基于項目教學(xué)法的土木工程試驗課程改革實踐

杜艷強　郭士旭　王鴻毅

摘? 要：項目式教學(xué)是基于項目驅(qū)動學(xué)生通過多種方式學(xué)習(xí)知識，完成項目。本研究提出基于項目式教學(xué)的土木工程試驗課程改革的設(shè)計思路及方法，通過實踐探索土木工程試驗課程改革的路徑，通過工程項目，將動力觸探試驗、土壓力測試試驗、混凝土應(yīng)變片粘貼試驗、應(yīng)變橋路檢測試驗引入課程，采用書面試驗報告加口頭試驗匯報相結(jié)合的方式進行課程考核。本研究以項目為抓手，有利于加強學(xué)生對工程和試驗聯(lián)系的認知，從而達到提高土木工程專業(yè)學(xué)生實踐應(yīng)用能力的培養(yǎng)目標。

關(guān)鍵詞：項目式教學(xué);土木工程試驗;課程改革

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2022）10-0109-04

Abstract： Project-based teaching is a teaching method based on project to drive students to learn knowledge and complete projects in various ways. This study puts forward the design ideas and a method of civil engineering experiment course reform based on project teaching， and explores the path of civil engineering experiment course reform through practice. Through engineering projects， dynamic penetration test， earth pressure test， concrete strain gauge sticking test and strain bridge detection test are introduced into the course， and the course examination is carried out by combining written test report with oral test report. This research focuses on the project， which is conducive to strengthening students' awareness of the connection between engineering and experiment， so as to achieve the training goal of improving the practical application ability of civil engineering students.

Keywords： project-based teaching; civil engineering experiment; curriculum reform

土木工程專業(yè)實踐性強，其中試驗教學(xué)是提高教育質(zhì)量的中心環(huán)節(jié)之一[1]。土木工程試驗是土木工程專業(yè)的一門重要實踐性課程，其特點是專業(yè)技術(shù)性強，涉及知識面廣，要學(xué)好該課程不僅對動手能力要求較高，對專業(yè)理論知識也有一定要求。另外，土木工程專業(yè)覆蓋范圍廣泛[2]，包括道路、橋梁、隧道和建筑等方向。對土木工程專業(yè)不同方向的本科生而言，土木工程試驗課程的內(nèi)容差異較大，通常大多數(shù)學(xué)校在土木工程試驗課程開設(shè)時一般設(shè)置演示或驗證性試驗。我校辦學(xué)定位為“行業(yè)性、地方性、應(yīng)用型”，土木工程專業(yè)旨在培養(yǎng)學(xué)生實踐能力及將理論學(xué)習(xí)與實踐相結(jié)合的能力。當(dāng)前的試驗教學(xué)手段已經(jīng)很難滿足學(xué)生對先進土木工程技術(shù)的實踐需求[3]?；谝陨弦蛩?，為使學(xué)生能夠?qū)⒗碚搶W(xué)習(xí)、專業(yè)試驗和工程實際問題相結(jié)合，本研究提出基于項目式教學(xué)[4-5]的土木工程試驗課程改革思路，并通過教學(xué)實踐鍛煉學(xué)生應(yīng)用能力，以滿足現(xiàn)代教育對學(xué)生應(yīng)用能力的要求。

一、課程改革設(shè)計

項目式教學(xué)是一種以學(xué)生為中心的教學(xué)模式，在該模式下教師圍繞教學(xué)內(nèi)容，根據(jù)學(xué)情設(shè)置具體的學(xué)習(xí)項目，基于項目驅(qū)動學(xué)生通過多種方式學(xué)習(xí)知識，完成項目。項目式教學(xué)可以鍛煉學(xué)生學(xué)習(xí)能力，增強學(xué)習(xí)效果，因而在職業(yè)教育及國外學(xué)生各階段教育中得到廣泛采用[6-10]。土木工程試驗課程強調(diào)鍛煉學(xué)生的動手能力，掌握試驗技能，而通過何種方式達到該目標是關(guān)鍵，決定了學(xué)習(xí)效果的好壞。土木工程是服務(wù)于工程項目的學(xué)科，因此將工程項目引進到試驗教學(xué)環(huán)節(jié)中來，具有良好的應(yīng)用前景，并可大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而達到增強學(xué)習(xí)效果的目標。

