基于簡單結構健康監測的土木工程結構實驗教學改革研究

周云開

（華南農業大學，廣州510640）

基于簡單結構健康監測的土木工程結構實驗教學改革研究

周云開

（華南農業大學，廣州510640）

土木工程結構實驗是一門綜合性、應用性、創新性很強的實踐教學課程，結構健康監測工作對結構實驗課程有著重要的實踐指導意義，兩者有機結合的教學改革將有利于學生的專業技能、綜合分析能力和自主創新能力的培養，論文通過反思傳統的實驗教學、總結多年的實踐教學經驗，提出若干教學改革措施，實現本學院應用型人才、復合型人才、創新性人才的培養目標。【Abstract】The civil engineering structural experiment is a practical course of comprehensiveness,application and creativity.Structure health monitoring has guiding significance to the structural experiment course,and the organic combination will help improve students' professional skills,comprehensive analysis ability and independent innovation.Through the reflection of the traditional experimental teaching,and summary of practical teaching experience for many years,some measures of teaching reform are put forward to achieve the training objective of practical,comprehensive,innovative personnel.

土木工程結構實驗；結構健康監測；教學改革

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.09.014

1 引言

實踐是檢驗真理的唯一標準，而實驗是最有效的實踐。土木工程結構實驗的任務是基于結構基本理論，使用各種儀器儀表和試驗設備，對結構受作用后的性能進行觀測，通過量測的數據，對結構或構件的承載能力和使用性能作評估，為驗證和發展結構理論提供實驗依據。隨著建筑科學的發展，新材料的應用，新結構的設計，新工藝的施工，往往需要通過多次的科學實驗和工程實踐才能使理論不斷完善。自然災害頻發，國家對防災減災的重視，使結構抗震、抗風方面的實驗研究顯得非常重要。

2 土木工程結構實驗課程的重要性

土木工程結構實驗是一門必修的土木工程專業基礎課程，是電學、光學、光電子學、力學、土木工程材料、鋼筋混凝土結構原理、鋼結構設計原理等學科相互交叉的、實踐應用很強的一門科學，是用實驗的手段研究和鑒定結構質量的一門學科[1]。該課程的培養目的，一則提高學生的工程素質、綜合專業技能，二則拓寬本科畢業生的就業渠道，除了傳統的工程施工、管理、設計的工作以外，畢業生也可從事建筑工程質量監督、工程檢測、房屋鑒定、結構健康監控等工作。

3 土木工程結構實驗課教學中存在的主要問題

隨著高校畢業生就業競爭的加劇以及用人單位對人才綜合素質要求的逐漸提高，本科畢業生動手能力差、創新意識不強、缺乏理論知識與工程實踐聯系等問題逐漸暴露出來，究其原因，筆者根據多年的實踐教學經驗總結出幾個緣由。

1）實驗教學內容滯后，教學觀念的社會適應性不足。傳統的教學觀念認為實踐教學是對理論知識起輔助作用。長久以來，實驗的目的僅僅停留在驗證理論的正確性以及結論的可行性的層面上，實踐教學內容與工程聯系不夠緊密，脫離了實際工程情況不利于學生專業素養和綜合應用能力的培養。

2）實驗設備陳舊，實驗方法沒有與時俱進。部分設備是15年前的產品，如回彈儀，內部零件出現銹點，降低檢測的準確性，部分儀器缺乏日常的保養或損壞后沒有及時維修，會大大降低實驗的效率；另外，當今社會，科技日新月異，實驗設備推陳出新，其功能和精確度不斷改進。伴隨著實驗方法和實驗手段的更新換代，實驗設備落后的必然結果是檢測方法不能與時俱進，不利于學生創新能力的培養。

3）結構實驗平臺的建設速度跟不上擴招的速度。土木工程專業學生逐年遞增，造成結構實驗教學環節設備資源相對減少。以大班形式開課，實驗資源相對不足，為保證全體學生有動手的機會，則需延長課時，浪費等待的時間。

