土木工程實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)模式研究

馬輝

摘 要：實(shí)驗(yàn)課是工科學(xué)生不可或缺的課題，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在土木工程專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)中是不可缺少的重要組成部分。土木工程實(shí)驗(yàn)既是一門科學(xué)又是一種技術(shù)，是研究和發(fā)展土木工程新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝以及檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)理論的重要手段，在結(jié)構(gòu)工程科學(xué)研究和技術(shù)創(chuàng)新等方面起著重要作用。學(xué)生必須掌握實(shí)驗(yàn)課的基本理論，操作方法;指導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課程中將在課堂上所學(xué)到的理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)戰(zhàn)當(dāng)中往，要做到能把課本上的知識(shí)機(jī)動(dòng)適當(dāng)?shù)膽?yīng)用。提高學(xué)生的質(zhì)疑、推理、判斷、反思、交流、合作等能力、特別是創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)探究;技能培養(yǎng);土木工程實(shí)驗(yàn)

1 充分理解如何進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究

土木工程實(shí)驗(yàn)課程是突出科學(xué)的探究活動(dòng)，倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)。科學(xué)探究是一種多側(cè)面的活動(dòng)，學(xué)生積極主動(dòng)地獲取知識(shí)，領(lǐng)悟科學(xué)的思想觀念，領(lǐng)會(huì)科學(xué)的研究方法，而進(jìn)行的多種活動(dòng)都屬于探究。進(jìn)行科學(xué)探究，通常以問題為引入，然后作出假設(shè)，常通過觀察、實(shí)驗(yàn)、調(diào)查等多種途徑來獲得事實(shí)和證據(jù)。探究需要推理和判斷，需要正確地表達(dá)和與人交流，所以科學(xué)探究通常包括：提出問題，作出假設(shè)，制定計(jì)劃，收集證據(jù)，得出結(jié)論，表達(dá)和交流。實(shí)驗(yàn)是常見的探究實(shí)踐活動(dòng)。實(shí)驗(yàn)?zāi)茏寣W(xué)生通過動(dòng)手操作來增加感性認(rèn)識(shí)，加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手操作能力。探究性實(shí)驗(yàn)，還能提高學(xué)生的質(zhì)疑、推理、判斷、反思、交流、合作等能力、特別是創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。

2 實(shí)驗(yàn)技能培養(yǎng)應(yīng)充分重視

土木工程實(shí)驗(yàn)課程是研究和發(fā)展結(jié)構(gòu)計(jì)算理論的重要實(shí)踐，從材料的力學(xué)性能到驗(yàn)證由各種材料構(gòu)成不同類型結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的基本計(jì)算方法，以及近年來發(fā)展的大量大跨、超高、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的計(jì)算理論，都離不開試驗(yàn)研究。因此，土木工程實(shí)驗(yàn)課程在土木工程結(jié)構(gòu)科學(xué)研究和技術(shù)革新方面起著重要的作用，與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工及推動(dòng)土木工程學(xué)科的發(fā)展有著密切的關(guān)系。土木工程實(shí)驗(yàn)課程中的試驗(yàn)荷載要與結(jié)構(gòu)在實(shí)際中的受力情況相一致，試驗(yàn)時(shí)的荷載應(yīng)使結(jié)構(gòu)處于某一種實(shí)際可能的最不利的工作情況。當(dāng)采用等效荷載時(shí)，試驗(yàn)荷載的大小要根據(jù)相應(yīng)的等效條件換算得到，同時(shí)要注意荷載圖式的改變對(duì)結(jié)構(gòu)的各種影響。結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的加載制度要根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)按照相應(yīng)的規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)。

土木工程實(shí)驗(yàn)相關(guān)課程與材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、地基基礎(chǔ)和橋梁結(jié)構(gòu)等課程直接有關(guān)，并涉及物理學(xué)、機(jī)械與電子測量技術(shù)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析等內(nèi)容。通過實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握土木工程實(shí)驗(yàn)課程方面的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，掌握一般工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)規(guī)劃設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)試驗(yàn)、工程檢測和鑒定的方法，以及根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果作出正確的分析和結(jié)論的能力，為今后的學(xué)習(xí)和工作打下良好的基礎(chǔ)。土木工程實(shí)驗(yàn)課程它的任務(wù)是在結(jié)構(gòu)或?qū)嶒?yàn)對(duì)象上，以儀器設(shè)備為工具，利用各種實(shí)驗(yàn)技術(shù)為手段，在荷載或其他因素作用下，通過測試與結(jié)構(gòu)工作性能有關(guān)的各種參數(shù)后進(jìn)行分析，從而對(duì)結(jié)構(gòu)的工作性能作出評(píng)價(jià)，對(duì)結(jié)構(gòu)的承載能力作出正確的估計(jì)，并為驗(yàn)證和發(fā)展結(jié)構(gòu)的計(jì)算理論提供可靠的依據(jù)。通過本門課程的學(xué)習(xí)，在理論上讓學(xué)生掌握結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的知識(shí)，工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的量方法、程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)過程、可靠性鑒定等。