課程設(shè)計時，按照以下環(huán)節(jié)進行：

（一）工程背景及試驗測試需求

土木工程行業(yè)包括道路、橋梁、基坑、邊坡、地基基礎(chǔ)和隧道等工程類別，工程數(shù)量眾多，了解工程背景有利于學(xué)生深入理解試驗項目不是憑空出現(xiàn)，而是為解決工程問題，根深蒂固才能枝繁葉茂，土木工程試驗只有立足于實踐問題，才具有實際意義，否則再完美的試驗也只能是鏡中花、水中月。不同的工程類別對試驗測試的需求非常巨大，一個工程的測試需求可能高達上百項，從中挑選出具有通用理論基礎(chǔ)或典型代表的核心測試項目作為試驗課程的內(nèi)容具有重要意義。這就需要任課老師不僅具有豐富的實踐經(jīng)驗，更要具備深厚的理論基礎(chǔ)，因此關(guān)于課程試驗項目的設(shè)置需謹慎而嚴謹，這對于教學(xué)目標的達成具有關(guān)鍵作用，建議教研室老師共同商議確定土木工程試驗課程試驗項目。

（二）試驗原理及設(shè)計

試驗項目設(shè)置時應(yīng)選用具有通用理論基礎(chǔ)或工程代表性的試驗，試驗應(yīng)涉及土木工程行業(yè)核心基礎(chǔ)理論及重要試驗方法，在此基礎(chǔ)上進行試驗設(shè)計。試驗設(shè)計應(yīng)以達成試驗?zāi)繕?，服?wù)工程項目為目的，在具體設(shè)計時應(yīng)考慮是否具備相應(yīng)的試驗條件，評估試驗危險性的大小及試驗的可實施性。

（三）試驗實施

試驗的實施包含多個步驟，涉及試驗材料準備及試驗設(shè)備調(diào)試等工作，需要精心計劃，認真準備，實施之前應(yīng)進行試驗預(yù)演，分析試驗原理，推測可能出現(xiàn)的試驗結(jié)果。

（四）試驗結(jié)果對工程的指導(dǎo)意義

分析試驗結(jié)果并與預(yù)期結(jié)果進行對比，判斷測試結(jié)果是否達到預(yù)期，分析誤差產(chǎn)生的原因，試驗精度能否達到要求，試驗結(jié)果是否具有高可信度，如何改進試驗。若試驗結(jié)果可靠，需分析試驗條件與工程條件的差異，試驗結(jié)果與工程分析需求之間的轉(zhuǎn)換等問題。

二、課程改革實踐

（一）試驗工程背景

我校土木工程專業(yè)學(xué)生為地下工程方向，涉及的常見工程主要有基坑、隧道和邊坡等，因此本課程試驗內(nèi)容主要考慮從上述工程中選取。

（二）試驗項目設(shè)置

在設(shè)置試驗項目時應(yīng)重點考慮試驗的便捷性和原理基礎(chǔ)，既不能過于簡單也不能過于復(fù)雜，應(yīng)適應(yīng)本科教學(xué)工作，對于地下工程方向而言應(yīng)將土力學(xué)作為考慮的重點，土力學(xué)[11]包含土木工程特別是巖土工程的核心理論基礎(chǔ)，如巖土工程勘查測試、有效應(yīng)力、土壓力理論和附加應(yīng)力等內(nèi)容，且土力學(xué)對于土木工程專業(yè)學(xué)生而言為專業(yè)必修課，因此將土力學(xué)相關(guān)內(nèi)容作為試驗項目設(shè)置的重點。

本課程選擇動力觸探試驗、土壓力測試、混凝土應(yīng)變片粘貼和應(yīng)變橋路檢測試驗作為試驗項目，試驗項目涉及巖土工程測試的一般方法及原理，既有場地原位勘察試驗，又有室內(nèi)測試技術(shù)，均為較為基本的土木工程試驗項目。

