沈建生++毛江鴻

摘要：隨著土木工程科技化程度的提高，對理論水平高、實踐能力強的科研型人才的要求不斷增加。土木工程結(jié)構(gòu)試驗的傳統(tǒng)教學(xué)重理論而輕實踐，試驗環(huán)節(jié)以模仿操作為主，缺乏獨立思考環(huán)節(jié)。文章提出將科研型試驗環(huán)節(jié)融入土木工程結(jié)構(gòu)試驗課程的教學(xué)中，提高學(xué)生理論學(xué)習(xí)和試驗環(huán)節(jié)的參與度，培養(yǎng)學(xué)生文獻(xiàn)調(diào)研、方案設(shè)計、試驗操作以及結(jié)果分析的能力。實踐結(jié)果表明，通過合理的環(huán)節(jié)設(shè)置，可改善結(jié)構(gòu)試驗課程的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)善思考、勤動手的科研型土木工程人才。

關(guān)鍵詞：土木工程；結(jié)構(gòu)試驗；科研型試驗；實踐環(huán)節(jié)；教學(xué)改革

中圖分類號：G642423文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：10052909（2016）03014005

土木工程結(jié)構(gòu)試驗是土木工程專業(yè)本科教學(xué)中的重要組成部分，其任務(wù)是通過理論和實踐的各個教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生獲得并掌握工程結(jié)構(gòu)試驗方面的基本知識和基本技能，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)的試驗與分析[1]。然而，在傳統(tǒng)的教學(xué)過程中，理論授課階段多為教師授課學(xué)生聽課的單一模式，試驗階段以試驗指導(dǎo)書為依據(jù)統(tǒng)一開展試驗。該傳統(tǒng)教學(xué)模式降低了學(xué)生的參與程度，影響了學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)效率，理論學(xué)習(xí)依賴于學(xué)生的自覺性，在一般高校中往往出現(xiàn)認(rèn)真聽課者寥寥無幾的局面。而一成不變的試驗指導(dǎo)書使學(xué)生養(yǎng)成了依賴性，不對試驗內(nèi)容加以理解，往往應(yīng)付了事，甚至成了試驗的“參觀者”，沒有真正參與試驗過程的訓(xùn)練。

目前土木工程結(jié)構(gòu)試驗的教學(xué)改革主要有試驗平臺深化[2]、現(xiàn)代化新型技術(shù)設(shè)備運用[3]、綜合性試驗設(shè)計、考核體系改革、師資力量提升[4]、仿真試驗拓展[5]等方面，然而，多數(shù)高校的土木工程結(jié)構(gòu)試驗仍然面臨課時數(shù)少，試驗設(shè)備陳舊，試驗內(nèi)容單一等問題。土木工程結(jié)構(gòu)試驗教學(xué)改革的重點應(yīng)轉(zhuǎn)向幫助學(xué)生找到操作簡單、成本低廉、周期短而又不乏創(chuàng)新性和實踐性的試驗內(nèi)容，充分利用現(xiàn)有教學(xué)資源有效提升教學(xué)質(zhì)量。

文章提出將科研型試驗環(huán)節(jié)融入土木工程結(jié)構(gòu)試驗課程的教學(xué)中，提高學(xué)生在理論學(xué)習(xí)和試驗環(huán)節(jié)中的參與度，培養(yǎng)學(xué)生文獻(xiàn)調(diào)研、方案設(shè)計、試驗操作以及結(jié)果分析的能力，改變傳統(tǒng)土木工程結(jié)構(gòu)試驗教學(xué)中重理論輕實踐，試驗環(huán)節(jié)以模仿操作為主，缺乏獨立思考等問題，培養(yǎng)學(xué)生完成綜合科研型試驗的能力。一、現(xiàn)有教學(xué)環(huán)節(jié)及其存在的問題

