基于新材料的梁抗彎性能實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索

李福海 吳昊南 姜怡林 王江山 胡丁涵 占玉林

摘要：以聚丙烯纖維增強(qiáng)混凝土梁（PP-ECC梁）抗彎性能科研課題為依托，結(jié)合建筑材料中混凝土梁實(shí)驗(yàn)教學(xué)，分析了RC梁及PP-ECC梁在裂縫形態(tài)、寬度、變形情況及其承載力等方面的性能差異，對(duì)采用新型材料開(kāi)展梁結(jié)構(gòu)抗彎實(shí)驗(yàn)的新方法和新思路進(jìn)行了總結(jié)，提出了將科研課題、工程實(shí)踐與實(shí)驗(yàn)融為一體的梁式結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式創(chuàng)新改革。該模式作為傳統(tǒng)教學(xué)的優(yōu)化和補(bǔ)充，可為其他課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)革新提供思路，有利于激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，培養(yǎng)其使用軟件處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的科研能力，以及理論與工程應(yīng)用相結(jié)合的綜合能力。

關(guān)鍵詞：ECC梁;實(shí)驗(yàn)教學(xué);科研課題;教學(xué)改革;抗彎性能實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TU502-4?? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A?? 文章編號(hào)：1005-2909（2021）02-0146-08

不斷發(fā)展的國(guó)內(nèi)外經(jīng)濟(jì)形勢(shì)對(duì)工科人才提出了新要求，如“一帶一路”倡議的推進(jìn)、高速鐵路建設(shè)的迅速發(fā)展等，要求土木工程人才急需掌握更全面的技能以解決工程實(shí)際問(wèn)題[1]。近年來(lái)，我國(guó)工程項(xiàng)目逐漸走向國(guó)際舞臺(tái)，海外項(xiàng)目的數(shù)量和規(guī)模發(fā)展迅速，新形勢(shì)對(duì)工程人才提出了新要求。首先，在較為陌生的建設(shè)及社會(huì)環(huán)境中，學(xué)生靈活運(yùn)用專業(yè)知識(shí)并結(jié)合當(dāng)?shù)貤l件解決工程問(wèn)題的實(shí)踐能力是新要求的重中之重;其次，作為海外項(xiàng)目的設(shè)計(jì)者和建造者，專業(yè)理論水平必須過(guò)硬，生搬硬套無(wú)法解決新環(huán)境中的新問(wèn)題。為此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須適應(yīng)新形勢(shì)，迎接新挑戰(zhàn)。

建筑材料是土木工程的基礎(chǔ)課程，可培養(yǎng)學(xué)生的理論和實(shí)踐能力。目前，高校建筑材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的不足導(dǎo)致土木工程專業(yè)學(xué)生的動(dòng)手能力較弱。實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容陳舊、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)過(guò)多、實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)少、教學(xué)方式單一、實(shí)驗(yàn)管理落后等[2-3]使得學(xué)生缺乏興趣，浪費(fèi)了寶貴的實(shí)踐學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。

從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本身入手能一定程度緩解上述問(wèn)題，使教學(xué)效果得以保證。針對(duì)目前建筑材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀，以PP-ECC梁抗彎性能科研課題為例，對(duì)建筑材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)中新型材料梁結(jié)構(gòu)抗彎試驗(yàn)的新思路進(jìn)行了總結(jié)和思考，以期探索我國(guó)高校建筑材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新方法和新模式。

一、鋼筋混凝土梁實(shí)驗(yàn)教學(xué)

（一）鋼筋混凝土梁實(shí)驗(yàn)

1.材料

水泥、砂、石、粉煤灰、聚羧酸減水劑、鋼筋及若干應(yīng)變片。

2.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

各組分別制備1100*100*120 mm鋼筋混凝土梁，包括鋼筋綁扎、混凝土攪拌澆筑、鋼筋及混凝土應(yīng)變測(cè)點(diǎn)制作、養(yǎng)護(hù)、混凝土及鋼筋力學(xué)性能試驗(yàn)，這些工作由相關(guān)的技術(shù)工人配合完成。學(xué)生對(duì)待檢測(cè)的鋼筋混凝土梁進(jìn)行分析計(jì)算，得到實(shí)驗(yàn)荷載及關(guān)鍵部位的內(nèi)力及變形計(jì)算值，根據(jù)計(jì)算結(jié)果設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)加載及測(cè)量方案并完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)，觀察試件裂縫，了解鋼筋混凝土梁全過(guò)程受力行為。實(shí)驗(yàn)完成后整理實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算值進(jìn)行比較，評(píng)定該梁是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

