［摘 要］ 隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的到來，高校與學(xué)生利用線上資源來教學(xué)或?qū)W習(xí)的例子不勝枚舉，也成為線下課程重要的輔助。土木工程專業(yè)作為實踐性較強的專業(yè)之一，其很多專業(yè)課程在教授過程中都會有室內(nèi)試驗和現(xiàn)場試驗的相關(guān)知識掌握和實際操作。利用線上實驗教學(xué)方法，不僅可以彌補線下實驗教學(xué)中的不足之處，并與線下教學(xué)共同作用，還可以提升學(xué)生認識水平，也為學(xué)生對專業(yè)實驗課程考核提供了多元方式。

［關(guān)鍵詞］ 線上教學(xué)；實驗教學(xué)；土木工程；考核方式

［基金項目］ 2022年度山東大學(xué)教育教學(xué)改革研究項目“疫情防控背景下工科實驗實踐類教學(xué)改革——以土木工程專業(yè)為例”（2022Y179）

［作者簡介］ 武 科（1978—），男，河北棗強人，博士，山東大學(xué)土建與水利學(xué)院教授，主要從事大型地下空間結(jié)構(gòu)災(zāi)變機理與穩(wěn)定性評價、能源地下結(jié)構(gòu)與智慧工程研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）36-0139-04 ［收稿日期］ 2023-08-18

高校基于“互聯(lián)網(wǎng)+教育”教學(xué)模式開展線上教學(xué)，已成為線下教學(xué)與實踐的重要組成部分和有效方法。在線上教學(xué)模式如火如荼的開展過程中，實驗實踐教學(xué)是一個極其重要又特殊的教學(xué)環(huán)節(jié)。實驗實踐教學(xué)更注重培養(yǎng)學(xué)生在實際環(huán)境下動手操作或?qū)嵺`的能力，尤其針對工科專業(yè)的學(xué)生來講，培養(yǎng)應(yīng)用型人才是各工科學(xué)科的首要培養(yǎng)目標(biāo)。劉洪南等［1］開發(fā)了實驗課程的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，對提高教學(xué)效率、提升教學(xué)效果發(fā)揮了重要作用。張春曉等［2］研究了實驗實踐課程線上教學(xué)改革方案，將其應(yīng)用于“企業(yè)實訓(xùn)”課程在線教學(xué)，并取得了良好的教學(xué)效果。黎雨等［3］針對新工科背景下“工程材料學(xué)”課程線上實驗教學(xué)模式困難等問題，提出了基于線上課程授課和虛擬實驗平臺的搭建與共享的方案，以應(yīng)對新工科線下教學(xué)模式與方法的優(yōu)化以及虛擬實驗教學(xué)模式的探索。陳逸菲等［4］提出了實現(xiàn)過程等效和體驗等效的教學(xué)設(shè)計及實施方法。張變蓮等［5］在教學(xué)中引入以Multisim為主要仿真軟件的在線實驗教學(xué)模式，進行了在線仿真實驗教學(xué)以及多樣化考核驗收。張宏勛等［6］探索建立了科學(xué)性與趣味性兼具、外在激勵與內(nèi)在激勵并重、硬約束與軟約束結(jié)合的線上資源庫。綜上所述，隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的到來，高校與學(xué)生利用線上資源來教學(xué)或?qū)W習(xí)的例子不勝枚舉，也成為線下課程重要的輔助手段。

土木工程專業(yè)是一個實踐性較強的專業(yè)類別，專業(yè)課程教授過程中都會有室內(nèi)試驗和現(xiàn)場試驗的相關(guān)知識掌握和實際操作的環(huán)節(jié)。然而，有些現(xiàn)場試驗實際操作過程需要一定的時間和特有設(shè)備，無法滿足大學(xué)教學(xué)學(xué)時和場地安排，往往采用課上視頻和PPT講解，學(xué)生無法真正理解和掌握相關(guān)知識。例如，“地基基礎(chǔ)”課程中樁基承載力試驗，采用傳統(tǒng)的靜載試驗分析方法，繪制相關(guān)曲線得到樁基承載力值，其理論講解過程不難，但在現(xiàn)場實際試驗和操作過程中需要花費一定的時間和設(shè)備，往往學(xué)校無法提供，學(xué)生無法親身操作。為提升土木工程實驗教學(xué)質(zhì)量，“地基基礎(chǔ)”課程中樁基承載力試驗采用線上虛擬實驗教學(xué)，探討虛擬實驗學(xué)習(xí)對于補充課程理論學(xué)習(xí)不足之處的作用。

