楊 溥，賈傳果，劉立平，鄭妮娜，夏洪流

(重慶大學(xué) 土木工程學(xué)院，重慶 400030)

土木工程類高校培養(yǎng)方案中，一般包含理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩部分內(nèi)容，兩者相互影響和促進(jìn)。工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)課程是推動(dòng)專業(yè)基礎(chǔ)理論發(fā)展的主要手段，有助于學(xué)生夯實(shí)專業(yè)基礎(chǔ)、理論聯(lián)系實(shí)際，提高科技創(chuàng)新能力，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)實(shí)質(zhì)上是創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的重要部分。以培養(yǎng)綜合型土木工程專業(yè)人才為目標(biāo)，以實(shí)驗(yàn)課程為平臺(tái)，創(chuàng)新教學(xué)方法和教學(xué)思路，積極展開教學(xué)改革，才能真正實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長(zhǎng)，推動(dòng)教學(xué)質(zhì)量的提高。

重視實(shí)踐已成為當(dāng)前中國(guó)工程教育的一項(xiàng)重要任務(wù)，不論是基于《華盛頓協(xié)議》教育互認(rèn)的要求，還是“卓越工程師”計(jì)劃的推行，實(shí)踐都是核心教學(xué)環(huán)節(jié)。因此，面對(duì)諸多專業(yè)課程，如何將工程實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)有效融合是目前高校教學(xué)普遍討論和廣為關(guān)注的焦點(diǎn)之一，也是本科和研究生教學(xué)改革面臨的一大難點(diǎn)。以建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)課程為例，該課程的目的是培養(yǎng)學(xué)生具備一定的結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算理論基礎(chǔ)，掌握基本的抗震設(shè)計(jì)原理，能從事普通房屋結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)工作。這門課程集成了結(jié)構(gòu)力學(xué)(尤其是動(dòng)力學(xué))、地震學(xué)、荷載與結(jié)構(gòu)可靠度原理、結(jié)構(gòu)基本原理等理論課程，涉及的概念較為抽象、計(jì)算方法繁瑣難懂。針對(duì)當(dāng)前教學(xué)中存在的問題，如何利用工程實(shí)驗(yàn)有效促進(jìn)課程學(xué)習(xí)、培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和解決問題的能力，是需要積極探索的問題。

針對(duì)土木工程專業(yè)課程的特點(diǎn)，結(jié)合工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)，分析目前工程實(shí)驗(yàn)和理論教學(xué)現(xiàn)狀及存在的主要問題，提出工程實(shí)驗(yàn)與理論教學(xué)相互融合的教學(xué)方法，系統(tǒng)探討相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、考核方式等教學(xué)改革措施，并通過工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)教學(xué)案例分析進(jìn)行驗(yàn)證。

一、工程實(shí)驗(yàn)和理論教學(xué)現(xiàn)狀分析

目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)和理論教學(xué)尚存諸多問題，不僅源于學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的認(rèn)識(shí)度和重視度不足，更主要的是和高校專業(yè)培養(yǎng)方案的要求、教師的教學(xué)理念、實(shí)驗(yàn)室的硬件條件、教學(xué)方式、實(shí)驗(yàn)組織和管理等因素有密切關(guān)系。對(duì)于土木工程專業(yè)的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)課程和結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)而言，主要體現(xiàn)在3個(gè)方面。

1)“壓縮課時(shí)，提高效率”的教學(xué)改革使各專業(yè)課程的理論教學(xué)課時(shí)不斷減少，如何有效安排教學(xué)內(nèi)容并在有限的教學(xué)時(shí)間讓學(xué)生掌握專業(yè)課程的精髓，為將來從事該領(lǐng)域工作準(zhǔn)備必要的專業(yè)知識(shí)已成為當(dāng)前理論課程教學(xué)改革與建設(shè)面臨的主要問題[1]。