（二）鋼筋混凝土梁實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足

1.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較為滯后

該實(shí)驗(yàn)中鋼筋混凝土梁制備用水泥、砂石、鋼筋等傳統(tǒng)材料，沒(méi)有添加纖維等新材料。目前，各類工程項(xiàng)目廣泛應(yīng)用新材料、新技術(shù)、新工藝，傳統(tǒng)材料正逐漸減少或被取代，但這些變化在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中較少體現(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)教材中也未能及時(shí)更新材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量控制和檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)規(guī)范[4]。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對(duì)滯后，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)較多，會(huì)使學(xué)生的好奇心減弱、興趣降低，不利于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考能力。

2.教學(xué)方式陳舊

傳統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)采用教師講解的方式，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，教師講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、目的、原理、儀器、步驟及注意事項(xiàng)，然后學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)，記錄原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后編寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告[5]。這種教學(xué)方式學(xué)生雖然可以了解整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程、鞏固課堂所學(xué)的理論知識(shí)，但積極性不高，學(xué)習(xí)較為被動(dòng)，依賴性強(qiáng)，能力得不到提升。

3.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容缺乏工程性

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以驗(yàn)證材料性質(zhì)為主，缺乏創(chuàng)新性和應(yīng)用性，學(xué)生興趣不濃。此外，實(shí)驗(yàn)大多注重材料的特點(diǎn)、基本性能，缺乏與科研課題和工程案例之間的聯(lián)系，不利于快速提升學(xué)生的實(shí)踐能力和靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力[6]。

4.考核方式單一

國(guó)內(nèi)大多數(shù)高校實(shí)驗(yàn)考核方式主要以提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告的形式來(lái)評(píng)判和考核實(shí)驗(yàn)內(nèi)容[7]。實(shí)驗(yàn)報(bào)告由于形式、結(jié)果類似，容易出現(xiàn)抄襲現(xiàn)象，教師不能根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告合理評(píng)價(jià)學(xué)生的真實(shí)學(xué)習(xí)情況。整個(gè)考核過(guò)程忽略了學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的表現(xiàn)，打擊了學(xué)生的主動(dòng)性與積極性[4]。

二、PP-ECC科研項(xiàng)目精選實(shí)驗(yàn)課題

普通混凝土抗拉強(qiáng)度低、韌性差，常與鋼筋組合形成構(gòu)件應(yīng)用，在極端情況下容易發(fā)生脆性破壞。由于荷載長(zhǎng)期作用或外界環(huán)境等原因，構(gòu)件的裂縫寬度通常難以控制。高延性水泥基復(fù)合材料（Engineered Cementitious Composites，簡(jiǎn)稱“ECC”）是一種高韌性并具有應(yīng)變硬化特性的新型材料[8-9]。通常摻加纖維以提高其抗拉強(qiáng)度和韌性，但纖維的體積分?jǐn)?shù)通常不超過(guò)2%。ECC受拉時(shí)，其中的纖維能產(chǎn)生橋聯(lián)應(yīng)力[10]，由于纖維和基體之間存在粘結(jié)力，纖維能代替混凝土承受部分拉應(yīng)力，以此提高構(gòu)件的承載能力和延性。其極限拉應(yīng)變約為普通混凝土的300～500倍，可達(dá)3%～7%，而普通混凝土在開(kāi)裂時(shí)的極限拉應(yīng)變僅為0.02%[11]。此外，ECC材料的裂縫寬度通?？刂圃?00 μm以內(nèi)[12-16]，且裂縫數(shù)量較多。文中以PP-ECC作為新材料制作試驗(yàn)梁，讓學(xué)生在教師的指導(dǎo)下研究PP-ECC梁的抗彎性能，以此改善鋼筋混凝土梁實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足，鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。

三、PP-ECC梁抗彎性能實(shí)驗(yàn)

（一）原材料

實(shí)驗(yàn)中PP-ECC復(fù)合材料主要的成分為粉煤灰、水泥、水和 PP 纖維， PP 纖維的體積摻量為2%;普通混凝土的主要成分為砂子、石子、水泥、粉煤灰和聚羧酸減水劑。

