《土木工程實(shí)驗(yàn)》 課程教學(xué)改革探討

宋 鏈，朱國(guó)慶

（1. 重慶文理學(xué)院土木工程學(xué)院，重慶 402160；2. 菲律賓克里斯汀大學(xué)國(guó)際學(xué)院， 菲律賓 1004；3.貴州省建材產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)院，貴州 貴陽(yáng) 550000）

《土木工程實(shí)驗(yàn)》作為土木工程實(shí)踐性特別強(qiáng)的專業(yè)學(xué)科，主要培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力與創(chuàng)新能力，提高分析實(shí)際工程問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，具有綜合性、實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)[1-3]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的環(huán)節(jié)能讓學(xué)生切實(shí)感受到理論知識(shí)的應(yīng)用過(guò)程，具有形象直觀的特點(diǎn)，但目前我國(guó)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)離社會(huì)發(fā)展要求還有一定的差距。本文依據(jù)土木工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，提出了關(guān)于該課程教改的思考和研究，旨在提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，完善應(yīng)用型本科的教學(xué)體系。

1 教學(xué)體系

土木工程屬于工程學(xué)科，有多門(mén)課程涉及實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，但是每門(mén)實(shí)驗(yàn)課程的課時(shí)較少，很難進(jìn)行形成體系的教學(xué)，相對(duì)比較零散，相互之間的銜接不夠緊密，這種障礙使得實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效果大打折扣，對(duì)教學(xué)安排和學(xué)科的教學(xué)體系均帶來(lái)不便。重慶文理學(xué)院土木工程專業(yè)2014年經(jīng)教育部批準(zhǔn)開(kāi)設(shè)，面對(duì)辦學(xué)經(jīng)驗(yàn)較少、教學(xué)體系不夠完善、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)不夠先進(jìn)等問(wèn)題，要保證教學(xué)的學(xué)科平衡和正常運(yùn)轉(zhuǎn)，無(wú)疑充滿了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。學(xué)校2020版本科專業(yè)人才培養(yǎng)方案就土木工程實(shí)驗(yàn)課程體系方面，《土木工程實(shí)驗(yàn)》課程作為一門(mén)新開(kāi)設(shè)的重要專業(yè)實(shí)踐課，作為應(yīng)用型本科院校其培養(yǎng)目標(biāo)核心在于培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能和應(yīng)用能力。經(jīng)過(guò)專業(yè)人才培養(yǎng)方案的修訂，該門(mén)課程主要由2017版課程《工程結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)與仿真》 《結(jié)構(gòu)力學(xué)》 《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》 《鋼結(jié)構(gòu)原理及應(yīng)用》理論課程中附屬的實(shí)驗(yàn)課程整合演變形成。本課程由各學(xué)科相互交叉的、實(shí)踐性較強(qiáng)的課程組成，涉及電學(xué)、力學(xué)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)等學(xué)科，其實(shí)踐教學(xué)模塊包括結(jié)構(gòu)力學(xué)和結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)，是在力學(xué)與結(jié)構(gòu)課程的理論學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和研究，為理論知識(shí)奠定基礎(chǔ)的實(shí)踐課程。

2 教學(xué)內(nèi)容

相對(duì)于理論課程，實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)內(nèi)容有很大差異，體現(xiàn)在以下方面：（1）綜合性強(qiáng)，概念抽象，難度高，實(shí)驗(yàn)主要為理論教學(xué)中的重難點(diǎn)而設(shè)置，其知識(shí)點(diǎn)更具綜合性，不僅需要更深入的結(jié)合理論教學(xué)內(nèi)容，還擴(kuò)展到實(shí)驗(yàn)設(shè)備的原理及操作等。（2）難成體系，缺乏銜接，土木工程專業(yè)中多門(mén)課程配套實(shí)驗(yàn)教學(xué)，但是課時(shí)少，相對(duì)零散，不方便教學(xué)安排，其教學(xué)效果也達(dá)不到預(yù)期。（3）內(nèi)容陳舊，如今新技術(shù)、新理論、新方法和新工藝在建筑工程中廣泛應(yīng)用，向著節(jié)能環(huán)保、超高度、大跨度的方向發(fā)展，亟須進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)方面的革新。然而部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目幾乎沒(méi)有進(jìn)行過(guò)更新升級(jí)，可能出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容跟不上理論的發(fā)展，以及脫節(jié)技術(shù)的發(fā)展。（4）實(shí)驗(yàn)重復(fù)類(lèi)似，專業(yè)培養(yǎng)方案中存在不合理之處，多門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課程和專業(yè)技術(shù)課程存在重復(fù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，增加不必要的教學(xué)負(fù)擔(dān)和耗材。