工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的大量方法與土木工程實(shí)驗(yàn)課程中的試驗(yàn)荷載要與結(jié)構(gòu)在實(shí)際中的受力情況相一致，試驗(yàn)時(shí)的荷載應(yīng)使結(jié)構(gòu)處于某一種實(shí)際可能的最不利的工作情況。當(dāng)采用等效荷載時(shí)，試驗(yàn)荷載的大小要根據(jù)相應(yīng)的等效條件換算得到，同時(shí)要注意荷載圖式的改變對(duì)結(jié)構(gòu)的各種影響。結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的加載制度要根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)按照相應(yīng)的規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)。試驗(yàn)規(guī)劃是指導(dǎo)整個(gè)試驗(yàn)工作的綱領(lǐng)性技術(shù)文件，因而試驗(yàn)規(guī)劃的內(nèi)容應(yīng)盡可能地細(xì)致和全面。科學(xué)研究性試驗(yàn)的規(guī)劃，首先應(yīng)根據(jù)研究課題，了解其發(fā)展現(xiàn)狀和前景，并通過收集和查詢有關(guān)文獻(xiàn)資料，確定實(shí)驗(yàn)研究的目的和任務(wù)，確定試驗(yàn)的規(guī)模和性質(zhì);在此基礎(chǔ)上決定試件設(shè)計(jì)的主要組合參數(shù)，并根據(jù)試驗(yàn)設(shè)備的能力確定試件的外形和尺寸;進(jìn)行試件設(shè)計(jì)及制作;確定加載方法和設(shè)計(jì)支承系統(tǒng);選定量測方法;進(jìn)行設(shè)備和儀表的率定;作好材料性能試驗(yàn)或其他輔助試件的試驗(yàn);制定試驗(yàn)安全防護(hù)措施;提出試驗(yàn)進(jìn)度和技術(shù)人員分工;編寫材料需用計(jì)劃，經(jīng)費(fèi)開支及預(yù)算，試驗(yàn)設(shè)備、儀表及附件清算等。試驗(yàn)準(zhǔn)備試驗(yàn)準(zhǔn)備階段是將規(guī)劃階段確定的試件按要求制作安裝與就位，將加載設(shè)備和測試儀表安裝就位，并完成輔助試驗(yàn)工作。試件制作完畢后，要進(jìn)行實(shí)際幾何尺寸的測量和外觀質(zhì)量檢查，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的才能安裝就位。加載設(shè)備和測試儀表安裝就位前，應(yīng)完成相應(yīng)的設(shè)備調(diào)試與儀表標(biāo)定工作，性能正常的才可正式安裝。輔助試驗(yàn)完成后，要及時(shí)整理試驗(yàn)結(jié)果并作為結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的原始數(shù)據(jù)，對(duì)試驗(yàn)規(guī)劃階段確定的加載制度控制指標(biāo)進(jìn)行必要的修正。