一、線上實驗教學(xué)的優(yōu)勢

土木工程專業(yè)具有的共同特點為應(yīng)用性和實踐性強。在專業(yè)知識理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)之上，培育學(xué)生的動手實操能力對于理解和掌握相關(guān)專業(yè)知識至關(guān)重要。實驗教學(xué)就是培育學(xué)生實操能力的重要方式。對于很多受到時間、場地和設(shè)備等因素影響，無法開展的實操實驗，線上實驗教學(xué)與虛擬實驗?zāi)軌驈浹a線下實驗教學(xué)的不足，有效解決影響因素所帶來的問題，從而達到預(yù)定的教學(xué)效果。

（一）利用線上實驗教學(xué)，學(xué)生可以做好預(yù)習(xí)與復(fù)習(xí)工作

1.利用騰訊會議、雨課堂、學(xué)習(xí)通等軟件，搭建了符合信息技術(shù)時代特點的自主學(xué)習(xí)環(huán)境——線上教學(xué)平臺，通過發(fā)送相關(guān)電子實驗指導(dǎo)書、實驗大綱、課件、視頻及預(yù)習(xí)任務(wù)要求等教學(xué)資料，讓學(xué)生隨時便捷地學(xué)習(xí)樁基承載力實驗內(nèi)容和要求、實驗步驟和方法等相關(guān)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的自覺主動學(xué)習(xí)能力。同時，學(xué)生課后可以實時查閱線上實驗教學(xué)資料，通過整理、分析與撰寫實驗報告，加深了對實驗實操過程中涉及的理論知識和操作步驟的理解，教師通過審核學(xué)生提交的實驗報告，可以充分了解學(xué)生對實驗的掌握程度，與傳統(tǒng)文字背誦相比，效果顯著。

2.利用騰訊會議、雨課堂、學(xué)習(xí)通等軟件，搭建了符合信息技術(shù)時代特點的自主學(xué)習(xí)環(huán)境——線上教學(xué)平臺，能夠?qū)⒄n程的理論和實驗教學(xué)內(nèi)容做到有機融合和相互促進，這對于專業(yè)教學(xué)質(zhì)量提升是十分重要的?；A(chǔ)知識在線學(xué)習(xí)和反饋，重點，難點知識和實現(xiàn)高階教學(xué)目標(biāo)的理論線下教學(xué)，實驗基本理論和實驗操作流程線上預(yù)習(xí)及反饋，線下實踐操作環(huán)節(jié)作為四個基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，在理論和實驗交叉出現(xiàn)的過程中進行基礎(chǔ)環(huán)節(jié)的組合，充分利用線上教學(xué)手段，實現(xiàn)理論和實驗、線上和線下的充分融合和提升［7］。

（二）線下與線上實驗教學(xué)協(xié)同作用，提升學(xué)生認識水平

基于線上實驗教學(xué)預(yù)習(xí)，學(xué)生已初步對實驗內(nèi)容、步驟及儀器等有了了解，并可能會有暫時無法理解的問題。通過線下實驗教學(xué)，學(xué)生可以帶著疑問認真聽取教師的講解，全面和深入理解與掌握實驗內(nèi)容，完成實驗過程，實現(xiàn)實驗?zāi)繕?biāo)。利用線下與線上實驗教學(xué)相互補充共同作用，可以為學(xué)生提供多方位的專業(yè)知識和實驗實操步驟的指導(dǎo)與解析，從而提升了學(xué)生對專業(yè)知識的認知水平和動手能力。由此可見，線上與線下實驗教學(xué)協(xié)同作用，能夠?qū)崿F(xiàn)課前—課堂—課后的教學(xué)任務(wù)發(fā)布、學(xué)習(xí)效果反饋、課堂互動和課后反饋等功能，為多樣化教學(xué)手段的實施提供了有力的工具。同時，能夠充分發(fā)揮引導(dǎo)學(xué)生自己動手動腦向?qū)I(yè)知識深度認知和運用學(xué)習(xí)發(fā)展，提升了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極自主性、主觀能動性和實踐創(chuàng)造性。

