疫情期間土木工程專業實驗教學改革與實踐

程學磊 海 然 劉俊霞 惠 存

中原工學院建筑工程學院（450007）

0 引言

2020 年春，突如其來的新冠肺炎疫情打破了原定常規教學計劃，高等學校無法如期開學。對于土木工程專業而言，理論課程可以通過線上教育開展教學，雖然教學效果不如課堂教學，但教師與學生經過短時間的適應和磨合，也基本能保障正常教學。土木工程是距離實際應用最近的學科之一，特別是本科教育，以基礎為本。土木工程材料與土木工程測量是土木建筑類專業的一門專業基礎課，由理論教學與實踐教學組成[1-2]。在疫情期間，如何保障土木工程教學的成果與質量，通過試驗操作切實培養學生的動手能力、觀察能力和想象能力，是土木工程實驗教學的當務之急[3-6]。由于土木工程專業本科四年每學期均有對應的緊張學習任務，疫情期間牽涉的專業實踐教學比較多，如土木工程材料、土木工程測量，混凝土結構、土質學與土力學等均有實驗實踐教學。在新冠肺炎疫情結束時間不確定的條件下，把本學期需要完成的土木工程實踐教學任務向暑假或下學期推移，無疑會增加學校、教師與學生的負擔。在此背景下，我校建筑工程學院積極貫徹落實習近平總書記關于疫情防控工作的重要講話精神，按照中原工學院《關于做好2020 年春節學期延遲開學期間教學工作安排的通知》 要求，安排部署線上教學工作。為更好地配合理論教學，學院領導召集全體教師開會，圍繞2019-2020 學年第二學期開展的實踐教學計劃進行了認真籌備，堅持“停課不停教、停課不停學”，采用線上虛擬教學的方式完成了實驗教學任務。

1 土木工程測量虛擬仿真實驗方法

我校建筑工程學院實驗中心擁有河南省首批虛擬仿真實驗教學中心，且申報并獲批了兩項河南省虛擬仿真實驗教學項目、一項校級虛擬仿真實驗教學項目。本次土木工程測量實驗采用的是潤尼爾開放式虛擬仿真實驗教學與資源共享平臺。通過該虛擬仿真系統，讓學生進行了全站儀的使用和立井兩井定向實驗，這兩組實驗也是土木工程測量課程中最為重要和經典的實驗[7]。

通過該虛擬仿真全站儀的使用實驗（如圖1 所示），讓學生生動地了解了全站儀的基本結構，認識其主要部件的名稱和作用；能進行全站儀的正確對中、整平、瞄準和讀數，掌握了全站儀測量水平角和豎直角的操作、記錄和計算方法。

圖1 全站儀的使用虛擬仿真實驗

圖2 兩井定向測量虛擬仿真實驗

通過虛擬仿真系統立井兩井定向實驗（如圖2所示），同學們能夠確定地面建筑物、鐵路和河湖等與井下采礦巷道之間的相對位置關系；能夠確定相鄰礦井的各巷道間及巷道與老塘（采空區）間的相互關系，并正確地劃定兩相鄰礦井間的隔離礦柱；掌握了立井兩井定向實驗的操作要點和數據分析方法。

同時，結合觀看線上搜集的土木工程測量實驗教學視頻，同學們加深了對全站儀的操作熟練程度，學會了對地貌的基本測量方法，提高了數據采集速度，增加了對測繪工作的了解和興趣。

土木工程測量可謂“差之毫厘，謬以千里”。通過實驗實踐教學，同學們更加深刻地認識到了“數據精確”的重要性，增強了責任感。

2 土木工程材料“食材”實驗方法

混凝土試塊制備與養護是土木工程材料實驗的基本功。為做到停課不停學，我們鼓勵學生在家里采用“用食材模擬土木工程實驗材料，用家庭廚具、食具模擬實驗工具”的方法進行混凝土試塊制備實驗。該實驗所用的材料和工具如表1 所列，混凝土試塊詳細制備過程如下:

首先，用濕毛巾將實驗臺與攪拌桶擦拭一遍（圖3a），將稱量好的食材（圖3b）倒入攪拌桶，之后將水泥加入并攪拌均勻；將稱量好的自來水倒入攪拌桶中（圖3c），接著慢速攪拌 7 min 后，再快速攪拌 1 min；為方便混凝土試塊脫模，用毛刷蘸潤滑油涂抹模具內壁（圖3d），之后將拌和好的混凝土砂漿注入模具（圖3e）；攪拌桶要及時清理干凈；最后，模具放入振動臺，振動（3 min）密實（圖3f），并將制作好的混凝土試塊放入養護箱進行養護，分別養護3 d（短期）、7 d（中期）和 28 d（長期），測試其抗壓強度。

表1 土木工程材料實驗與模擬實驗材料工具對照表

圖3 土木工程材料“食材”實驗

通過以上土木工程材料模擬實驗，幫助學生對混凝土試塊制備有一個初步的感性認識，便于其掌握混凝土試塊強度的實驗原理，達到了土木工程材料實驗的教學目的。此外，我們制作了該“食材模擬”實驗的小視頻，并被我校新聞報道，受到學校和學院領導及廣大師生的好評，詳見中原工學院主頁新聞“身邊的榜樣 為你喝彩:建筑工程學院戰‘疫’時刻 實踐教學不停歇”（https://www.zut.edu.cn/info/1041/23914.htm）。

3 結語

土木工程專業是實驗性較強的工科專業，新冠肺炎疫情期間通過土木工程測量虛擬仿真系統和土木工程材料“食材”方法做到了“停課不停教、停課不停學”線上實驗教學。結合廣泛搜集的線上資源，幫助學生更好地理解理論知識，切實培養了學生的動手能力、觀察能力和想象能力。在打牢專業知識的基礎上，也培養了學生的責任感、使命感。