針對(duì)以上問(wèn)題，本著“運(yùn)用為主，夠用為度”的原則，力求體現(xiàn)其應(yīng)用性，《土木工程實(shí)驗(yàn)》作為獨(dú)立開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)課，在教學(xué)內(nèi)容安排上進(jìn)行合理的調(diào)整，緊密聯(lián)系力學(xué)和結(jié)構(gòu)專業(yè)課程兩方面的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。一方面，結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)研究理想平面結(jié)構(gòu)的靜定和超靜定問(wèn)題，主要為靜力實(shí)驗(yàn)，采用比對(duì)法進(jìn)行，將要測(cè)試的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃秃?jiǎn)化成的理想理論模型，依據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)的相關(guān)理論和實(shí)驗(yàn)實(shí)時(shí)測(cè)定，判定實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ团c理論模型的相符性。另一方面，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)、鋼結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)與結(jié)構(gòu)力學(xué)對(duì)比又具有不同的特點(diǎn)，即其大量的設(shè)計(jì)理論是來(lái)源于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的實(shí)驗(yàn)，既有較強(qiáng)的理論性，又與實(shí)際工程緊密結(jié)合。由此劃分教學(xué)層次，提高學(xué)科間的交叉融合，提高學(xué)生的綜合能力和綜合素質(zhì)。

3 教學(xué)條件

由于土木工程學(xué)院存在實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地狹小，實(shí)驗(yàn)設(shè)備配套數(shù)目緊缺，實(shí)驗(yàn)課時(shí)有限等問(wèn)題，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展往往需要分組，滿足不了大批學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)的操作，甚至部分試驗(yàn)設(shè)備不允許學(xué)生自行操作。這樣必將造成學(xué)生不能及時(shí)掌握土木工程專業(yè)中的新技術(shù)，大部分同學(xué)沒(méi)有機(jī)會(huì)動(dòng)手實(shí)踐，即使少數(shù)同學(xué)能參與實(shí)驗(yàn)操作，也會(huì)手忙腳亂出錯(cuò)差。優(yōu)化實(shí)驗(yàn)室的管理模式，增設(shè)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，提高實(shí)驗(yàn)設(shè)備的利用率，擴(kuò)大開(kāi)放程度，增加學(xué)生操作設(shè)備和儀器的機(jī)會(huì)，同時(shí)也是減少對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的資源浪費(fèi)。

對(duì)于部分實(shí)驗(yàn)存在綜合性強(qiáng)、實(shí)驗(yàn)裝置體量大、成本消耗高的特點(diǎn)，在實(shí)踐環(huán)節(jié)中較難實(shí)現(xiàn)，無(wú)法開(kāi)展。針對(duì)此困難，可以通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，利用計(jì)算機(jī)平臺(tái)和仿真計(jì)算軟件，增設(shè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的類(lèi)型如綜合設(shè)計(jì)型和創(chuàng)新研究型實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)難以進(jìn)行的高難度、高危險(xiǎn)、高成本實(shí)驗(yàn)的正常開(kāi)展，建立直觀的認(rèn)識(shí)和理解。比如利用力學(xué)求解器來(lái)完成靜定桁架影響線測(cè)定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，利用PKPM、ANSYS來(lái)完成復(fù)雜鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的破壞性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。提高學(xué)生電算能力，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用專業(yè)分析軟件，對(duì)結(jié)果具有初步的分析能力。

4 教學(xué)方式

土木工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅通過(guò)實(shí)際的操作讓學(xué)生來(lái)理解課堂中的土木工程專業(yè)知識(shí)內(nèi)容，而且能促進(jìn)學(xué)生對(duì)土木工程知識(shí)內(nèi)容進(jìn)行更深層次的理解，并學(xué)會(huì)對(duì)土木工程專業(yè)知識(shí)內(nèi)容進(jìn)行思考分析掌握土木工程中的實(shí)際操作技能，其主要目的就是為了提高學(xué)生的專業(yè)技能。然而目前土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教師采用的教學(xué)方法過(guò)于單一，表現(xiàn)為老師將實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作做好，演示一遍操作步驟，隨即學(xué)生按固有模式再操作一遍。這一過(guò)程中存在較多問(wèn)題，不了解實(shí)驗(yàn)設(shè)備的原理，相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置等均不知所云，按部就班地模仿操作，只關(guān)心最終結(jié)果，不注重實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象本質(zhì)，根本沒(méi)有進(jìn)行思考，甚至認(rèn)為只要跟老師演示的一樣就算成功完成了實(shí)驗(yàn)，這樣是難以促進(jìn)專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，難以培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力。實(shí)驗(yàn)教學(xué)與實(shí)際工程的脫節(jié)，必將導(dǎo)致學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)興趣，嚴(yán)重束縛學(xué)生的創(chuàng)造力。