試驗(yàn)加載測試階段對(duì)試件施加外荷載是整個(gè)試驗(yàn)工作的中心環(huán)節(jié)，參加試驗(yàn)的每個(gè)工作人員應(yīng)各就各位，各盡其職，做好本崗工作，試驗(yàn)期間一切工作都要按照試驗(yàn)的程序進(jìn)行。對(duì)試驗(yàn)起控制作用的重要數(shù)據(jù)應(yīng)隨時(shí)整理和分析，必要時(shí)還應(yīng)跟蹤觀察其變化情況，并與事先計(jì)算的理論數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如有反常現(xiàn)象應(yīng)立即查明原因，排除故障，否則不得繼續(xù)加載試驗(yàn)試驗(yàn)工程中除認(rèn)真讀數(shù)和記錄外，必須仔細(xì)觀察結(jié)構(gòu)的變形，混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫出現(xiàn)、走向及寬度，構(gòu)件的破壞特征等。試件破壞后要繪制破壞特征圖，有條件的可拍成錄像，作為原始資料保存，以便研究分析時(shí)使用。試驗(yàn)資料整理分析階段對(duì)試驗(yàn)起控制作用的重要數(shù)據(jù)應(yīng)隨時(shí)整理和分析，必要時(shí)還應(yīng)跟蹤觀察其變化情況，并與事先計(jì)算的理論數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如有反常現(xiàn)象應(yīng)立即查明原因，排除故障，否則不得繼續(xù)加載試驗(yàn)。試驗(yàn)工程中除認(rèn)真讀數(shù)和記錄外，必須仔細(xì)觀察結(jié)構(gòu)的變形，混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫出現(xiàn)、走向及寬度，構(gòu)件的破壞特征等。試件破壞后要繪制破壞特征圖，有條件的可拍成錄像，作為原始資料保存，以便研究分析時(shí)使用。通過試驗(yàn)準(zhǔn)備和加載試驗(yàn)階段，獲得了大量數(shù)據(jù)和有關(guān)資料后，一般不能直接回答試驗(yàn)研究所提出的各類問題，必須將數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的整理、計(jì)算，做到去粗取精，去偽存真，最后根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和資料編寫試驗(yàn)報(bào)告。

3 開展形式多樣的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)

為培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立性，自主性，創(chuàng)造性，應(yīng)多開展形式多樣的開放性實(shí)驗(yàn)，更好地培養(yǎng)科學(xué)的探究能力，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造思維能力和實(shí)踐能力。

示范驗(yàn)證式傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，著重實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練，其優(yōu)勢(shì)在于能讓學(xué)生親自操作，親自體驗(yàn)。其實(shí)實(shí)驗(yàn)過程具有很強(qiáng)的規(guī)范性，主要包括：解讀實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃怼x擇實(shí)驗(yàn)材料→確定實(shí)驗(yàn)方法步驟→熟悉儀器的使用→實(shí)施操作→體驗(yàn)科學(xué)的方法和技能。可通過加強(qiáng)此類傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，規(guī)范學(xué)生的動(dòng)手操作技能。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果已有定論，側(cè)重體驗(yàn)科學(xué)探究的過程和方法。

自主探究式實(shí)驗(yàn)

學(xué)生平時(shí)通過觀察，會(huì)提出不少的問題，可把主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生，讓學(xué)生提出自己感興趣的問題，以自己獨(dú)特的視角去觀察，以自己獨(dú)特的思維方式去探究。盡量讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，自主探究。特別是材料、方法的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)以及開放性的拓展實(shí)驗(yàn)。課內(nèi)外結(jié)合實(shí)驗(yàn)教材中的不少實(shí)驗(yàn)，可延伸到課外，對(duì)一些實(shí)驗(yàn)時(shí)間長，實(shí)驗(yàn)難度大的探究，可讓學(xué)生在課外進(jìn)行然后讓他們?cè)谡n堂上匯報(bào)實(shí)驗(yàn)的情況，全班進(jìn)行討論、交流、評(píng)議。通過匯報(bào)，讓全班同學(xué)也得到收獲。

4 結(jié)論

土木工程的實(shí)驗(yàn)課程對(duì)學(xué)生相當(dāng)重要，通過本門課程的學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生在理論上，掌握結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的知識(shí)，工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的量方法、程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)過程、可靠性鑒定等。土木工程相關(guān)實(shí)驗(yàn)以儀器設(shè)備為工具，利用各種實(shí)驗(yàn)技術(shù)為手段，在荷載或其他因素作用下，通過測試與結(jié)構(gòu)工作性能有關(guān)的各種參數(shù)后進(jìn)行分析，從而對(duì)結(jié)構(gòu)的工作性能作出評(píng)價(jià)，對(duì)結(jié)構(gòu)的承載能力作出正確的估計(jì)，并為驗(yàn)證和發(fā)展結(jié)構(gòu)的計(jì)算理論提供可靠的依據(jù)。這種實(shí)驗(yàn)技能不但能讓學(xué)生的理論知識(shí)更加扎實(shí)，還能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和探索精神。

項(xiàng)目支持：濱州學(xué)院實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究項(xiàng)目（BZXYSYXM201811）：基于工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)的BIM 課程改革研究

濱州學(xué)院教學(xué)改革研究項(xiàng)目（BYJYYB201527）：土木工程專業(yè)本科人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新研究。

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（作者單位：濱州學(xué)院 ?建筑工程學(xué)院）