（三）豐富考核方式，體現(xiàn)學(xué)生綜合素質(zhì)能力

傳統(tǒng)實驗教學(xué)考核以提交實驗報告為最終評定成績的方式，較為單一，比較明顯的弊端在于以小組形式完成的實驗報告無法區(qū)分個體差異，也無法全面評價學(xué)生對實驗實操的掌握水平。將線上實驗實操過程評價作為線下實驗教學(xué)考核的重要組成部分，注重每個階段的評價，包括線上教學(xué)和線下教學(xué)的各個環(huán)節(jié)，可以全面評估學(xué)生對專業(yè)理論知識的理解和實驗實操過程的掌握，能夠充分體現(xiàn)學(xué)生綜合素質(zhì)能力。

線上與線下實驗教學(xué)協(xié)同作用，可以讓學(xué)生預(yù)先了解實驗?zāi)繕?biāo)，在線下實驗教學(xué)前后，線下實驗平臺可為學(xué)生提供直觀、形象和實際的操作平臺，有助于提高學(xué)生對土木工程專業(yè)實驗課程的全面掌握和實操。

二、線上實驗教學(xué)在土木工程專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用案例

以“地基基礎(chǔ)”中樁基承載力試驗教學(xué)為例，利用已研發(fā)的“樁基靜載試驗?zāi)M系統(tǒng)”，開展了“地基基礎(chǔ)”課程中樁基承載力試驗網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，使學(xué)生可以隨時隨地學(xué)習(xí)和開展樁基承載力網(wǎng)上試驗。通過學(xué)生不斷實踐和應(yīng)用，完善樁基承載力試驗網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的各項功能。

（一）樁基靜載試驗基本概念

樁基靜載測試技術(shù)是隨著樁基礎(chǔ)在建筑設(shè)計中的使用越來越廣泛而發(fā)展起來的。樁基靜載試驗是運用在工程上對樁基承載力進行檢測的一項技術(shù)，如圖1所示。在確定單樁極限承載力方面，它是最為準(zhǔn)確、可靠的檢驗方法，作為判定某種動載檢驗方法是否成熟，均以靜載試驗成果的對比誤差大小為依據(jù)。因此，每種地基基礎(chǔ)設(shè)計處理規(guī)范都把單樁靜載試驗列入首要位置。在樁基靜載試驗中，作用于樁上的荷載一般由反力裝置提供。反力裝置的易用程度直接影響著試驗的過程和結(jié)果，常用的有堆載反力裝置，即在樁頂使用鋼梁設(shè)置一個承重平臺，上堆重物，依靠放在樁頭上的千斤頂將平臺逐步頂起，從而將力施加到樁身。反力裝置的主梁可以選用型鋼，也可用自行加工的箱梁，平臺形狀可以根據(jù)需要設(shè)置為方形或矩形，堆載用的重物可以選用沙袋、混凝土預(yù)制塊等。

（二）樁基靜載試驗線上平臺教學(xué)

基于計算機語言，編寫樁基靜載試驗程序，研發(fā)樁基承載力試驗線上實驗教學(xué)程序，實現(xiàn)學(xué)生線上學(xué)習(xí)樁基靜載試驗步驟、數(shù)據(jù)采集與分析過程，如圖2所示。該教學(xué)平臺具有以下特點：同課程的專題教學(xué)和多學(xué)科交叉的綜合教學(xué)；抓住典型工程樁基靜載試驗，激發(fā)學(xué)生對工程質(zhì)量檢測工作的興趣；重視強化現(xiàn)場試驗與檢測技術(shù)的練習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生動手和獨立工作的能力；引導(dǎo)學(xué)生利用實驗教學(xué)線上平臺，考慮不同的工程地質(zhì)和設(shè)計要求，開展樁基承載力設(shè)計。

（三）樁基靜載試驗虛擬實踐學(xué)習(xí)

學(xué)生利用課上和課下時間，進入樁基靜載試驗虛擬平臺，按照線上或線下課程教學(xué)內(nèi)容，自己實操樁基靜載試驗過程，以此分析和計算樁基承載力值，實現(xiàn)對樁基承載力試驗內(nèi)容、操作與分析全過程的熟練理解和實操。樁基靜載試驗虛擬實踐學(xué)習(xí)展示了樁基工程原位試驗，逼真模擬地質(zhì)工程原位試驗的野外場景、儀器設(shè)備、測試步驟和成果處理等過程，在了解試驗原理的基礎(chǔ)上熟悉試驗儀器設(shè)備，首先，通過模擬仿真系統(tǒng)的操作演示熟悉試驗技術(shù)要求（如試件或試坑的尺寸及要求、承壓板的尺寸、位移測量系統(tǒng)的安裝、加載方式及加荷等級、沉降觀測和穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)、試驗終止條件等）和試驗步驟。其次，學(xué)生在線上實驗系統(tǒng)中進行模擬試驗操作，引導(dǎo)學(xué)生利用已有專業(yè)基礎(chǔ)理論知識，學(xué)會對試驗獲得的原始數(shù)據(jù)進行處理。最后，該系統(tǒng)設(shè)置了不同土層（黏性土、粉土、砂類土和含有少量碎石的土層）的選擇，使學(xué)生“真實感受”不同巖土體對試驗結(jié)果的影響，提高學(xué)生的專業(yè)理論知識與實際工程相結(jié)合的能力，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能和興趣，如圖3所示。

