土木工程實驗課程的教學(xué)模式研究

馬輝

摘 要：實驗課是工科學(xué)生不可或缺的課題，實驗教學(xué)在土木工程專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)中是不可缺少的重要組成部分。土木工程實驗既是一門科學(xué)又是一種技術(shù)，是研究和發(fā)展土木工程新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝以及檢驗結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計理論的重要手段，在結(jié)構(gòu)工程科學(xué)研究和技術(shù)創(chuàng)新等方面起著重要作用。學(xué)生必須掌握實驗課的基本理論，操作方法;指導(dǎo)學(xué)生在實驗課程中將在課堂上所學(xué)到的理論知識應(yīng)用到實戰(zhàn)當(dāng)中往，要做到能把課本上的知識機動適當(dāng)?shù)膽?yīng)用。提高學(xué)生的質(zhì)疑、推理、判斷、反思、交流、合作等能力、特別是創(chuàng)新精神和實踐能力。

關(guān)鍵詞：實驗探究;技能培養(yǎng);土木工程實驗

1 充分理解如何進行實驗探究

土木工程實驗課程是突出科學(xué)的探究活動，倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)?？茖W(xué)探究是一種多側(cè)面的活動，學(xué)生積極主動地獲取知識，領(lǐng)悟科學(xué)的思想觀念，領(lǐng)會科學(xué)的研究方法，而進行的多種活動都屬于探究。進行科學(xué)探究，通常以問題為引入，然后作出假設(shè)，常通過觀察、實驗、調(diào)查等多種途徑來獲得事實和證據(jù)。探究需要推理和判斷，需要正確地表達和與人交流，所以科學(xué)探究通常包括：提出問題，作出假設(shè)，制定計劃，收集證據(jù)，得出結(jié)論，表達和交流。實驗是常見的探究實踐活動。實驗?zāi)茏寣W(xué)生通過動手操作來增加感性認識，加深對所學(xué)知識的理解，培養(yǎng)學(xué)生動手操作能力。探究性實驗，還能提高學(xué)生的質(zhì)疑、推理、判斷、反思、交流、合作等能力、特別是創(chuàng)新精神和實踐能力。

2 實驗技能培養(yǎng)應(yīng)充分重視

土木工程實驗課程是研究和發(fā)展結(jié)構(gòu)計算理論的重要實踐，從材料的力學(xué)性能到驗證由各種材料構(gòu)成不同類型結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的基本計算方法，以及近年來發(fā)展的大量大跨、超高、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的計算理論，都離不開試驗研究。因此，土木工程實驗課程在土木工程結(jié)構(gòu)科學(xué)研究和技術(shù)革新方面起著重要的作用，與結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工及推動土木工程學(xué)科的發(fā)展有著密切的關(guān)系。土木工程實驗課程中的試驗荷載要與結(jié)構(gòu)在實際中的受力情況相一致，試驗時的荷載應(yīng)使結(jié)構(gòu)處于某一種實際可能的最不利的工作情況。當(dāng)采用等效荷載時，試驗荷載的大小要根據(jù)相應(yīng)的等效條件換算得到，同時要注意荷載圖式的改變對結(jié)構(gòu)的各種影響。結(jié)構(gòu)試驗的加載制度要根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)按照相應(yīng)的規(guī)范或標(biāo)準的規(guī)定進行設(shè)計。

土木工程實驗相關(guān)課程與材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、地基基礎(chǔ)和橋梁結(jié)構(gòu)等課程直接有關(guān)，并涉及物理學(xué)、機械與電子測量技術(shù)、數(shù)理統(tǒng)計分析等內(nèi)容。通過實驗課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握土木工程實驗課程方面的基礎(chǔ)知識和基本技能，掌握一般工程結(jié)構(gòu)試驗規(guī)劃設(shè)計、結(jié)構(gòu)試驗、工程檢測和鑒定的方法，以及根據(jù)試驗結(jié)果作出正確的分析和結(jié)論的能力，為今后的學(xué)習(xí)和工作打下良好的基礎(chǔ)。土木工程實驗課程它的任務(wù)是在結(jié)構(gòu)或?qū)嶒瀸ο笊?，以儀器設(shè)備為工具，利用各種實驗技術(shù)為手段，在荷載或其他因素作用下，通過測試與結(jié)構(gòu)工作性能有關(guān)的各種參數(shù)后進行分析，從而對結(jié)構(gòu)的工作性能作出評價，對結(jié)構(gòu)的承載能力作出正確的估計，并為驗證和發(fā)展結(jié)構(gòu)的計算理論提供可靠的依據(jù)。通過本門課程的學(xué)習(xí)，在理論上讓學(xué)生掌握結(jié)構(gòu)試驗的知識，工程結(jié)構(gòu)試驗的量方法、程結(jié)構(gòu)試驗過程、可靠性鑒定等。

