劉 棟， 盧文勝

（同濟大學土木工程學院，上海 200092）

0 引言

災害日益增長的趨勢及對人類社會發(fā)展和經(jīng)濟建設的危害，成為一個全球關(guān)注的熱點，而土木工程在防災減災中具有特殊的重要性［1～2］。防災減災研究已成為土木工程學科的重要研究方向之一［3］。為了更好地適應國家和社會發(fā)展的需要，為結(jié)構(gòu)防災領(lǐng)域培養(yǎng)基礎(chǔ)性人才，同濟大學土木工程學院于2006年開設土木工程本科“工程防災與風險評估”方向，進行本科生教學和培養(yǎng)工作。

“結(jié)構(gòu)防災試驗”課程是為配合土木工程防災方向本科生培養(yǎng)工作而開設的新型實踐課程。以土木工程結(jié)構(gòu)災害為切入點，傳授有關(guān)結(jié)構(gòu)抗震、抗風及抗火試驗方法和性能評價要點，是一門將土木工程結(jié)構(gòu)災害特點與結(jié)構(gòu)試驗研究成果相結(jié)合的綜合性專業(yè)課程。

1 教學特色

1.1 課程概況

本課程34學時，學生為土木工程專業(yè)防災方向三年級本科生，班級人數(shù)一般為36～40人。

本課程試圖通過理論和實踐學習環(huán)節(jié)，使學生獲得結(jié)構(gòu)抗震、抗風及抗火試驗的基本知識和基本技能，在掌握已有的物理、力學、材料和結(jié)構(gòu)等專業(yè)知識基礎(chǔ)上，根據(jù)本專業(yè)設計、施工和科學研究任務的需要，能夠進行一般性結(jié)構(gòu)試驗設計，并得到初步的訓練和實踐。課程主要教學內(nèi)容及其學時配置如圖1所示。

1.2 教學模式

圖1 教學內(nèi)容及其學時配置

同濟大學土木工程防災國家重點實驗室擁有大量高水平研究人員、長期積累的研究成果、一流的試驗研究裝備，以及正在實施的大量縱橫向研究課題，這些研究資源可以融入本科生試驗教學當中，促進試驗教學的提高，如圖2所示。本課程開設以來，始終堅持“教學與研究相結(jié)合”［4］的教學模式，利用已有的結(jié)構(gòu)抗震、抗風和抗火研究成果，使其在“結(jié)構(gòu)防災試驗”本科教學中發(fā)揮作用，如圖3所示。多年教學效果表明，該教學模式能有效提高結(jié)構(gòu)防災試驗教學的效率，推進結(jié)構(gòu)防災試驗教學改革的發(fā)展［4］。

圖2 防災試驗教學與試驗研究資源的關(guān)系

1.3 課堂教學內(nèi)容

精選課堂內(nèi)容，有針對性地對試驗內(nèi)容進行增減，保留具有學?？蒲刑厣摹⒋硇缘脑囼烅椖?，摒棄技術(shù)含量較低，在工程設計和科研過程中不常用的試驗內(nèi)容。結(jié)合學校和社會實際，將課堂內(nèi)容與工程實際及科研項目聯(lián)系起來講述，啟發(fā)學生的工程意識和科研意識［4］。

1.4 實踐環(huán)節(jié)

學生實踐能力培養(yǎng)是本課程的重要目標。因此，安排約11課時的試驗實踐環(huán)節(jié)，學生分組參加試驗室安排的結(jié)構(gòu)防災試驗項目。試驗前，學生預習試驗大綱，了解研究課題的全過程;試驗時，在教師和項目組的指導下，了解和觀察所進行的試驗，如圖4所示;試驗后，進行分析并完成試驗報告。

1.5 考核方式

學生成績分為平時成績（40%）和考試成績（60%）兩部分。平時成績主要根據(jù)學生的考勤情況、課堂及實踐環(huán)節(jié)的活躍程度、課后作業(yè)及試驗報告完成情況作出評價;考試成績主要是學生在課程結(jié)束后的理論考試結(jié)果。

圖3 同濟大學土木工程防災國家重點實驗室試驗研究項目

圖4 實踐環(huán)節(jié)中的師生互動

1.6 教學銜接

保持試驗室的開放性［4～10］，鼓勵有興趣的學生在課程學習結(jié)束后，繼續(xù)回到試驗室自主參與試驗環(huán)節(jié)，并對課程建設提出意見和建議。每屆約有25%的同學會在課余時間回到試驗室深入了解和參與試驗項目。大部分同學能提出建設性的意見，圖5為2009年部分學生提出的意見和建議分布圖。對這部分學生而言，實驗教學成為是銜接本科教學和研究生教學的重要環(huán)節(jié)，有利于充分發(fā)揮實驗室和學生的教學研究潛力［4］。