傳統(tǒng)土木工程結(jié)構(gòu)試驗的教學(xué)內(nèi)容主要包括結(jié)構(gòu)試驗設(shè)計、結(jié)構(gòu)試驗荷載、結(jié)構(gòu)試驗測試技術(shù)、結(jié)構(gòu)靜力試驗、結(jié)構(gòu)動力試驗、既有結(jié)構(gòu)無損檢測、試驗數(shù)據(jù)處理與分析等內(nèi)容[6]。其中，結(jié)構(gòu)試驗荷載、結(jié)構(gòu)試驗測試技術(shù)和結(jié)構(gòu)靜力試驗為主要教學(xué)內(nèi)容，也是試驗環(huán)節(jié)中較為容易實現(xiàn)的環(huán)節(jié)。以浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院土木工程結(jié)構(gòu)試驗的《試驗指導(dǎo)書》為例，設(shè)置的試驗內(nèi)容如表1所示。

目前，除了環(huán)節(jié)6和7外，其余環(huán)節(jié)均為國內(nèi)大部分高校所設(shè)置的試驗內(nèi)容。上述試驗設(shè)置中存在以下3個主要問題。

（1）學(xué)生試驗前積極性不高。試驗手冊為基本原理、使用方法等內(nèi)容介紹，試驗過程僅是理論課程的深化，學(xué)生對試驗前的準(zhǔn)備工作積極性不高，準(zhǔn)備不充分。

（2）測試手段的先進(jìn)性不足。序號1-4均為電阻應(yīng)變片和應(yīng)變儀的使用，存在重復(fù)試驗現(xiàn)象，造成學(xué)生對測試技術(shù)的認(rèn)知不全面。

（3）后續(xù)分析過程單一。應(yīng)用對象為等強度梁和簡支桁架，其中，等強度梁考察各種橋路接法（溫度自補償），鋼桁架考察桁架結(jié)構(gòu)的工作性能及計算理論等問題，試驗中缺乏具有顯著意義的科學(xué)問題。

二、科研型試驗環(huán)節(jié)的設(shè)計與要求

基于上述問題，文章提出在傳統(tǒng)試驗的基礎(chǔ)上，增設(shè)需要自主創(chuàng)新的科研型試驗環(huán)節(jié)，具體技術(shù)路線如圖1所示。

（一）理論環(huán)節(jié)及常規(guī)試驗環(huán)節(jié)

要求學(xué)生掌握常規(guī)試驗設(shè)備的原理，掌握結(jié)構(gòu)靜載試驗，了解結(jié)構(gòu)動力試驗，掌握無損檢測技術(shù)，獨立撰寫試驗報告。

（二） 科研型試驗環(huán)節(jié)的教學(xué)與要求

要求學(xué)生進(jìn)行某一科研主題的專業(yè)文獻(xiàn)檢索與整理，探討試驗方案的設(shè)計、優(yōu)化，獨立開展科研型試驗，整理試驗成果并進(jìn)行匯報。不同于理論環(huán)節(jié)，科研型試驗需開展的教學(xué)環(huán)節(jié)如表2所示。

教學(xué)環(huán)節(jié)包括自主課題簡介、專業(yè)工具簡介和科研講座三部分。其中，自主課題簡介占用1.0個課堂教學(xué)學(xué)時，要求學(xué)生掌握所選課題的背景知識，了解試驗室具備的科研條件，確保所制定試驗方案的可行性。專業(yè)工具簡介占用2.0個課堂教學(xué)學(xué)時，傳授學(xué)生如何檢索和閱讀自主課題的相關(guān)科技論文，了解科研活動中可能用到的辦公軟件（Word、Excel、PowerPoint、Visio、AutoCAD、Note Express等）。科研講座不占用課內(nèi)學(xué)時，但作為平時成績的重要補充，包括專家學(xué)術(shù)講座、專業(yè)技術(shù)講座及研究生科研項目講座等環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的科研思路，使其對專業(yè)軟件有深入的了解，并通過研究生項目了解科研試驗可能遇到的問題及其解決方法。表2科研型教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)置教學(xué)環(huán)節(jié)具體內(nèi)容具體要求學(xué)時安排自主課題簡介科研型試驗背景介紹了解背景知識

