建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)課程教學(xué)方法研究與探索

惠存　魏明漢　林國華

摘要：建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)課程是土木工程和城市地下空間工程專業(yè)的必修課，現(xiàn)有的教學(xué)方法已不太適應(yīng)新時代的教學(xué)要求。本研究通過開設(shè)實(shí)踐性和綜合性試驗(yàn)、鼓勵學(xué)生參與教師的縱向橫向課題研究、改革考核形式等方法.充分利用力學(xué)與工程結(jié)構(gòu)省級虛擬仿真試驗(yàn)中心，并開放工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)室，形成多層次教學(xué)體系和多樣化的教學(xué)方法。多樣化能力培養(yǎng)的試驗(yàn)教學(xué)新體系和開放的教學(xué)模式，有利于學(xué)生實(shí)踐操作能力、虛擬技術(shù)應(yīng)用能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)；教學(xué)方法；課程改革；實(shí)踐教學(xué)

建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)課程是土木工程和城市地下空間工程專業(yè)的一門必修課，該課程在介紹建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)傳統(tǒng)方法和技術(shù)手段的基礎(chǔ)上，增加了國內(nèi)外最新試驗(yàn)理論和技術(shù)方法，目的是促進(jìn)理論與實(shí)踐的共同發(fā)展。根據(jù)學(xué)校土木工程和城市地下空間工程專業(yè)的培養(yǎng)方案，在學(xué)生修完材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理及鋼結(jié)構(gòu)基本原理等課程后開設(shè)建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)課程。學(xué)生此時具有一定的專業(yè)知識和基礎(chǔ)理論，通過該課程的學(xué)習(xí)可以把多門課程的基礎(chǔ)知識綜合到一起，有助于學(xué)生對所學(xué)基礎(chǔ)知識和基本理論的理解與綜合運(yùn)用，做到理論學(xué)習(xí)和試驗(yàn)實(shí)踐的統(tǒng)一，有利于學(xué)生工程實(shí)踐能力的提高。試驗(yàn)的過程，也是對知識進(jìn)行融會貫通的過程。

現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展越來越復(fù)雜，有些甚至超過了現(xiàn)有規(guī)范的規(guī)定，給工程設(shè)計、施工和監(jiān)測帶來了新的技術(shù)挑戰(zhàn)，而結(jié)構(gòu)試驗(yàn)是發(fā)展結(jié)構(gòu)理論和解決工程設(shè)計問題的重要手段，所以說無論學(xué)生今后走上工作崗位還是繼續(xù)深造，本課程的重要性都是不可替代的。

一、課程教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題

（一）課程教學(xué)現(xiàn)狀

作為土木工程和城市地下空間工程專業(yè)的必修課，建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)課程在介紹建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)傳統(tǒng)方法和技術(shù)手段的基礎(chǔ)上，介紹了國內(nèi)外最新試驗(yàn)理論和技術(shù)方法，實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)踐的共同發(fā)展。其主要目標(biāo)是通過理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)，使學(xué)生掌握建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的基本知識和基礎(chǔ)理論，并能根據(jù)設(shè)計、施工和科研任務(wù)的需要，完成一般建筑結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)設(shè)計和分析工作。

按照土木工程專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會的要求，所有開設(shè)土木工程專業(yè)的高校都應(yīng)開設(shè)建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)課程。學(xué)校建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)課程主要講解內(nèi)容為：建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)分類，結(jié)構(gòu)試驗(yàn)試件設(shè)計，結(jié)構(gòu)模型設(shè)計的相似條件，試驗(yàn)加載裝置的設(shè)計，結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的加載制度，測點(diǎn)的選擇與布置，儀器的選擇與測讀的原則，液壓加載系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集方法，應(yīng)變測量基本原理和方法，電橋的接法，受彎構(gòu)件和受壓構(gòu)件的靜力加載試驗(yàn)的原理和方法等。

（二）存在的問題

在試驗(yàn)教學(xué)和與學(xué)生溝通過程中，發(fā)現(xiàn)學(xué)校建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)教學(xué)主要存在以下問題。