（二）材料性能

參考《普通混凝土力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[17]和《混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[18]，以立方體抗壓強(qiáng)度和棱柱體抗壓強(qiáng)度作為C30混凝土和PP-ECC材料的基本抗壓力學(xué)性能指標(biāo)，立方體抗壓實(shí)驗(yàn)使用100 mm×100 mm×100 mm試件，棱柱體抗壓實(shí)驗(yàn)使用100 mm×100 mm×300 mm試件，每組實(shí)驗(yàn)設(shè)置3個(gè)試件。以初裂抗拉強(qiáng)度和極限抗拉強(qiáng)度作為PP-ECC材料的基本拉伸力學(xué)性能指標(biāo)，制作6根PP-ECC小板試件，對(duì)小板試件進(jìn)行單軸拉伸試驗(yàn)。

（三）試件參數(shù)及實(shí)驗(yàn)方法

1.試件參數(shù)

此次實(shí)驗(yàn)使用4根試件，包括2根鋼筋混凝土梁和2根PP-ECC梁，試件尺寸及配筋圖如圖1。

2.實(shí)驗(yàn)方法及方案設(shè)計(jì)

使用微機(jī)控制電子萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)對(duì)試件跨中進(jìn)行四點(diǎn)彎曲加載，具體加載裝置如圖2，加載如下。

（1）預(yù)加載：

檢查實(shí)驗(yàn)設(shè)備及裝置是否安設(shè)完成，并能正常使用，加載值不超過(guò)理論開(kāi)裂荷載的0.7倍。

（2）正式加載：以2 kN為差級(jí)進(jìn)行等差加載，每次加載結(jié)束后持荷5～8 min，記錄試件各位置變形發(fā)展、裂縫數(shù)量、裂縫寬度及裂縫延伸高度的變化情況，并在試件上做標(biāo)識(shí)，記錄完畢后繼續(xù)加載，直至試驗(yàn)梁破壞。

通過(guò)親自制備梁構(gòu)件，學(xué)生體驗(yàn)試件制作的全過(guò)程，掌握材料特性及儀器使用方法，學(xué)生主觀能動(dòng)性得到充分發(fā)揮。在教師的指導(dǎo)下設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，能夠加強(qiáng)師生互動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)思考和創(chuàng)新的意識(shí)。學(xué)生全過(guò)程參與實(shí)驗(yàn)，更清楚地認(rèn)識(shí)試件的破壞形態(tài)、受力機(jī)理，鞏固專業(yè)理論知識(shí)，加深對(duì)實(shí)驗(yàn)的記憶，培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和良好的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)[20]。

（四）工程實(shí)踐

教師在課程中播放ECC工程應(yīng)用案例，有針對(duì)性地講解，并與普通混凝土進(jìn)行對(duì)比。通過(guò)展示不同工程中所遇到的問(wèn)題，讓學(xué)生分小組進(jìn)行分析討論，思考解決辦法。ECC因其優(yōu)異的力學(xué)和耐久性能，普遍應(yīng)用于路面鋪設(shè)、橋面連接板及橋面板、結(jié)構(gòu)抗震及修補(bǔ)等工程中。

（1）路面鋪設(shè)。水泥路面硬度大，在斷裂后較難清除，不易修復(fù)，而PP-ECC不會(huì)出現(xiàn)斷裂、露骨料等現(xiàn)象，且抗壓、抗折強(qiáng)度均高于路用混凝土，路面耐久性強(qiáng)。PP-ECC路面平整度好、抗疲勞性能好，廣泛用于路面鋪設(shè)工程中，如彰武縣農(nóng)村路面鋪設(shè)、遼陽(yáng)市四馬煤礦試驗(yàn)路段鋪設(shè)等。

（2）橋面連接板及橋面板。ECC相比普通混凝土具有多裂縫開(kāi)裂和拉伸應(yīng)變能力強(qiáng)的特點(diǎn)，能夠滿足橋面連接板柔性變形和控制裂縫開(kāi)展的性能要求。對(duì)于橋面板，采用ECC能夠減輕橋梁自重，提高橋梁使用壽命。國(guó)外已將ECC用于大量橋梁建設(shè)中，如日本Mihara大橋和美國(guó)密歇根州94號(hào)高速公路橋面連接板。