圖5 學生對課程的意見和建議分布圖

2 存在的問題

在教學實踐中暴露出一些問題需要改進。

（1）研究項目與試驗教學的時間沖突。實驗研究項目的進程以研究目標和資源調(diào)配為主導，而課程時間則相對固定;加之本科生課程編排比較緊湊，課余可資利用的時間也有限。因此實驗教學時間與研究項目時間的匹配存在難度。

（2）教學資源與課程安排之間的矛盾。相對于豐富的研究資源，本課程的教學時間較短，學生既要理解結(jié)構(gòu)試驗的基本知識，又要了解和掌握結(jié)構(gòu)抗震、抗風和抗火試驗研究項目的進展和方法;既要學習相關(guān)理論知識，又要有相應的實踐經(jīng)歷。加上結(jié)構(gòu)抗震、結(jié)構(gòu)動力學等相關(guān)課程的教學平行進行，學生要在有限的時間內(nèi)完成課程學習任務，達到教學目標，有一定難度。

（3）課程教學內(nèi)容與教材短板。本課程是新型結(jié)構(gòu)試驗課程，包含抗震試驗、抗風試驗和抗火試驗等三部分，現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)試驗教材內(nèi)容和銜接不夠緊湊，實踐環(huán)節(jié)的內(nèi)容轉(zhuǎn)換較快，難以切合教學內(nèi)容。

（4）考核方式存在不足。本課程是實踐性很強的一門課程，在評價學生的成績時，就必須重視學生的實踐能力。但現(xiàn)有考核方式?jīng)]有專門就實踐能力進行評價，歸入平時成績所占比例也較小。

3 教學改革設想與實踐

針對上述問題，本課程教學提出一些可行的改革設想，并在教學實踐中進行了探索。

3.1 實驗教學網(wǎng)絡平臺建設

現(xiàn)代信息技術(shù)的普及和應用影響了整個教育理念，促進了教學模式的改革和創(chuàng)新［11］。通過信息技術(shù)構(gòu)建教學網(wǎng)絡平臺，能有效提升教學管理和服務水平［12］。

建立實驗教學網(wǎng)絡平臺，給每名學生分配一個網(wǎng)絡賬號，供他們登錄網(wǎng)絡平臺，參與網(wǎng)上學習和討論，完成在線或離線的“實驗實踐”，并提交結(jié)果。系統(tǒng)將根據(jù)各賬號的活躍程度分別給予不同的積分和等級。平臺設有不同等級的活動版塊，由淺及深，分別對不同等級的賬號開放，即要想進入高等級版塊，就必須積極參與網(wǎng)上學習和討論，積累更多的積分，提升到更高的等級。這樣可以把實驗學習“游戲化”，激發(fā)學生深入學習及參與實驗項目的興趣和積極性。

實驗教學網(wǎng)絡平臺應包括6方面主要內(nèi)容，如圖9所示，分別介紹如下。

3.1.1 實驗室簡介及管理規(guī)章制度

使學生了解實驗室基本情況、進入實驗室的安全問題及相關(guān)規(guī)定。

建立“實驗室安全教育與考試系統(tǒng)”，對學生進行系統(tǒng)全面的安全教育，提高安全防范意識，并進行網(wǎng)上科普性考核，考核通過后才能進入實驗室。

圖6 實驗教學網(wǎng)絡平臺組織結(jié)構(gòu)圖

3.1.2 課程簡介及本學期進度安排

通過本版塊，學生可以了解到課程特點、教學內(nèi)容與方式及進度安排，定位自己在教學中的角色，同時便于合理安排學習和實踐的時間。

3.1.3 教學課件及參考資料

每次課后，由管理員發(fā)布教學課件及相關(guān)參考資料目錄，方便學生自行檢索和學習。

3.1.4 近期實驗研究項目安排

本版塊列出本學期計劃實施的實驗研究項目內(nèi)容，預告近期項目時間進度，通告正在進行的項目進度情況等。遇有項目進度和內(nèi)容調(diào)整等，管理員應及時更改相關(guān)信息。

