《結(jié)構(gòu)試驗(yàn)》開(kāi)放試驗(yàn)教學(xué)的研究*

鄒 建

(中南大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410075)

學(xué)生學(xué)習(xí)土木工程，除了學(xué)習(xí)一些設(shè)計(jì)的理論知識(shí)，還要通過(guò)實(shí)踐來(lái)驗(yàn)證這些理論，《結(jié)構(gòu)試驗(yàn)》就是這樣一門(mén)課程，學(xué)生通過(guò)實(shí)踐，使所學(xué)的理論知識(shí)得到進(jìn)一步升華，為今后走上工作崗位打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。隨著我國(guó)建筑業(yè)的發(fā)展，建筑工程質(zhì)量成為擺在當(dāng)前的重大問(wèn)題，而結(jié)構(gòu)試驗(yàn)包括無(wú)損檢測(cè)部分，建筑工程的質(zhì)量必須通檢測(cè)來(lái)保證。同時(shí)一些舊的建筑物及遭受安全事故的建筑物，其安全性能也必須通過(guò)檢測(cè)來(lái)判斷，所以說(shuō)《結(jié)構(gòu)試驗(yàn)》也是一門(mén)實(shí)用性很強(qiáng)的課程。為了學(xué)好這門(mén)課程，本人提出了幾點(diǎn)教學(xué)方法，以解決實(shí)際教學(xué)過(guò)程中的教師授課困難與學(xué)生學(xué)習(xí)積極性差的問(wèn)題。

一、建立開(kāi)放試驗(yàn)教學(xué)的預(yù)約系統(tǒng)

所謂開(kāi)放試驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，即在網(wǎng)上建立一個(gè)平臺(tái)，學(xué)生在網(wǎng)上與老師互動(dòng)，確定上課時(shí)間、上課人數(shù)。上課時(shí)間可安排在白天、晚上或者周末，這樣能夠充分利用學(xué)生的空余時(shí)間，避免了因?yàn)榧袑?shí)驗(yàn)教學(xué)，某些學(xué)生因?yàn)橛衅渌n程或其他的事無(wú)法參加實(shí)驗(yàn)教學(xué)或不能集中精力做試驗(yàn)，從而影響實(shí)驗(yàn)教學(xué)。學(xué)生人數(shù)至少10人以上，因?yàn)槿藬?shù)太少，必然預(yù)約的時(shí)間增多，給實(shí)驗(yàn)室老師帶來(lái)不便，同時(shí)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備無(wú)法充分利用，一些實(shí)驗(yàn)因人數(shù)太少無(wú)法完成。學(xué)生預(yù)約人數(shù)卻定以后，由實(shí)驗(yàn)室工作人員卻定上課時(shí)間，并將上課時(shí)間發(fā)布到預(yù)約系統(tǒng)平臺(tái)，學(xué)生通過(guò)平臺(tái)獲知上課時(shí)間，并在所指定時(shí)間來(lái)實(shí)驗(yàn)室上課。如果學(xué)生對(duì)上課時(shí)間有異議，可與實(shí)驗(yàn)室老師協(xié)商，卻定合適的時(shí)間。建立試驗(yàn)教學(xué)預(yù)約系統(tǒng)給學(xué)生學(xué)習(xí)帶來(lái)便利，使學(xué)生變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。

二、加強(qiáng)多媒體技術(shù)在教學(xué)中的運(yùn)用

在《結(jié)構(gòu)試驗(yàn)》課程傳統(tǒng)授課模式中，課堂教學(xué)以理論學(xué)習(xí)為主，學(xué)習(xí)內(nèi)容以教材為基礎(chǔ)，教學(xué)形式主要是教師在黑板上進(jìn)行口頭講解，用粉筆簡(jiǎn)單地畫(huà)幾個(gè)草圖，配上文字，學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)感覺(jué)不直觀，缺乏感性認(rèn)識(shí)，因此單純依靠教材講解很難講清楚，容易造成“課上聽(tīng)不懂，試驗(yàn)不會(huì)做，看不懂，設(shè)計(jì)不入門(mén)”的尷尬境地，從而導(dǎo)致教師傳授知識(shí)困難，學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)缺乏興趣，進(jìn)入角色慢的缺點(diǎn)。而多媒體技術(shù)可以對(duì)文本、聲音、圖形、動(dòng)畫(huà)等進(jìn)行綜合處理，具有強(qiáng)大交互式特點(diǎn)，能夠在課堂上三維動(dòng)畫(huà)的方式生動(dòng)直觀地展示混凝土梁的幾種破壞形式，破壞特點(diǎn)，以及梁受力后的應(yīng)力分布特點(diǎn)，裂縫的位置及深度等。所以，應(yīng)用多媒體技術(shù)制作的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)課件，教師就可以生動(dòng)逼真地模擬一個(gè)個(gè)具體教學(xué)環(huán)境。這不但為教學(xué)的順利實(shí)施提供了形象的表達(dá)工具，同時(shí)還有效地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為達(dá)到教學(xué)目的、完成教學(xué)任務(wù)提供了強(qiáng)有力的保證。

三、開(kāi)設(shè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)

學(xué)生通過(guò)理論學(xué)習(xí)，已掌握了一些基本知識(shí)，但是必須通過(guò)實(shí)踐來(lái)驗(yàn)證這些理論，所以學(xué)生必須親自動(dòng)手做試驗(yàn)，這樣才能使所學(xué)的知識(shí)進(jìn)一步鞏固。實(shí)驗(yàn)課程主要開(kāi)設(shè)混凝土梁靜載受彎試驗(yàn)，鋼桁梁靜載受彎試驗(yàn)，結(jié)構(gòu)動(dòng)特性與動(dòng)力反應(yīng)測(cè)定，測(cè)振儀器系統(tǒng)的系統(tǒng)標(biāo)定等。