對(duì)于結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)課程而言，其中重要的一章為結(jié)構(gòu)減震控制，教學(xué)內(nèi)容有隔震原理與方法、減震原理與方法、結(jié)構(gòu)主動(dòng)控制初步等，該類技術(shù)已在實(shí)際工程中得到廣泛應(yīng)用，但分配的相應(yīng)課時(shí)僅為1～2學(xué)時(shí)，僅靠課堂教學(xué)根本無法透徹講述這些原理和設(shè)計(jì)方法，只能大致列出結(jié)構(gòu)控制的分類、特點(diǎn)及應(yīng)用概況。學(xué)生畢業(yè)后碰到該類設(shè)計(jì)和施工問題仍需重新自學(xué)，嚴(yán)重制約了該門課程的教學(xué)效果和應(yīng)用前景。如何彌補(bǔ)這個(gè)短板，是一直需要探索的問題，依靠課外引導(dǎo)學(xué)習(xí)和必要的實(shí)驗(yàn)不失為彌補(bǔ)此短板的有效方式。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是對(duì)專業(yè)理論知識(shí)的補(bǔ)充和驗(yàn)證，但目前絕大多數(shù)學(xué)生不重視實(shí)驗(yàn)課，其原因在于教師和教學(xué)管理人員仍受傳統(tǒng)教育理念的束縛，不愿投入更多的時(shí)間去思考和實(shí)踐，未能形成具有特色的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。教師不轉(zhuǎn)變教育思想、教育理念，不能與時(shí)俱進(jìn)，就不能構(gòu)建新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，課堂的枯燥陳舊造成學(xué)生重知識(shí)輕技能。

2)囿于實(shí)驗(yàn)室硬件條件，目前普遍以驗(yàn)證性、演示性實(shí)驗(yàn)居多，學(xué)生參與度幾乎為零，學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的研究能力和創(chuàng)新能力受到限制。

由于實(shí)驗(yàn)室面積和實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)有限，實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備陳舊，臺(tái)套數(shù)偏少，即使有些院校購(gòu)買了新設(shè)備，學(xué)院也沒有充分考慮教學(xué)方面，而是重點(diǎn)考慮科研。在實(shí)際操作過程中省去了很多實(shí)際工程中必須處理的步驟，如設(shè)備調(diào)試、儀表使用、線路連接、數(shù)據(jù)采集、結(jié)果整理等，這些步驟是在課本中沒有出現(xiàn)的，但在將來的工作中又必定會(huì)遇到。實(shí)驗(yàn)教學(xué)和考核中缺乏相應(yīng)的刺激措施，沒有給學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)方案構(gòu)思、設(shè)計(jì)、制作和對(duì)結(jié)果分析的機(jī)會(huì)，學(xué)生只需按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書列出的實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟操作，并在相應(yīng)的表格填寫數(shù)據(jù)即可。

另外，實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法大多為灌輸式教學(xué)，缺少互動(dòng)，學(xué)生動(dòng)手操作機(jī)會(huì)較少，限制了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的研究空間及自主性和創(chuàng)新性[2-3]，導(dǎo)致學(xué)習(xí)積極性不高。大多數(shù)高等院校的實(shí)驗(yàn)課時(shí)偏少，特別是單獨(dú)的實(shí)驗(yàn)課程開設(shè)比例偏低，學(xué)時(shí)偏少，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容交叉重復(fù)，缺乏實(shí)驗(yàn)課程之間的關(guān)聯(lián)性[4]。

3)理論課程和實(shí)驗(yàn)教學(xué)脫節(jié)，不能有機(jī)結(jié)合和融會(huì)貫通。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的組織和管理不當(dāng)。土木工程專業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容復(fù)雜，被動(dòng)灌輸式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)使學(xué)生來不及消化，加上學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣及積極性不高，長(zhǎng)此以往教師的目標(biāo)是完成教學(xué)任務(wù)，學(xué)生的目標(biāo)是完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)作業(yè)(實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫等)，在實(shí)驗(yàn)過程中沒有得到啟發(fā)思考[5-9]，完成數(shù)據(jù)處理和實(shí)驗(yàn)報(bào)告后，缺少集中討論和總結(jié)環(huán)節(jié)。

二、教學(xué)內(nèi)容和方式改革研討

針對(duì)上述工程實(shí)驗(yàn)和理論教學(xué)存在的問題，首先應(yīng)注重培養(yǎng)教師和學(xué)生的工作學(xué)習(xí)態(tài)度，充分認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)是專業(yè)理論課的有效提升和拓展。教師要精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，注重實(shí)驗(yàn)過程，嚴(yán)格要求實(shí)驗(yàn)過程及實(shí)驗(yàn)結(jié)果。教師應(yīng)以身作則，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是、嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度。在此基礎(chǔ)上，對(duì)教學(xué)內(nèi)容、方法和考核方式進(jìn)行改革。