3.1.5 教學交流論壇

分為4個討論區(qū)，分別介紹如下。

（1）實驗項目分組討論區(qū)。將學生分為若干組，每組6或7人，各組分別跟進不同的實驗項目。按照實驗項目建立不同的討論分區(qū)，各分區(qū)劃分不同等級的實驗研究成果區(qū)。不同等級的實驗研究成果區(qū)由淺及深，分別對不同等級的賬號開放。

根據(jù)課程和項目的進度，管理員會在各分區(qū)中上傳相應的資料，布置相應的作業(yè)和需要討論的問題。教師講授“實驗設計”一章后，管理員在各分區(qū)發(fā)布本實驗項目任務書，并輔以必要的資料，要求學生根據(jù)任務書，查閱相關(guān)文獻，完成實驗大綱;及時通告實驗進展情況，協(xié)調(diào)實驗進度，盡可能使學生參與到實驗準備與實驗實施過程中;實驗后，上傳照片、錄像及數(shù)據(jù)等，要求學生完成實驗報告。由于各實驗可能處于不同的階段，因此各組學生跟進本組實驗的同時關(guān)注和了解其他實驗，這樣學生可以同時認識不同實驗項目的不同階段，從而了解實驗開展過程中的全部流程（如圖7所示），實現(xiàn)“實驗全過程教學”。

圖7 實驗過程

（2）問題討論與答疑區(qū)。學生可提出課堂、實踐及作業(yè)中遇到的問題，大家進行討論，并由教師答疑。

（3）結(jié)構(gòu)實驗研究前沿討論區(qū)。引導學生關(guān)注并討論結(jié)構(gòu)實驗研究的最新進展情況。

（4）課程及實驗室管理討論區(qū)。學生可就課程及實驗室管理中的問題與不足提出建議和意見。管理員可在學期末以問卷的形式就相關(guān)問題向?qū)W生開展調(diào)查工作。

3.1.6 實驗研究資源轉(zhuǎn)化與共享

實驗室有大量既有實驗研究成果，以及每年防災實驗課程資料等。教師和助教可以將這些研究資源匯總并分類整理，建立既有實驗研究資源轉(zhuǎn)化與共享的平臺，鼓勵學生通過平臺對以往的研究和教學過程進行了解，提出問題，并根據(jù)問題深入探索，形成自己的研究內(nèi)容。這樣，在不斷傳承中建立發(fā)展的課程實驗研究體系。

實驗教學網(wǎng)絡平臺是本課程在課堂外的拓展，可以增進師生間及學生間的交流，在一定程度上緩解教學與研究項目之間的時間沖突，并且可以與實踐環(huán)節(jié)有效結(jié)合，增加實驗學習的趣味性，促進學生從整體和各個細節(jié)上把握結(jié)構(gòu)防災實驗的過程與基本方法。

3.2 本科生實驗教學與后續(xù)發(fā)展相結(jié)合

本課程需聘任1或2名助教輔助教師完成教學工作，若干項目組成員也將參與實驗教學環(huán)節(jié)。他們的任務是指導學生實驗，同時協(xié)調(diào)各方工作，發(fā)揮“橋梁”的作用，即不同任課教師之間溝通的橋梁、學生和教師之間互動的橋梁及學生和實驗室與項目組之間溝通的橋梁。

另外，本科生在防災實驗中取得的研究成果可作為推薦讀研及出國深造的資料，供招生單位參考。課程所學為本科生參與和完成SITP、創(chuàng)新實踐、專業(yè)競賽及畢業(yè)設計等提供了有力的支持，將實驗研究成果提升為小論文、申報獎項、申請出國等，并可在后續(xù)學習階段繼續(xù)拓展，實現(xiàn)本科到研究生階段“無縫”銜接，既可以使學生盡快進入研究狀態(tài)，又能避免研究資源的浪費。

3.3 教材建設

教材在課程教學中占據(jù)重要地位，一部好教材可以全面反映課程的整體水平和基本情況［13］，有效提升教學質(zhì)量，提高學生的學習效率。因此，有必要根據(jù)本課程的特點，集中同濟大學結(jié)構(gòu)抗震、抗風及抗火實驗三方面專家及其教學團隊，編寫高質(zhì)量教材。