（三）試驗項目實施

試驗實施前首先帶學(xué)生了解試驗的工程來源，介紹對應(yīng)的工程項目需求以及工程需求和試驗之間如何建立聯(lián)系。試驗將3～4人分為一組，試驗前通過預(yù)學(xué)習(xí)了解試驗的基本原理和操作要領(lǐng)，組員間各自明確分工，試驗過程中對于關(guān)鍵步驟，必要情況下組員間需相互提醒。

1. 動力觸探試驗

該試驗基于某場地勘查項目，該動力觸探試驗結(jié)果為某入土深度下的錘擊數(shù)，對于可用于多種巖土參數(shù)的推定，對本工程而言，動力觸探試驗主要用于確定場地地基承載力，因此測試結(jié)果錘擊數(shù)尚需通過經(jīng)驗公式換算成地基承載力，這也是巖土測試中無法直接測定巖土參數(shù)時常用的一種思路（圖1）。

2. 土壓力測試試驗

土壓力確定是巖土工程中勘查、設(shè)計、施工等工作的基礎(chǔ)性、關(guān)鍵性環(huán)節(jié)。該試驗基于某隧道模型土壓力檢測項目，目的是確定土壓力大小，以便于選用合適的支護參數(shù)，采用剛性土箱作為容器，逐漸填土并在填土上部施加荷載，在容器側(cè)壁安裝土壓力測試計，土壓力測試計與計算機連接，實時顯示土壓力大小變化情況（圖2至圖4）。

3. 混凝土應(yīng)變片粘貼

應(yīng)變片粘貼是所有變形及應(yīng)力測試方法中最基本、最常用的一種，是土木工程試驗的基本技能，要求學(xué)生有較強的動手操作能力，需要將應(yīng)變片牢固緊密地粘貼在被測試件，使得應(yīng)變片與測試件能夠同步產(chǎn)生相同的變形，本試驗選取混凝土試件為被測試件，將應(yīng)變片粘貼于混凝土試件表面（圖5至圖6）。

4. 應(yīng)變橋路檢測試驗

構(gòu)件受力情況是結(jié)構(gòu)工程中最基本的測試要求，該試驗的工程背景源于對鋼結(jié)構(gòu)的內(nèi)力檢測需求，試驗?zāi)康脑谟谡莆侦o態(tài)電阻應(yīng)變儀單點測量的基本原理，學(xué)會電阻應(yīng)變片作半橋及全橋測量的接線方法（圖7）。

（四）課程考核方式

課程考核是檢驗學(xué)習(xí)效果的必備環(huán)節(jié)，考核應(yīng)能反映出學(xué)習(xí)效果的優(yōu)劣，本試驗課程主要考查學(xué)生對試驗基本原理的理解以及對試驗操作的掌握情況，最終考核采用書面試驗報告加口頭試驗匯報相結(jié)合的方式進行，總成績中書面報告與口頭匯報權(quán)重各占一半。

三、結(jié)論

土木工程試驗課程改革應(yīng)著力改善傳統(tǒng)上單純?yōu)樵囼灦鲈囼灥哪Ｊ健１狙芯刻岢隽嘶陧椖渴浇虒W(xué)的土木工程試驗教學(xué)改革方法，試驗前，教師講解該試驗的工程項目來源與需求，在介紹試驗基本原理后，通過試驗數(shù)據(jù)反映實際工程中的技術(shù)指標以及該指標對實際工程的影響，這樣的教學(xué)方式拉近了課堂與實際工程間的距離，引發(fā)學(xué)生對試驗教學(xué)的興趣，同時也更好地鍛煉了學(xué)生的實踐能力。本研究踐行以項目為抓手，“以學(xué)生為中心”的新工科教育理念，以實現(xiàn)傳統(tǒng)試驗教學(xué)從“教”向“學(xué)”的轉(zhuǎn)變，真正達到提高土木工程專業(yè)學(xué)生實踐應(yīng)用能力的目標。

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基金項目：河南省高校重點科研項目“基于細粒尾礦制備泡沫混凝土關(guān)鍵技術(shù)研究”（20A440008）

作者簡介：杜艷強（1988-），男，漢族，河南澠池人，博士，講師，研究方向為巖土工程方面的教學(xué)科研。