4 土木工程實驗引入“結構健康監測”的實踐意義

對重大工程的結構性能進行實時的檢測和對年老的結構進行診斷，及時發現結構的損失，并評估其安全性，預測結構的性能變化和剩余壽命并做出維護方案，對提高結構的運營效率，保證人民生命財產安全具有極其重大的意義，已經成為現代工程越來越迫切的要求，繼而產生了土木工程學科的一個重要領域——“結構健康監測” (Structural Health Monitoring，簡寫為SHM)。對于受環境因素、載荷和自然災害導致損傷、累積以及抗力衰減的工程結構，可以通過一定的檢測手段與方法來判斷結構是否存在損傷，并對損傷定位和評估加固來避免破壞，實現對土木工程基礎設施的損傷檢測和識別的過程稱為“結構健康監測”。

土木工程結構實驗教學引入“結構健康監測”，一方面增強了實驗教學目的的社會適應性，調動學生學習的興趣；另一方面，顛覆了“實踐教學是對理論知識起輔助作用”的教學觀念，提升結構實驗課程在人才培養中的地位，有利于學生職業技能和自主創新意識的提高。

5 基于簡單結構健康監測的土木工程結構實驗教學改革措施

為了更好地培養實用型、創新型等多層面人才，土木工程結構實驗教學改革最迫切的問題是改革傳統實驗教學理念，更新、整合和優化實驗資源，與時俱進地調整實驗教學內容和實驗手段，明確“結構健康監測”工作對結構實驗教學的實踐指導意義，還原理論知識到工程實踐中，努力培養學生發現問題、分析問題、解決實際問題的綜合能力。筆者根據多年的實踐教學和工程經驗，提出了以下的措施。

樹立實驗與理論并行的教學觀念。實驗教學在人才培養中不可或缺，與理論教學同等重要，“實驗與理論并行”的教學觀念實現能有效地促進感性認識與理性認識相互提升，有助于學生把各門專業課程的知識融會貫通。改革的方向可從培養計劃、學生評價體系等客觀條件和考核制度、教學方法等主觀條件著手[2]。

1）提高實驗教學在人才培養計劃中的比重，包括增加實驗教學課時和學分。如本學院的土木工程實驗課程為32學時，僅1.0學分，加權比重少，在工科要求修滿160學分里所占比例低，不利于提升實驗教學地位。因此，高校實驗教學改革首要變革實驗課時在人才培養計劃中的比重。

2）實施多元化的實驗教學考核制度，包括考核內容的多元化和考核方法的多元化。考核內容，如個人實操、團隊合作、數據分析等多方面的考核，考核成績現場公布，讓學生及時發現不足；考核方法，不再以單一的考試形式進行，綜合了不同的考核內容，來評定實驗教學。堅持“嚴格、公平地評定”的原則下，采用多元化的考核方法，促進學生自主學習、自主創新。

3）提倡實驗與理論課程相互滲透的教學方法。引入簡單的結構健康監測內容和方法的結構實驗，加深了解實驗的實踐指導意義，并能更好地與相關理論知識有機結合；另外，理論課程教學如鋼筋混凝土結構原理、結構力學等，可以引入虛擬結構實驗，感性認識深化理性認識，提高學生對專業課程的學習效率。

6 結語

基于簡單結構健康監測的土木工程結構實驗教學改革是土木工程專業實踐教學改革重要的一部分，其發散性作用將有助于提高其他課程的實驗教學質量，有助于學生創新能力、職業技能、專業素質的培養，有助于社會實踐融入高校教育，以實現培養滿足社會需求的應用型人才、復合型人才、創新性人才的目的。

【1】蔣田勇，田仲初.土木工程結構實驗教學改革研究[J].高等建筑教育，2011，20(4)∶144-147.

【2】張中脊，田仲初.結構實驗超市創新平臺的構建研究與實踐[J].高教論壇，2010(5)∶52-54.

Study on Teaching Reform of Civil Engineering Structural Experiment Based on Simple Structure Health Monitoring

ZHOU Yun-kai
（South China Agricultural University，Guangzhou 510640，China）

civil engineering structural experiment;structure health monitoring;teaching reform

TU3-4；G642.0

A

1007-9467（2016）09-0029-02

2016-09-09

周云開（1983～），女，廣東南海人，實驗師，從事廢棄建筑材料的循環再生和高校實驗教學改革研究。