（3）結(jié)構(gòu)抗震及修補(bǔ)。ECC具有較好的韌性和耗能能力，適用于有抗震要求的結(jié)構(gòu)。ECC也可用于修補(bǔ)橋梁面板、路面、大壩表面裂紋等。如利用ECC對(duì)沈丹高速四臺(tái)子大橋伸縮縫進(jìn)行快速修補(bǔ)、噴射ECC對(duì)日本Mitaka水壩的裂縫進(jìn)行修復(fù)等。

在實(shí)驗(yàn)和教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)播放施工視頻、講解工程案例，讓學(xué)生了解新型材料的優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用領(lǐng)域，開(kāi)闊學(xué)生的工程視野，增強(qiáng)教學(xué)的實(shí)踐性與應(yīng)用性。同時(shí)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，吸引學(xué)生的注意力，達(dá)到師生互動(dòng)的課堂教學(xué)效果。學(xué)生通過(guò)分析工程問(wèn)題、思考解決方法，使其思維能力和解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力得到快速提升。

四、PP-ECC梁抗彎性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果的教學(xué)分析

（一）裂縫發(fā)展分析

1.裂縫發(fā)展形態(tài)

圖3表示試件側(cè)面的裂縫分布狀態(tài)。由圖3可知，對(duì)于配筋率相同的PP-ECC梁和RC梁，在達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)PP-ECC梁側(cè)面產(chǎn)生的裂縫數(shù)量遠(yuǎn)多于RC梁，裂縫基本對(duì)稱分布，且裂縫縫隙較小，呈現(xiàn)出多條細(xì)微裂縫的破壞模式。

2.裂縫數(shù)量及寬度發(fā)展

記錄不同級(jí)別荷載下各試件的裂縫數(shù)量和主裂縫寬度的發(fā)展情況，繪制荷載-裂縫數(shù)量關(guān)系圖和荷載-主裂縫寬度發(fā)展圖，如圖4和圖5。

從圖4可以看出，加載過(guò)程中PP-ECC梁和RC梁的裂縫數(shù)量變化呈現(xiàn)出不同的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，且相同配筋率下的PP-ECC梁產(chǎn)生的裂縫數(shù)量最終遠(yuǎn)多于RC梁的裂縫數(shù)量。

如圖5所示，隨著荷載級(jí)別的增加，RC梁和PP-ECC梁主裂縫寬度均不斷增大，但是PP-ECC梁主裂縫寬度明顯低于相同配筋率的RC梁主裂縫寬度，滿足規(guī)范要求[19]，并且主裂縫在發(fā)展過(guò)程中不存在較為明顯的突變點(diǎn)，整體呈現(xiàn)出近線性發(fā)展規(guī)律。

通過(guò)對(duì)裂縫的觀察與分析，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的對(duì)比分析和理解能力[21]，增強(qiáng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解。學(xué)生通過(guò)查閱資料、回顧課堂所學(xué)知識(shí)、相互討論，找出PP-ECC梁與RC梁

裂縫數(shù)量、裂縫寬度呈現(xiàn)出不同發(fā)展規(guī)律的原因，加深對(duì)理論知識(shí)的理解，提高其獨(dú)立思考、分析、解決問(wèn)題的能力。實(shí)驗(yàn)以PP-ECC作為新材料制作試驗(yàn)梁，將傳統(tǒng)材料與新型材料相結(jié)合，不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性[4]，而且還可以鍛煉其使用軟件處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的能力。

（二）延性分析

延性是指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在達(dá)到極限承載力后，抵抗其變形的能力[22]，是評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)安全性的重要指標(biāo)。學(xué)生通過(guò)計(jì)算得出位移延性系數(shù)，對(duì)比分析各試件的延性性能可知，在配筋率相同的情況下，PP-ECC梁彎曲延性高于RC梁，學(xué)生自主討論，分析其原因。教師總結(jié)并指出其用于結(jié)構(gòu)抗震所呈現(xiàn)出的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)多媒體向?qū)W生展示工程案例，如：日本東京Glorio Roppongi高層公寓樓中采用ECC連梁連接每層的核心墻，提高高層建筑物的抗震能力。

各組學(xué)生在整理分析、計(jì)算、對(duì)比的過(guò)程中潛能被充分挖掘，其團(tuán)結(jié)協(xié)作精神明顯增強(qiáng)，邏輯分析和獨(dú)立思考能力顯著提升[20]。此外，各小組獨(dú)立分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，有助于學(xué)生養(yǎng)成認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)、刻苦鉆研的學(xué)習(xí)習(xí)慣，為將來(lái)從事科研和相關(guān)工作奠定良好的基礎(chǔ)。