工程結(jié)構(gòu)試驗的大量方法與土木工程實驗課程中的試驗荷載要與結(jié)構(gòu)在實際中的受力情況相一致，試驗時的荷載應(yīng)使結(jié)構(gòu)處于某一種實際可能的最不利的工作情況。當(dāng)采用等效荷載時，試驗荷載的大小要根據(jù)相應(yīng)的等效條件換算得到，同時要注意荷載圖式的改變對結(jié)構(gòu)的各種影響。結(jié)構(gòu)試驗的加載制度要根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)按照相應(yīng)的規(guī)范或標(biāo)準的規(guī)定進行設(shè)計。試驗規(guī)劃是指導(dǎo)整個試驗工作的綱領(lǐng)性技術(shù)文件，因而試驗規(guī)劃的內(nèi)容應(yīng)盡可能地細致和全面?？茖W(xué)研究性試驗的規(guī)劃，首先應(yīng)根據(jù)研究課題，了解其發(fā)展現(xiàn)狀和前景，并通過收集和查詢有關(guān)文獻資料，確定實驗研究的目的和任務(wù)，確定試驗的規(guī)模和性質(zhì);在此基礎(chǔ)上決定試件設(shè)計的主要組合參數(shù)，并根據(jù)試驗設(shè)備的能力確定試件的外形和尺寸;進行試件設(shè)計及制作;確定加載方法和設(shè)計支承系統(tǒng);選定量測方法;進行設(shè)備和儀表的率定;作好材料性能試驗或其他輔助試件的試驗;制定試驗安全防護措施;提出試驗進度和技術(shù)人員分工;編寫材料需用計劃，經(jīng)費開支及預(yù)算，試驗設(shè)備、儀表及附件清算等。試驗準備試驗準備階段是將規(guī)劃階段確定的試件按要求制作安裝與就位，將加載設(shè)備和測試儀表安裝就位，并完成輔助試驗工作。試件制作完畢后，要進行實際幾何尺寸的測量和外觀質(zhì)量檢查，達到設(shè)計要求的才能安裝就位。加載設(shè)備和測試儀表安裝就位前，應(yīng)完成相應(yīng)的設(shè)備調(diào)試與儀表標(biāo)定工作，性能正常的才可正式安裝。輔助試驗完成后，要及時整理試驗結(jié)果并作為結(jié)構(gòu)試驗的原始數(shù)據(jù)，對試驗規(guī)劃階段確定的加載制度控制指標(biāo)進行必要的修正。

試驗加載測試階段對試件施加外荷載是整個試驗工作的中心環(huán)節(jié)，參加試驗的每個工作人員應(yīng)各就各位，各盡其職，做好本崗工作，試驗期間一切工作都要按照試驗的程序進行。對試驗起控制作用的重要數(shù)據(jù)應(yīng)隨時整理和分析，必要時還應(yīng)跟蹤觀察其變化情況，并與事先計算的理論數(shù)據(jù)進行比較，如有反?，F(xiàn)象應(yīng)立即查明原因，排除故障，否則不得繼續(xù)加載試驗試驗工程中除認真讀數(shù)和記錄外，必須仔細觀察結(jié)構(gòu)的變形，混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫出現(xiàn)、走向及寬度，構(gòu)件的破壞特征等。試件破壞后要繪制破壞特征圖，有條件的可拍成錄像，作為原始資料保存，以便研究分析時使用。試驗資料整理分析階段對試驗起控制作用的重要數(shù)據(jù)應(yīng)隨時整理和分析，必要時還應(yīng)跟蹤觀察其變化情況，并與事先計算的理論數(shù)據(jù)進行比較，如有反常現(xiàn)象應(yīng)立即查明原因，排除故障，否則不得繼續(xù)加載試驗。試驗工程中除認真讀數(shù)和記錄外，必須仔細觀察結(jié)構(gòu)的變形，混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫出現(xiàn)、走向及寬度，構(gòu)件的破壞特征等。試件破壞后要繪制破壞特征圖，有條件的可拍成錄像，作為原始資料保存，以便研究分析時使用。通過試驗準備和加載試驗階段，獲得了大量數(shù)據(jù)和有關(guān)資料后，一般不能直接回答試驗研究所提出的各類問題，必須將數(shù)據(jù)進行科學(xué)的整理、計算，做到去粗取精，去偽存真，最后根據(jù)試驗數(shù)據(jù)和資料編寫試驗報告。