對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)所使用的設(shè)備儀器、實(shí)驗(yàn)對(duì)象、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)不能只通過(guò)填鴨式的講授，需要以學(xué)生為主體，引導(dǎo)學(xué)生去思考，為什么要開(kāi)展這個(gè)實(shí)驗(yàn)？這個(gè)實(shí)驗(yàn)涉及的理論基礎(chǔ)知識(shí)有哪些？該實(shí)驗(yàn)原理怎么通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛠?lái)實(shí)現(xiàn)？實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中要格外觀察哪些現(xiàn)象？實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否符合理論結(jié)果的預(yù)判？實(shí)驗(yàn)室教學(xué)老師采用啟發(fā)式教學(xué)方式，通過(guò)一系列的提問(wèn)和引導(dǎo)，不斷地深入貫穿理論知識(shí)，配合介紹實(shí)驗(yàn)設(shè)備的原理及使用，融會(huì)貫通，相輔相成，達(dá)到理論聯(lián)系實(shí)踐，增強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)分析能力。

實(shí)驗(yàn)教師在交代好詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)說(shuō)明和安全注意事項(xiàng)后，保證實(shí)驗(yàn)安全性的前提下，引導(dǎo)學(xué)生自主思考相關(guān)裝置的延展性實(shí)驗(yàn)，根據(jù)可行性鼓勵(lì)學(xué)生開(kāi)展延展性實(shí)驗(yàn)測(cè)試，有利于培養(yǎng)形成良好的工程安全意識(shí)和創(chuàng)新思維。

5 教學(xué)考核

由于課程考核機(jī)制的設(shè)置，實(shí)驗(yàn)課程不涉及考試，學(xué)生大多更注重理論部分的考試，認(rèn)為實(shí)踐教學(xué)不影響成績(jī)和畢業(yè)，主動(dòng)參與的積極性不高，被動(dòng)地接受教師安排，實(shí)驗(yàn)課成績(jī)通過(guò)分組和書(shū)面報(bào)告考核，組內(nèi)成員出現(xiàn)僥幸心理懈怠不做實(shí)驗(yàn)，存在抄襲數(shù)據(jù)等現(xiàn)象，導(dǎo)致無(wú)法達(dá)到課程目標(biāo)。

避免實(shí)驗(yàn)成績(jī)考核單一化，評(píng)定不僅要基于出勤率和實(shí)驗(yàn)報(bào)告，還要納入實(shí)驗(yàn)的參與程度、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力的定量考核規(guī)則。其中，實(shí)驗(yàn)報(bào)告的內(nèi)容避免直接由老師設(shè)計(jì)好的模板，學(xué)生實(shí)驗(yàn)后填充式完成報(bào)告的模式。授課教師制定完整的實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱，向?qū)W生下達(dá)制定實(shí)驗(yàn)任務(wù)書(shū)和預(yù)習(xí)報(bào)告，學(xué)生需自行完善實(shí)驗(yàn)報(bào)告，訓(xùn)練寫(xiě)作論證報(bào)告的能力，利于培養(yǎng)實(shí)際工作的能力。此外，對(duì)于學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的交流溝通、解決問(wèn)題等方面的考察，通過(guò)采用小組成員答辯的考核方式來(lái)評(píng)定，達(dá)到督促學(xué)生積極參與的目的。

6 結(jié)語(yǔ)

在工科應(yīng)用人才的培養(yǎng)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是實(shí)踐教學(xué)的重要組成部分，在培養(yǎng)創(chuàng)新型人才中有著不可替代的作用。然而，就目前本學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)的具體情況來(lái)看，對(duì)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革十分重要與緊迫，任重而道遠(yuǎn)。本文針對(duì)存在問(wèn)題提出了改革的思路和措施，旨在提高土木工程專業(yè)學(xué)生的整體素養(yǎng)、實(shí)踐操作動(dòng)手能力和自主不斷創(chuàng)新的能力，培養(yǎng)學(xué)生在土木工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中掌握更多的土木工程專業(yè)知識(shí)與實(shí)踐操作技能，培養(yǎng)土木工程行業(yè)中的創(chuàng)新型應(yīng)用人才。