（三）承載力分析

從表1可知，PP-ECC梁的開(kāi)裂荷載、極限荷載與承載力較RC梁有一定程度的提高。

通過(guò)一系列觀察與原因分析，鍛煉了學(xué)生解決問(wèn)題的能力，同時(shí)提高了學(xué)生的辯證思維能力、綜合分析能力和知識(shí)運(yùn)用能力[23]。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生相互交流探討，積極性高，口頭表達(dá)能力明顯增強(qiáng)。

五、實(shí)驗(yàn)分析與教學(xué)探索

該實(shí)驗(yàn)歷經(jīng)材料制作、基本力學(xué)實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)方案制作、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、抗彎試驗(yàn)、數(shù)據(jù)分析、原因分析、結(jié)論整理等多個(gè)環(huán)節(jié)，邏輯清晰，體系完整，結(jié)論可靠，對(duì)于開(kāi)展相同類型實(shí)驗(yàn)有一定的參考價(jià)值。

該實(shí)驗(yàn)將科研課題與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合，注重引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)并完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)[21]，從多方面鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力和理論分析能力。

（1）課題中基體材料及配筋率是重要變量，對(duì)ECC實(shí)驗(yàn)梁的性能影響較大。學(xué)生前期可查閱資料，在教師的指導(dǎo)下見(jiàn)證不同基體材料及配筋率對(duì)各項(xiàng)參數(shù)的影響，了解實(shí)驗(yàn)方案各步驟的具體操作及實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。通過(guò)這種方式代替原先固定配合比混凝土的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，可以激發(fā)學(xué)生的好奇心，培養(yǎng)資料收集和獨(dú)立思考能力。

（2）學(xué)生通過(guò)親自參與PP-ECC梁試件和RC梁試件的制作過(guò)程，了解新材料和普通混凝土在制備上的差異，熟悉實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程，實(shí)現(xiàn)與課本知識(shí)的融會(huì)貫通。實(shí)際操作梁的彎曲加載，可使學(xué)生掌握試驗(yàn)機(jī)的使用方法，了解觀測(cè)裂縫的方法、注意細(xì)節(jié)，以及梁撓度的測(cè)量方法，在鍛煉學(xué)生實(shí)踐能力的同時(shí)豐富其實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，為日后從事工程實(shí)踐或科學(xué)研究奠定基礎(chǔ)[24-25]。

（3）結(jié)果處理和分析包括對(duì)試驗(yàn)梁裂縫形態(tài)的描述和繪制、裂縫數(shù)量及寬度發(fā)展情況分析、梁的變形發(fā)展分析、延性分析及承載力分析。以上分析過(guò)程，尤其是與裂縫、變形和延性相關(guān)的指標(biāo)，學(xué)生在常規(guī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中均難以接觸，與較為常見(jiàn)的坍落度、強(qiáng)度等指標(biāo)相比較為靈活，具有較強(qiáng)的邏輯性。根據(jù)不同的教學(xué)安排，實(shí)際實(shí)施過(guò)程中可選擇一個(gè)或幾個(gè)指標(biāo)供學(xué)生分析，并嘗試總結(jié)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。如此培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)分析能力、邏輯思維以及理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力。

（4）實(shí)驗(yàn)考核要將學(xué)生平時(shí)在實(shí)驗(yàn)中的表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和期末實(shí)驗(yàn)考核相結(jié)合。平時(shí)表現(xiàn)包括出勤率、實(shí)驗(yàn)操作、課堂回答問(wèn)題以及實(shí)驗(yàn)室清潔整理。多樣化的考核方式可以提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的重視程度，端正學(xué)習(xí)態(tài)度，養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

（5）由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得，PP-ECC梁相比RC梁，裂縫控制及延性更好，抗彎承載力略有提高。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以更具體地向?qū)W生展示新材料與常規(guī)材料的性能差異，開(kāi)拓學(xué)生思路，培養(yǎng)與時(shí)俱進(jìn)的新工科思維。