(一)混凝土梁靜載試驗(yàn)

混凝土梁靜載試驗(yàn)如圖1所示，是把混凝土梁放在加力架上，一邊放一個(gè)支座，一個(gè)是鉸支座，一個(gè)是活動(dòng)支座，跨度為1．6m，在梁的上端中間位置也放兩個(gè)支座，同樣是鉸支座和活動(dòng)支座，跨度80cm，在上面放一個(gè)分載梁，這是一個(gè)三分點(diǎn)的加載系統(tǒng)，通過(guò)上面中間位置的千斤頂頂壓分載梁，在混凝土梁上產(chǎn)生兩個(gè)向下的力，隨著荷載的加大，混凝土梁產(chǎn)生了裂縫，學(xué)生通過(guò)肉眼觀察，在裂縫位置畫(huà)出線條，荷載越來(lái)越大，裂縫不斷加深同時(shí)也不斷增加，最后混凝土梁下部完全裂開(kāi)，整個(gè)梁靠鋼筋受力支撐，并產(chǎn)生很大的彎曲變形，當(dāng)荷載加到極點(diǎn)，混凝土梁斷裂，測(cè)出最大破壞荷載。學(xué)生通過(guò)這個(gè)試驗(yàn)了解梁加載時(shí)各點(diǎn)的應(yīng)力分布，梁產(chǎn)生的撓度，梁產(chǎn)生裂縫的位置，以及梁的整個(gè)破壞過(guò)程，并比較適筋梁、少筋梁、超筋梁的破壞特點(diǎn)，了解什么是延性破壞，什么是碎性破壞，通過(guò)這個(gè)試驗(yàn)，使學(xué)生親身體驗(yàn)了混凝土結(jié)構(gòu)的最基本的破壞過(guò)程。

圖1 混凝土梁靜載試驗(yàn)

(二)鋼桁架靜載試驗(yàn)

鋼桁架靜載試驗(yàn)加載方式與混凝土梁類(lèi)似，如圖2所示，采用三分點(diǎn)加載，將鋼桁架放在加力架上，支座采用一邊鉸支，一邊滾動(dòng)方式，將分載梁放在鋼桁架放在加力架上，也是一邊鉸支，一邊滾動(dòng)，油壓千斤頂從中心加載，通過(guò)分載梁傳遞到鋼桁架上，使鋼桁架產(chǎn)生彈性變形，通過(guò)桁架上的應(yīng)變計(jì)，在應(yīng)變儀上讀出主要受力點(diǎn)的應(yīng)變，通過(guò)百分表測(cè)出鋼桁架各點(diǎn)的撓度。學(xué)生通過(guò)這個(gè)試驗(yàn)了解鋼桁架的受力特點(diǎn)，并進(jìn)一步了解鋼結(jié)構(gòu)的特性，通過(guò)實(shí)踐來(lái)驗(yàn)證理論設(shè)計(jì)。

圖2 鋼桁梁靜載試驗(yàn)

(三)結(jié)構(gòu)動(dòng)載試驗(yàn)

結(jié)構(gòu)動(dòng)特性與動(dòng)力反應(yīng)測(cè)定如圖3所示，是將一根較長(zhǎng)工字鋼梁架兩端支座上，一端鉸支，一端滾動(dòng)，工字鋼梁距地面1．65m，鋼梁上掛有電戎蘆，在鋼梁的中間位置貼有應(yīng)變片，通過(guò)電線連到動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀上，電葫蘆在鋼梁上左右、上下移動(dòng)，產(chǎn)生動(dòng)態(tài)應(yīng)變，并傳遞到動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀上。學(xué)生通過(guò)這個(gè)試驗(yàn)了解結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)應(yīng)變特性，動(dòng)態(tài)撓度的變化，通過(guò)量測(cè)得到的數(shù)據(jù)和資料，研究由于受振動(dòng)影響的結(jié)構(gòu)性能是否安全可靠，存在什么問(wèn)題。測(cè)振儀器系統(tǒng)的標(biāo)定是在小振動(dòng)臺(tái)上通過(guò)電腦軟件對(duì)測(cè)振儀器進(jìn)行標(biāo)定。

圖3 結(jié)構(gòu)動(dòng)載試驗(yàn)

四、結(jié)論

總之，隨著教育改革的不斷深化，社會(huì)與學(xué)校都對(duì)各種課程的教學(xué)效果提出了更高的要求。為了提高教學(xué)效果，達(dá)到教學(xué)要求，通過(guò)嘗試開(kāi)放試驗(yàn)教學(xué)這種方法，使學(xué)生能夠充分利用空余時(shí)間，使學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的人數(shù)得已分散，避免了集中教學(xué)因人數(shù)過(guò)多，一些學(xué)生無(wú)事可做，從而讓每個(gè)學(xué)生能夠親自動(dòng)手，使學(xué)生變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，這樣能夠極大地提高教學(xué)效果，使學(xué)生較好地掌握《結(jié)構(gòu)試驗(yàn)》這門(mén)課程，并使學(xué)生的實(shí)際操作能力得到提高。

［1］周明華．土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)與檢測(cè)［M］．南京:東南大學(xué)出版社，2002．

［2］趙秀英，葛偉三，沈建京．多媒體課件制作教程［M］．北京:北京交通大學(xué)出版社，2004．

［3］馬永欣，鄭山鎖．結(jié)構(gòu)試驗(yàn)［M］．北京:科學(xué)出版社，2001．