(一)改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

充分利用課余時(shí)間，課前安排學(xué)生有針對(duì)性地查閱文獻(xiàn)資料，了解相關(guān)知識(shí)點(diǎn)或技術(shù)的特色和應(yīng)用現(xiàn)狀，適當(dāng)自學(xué)相關(guān)原理和推導(dǎo)相應(yīng)的公式，從而彌補(bǔ)課堂教學(xué)課時(shí)的不足。另外，改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，注重培養(yǎng)學(xué)生的研究和創(chuàng)新能力，為提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力，培養(yǎng)學(xué)生科研能力，盡量減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，增加綜合性、設(shè)計(jì)性、研究性實(shí)驗(yàn)，突出創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。同時(shí)采取必要的手段激勵(lì)教師增加研究性、啟發(fā)性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

(二)改革實(shí)驗(yàn)課程的考核與評(píng)價(jià)方式

在大多數(shù)工程類高校中，考核方式主要根據(jù)平時(shí)作業(yè)、測(cè)驗(yàn)、考勤及期末集中考試評(píng)定課程的最終成績(jī)，實(shí)驗(yàn)部分成績(jī)所占比例非常小甚至可忽略不計(jì)，自然導(dǎo)致學(xué)生重視理論學(xué)習(xí)而輕視實(shí)驗(yàn)教學(xué)。因此，課程考核中應(yīng)加大實(shí)驗(yàn)成績(jī)所占比重，并以論文撰寫、答辯、主動(dòng)提問及集中難點(diǎn)研討等方式，全面培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究綜合素養(yǎng)。

(三)加強(qiáng)與科研融合的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)

土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)主要針對(duì)材料及結(jié)構(gòu)受力性能，這類實(shí)驗(yàn)以典型工程為背景，給出工程的主要技術(shù)特點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生查閱相關(guān)的文獻(xiàn)資料以深入了解工程概況和具體參數(shù)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)的重視程度，提高學(xué)習(xí)的積極性。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師對(duì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中遇到的困難給予幫助，對(duì)操作上的錯(cuò)誤及時(shí)給予必要的啟發(fā)和指導(dǎo)。

學(xué)校應(yīng)大力搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，教師和研究者共同提出實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及細(xì)則，供學(xué)生根據(jù)自己興趣自由選擇，按項(xiàng)目報(bào)名分組。在對(duì)應(yīng)項(xiàng)目教師的指導(dǎo)下，分小組開展實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中的疑惑，教師應(yīng)為學(xué)生耐心講解。實(shí)驗(yàn)后學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，探討分析結(jié)果，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，集中對(duì)比研討和反思。工程實(shí)驗(yàn)與理論教學(xué)融合教學(xué)方法示意框圖見圖1。

“宣稱”資源在中美的報(bào)道中使用的都比較少，分別只占14.20%和6.88%。其中，在“贊同”一項(xiàng)中雙方使用最多的是“obviously”“of course”“certainly”等評(píng)價(jià)副詞，以強(qiáng)調(diào)某個(gè)觀點(diǎn)是無可爭(zhēng)議的，并暗示報(bào)道者和潛在對(duì)話者立場(chǎng)一致。例如：

三、教學(xué)案例分析

為充分發(fā)揮理論教學(xué)和結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合的效果，選取土木工程學(xué)院為本科生開設(shè)的專業(yè)課程——結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法和為研究生開設(shè)的實(shí)驗(yàn)類課程——工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)技術(shù)為例，說明教學(xué)改革方法、具體措施和教學(xué)收獲。

(一)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)專業(yè)課程

以重慶大學(xué)2015級(jí)土木工程學(xué)院卓越工程師班(以下簡(jiǎn)稱卓越班)為研究對(duì)象進(jìn)行了試點(diǎn)探討。針對(duì)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)課程中結(jié)構(gòu)減震控制的知識(shí)點(diǎn)，以結(jié)構(gòu)減震試驗(yàn)為契機(jī)，利用實(shí)驗(yàn)室的小型振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(Quanser Shake II，見圖2)。振動(dòng)臺(tái)是加拿大Quanser公司為高等教育和振動(dòng)研究機(jī)構(gòu)使用而特別研發(fā)的第二代振動(dòng)臺(tái)，由小型振動(dòng)臺(tái)、功率放大器UPM、數(shù)據(jù)收集卡和配套的Q4終端擴(kuò)展板、緊急停止按鈕和相應(yīng)的電腦控制程序QUARC組成。另外，利用實(shí)驗(yàn)室的加速度傳感器等數(shù)據(jù)采集設(shè)備，安排結(jié)構(gòu)減震技術(shù)之調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(Tuned Mass Damper，TMD)試驗(yàn)研討課。