（6）將實(shí)驗(yàn)與科研課題、工程案例相結(jié)合的教學(xué)方式，能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生深入思考問(wèn)題的習(xí)慣，為今后從事科研或走上工作崗位打好基礎(chǔ)。此外，引入廣受關(guān)注的工程案例，說(shuō)明材料的特性及實(shí)驗(yàn)方法與作用， 如：分析工程事故案例，從建筑材料的質(zhì)量、結(jié)構(gòu)之間的關(guān)聯(lián)，說(shuō)明如何進(jìn)行前期質(zhì)量控制、后期質(zhì)量實(shí)驗(yàn)檢測(cè)等，拓寬學(xué)生的眼界，增加師生間的互動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力[26]。

（7）實(shí)驗(yàn)室面向?qū)W生開(kāi)放，各小組學(xué)生利用課余時(shí)間走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，按照與教師共同協(xié)商制定的實(shí)驗(yàn)方案，主動(dòng)思考、自由分配任務(wù)，自主在課下完成實(shí)驗(yàn)。這樣不僅保證了學(xué)生的主體地位、培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神，還彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)課時(shí)較少的缺陷[6]。

在此次實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生通過(guò)參與項(xiàng)目，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、操作及結(jié)果分析，使其動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力得以提升，同時(shí)具備了基本的科研素養(yǎng)、能力和自主探索意識(shí)，為查閱文獻(xiàn)、分析數(shù)據(jù)、撰寫論文等奠定了基礎(chǔ)。與此同時(shí)，通過(guò)引入工程實(shí)際項(xiàng)目，將原本抽象、分散的理論知識(shí)通過(guò)實(shí)踐串聯(lián)起來(lái)，提高了學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，加深了對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)的了解，進(jìn)而鞏固了相關(guān)專業(yè)知識(shí)，在頭腦中初步建立了較為完備的知識(shí)體系，實(shí)現(xiàn)了“知識(shí)內(nèi)化”。

六、結(jié)語(yǔ)

依托科研課題，以傳統(tǒng)重要實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，采用“引入-組合-開(kāi)放”的方法進(jìn)行優(yōu)化，以PP-ECC梁抗彎性能實(shí)驗(yàn)為例，對(duì)新材料用于梁式結(jié)構(gòu)的抗彎實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式進(jìn)行了拓展探索，

將科研課題、工程實(shí)踐與實(shí)驗(yàn)融為一體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，能調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性，提高參與度，學(xué)生由被動(dòng)接受者轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)者。與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相比，該模式

更加注重培養(yǎng)學(xué)生解決工程問(wèn)題的實(shí)踐能力和獨(dú)立思考能力，讓學(xué)生初步形成了獨(dú)具個(gè)性特色的科學(xué)思維方式。此外，該模式也為其他課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)革新提供了思路，具有較好的現(xiàn)實(shí)意義和推廣價(jià)值。參考文獻(xiàn)：

[1]王圣程， 祿利剛， 張朕， 等.基于科研資源的土木工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)拓展探索[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理， 2018， 35（4）： 199-202.

[2] 王信剛， 胡明玉， 丁成平.土木工程材料課程教學(xué)改革和效果評(píng)價(jià)[J].高等建筑教育， 2015， 24（2）： 60-63.

[3]解國(guó)梁， 王福成， 劉金云， 等.土木工程材料課程研究性教學(xué)模式改革與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)， 2017， 15（6）： 83-85.

[4] 潘曉燕， 王鳳麗， 董愛(ài)娟， 等.獨(dú)立學(xué)院土木工程專業(yè)土木工程材料課程教學(xué)改革的探索[J].高等建筑教育， 2016， 25（3）： 76-80.

[5] 楊寧飛， 邵曉蓉.工科驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的探討——以土木工程材料實(shí)驗(yàn)為例[J].高教論壇， 2011（2）： 72-74.

[6] 李福海， 靳賀松， 胡丁涵， 等.國(guó)際化趨勢(shì)下建筑材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探討[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)， 2018， 16（5）： 118-124.

[7] 陳兵， 吳雪萍， 王菁.特色實(shí)驗(yàn)在建筑材料課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索， 2012， 31（6）： 155-157，185.

[8] 曹明莉， 許玲， 張聰.高延性纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的微觀力學(xué)設(shè)計(jì)、性能及發(fā)展趨勢(shì)[J].硅酸鹽學(xué)報(bào)， 2015， 43（5）： 632-642.