（四）樁基靜載試驗學(xué)習(xí)考核

指定典型樁基工程案例和地質(zhì)參數(shù)，通過布置線上樁基靜載試驗內(nèi)容思考題與試驗操作擴展性任務(wù)，讓學(xué)生自己熟練掌握專業(yè)試驗知識和試驗數(shù)據(jù)分析過程。通過理論與實踐相結(jié)合的方式，考核學(xué)生對專業(yè)知識的掌握能力。

（五）教學(xué)效果評價

“地基基礎(chǔ)”課程中樁基承載力試驗教學(xué)采取上述教學(xué)改革措施后取得了顯著的成效。首先，授課教師工程能力顯著提高，豐富了課程教學(xué)模式，使抽象的概念更加具體化，有效激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)熱情及專業(yè)興趣。其次，學(xué)生能力培養(yǎng)目標(biāo)更加明確，進一步開闊了學(xué)生的專業(yè)視野，提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、動手操作能力和創(chuàng)新能力，充分發(fā)揮了學(xué)生在教學(xué)中的主體作用，真正體現(xiàn)了成果導(dǎo)向、學(xué)生中心、持續(xù)改進的理念。最后，通過對該試驗教學(xué)滿意度進行問卷調(diào)查分析可知，持續(xù)改進的教學(xué)方法得到了學(xué)生的認可［8］。

結(jié)語

線上實驗教學(xué)作為一種新型的實驗教學(xué)手段，在提升土木工程專業(yè)實驗教學(xué)質(zhì)量方面得到了廣大師生的認可。它可以彌補線下實驗教學(xué)中的不足之處，并與線下教學(xué)共同作用，提升學(xué)生認識水平，也為學(xué)生應(yīng)對專業(yè)實驗課程考核提供了多元方式。通過線上與線下實驗教學(xué)協(xié)同教學(xué)，激發(fā)了學(xué)生實驗自學(xué)能力和實操興趣，提高了對學(xué)生全方面掌握土木工程專業(yè)實驗的教學(xué)質(zhì)量，也為創(chuàng)新應(yīng)用型人才的培養(yǎng)提供了新的教學(xué)方法。

參考文獻

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［3］黎雨，徐春.新工科下《工程材料學(xué)》線上教學(xué)改革與虛擬實驗方案的探索［J］.產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2023，22（2）：147-149.

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［7］姚小俊.土木工程“理論+實驗”類課程混合教學(xué)改革研究［J］.科技視界，2022，12（19）：72-74.

［8］曹兵，吳楨，黃博，等.基于工程教育的土木工程專業(yè)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課程“線上+線下”教學(xué)改革與實踐［J］.安陽工學(xué)院學(xué)報，2021，20（6）：71-74.

Discussion on Improving the Quality of Civil Engineering Experimental Teaching Through Online Experimental Teaching

WU Ke1， CHEN Rong2， HAO Dong-xue2， LI Jing-long1

（1. School of Civil Engineering， Shandong University， Jinan， Shandong 250061， China;

2. School of Civil Engineering and Architecture， Northeast Electric Power University，

Jilin， Jilin 132012， China）

Abstract： With the advent of the “Internet plus” era， there are countless examples of colleges and students using online resources for teaching or learning， which also becomes an important auxiliary for offline courses. Civil engineering， as one of the most practical majors， involves the mastery of knowledge and practical operations related to indoor and on-site experiments during the teaching process of many professional courses. Using online experimental teaching methods can not only make up for the shortcomings in offline experimental teaching， but also work together with offline teaching to improve students’ understanding level and provide multiple ways for students to assess professional experimental courses.

Key words： online teaching; experimental teaching; Civil Engineering; assessment method