第一，以理論教學(xué)為主實(shí)踐教學(xué)為輔，未制訂針對試驗(yàn)教學(xué)的培養(yǎng)計劃，而且理論課時遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于試驗(yàn)課程的學(xué)時。

第二，結(jié)構(gòu)試驗(yàn)所用儀器設(shè)備一般情況下都比較大而且價格高，需要占用較大的空間，學(xué)校不僅需要投入較大的財力采購設(shè)備，而且需要建設(shè)大型實(shí)驗(yàn)室滿足基本教學(xué)和科研需求，這些條件目前學(xué)校尚無法滿足。

第三，試驗(yàn)課的上課方式以教師講解為主，學(xué)生自己動手的時間不多。所有內(nèi)容都由教師詳細(xì)講解，學(xué)生只要按教師所講解的步驟模仿操作，測試并記錄一些規(guī)定數(shù)據(jù)即可，甚至部分實(shí)驗(yàn)僅僅是演示，學(xué)生未親自動手操作，這樣無法調(diào)動學(xué)生的積極性，也無法充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。

二、教學(xué)改革思路探索

（一）加大經(jīng)費(fèi)投入，提供寬闊場地

從學(xué)校整體規(guī)劃和土木工程學(xué)科發(fā)展和專業(yè)需求出發(fā)，學(xué)校要及時更新設(shè)備，提供寬闊的試驗(yàn)場地滿足大型教學(xué)科研試驗(yàn)，為試驗(yàn)教學(xué)改革提供物質(zhì)上的保證，保證學(xué)生掌握最新科學(xué)技術(shù)，達(dá)到培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的目的。

（二）改革傳統(tǒng)教學(xué)方法，提高學(xué)生動手能力

建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)課程通常采用演示試驗(yàn)，課程的考核采用試驗(yàn)報告的形式。學(xué)校應(yīng)開設(shè)新的綜合性試驗(yàn)，以學(xué)生為中心，調(diào)動學(xué)生的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。在做分組試驗(yàn)時，以學(xué)生自主發(fā)揮為主，以教師指導(dǎo)為輔，即便試驗(yàn)失敗，學(xué)生也可在對比過程中發(fā)現(xiàn)問題和不足。

（三）開設(shè)綜合性試驗(yàn)

通過綜合性試驗(yàn)，學(xué)生自主動手能力會得到充分發(fā)揮，根據(jù)試驗(yàn)設(shè)備的具體情況，教師將學(xué)生分成若干小組，由小組成員共同設(shè)計試驗(yàn)，共同完成結(jié)構(gòu)的制作，并粘貼應(yīng)變片、安裝位移計。學(xué)生自主完成整個試驗(yàn)過程，既鍛煉了動手能力，也培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作水平，在試驗(yàn)過程中培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。

（四）鼓勵學(xué)生參與科研項(xiàng)目

學(xué)院土木工程和城市地下空間工程專業(yè)教師多數(shù)都有自己的研究方向和研究課題，可鼓勵學(xué)生積極參與，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，為讀研深造和今后的工作打下良好的基礎(chǔ)。

（五）改革考核模式，建立測評體系

建立新的考核測評體系，主要包括試驗(yàn)方案設(shè)計能力、實(shí)際操作能力和創(chuàng)新能力等，對其采用不同的形式進(jìn)行考核，然后將各部分所得分?jǐn)?shù)進(jìn)行相加獲得最終的考核結(jié)果。

（六）開設(shè)虛擬仿真試驗(yàn)教學(xué)

中原工學(xué)院力學(xué)與工程結(jié)構(gòu)虛擬仿真試驗(yàn)教學(xué)中心于2013年被評為首批河南省本科學(xué)校虛擬仿真試驗(yàn)教學(xué)中心，在土木工程和城市地下空間工程專業(yè)的人才培養(yǎng)過程中已積累了較為豐富的經(jīng)驗(yàn)，教學(xué)成果獲得了廣大師生的認(rèn)可。在此基礎(chǔ)上，可通過購置和自主研發(fā)虛擬仿真試驗(yàn)軟件，采用虛實(shí)結(jié)合以實(shí)為主的方法。學(xué)校目前擁有虛擬施工、虛擬力學(xué)和三維構(gòu)造空間等軟件，基本可以滿足試驗(yàn)教學(xué)需求，應(yīng)充分利用現(xiàn)有軟件實(shí)現(xiàn)多層次培養(yǎng)。