調(diào)諧質(zhì)量阻尼器TMD作為被動(dòng)控制技術(shù)之一，在生產(chǎn)實(shí)踐中不斷得到應(yīng)用[10-12]，是最常用的一種被動(dòng)控制系統(tǒng)，在結(jié)構(gòu)物頂部或上部某位置加載慣性質(zhì)量，并配以彈簧和阻尼器與主體結(jié)構(gòu)相連。TMD作為一種被動(dòng)控制方式，其構(gòu)造簡(jiǎn)單、易于安裝、維護(hù)方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，且不需外力作用，具有其他方式無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，因此，在高層建筑風(fēng)振控制、橋梁及海洋平臺(tái)振動(dòng)控制等領(lǐng)域得到重視。

TMD控制系統(tǒng)由主體結(jié)構(gòu)和附加在主結(jié)構(gòu)上的子結(jié)構(gòu)組成。附加的子結(jié)構(gòu)具有質(zhì)量、剛度和阻尼，通過調(diào)節(jié)子結(jié)構(gòu)的自振頻率，使其盡量接近主結(jié)構(gòu)的基本頻率或激振頻率。當(dāng)主結(jié)構(gòu)受激振而振動(dòng)時(shí)，子結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與主結(jié)構(gòu)振動(dòng)方向相反的慣性力作用在主結(jié)構(gòu)上，從而減小主結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，減輕結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷。

TMD形式有多種，實(shí)驗(yàn)中TMD主要針對(duì)水平單擺，將砝碼用細(xì)繩懸掛于單層單跨鋼框架上，實(shí)驗(yàn)原理如圖3所示，模型實(shí)驗(yàn)見圖4。其中框架梁處M0=2 000 g，調(diào)諧質(zhì)量M分別取100 g和200 g，通過改變吊繩的長(zhǎng)度調(diào)整單擺的自振頻率，將其調(diào)整至主結(jié)構(gòu)自振頻率附近，以改變結(jié)構(gòu)共振特性，同時(shí)調(diào)整砝碼的質(zhì)量，以達(dá)到最佳的減振效果。

為彌補(bǔ)課堂授課時(shí)間的不足，首先引導(dǎo)學(xué)生利用課外時(shí)間查閱TMD技術(shù)的相關(guān)文獻(xiàn)資料以了解其應(yīng)用現(xiàn)狀，如，美國(guó)波士頓60 層的John Hancock 大樓、中國(guó)臺(tái)北101大樓、澳大利亞的悉尼電視塔和中國(guó)廣州電視塔等工程應(yīng)用。同時(shí)，要求學(xué)生推導(dǎo)單擺自振周期的理論計(jì)算公式，掌握TMD減震原理，從而確定單擺的最優(yōu)擺長(zhǎng)計(jì)算公式。結(jié)合結(jié)構(gòu)減震試驗(yàn)，幫助學(xué)生更直觀地了解TMD技術(shù)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)的減震效果和結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)的相關(guān)知識(shí)。

參加TMD減震控制試驗(yàn)的卓越班學(xué)生共28人，分4組(每組7人)。首先，通過輸入白噪聲，測(cè)定普通框架結(jié)構(gòu)的自振頻率f(f=1.461 Hz)。為便于觀測(cè)，僅輸入正弦波，即y=Asin(2πft)，其中A=1.0 m/s2，每組采用不同的頻率f，分別進(jìn)行普通結(jié)構(gòu)(即質(zhì)量M=0)、TMD結(jié)構(gòu)(即M分別取100 g和200 g)動(dòng)力試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比見表1及圖5。

表1 結(jié)構(gòu)減震效果對(duì)比表

圖5結(jié)構(gòu)減震效果對(duì)比(第1組加速度響應(yīng))