了解試驗室可用設(shè)備1.0學(xué)時專業(yè)工具簡介專業(yè)文獻(xiàn)檢索講座常用辦公軟件講座中文科技論文檢索與閱讀、

科研活動所需的辦公軟件2.0學(xué)時科研講座專家學(xué)術(shù)型講座報告培養(yǎng)科研思路專題技術(shù)講座常用辦公軟件的技術(shù)講座研究生科研項目講座了解科研試驗的全過程課外學(xué)時（三）科研型試驗要求

不同于常規(guī)試驗環(huán)節(jié)，科研型試驗需開展的實踐環(huán)節(jié)如表3所示。

試驗環(huán)節(jié)包括試驗方案設(shè)計與匯報、試驗實施及成果整理與匯報三部分。其中，方案匯報占用2.0個課堂教學(xué)學(xué)時，要求學(xué)生對設(shè)計的試驗方案進(jìn)行匯報，匯報內(nèi)容包括與主題相關(guān)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、試驗的荷載方案、量測方案、預(yù)期數(shù)據(jù)結(jié)果及其處理方法等，對方案合理性和可行性進(jìn)行評估。試驗實施占用試驗教學(xué)環(huán)節(jié)2.0學(xué)時，為試驗室人員集中分配試驗設(shè)備，指導(dǎo)試驗方法，其余試驗環(huán)節(jié)為課外學(xué)時。成果匯報占用課內(nèi)2.0學(xué)時，要求學(xué)生撰寫試驗報告并進(jìn)行多媒體演示，包括試驗數(shù)據(jù)繪圖、試驗結(jié)果解釋與分析，要求評估結(jié)果的合理性和報告的完整性。表3科研型實踐環(huán)節(jié)設(shè)置實踐環(huán)節(jié)具體內(nèi)容具體要求學(xué)時安排方案匯報文獻(xiàn)綜述、試驗荷載、測量及數(shù)據(jù)處理方案評估方案合理性、可行性2.0學(xué)時試驗實施試驗準(zhǔn)備、開展及整理試驗準(zhǔn)備

依據(jù)方案進(jìn)行試驗2.0學(xué)時

課外學(xué)時成果匯報多媒體方式匯報結(jié)果評估結(jié)果合理性和報告完整性2.0學(xué)時三、土木工程結(jié)構(gòu)試驗科研型教學(xué)環(huán)節(jié)的實踐

（一） 試驗室介紹

浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院結(jié)構(gòu)工程學(xué)科為寧波市重點學(xué)科，2010年建成科技部“混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究國際科技合作基地”，2011年成功申報寧波市創(chuàng)新團(tuán)隊一層次平臺：“沿海工程結(jié)構(gòu)安全與耐久性科技創(chuàng)新團(tuán)隊”，在鋼筋混凝土耐久性方面形成了鮮明的研究特色。試驗室現(xiàn)有HC200鋼筋繡蝕測試儀、CKT-1000混凝土電導(dǎo)率測試儀、PS200型鋼筋探測儀、RCM非穩(wěn)態(tài)電遷移法氯離子擴散系數(shù)測定儀、RCT氯離子濃度測定儀、PS-268B電化學(xué)測量系統(tǒng)等一批鋼筋混凝土耐久性檢測設(shè)備，同時，配置了MOI 130動態(tài)光纖光柵傳感器、藤倉S60光纖熔接機、EXFO光時域分析儀等先進(jìn)的光纖類檢測技術(shù)設(shè)備。試驗室具備開展鋼筋混凝土耐久性試驗的條件，目前可在該試驗室開展的本科生科研型試驗如表4所示。

文獻(xiàn)綜述環(huán)節(jié)。在課題教學(xué)過程中介紹該案例的背景知識，學(xué)生通過文獻(xiàn)閱讀認(rèn)識到鋼筋混凝土鋼筋銹蝕監(jiān)測的傳統(tǒng)方法主要是基于腐蝕電位、線性極化電阻等的電化學(xué)檢測方法，但檢測參數(shù)單一、穩(wěn)定度低。光纖光柵傳感技術(shù)克服了傳統(tǒng)檢測方法的不足，精度高，質(zhì)量輕，耐腐蝕，且可實時監(jiān)測，獲得鋼筋混凝土銹蝕全過程信息。

