)意義，還原理論知識(shí)到工程實(shí)踐中，努力培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決實(shí)際問(wèn)題的綜合能力。筆者根據(jù)多年的實(shí)踐教學(xué)和工程經(jīng)驗(yàn)，提出了以下的措施。

樹(shù)立實(shí)驗(yàn)與理論并行的教學(xué)觀念。實(shí)驗(yàn)教學(xué)在人才培養(yǎng)中不可或缺，與理論教學(xué)同等重要，“實(shí)驗(yàn)與理論并行”的教學(xué)觀念實(shí)現(xiàn)能有效地促進(jìn)感性認(rèn)識(shí)與理性認(rèn)識(shí)相互提升，有助于學(xué)生把各門(mén)專業(yè)課程的知識(shí)融會(huì)貫通。改革的方向可從培養(yǎng)計(jì)劃、學(xué)生評(píng)價(jià)體系等客觀條件和考核制度、教學(xué)方法等主觀條件著手[2]。

1）提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)在人才培養(yǎng)計(jì)劃中的比重，包括增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時(shí)和學(xué)分。如本學(xué)院的土木工程實(shí)驗(yàn)課程為32學(xué)時(shí)，僅1.0學(xué)分，加權(quán)比重少，在工科要求修滿160學(xué)分里所占比例低，不利于提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)地位。因此，高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革首要變革實(shí)驗(yàn)課時(shí)在人才培養(yǎng)計(jì)劃中的比重。

2）實(shí)施多元化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核制度，包括考核內(nèi)容的多元化和考核方法的多元化?？己藘?nèi)容，如個(gè)人實(shí)操、團(tuán)隊(duì)合作、數(shù)據(jù)分析等多方面的考核，考核成績(jī)現(xiàn)場(chǎng)公布，讓學(xué)生及時(shí)發(fā)現(xiàn)不足；考核方法，不再以單一的考試形式進(jìn)行，綜合了不同的考核內(nèi)容，來(lái)評(píng)定實(shí)驗(yàn)教學(xué)。堅(jiān)持“嚴(yán)格、公平地評(píng)定”的原則下，采用多元化的考核方法，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主創(chuàng)新。

3）提倡實(shí)驗(yàn)與理論課程相互滲透的教學(xué)方法。引入簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)內(nèi)容和方法的結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)，加深了解實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐指導(dǎo)意義，并能更好地與相關(guān)理論知識(shí)有機(jī)結(jié)合；另外，理論課程教學(xué)如鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)原理、結(jié)構(gòu)力學(xué)等，可以引入虛擬結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)，感性認(rèn)識(shí)深化理性認(rèn)識(shí)，提高學(xué)生對(duì)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)效率。

6 結(jié)語(yǔ)

基于簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的土木工程結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革是土木工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革重要的一部分，其發(fā)散性作用將有助于提高其他課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，有助于學(xué)生創(chuàng)新能力、職業(yè)技能、專業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)，有助于社會(huì)實(shí)踐融入高校教育，以實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)滿足社會(huì)需求的應(yīng)用型人才、復(fù)合型人才、創(chuàng)新性人才的目的。

【1】蔣田勇，田仲初.土木工程結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究[J].高等建筑教育，2011，20(4)∶144-147.

【2】張中脊，田仲初.結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)超市創(chuàng)新平臺(tái)的構(gòu)建研究與實(shí)踐[J].高教論壇，2010(5)∶52-54.

Study on Teaching Reform of Civil Engineering Structural Experiment Based on Simple Structure Health Monitoring

ZHOU Yun-kai
（South China Agricultural University，Guangzhou 510640，China）

civil engineering structural experiment;structure health monitoring;teaching reform

TU3-4；G642.0

A

1007-9467（2016）09-0029-02

2016-09-09

周云開(kāi)（1983～），女，廣東南海人，實(shí)驗(yàn)師，從事廢棄建筑材料的循環(huán)再生和高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究。