通過實(shí)驗(yàn)，對(duì)比分析結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)加速度反應(yīng)，由表1可明顯地看到TMD減震效果，圖3繪制了結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)加速度時(shí)程曲線，讓學(xué)生直觀了解整個(gè)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)過程。從實(shí)驗(yàn)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)反饋中，可發(fā)現(xiàn)工程實(shí)驗(yàn)與理論教學(xué)融合的教學(xué)效果良好，主要收獲和啟發(fā)反映在以下方面。

1)每組學(xué)生全程參與，分工明確(如查閱資料、推導(dǎo)公式、單擺擺長(zhǎng)設(shè)計(jì)、拍照、處理數(shù)據(jù)及撰寫報(bào)告等)，協(xié)作完成。從每組報(bào)告中，都發(fā)現(xiàn)了M的不同，減震效果不同的普遍規(guī)律，僅從每組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(表1)來看，似乎質(zhì)量M越大，減震效果越好，但學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告中均指出并非M越重減震效果越好，這是難能可貴的，主要因?yàn)樽詫W(xué)了TMD減震原理和單擺自振頻率的計(jì)算公式。

第1組學(xué)生事先依據(jù)框架結(jié)構(gòu)的質(zhì)量M0和剛度，計(jì)算結(jié)構(gòu)自振頻率，掌握了單擺式 TMD理論自振頻率計(jì)算方法，從而根據(jù)TMD減震理論得到單擺的理論最優(yōu)擺長(zhǎng)。即對(duì)于自振頻率為1.465 Hz的結(jié)構(gòu)，其單擺的最優(yōu)擺長(zhǎng)為4.07 cm。在鞏固理論知識(shí)的同時(shí)，提高了實(shí)驗(yàn)效果，也極大增強(qiáng)了主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性。

2)第2組學(xué)生在實(shí)驗(yàn)觀測(cè)及數(shù)據(jù)處理過程中，發(fā)現(xiàn)自己組的結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)加速度時(shí)程曲線(圖6)與其他組的曲線(圖5)規(guī)律不同，敏銳地察覺到所在組的結(jié)構(gòu)發(fā)生了共振現(xiàn)象，并主動(dòng)與文獻(xiàn)[11]中的圖形進(jìn)行對(duì)比分析，說明這是有阻尼結(jié)構(gòu)的共振現(xiàn)象，如果是無阻尼結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)振動(dòng)將無限增大。

3)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)MATLAB編程軟件來處理測(cè)試數(shù)據(jù)，各組采用Excel、Original等工具軟件繪制插圖，以獲取更佳的效果。

4)此次實(shí)驗(yàn)沒有延續(xù)傳統(tǒng)上交實(shí)驗(yàn)報(bào)告給出考核成績(jī)的習(xí)慣，而是組織學(xué)生講述實(shí)驗(yàn)過程，總結(jié)收獲得失。教師啟發(fā)大家進(jìn)行4組之間的數(shù)據(jù)和圖像對(duì)比，繪制結(jié)構(gòu)振幅-頻率特征曲線(圖7)，并與文獻(xiàn)[10]和文獻(xiàn)[11]中的圖片進(jìn)行對(duì)比分析，從而鞏固了動(dòng)力學(xué)知識(shí)，加深對(duì)結(jié)構(gòu)共振概念與原理的理解。

此次實(shí)驗(yàn)與理論教學(xué)融合課以卓越班為試點(diǎn)，首次探索了專業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式和方法，得到土木工程學(xué)院的大力支持，受到卓越班學(xué)生的一致好評(píng)，讓學(xué)生熟悉以TMD為主的結(jié)構(gòu)被動(dòng)調(diào)諧減振控制裝置在建筑中的應(yīng)用，更能理解建筑抗震和減震控制技術(shù)的重要性。

(二)工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)技術(shù)課程

工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)技術(shù)課程是土木工程專業(yè)碩士研究生的一門重要必修課程，教學(xué)內(nèi)容主要包括建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的基本理論、實(shí)驗(yàn)儀器、儀表和設(shè)備的操作規(guī)程以及結(jié)構(gòu)試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)與方法，通過學(xué)習(xí)獲取該專業(yè)領(lǐng)域所必需的實(shí)驗(yàn)基本技能和結(jié)構(gòu)檢測(cè)能力。