試驗設(shè)計及實施。學(xué)生通過文獻(xiàn)調(diào)研設(shè)計了一種基于裸光纖光柵的鋼筋銹蝕監(jiān)測方法，將裸光纖光柵粘結(jié)在900 μm緊套光纖表面，繞成圓環(huán)后澆筑進(jìn)鋼筋混凝土內(nèi)部，實現(xiàn)鋼筋混凝土銹蝕全過程監(jiān)測。該試驗設(shè)計和實施過程中，試驗室指導(dǎo)教師僅需講授光纖光柵原理、MOI 130解調(diào)儀使用方法等內(nèi)容，學(xué)生可自行開展科研試驗。部分試驗過程如圖2所示。

試驗結(jié)果分析。學(xué)生通過分析試驗數(shù)據(jù)，采用Origin繪圖軟件整理試驗數(shù)據(jù)，結(jié)果如圖3所示。結(jié)果表明，鋼筋銹蝕過程中光波波長隨著時間而增大，監(jiān)測數(shù)據(jù)反映了鋼筋銹蝕過程，并且通過波長的顯著降低可識別出裂縫位置等信息。

四、結(jié)語

文章從傳統(tǒng)土木工程結(jié)構(gòu)試驗課程教學(xué)中存在的問題出發(fā)，提出將科研型實踐環(huán)節(jié)融入結(jié)構(gòu)試驗教學(xué)中，得到如下結(jié)論。

（1）總結(jié)了目前土木工程結(jié)構(gòu)試驗教學(xué)過程中存在的問題，提出在教學(xué)過程中融入科研型實踐環(huán)節(jié)，提高課程教學(xué)質(zhì)量，調(diào)動學(xué)生的積極性?？蒲行蛯嵺`環(huán)節(jié)不僅有利于學(xué)生鞏固所學(xué)知識，更有利于其綜合創(chuàng)新能力的開發(fā)，培養(yǎng)具有較強創(chuàng)新能力與實踐能力的土木人才。

（2）科研型教學(xué)環(huán)節(jié)中應(yīng)設(shè)置專業(yè)文獻(xiàn)檢索與整理，試驗方案的設(shè)計、優(yōu)化，獨立設(shè)計科研型試驗，整理試驗成果并進(jìn)行匯報等環(huán)節(jié)，通過自主課題簡介、專業(yè)工具簡介和科研講座等形式保障科研型試驗環(huán)節(jié)的有效實施。

（3）實踐表明，依托學(xué)科優(yōu)勢可為學(xué)生設(shè)計一批成本低，周期短，易于操作等科研環(huán)節(jié)作為教學(xué)案例開發(fā)學(xué)生科研能力，幫助學(xué)生掌握前沿的科研技術(shù)，達(dá)到培養(yǎng)科研能力的目的。

（4）創(chuàng)新科研型試驗對試驗教學(xué)平臺、指導(dǎo)教師的教學(xué)、試驗操作等方面提出了較高的要求，因此，需重視試驗室平臺建設(shè)、師資引進(jìn)以及試驗制度完善等工作，以確保試驗教學(xué)改革的順利開展。

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Abstract： With the improvement of science technology in civil engineering， the requirement for talented personnel with high theoretical level and strong practical ability is improving. The traditional teaching method has the disadvantage of emphasizing theory and neglecting practice， and more importance is attached to imitation instead of independent thinking. This paper presents some reform measures to help student integrate theory with practice， increase the participation in theory study and experiment， cultivate the ability of literature research， scheme design， test operation and result analysis. The result shows the practical links can improve the quality of structure experiment course and cultivate professional personnel with active thinking vision and strong practical ability.

Keywords： civil engineering； structure test； research experiment ； practical link； teaching reform

（編輯周沫）