3 開展形式多樣的實驗活動

為培養(yǎng)學(xué)生的獨立性，自主性，創(chuàng)造性，應(yīng)多開展形式多樣的開放性實驗，更好地培養(yǎng)科學(xué)的探究能力，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造思維能力和實踐能力。

示范驗證式傳統(tǒng)實驗

傳統(tǒng)的實驗，著重實驗技能的訓(xùn)練，其優(yōu)勢在于能讓學(xué)生親自操作，親自體驗。其實實驗過程具有很強的規(guī)范性，主要包括：解讀實驗?zāi)康?、原理→選擇實驗材料→確定實驗方法步驟→熟悉儀器的使用→實施操作→體驗科學(xué)的方法和技能?？赏ㄟ^加強此類傳統(tǒng)的實驗，規(guī)范學(xué)生的動手操作技能。驗證性實驗，其結(jié)果已有定論，側(cè)重體驗科學(xué)探究的過程和方法。

自主探究式實驗

學(xué)生平時通過觀察，會提出不少的問題，可把主動權(quán)交給學(xué)生，讓學(xué)生提出自己感興趣的問題，以自己獨特的視角去觀察，以自己獨特的思維方式去探究。盡量讓學(xué)生自己設(shè)計實驗方案，自主探究。特別是材料、方法的改進實驗以及開放性的拓展實驗。課內(nèi)外結(jié)合實驗教材中的不少實驗，可延伸到課外，對一些實驗時間長，實驗難度大的探究，可讓學(xué)生在課外進行然后讓他們在課堂上匯報實驗的情況，全班進行討論、交流、評議。通過匯報，讓全班同學(xué)也得到收獲。

4 結(jié)論

土木工程的實驗課程對學(xué)生相當(dāng)重要，通過本門課程的學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生在理論上，掌握結(jié)構(gòu)試驗的知識，工程結(jié)構(gòu)試驗的量方法、程結(jié)構(gòu)試驗過程、可靠性鑒定等。土木工程相關(guān)實驗以儀器設(shè)備為工具，利用各種實驗技術(shù)為手段，在荷載或其他因素作用下，通過測試與結(jié)構(gòu)工作性能有關(guān)的各種參數(shù)后進行分析，從而對結(jié)構(gòu)的工作性能作出評價，對結(jié)構(gòu)的承載能力作出正確的估計，并為驗證和發(fā)展結(jié)構(gòu)的計算理論提供可靠的依據(jù)。這種實驗技能不但能讓學(xué)生的理論知識更加扎實，還能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和探索精神。

項目支持：濱州學(xué)院實驗技術(shù)研究項目（BZXYSYXM201811）：基于工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)的BIM 課程改革研究

濱州學(xué)院教學(xué)改革研究項目（BYJYYB201527）：土木工程專業(yè)本科人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新研究。

參考文獻

[1]馬蕓.探討建立土木工程模擬實驗的教學(xué)模式[J].卷宗，2015（9）：144-144.

[2]陳華，吳輝琴.土木工程專業(yè)實驗教學(xué)模式的改革研究[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2012（19）：188-188.

[3]姜偉，張兆強，劉少東.基于“三創(chuàng)”理論的土木工程專業(yè)實驗教學(xué)模式改革研究[J].長江大學(xué)學(xué)報（自科版），2009，6（4）：338-339.

（作者單位：濱州學(xué)院 ?建筑工程學(xué)院）