對(duì)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)技術(shù)課程已開展了諸多教學(xué)內(nèi)容及方法的研討，但多數(shù)聚焦于土木工程本科教學(xué)，目前多數(shù)課程進(jìn)行的都是演示性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生參與度不高，如何針對(duì)碩士研究生開展該門課程的教學(xué)改革，是目前研究生教學(xué)改革關(guān)注的焦點(diǎn)之一[7]。近年來，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式及考核方法等方面進(jìn)行了探討，對(duì)實(shí)驗(yàn)課程和專業(yè)課程的融合教學(xué)展開深入研究，具體包括：

1.課程基本教學(xué)內(nèi)容

教師課堂教學(xué)部分共 8 學(xué)時(shí)，主要講述建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的基本理論、實(shí)驗(yàn)儀器、儀表和設(shè)備的操作規(guī)程以及結(jié)構(gòu)試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)與方法等，并充分利用最新科研項(xiàng)目的圖片、動(dòng)畫、振動(dòng)臺(tái)實(shí)驗(yàn)錄像等資料，聚焦于結(jié)構(gòu)動(dòng)力、抗震、減震控制等技術(shù)及其實(shí)際應(yīng)用展望，以提高課堂教學(xué)質(zhì)量。

2.融合教學(xué)方法

在課程基本教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，采用項(xiàng)目分組教學(xué)法，根據(jù)具體研究方向分組，選取與每位導(dǎo)師科研相關(guān)的最新研究題目。每組題目經(jīng)授課教師確認(rèn)后，以20 min左右的多媒體課件在課堂上講述，內(nèi)容包括該課題最新的研究現(xiàn)狀和文獻(xiàn)綜述、編制實(shí)驗(yàn)大綱、實(shí)驗(yàn)技術(shù)準(zhǔn)備工作(如試件制作、預(yù)埋傳感元件、實(shí)驗(yàn)裝置、安裝和調(diào)試標(biāo)定實(shí)驗(yàn)設(shè)備以及相關(guān)材料性實(shí)驗(yàn)等)、具體實(shí)驗(yàn)過程(如采集并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)觀察等)以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與總結(jié)，該部分主要偏重于實(shí)驗(yàn)技術(shù)自身講解。在小組匯報(bào)結(jié)束后，其余小組學(xué)生或教師針對(duì)試件的受力簡(jiǎn)圖及機(jī)理、結(jié)構(gòu)破壞模式等提問，由答辯組成員解答。表2 給出了近兩年來的課程分組表。

小組實(shí)驗(yàn)題目都是最新的結(jié)構(gòu)研究前沿課題，包括建筑工業(yè)化裝配式建筑、韌性設(shè)計(jì)方法、結(jié)構(gòu)抗震及減震技術(shù)等。通過工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)技術(shù)和專業(yè)課程的融合，進(jìn)一步拓寬學(xué)生的研究視野，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵問題、深入思考問題和解決工程實(shí)際問題的能力，得到師生一致好評(píng)。

表2 實(shí)驗(yàn)課程分組表

相應(yīng)地，該實(shí)驗(yàn)類課程的考核方法也由單一集中考試或?qū)嶒?yàn)報(bào)告轉(zhuǎn)變?yōu)榧锌荚嚺c平時(shí)成績(jī)組合、學(xué)生自評(píng)與教師評(píng)價(jià)相結(jié)合，從實(shí)驗(yàn)方案、測(cè)試方案、數(shù)據(jù)處理等方面進(jìn)行考評(píng)，兼顧文獻(xiàn)綜述、研究報(bào)告及成果等。充分利用課內(nèi)外時(shí)間，從文獻(xiàn)資料、實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方法等方面總體考慮和集中講述，完成課程學(xué)習(xí)，收到良好的教學(xué)效果。

四、結(jié)語

工程類高校對(duì)于專業(yè)課程的教學(xué)，強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)受力原理、基本概念和設(shè)計(jì)方法，不僅應(yīng)保證課堂理論教學(xué)質(zhì)量，避免滿堂灌的傳統(tǒng)教學(xué)模式，同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)操作的融合性和創(chuàng)新性，通過設(shè)置必要的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，充分發(fā)揮學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)和查閱文獻(xiàn)的能力，利用精心設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)課程，引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考，培養(yǎng)其分析和解決問題的能力，開放實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)學(xué)生的探索精神，以實(shí)現(xiàn)土木工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐目標(biāo)。對(duì)于實(shí)驗(yàn)類課程的教學(xué)，在強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、測(cè)試方法的同時(shí)，重在領(lǐng)會(huì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理等，做到融會(huì)貫通。