[9]LI V C， WANG S X， WU C.Tensile strain-hardening behavior of polyvinyl alcohol engineered cementitious composite （PVA-ECC）[J].ACI MATERIALS JOURNAL， 2001，98（6）：483-492.

[10] 程智慧， 何政， 歐曉英.ECC材料對(duì)混凝土框架結(jié)構(gòu)倒塌安全儲(chǔ)備的提升作用[J].應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào)， 2014，22（3）：548-555.

[11] Zhang J， Li V C.Monotonic and fatigue performance in bending of fiber-reinforced engineered cementitious composite in overlay system[J].Cement and Concrete Research， 2002， 32（3）： 415-423.

[12]S.QUDAH， M.MAALEJ.Application of engineered cementitious composites（ECC） in interior beam-column connections for enhanced seismic resistance[J].Engineering Structure， 2014（69）： 235-245.

[13] 李福海， 胡丁涵， 余泳江， 等.PP-ECC梁抗彎性能試驗(yàn)研究[J].西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)， 2019.

[14]俞家歡， 牛宏， 包龍生， 等.界面裂紋擴(kuò)展與分叉對(duì)ECC-混凝土疊層修補(bǔ)體系的影響[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào)， 2013，26（1）：44-50.

[15]Meng D， Lee C K， Zhang Y X.Flexural and shear behaviours of plain and reinforced polyvinyl alcohol-engineered cementitious composite beams[J].Engineering Structures， 2017， 151： 261-272.

[16]Ge W J， Ashour A F， Ji X， et al.Flexural behavior of ECC-concrete composite beams reinforced with steel bars[J].Construction and Building Materials， 2018（159）： 175-188.

[17] 中華人民共和國(guó)建設(shè)部， 國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)： GB/T 50081—2002[S].北京： 中國(guó)建筑工業(yè)出版社， 2003.

[18] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)： GB/T 50152—2012[S].北京： 中國(guó)建筑工業(yè)出版社， 2012.

[19] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范： GB 50010—2010[S].北京： 中國(guó)建筑工業(yè)出版社， 2011.

[20]何奕南.鋼筋混凝土梁系列實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)化教學(xué)改革[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索， 2007，26（12）：111-114.

[21]余世策， 蔣建群， 劉承斌， 等.鋼筋混凝土實(shí)驗(yàn)教學(xué)綜合改革[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索， 2013， 32（6）： 154-157.

[22]張鵬， 薛偉辰， 唐小林， 等.纖維塑料筋混凝土梁延性分析的能量表示法[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)， 2005，27（8）：49-51.

[23]王圣程， 祿利剛， 張朕.土木工程材料教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)探索——以水泥混凝土強(qiáng)度為例[J].高等建筑教育， 2018， 27（6）： 117-121.

[24]黃海東， 向中富.鋼筋混凝土梁長(zhǎng)期與短期加載裝置研制[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索， 2018， 37（9）： 76-80.

[25]張清華， 賈東林， 卜一之.基于高性能材料實(shí)驗(yàn)的學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理， 2019， 36（1）： 16-19，32.

[26]錢匡亮， 彭宇， 錢曉倩， 等.建筑材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和實(shí)踐嘗試[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)， 2016， 19（5）： 83-87.

Exploration on the teaching of bending resistance experiment

of beam based on new materials

LI Fuhai， WU Haonan， JIANG Yilin， WANG Jiangshan， HU Dinghan ， ZHAN Yulin

（School of Civil Engineering， Southwest Jiaotong University， Chengdu 610031，P. R. China）

Abstract：

Based on the research project， taking the bending resistance of PP-ECC beam as an example， and combined with the experimental teaching of concrete beams in building materials， this paper analyzes the differences of RC beam and PP-ECC beam in crack shape， width， deformation development and bearing capacity， and summarizes and explores the new methods and new ideas of bending experiment of beam structure with new materials. The innovation and reform of beam structure experiment teaching mode， which integrates scientific research， engineering practice and experiment， is put forward. The exploration of this new mode is the optimization and supplement of traditional teaching， which can provide ideas for the innovation of experimental teaching in other courses， and is conducive to stimulating the students interest in experiments， cultivating their ability of using software to process experimental data and analyze experimental results， as well as the comprehensive ability of combining theory with engineering application.

Key words：

ECC beam; experimental teaching; scientific research project; teaching reform; bending resistance experiment

（責(zé)任編輯 梁遠(yuǎn)華）