3.4 考核方式改進

實踐能力評價是本課程考核的重要方面。因此，應將學生實驗實踐環(huán)節(jié)專門進行評價，提高實踐環(huán)節(jié)所占分值比重。

將學生成績分為課堂成績（10%）、網(wǎng)上學習（10%）、實驗實踐成績（50%）和理論考試成績（30%）四部分。其中，網(wǎng)上學習主要根據(jù)學生參與網(wǎng)上學習和討論所取得的積分和等級進行評價;實驗實踐成績主要根據(jù)學生對自己所感興趣的實驗的了解情況、參與次數(shù)和程度以及完成實驗大綱和報告的質(zhì)量作出評價。對學生的實驗大綱和報告進行評價可以采用答辯的形式，課程所有任課教師組成答辯組，各組同學分工完成答辯匯報，由答辯組提問并評定成績。

3.5 小學期實驗實習

實驗項目時間、實踐教學時間、學生課余時間和小學期的關(guān)系如圖9所示。從圖中可以看出，實驗項目時間較松散，且有一定的不確定性;實踐教學時間是確定的，學生在教師、助教和項目組的指導下參觀和參與實驗項目;學生課余時間也較松散和隨機，且只有部分學生能走進實驗室與項目組主動交流;暑期小學期時間相對較長，可以利用小學期開展實驗實習，教師和助教也可以集中部分時間對學生進行指導。學生利用課余和小學期時間走進實驗室可以有效緩解研究項目與課程教學的時間沖突，也可以在一定程度上解決課程內(nèi)容多和學時少的矛盾。

圖9 實驗項目、課程教學、學生課余時間和小學期的關(guān)系

因此，要繼續(xù)保持和完善實驗室的開放機制，鼓勵有興趣的學生在課余和小學期時間繼續(xù)回到實驗室自主參與實驗項目。

3.6 興趣培養(yǎng)

學生是學習的主體，學生主動學、愿意學才能達到良好的教學效果。興趣是學習的動力，有了興趣，學生才具有學習的主動性，培養(yǎng)興趣才能最大限度地挖掘?qū)W生的潛力［14～15］。因此，培養(yǎng)興趣所起到的作用大于直接性的知識傳授。

增加實驗教學過程中的趣味性，可以多進行教學互動，例如組織學生對災害產(chǎn)生的原因進行分析、讓學生設計小實驗闡述某些原理等。另外，上文所述教學與研究相結(jié)合、建設實驗教學網(wǎng)絡平臺和開展“游戲化”網(wǎng)上學習方式都能夠增加實驗學習的趣味性，有助于培養(yǎng)學生學習和參與實驗研究項目的興趣。

4 教學效果

（1）重視實驗室教學實踐環(huán)節(jié)的凝練和環(huán)境營造，協(xié)調(diào)實驗室運行和教學模式，培養(yǎng)實驗室針對本科生的教學能力。經(jīng)過課程建設，本課程獲得2010年同濟大學教學成果獎。

（2）通過網(wǎng)絡平臺、實驗實習等方式，把研究資源轉(zhuǎn)化并融入本科生實驗教學實踐中，以期豐富教學方法、開闊學生視野、提升實驗教學質(zhì)量。2008年，本課程抗震實驗環(huán)節(jié)被評為同濟大學精品實驗項目，教學改革論文“結(jié)構(gòu)抗震實驗教學探索與實踐”獲得2009年全國高校實驗室工作學術(shù)研討會優(yōu)秀論文。

（3）促進土木工程實驗理論和動手實踐相結(jié)合，激發(fā)學生學習和參與實驗項目的自主性和積極性，提高學生解決實際問題的能力。通過學習和實踐，每屆學生均完成了較高水平的實驗報告，并對課程提出了建設性的意見。

（4）嘗試課程教學與學生專業(yè)發(fā)展有效結(jié)合，為土木工程學生自主學習和可持續(xù)發(fā)展提供良好的學習和發(fā)展空間。通過繼續(xù)參與實驗項目，每年都有若干名本科生獲得推免、直博及出國推薦;其中佼佼者獲得2009年全國大學生結(jié)構(gòu)設計競賽獎及2012年全國高校土木工程本科生優(yōu)秀創(chuàng)新實踐獎等。

5 結(jié)語

通過對“結(jié)構(gòu)防災實驗”教學現(xiàn)狀的分析，探討了其教學中存在的問題，并提出了教學改革的合理設想，以期對課程教學改革有所裨益。經(jīng)過教學實踐，課程取得了一系列教學成果，并期待進一步深化改革教學方法，不斷深入探索和實踐，獲得更加理想的教學效果。

致謝：本課程教學獲得同濟大學教改基金、精品實驗項目資助，并得到任課教師宋錦忠、余江滔、戴靠山老師以及課程助教的支持和幫助，在此一并致謝。

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