通過課程教學(xué)改革，要實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：解決學(xué)生理論基礎(chǔ)知識掌握較為扎實(shí)，但動手能力和試驗(yàn)操作能力較弱的問題，最終實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)理論知識和實(shí)踐動手能力協(xié)同發(fā)展：通過開設(shè)綜合性試驗(yàn)，鍛煉學(xué)生的動手能力、試驗(yàn)操作能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力；充分利用學(xué)校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)多層次培養(yǎng)目標(biāo)：制訂符合學(xué)校實(shí)際情況的建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)課程教學(xué)計劃，加快實(shí)現(xiàn)學(xué)校土木工程專業(yè)和城市地下空間工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)。

三、課程改革實(shí)施方案

第一，學(xué)生的感受是最真切的，要深入到學(xué)生中去，了解學(xué)生的實(shí)際需要，聽取學(xué)生對課程的意見和建議，認(rèn)真總結(jié)存在的問題并提出解決方案。

第二，與兄弟院校進(jìn)行廣泛交流，了解其他高校建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)課程的教學(xué)方法，學(xué)習(xí)其經(jīng)驗(yàn)，提高學(xué)校課程的教學(xué)水平。

第三，開設(shè)綜合性試驗(yàn)。教師應(yīng)通過綜合性試驗(yàn)，讓學(xué)生主導(dǎo)整個試驗(yàn)過程，使他們的動手能力得到充分發(fā)揮，學(xué)生在完成試驗(yàn)的過程中，可以相互比較設(shè)計方案和操作過程，發(fā)現(xiàn)自己的不足，最終提高個人的綜合能力。

第四，充分利用學(xué)校力學(xué)與工程結(jié)構(gòu)省級虛擬仿真試驗(yàn)教學(xué)中心的相關(guān)設(shè)備和軟件，讓學(xué)生在完成培養(yǎng)大綱要求的實(shí)踐試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過虛擬仿真軟件，完成更多的試驗(yàn)課程，對相關(guān)知識有更為清晰和系統(tǒng)的理解。

第五，開放結(jié)構(gòu)試驗(yàn)室。鼓勵和引導(dǎo)學(xué)生積極參加試驗(yàn)室開放項(xiàng)目，充分考慮學(xué)生年級的差別、能力的差異和興趣愛好的不同，通過設(shè)置基礎(chǔ)性試驗(yàn)和綜合提高試驗(yàn)，達(dá)到全面培養(yǎng)人才的目的。

通過以上建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)課程的建設(shè)和改革，可以使土木工程專業(yè)和城市地下空間工程專業(yè)的學(xué)生獲得工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方面的基礎(chǔ)知識和實(shí)踐能力，最終實(shí)現(xiàn)理論知識和實(shí)際應(yīng)用水平的良好結(jié)合，提高學(xué)生的綜合能力。

四、結(jié)語

通過開設(shè)實(shí)踐性和綜合性試驗(yàn)、鼓勵學(xué)生參與教師的縱向橫向課題研究、改革考核形式等方法，充分利用學(xué)校力學(xué)與工程結(jié)構(gòu)省級虛擬仿真試驗(yàn)中心，開放學(xué)校工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)室，形成多樣化能力培養(yǎng)的試驗(yàn)教學(xué)新體系和開放的教學(xué)模式，有利于學(xué)生實(shí)踐操作能力、虛擬技術(shù)應(yīng)用能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)，符合學(xué)校定位和學(xué)科發(fā)展實(shí)際以及學(xué)生需求的實(shí)踐教學(xué)特色。

責(zé)編：黎明