土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)科研型教學(xué)環(huán)節(jié)的改革與實(shí)踐

1、土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)科研型教學(xué)環(huán)節(jié)的改革與實(shí)踐土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)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(shí)踐的各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)， 使學(xué)生獲得并 掌握工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方面的基本知識(shí)和基本技能， 能根據(jù)設(shè)計(jì)、 施 工和科研任務(wù)的需要，完成一般建筑結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)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(yàn)階段以試驗(yàn)指導(dǎo)書為依據(jù)統(tǒng)一開展試驗(yàn)。 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(yàn)指導(dǎo)書使學(xué)生養(yǎng)成了 依賴性，不對(duì)試驗(yàn)內(nèi)容加以理

2、解，往往應(yīng)付了事，甚至成了試驗(yàn) 的“參觀者”，沒有真正參與試驗(yàn)過程的訓(xùn)練。目前土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的教學(xué)改革主要有試驗(yàn)平臺(tái)深化2 、現(xiàn)代化新型技術(shù)設(shè)備運(yùn)用 3 、綜合性試驗(yàn)設(shè)計(jì)、考核體系 改革、師資力量提升 4 、仿真試驗(yàn)拓展 5 等方面，然而，多數(shù) 高校的土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)仍然面臨課時(shí)數(shù)少， 試驗(yàn)設(shè)備陳舊， 試 驗(yàn)內(nèi)容單一等問題。 土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)教學(xué)改革的重點(diǎn)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(shí)踐 性的試驗(yàn)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(yàn)環(huán)節(jié)融入土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)課程的 教學(xué)中， 提高學(xué)生在理論學(xué)習(xí)和試驗(yàn)環(huán)節(jié)中的參與度， 培養(yǎng)學(xué)生 文

3、獻(xiàn)調(diào)研、方案設(shè)計(jì)、試驗(yàn)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(yàn)教學(xué)中重理論輕實(shí)踐， 試驗(yàn)環(huán)節(jié)以模仿操作為 主，缺乏獨(dú)立思考等問題， 培養(yǎng)學(xué)生完成綜合科研型試驗(yàn)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(yàn)的教學(xué)內(nèi)容主要包括結(jié)構(gòu)試驗(yàn)設(shè)計(jì)、 結(jié)構(gòu)試驗(yàn)荷載、結(jié)構(gòu)試驗(yàn)測試技術(shù)、結(jié)構(gòu)靜力試驗(yàn)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力試 驗(yàn)、既有結(jié)構(gòu)無損檢測、試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析等內(nèi)容 6 。其中， 結(jié)構(gòu)試驗(yàn)荷載、 結(jié)構(gòu)試驗(yàn)測試技術(shù)和結(jié)構(gòu)靜力試驗(yàn)為主要教學(xué)內(nèi) 容，也是試驗(yàn)環(huán)節(jié)中較為容易實(shí)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(yàn)的試驗(yàn)指導(dǎo)書為例，設(shè)置的試驗(yàn)內(nèi)容 如表 1 所示。目前，除了環(huán)節(jié) 6和 7外，

4、其余環(huán)節(jié)均為國內(nèi)大部分高校所 設(shè)置的試驗(yàn)內(nèi)容。上述試驗(yàn)設(shè)置中存在以下 3 個(gè)主要問題。（1）學(xué)生試驗(yàn)前積極性不高。試驗(yàn)手冊(cè)為基本原理、使用 方法等內(nèi)容介紹， 試驗(yàn)過程僅是理論課程的深化， 學(xué)生對(duì)試驗(yàn)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(hào) 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(yàn)現(xiàn)象， 造成學(xué)生對(duì)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(duì)象為等強(qiáng)度梁和簡支桁架， 其中，等強(qiáng)度梁考察各種橋路接法（溫度自補(bǔ)償），鋼桁架考察 桁架結(jié)構(gòu)的工作性能及計(jì)算理論等問題， 試驗(yàn)中缺乏具有顯著意義的科學(xué)問題。二、科研型試驗(yàn)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)與要求基于上述問題，

5、文章提出在傳統(tǒng)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上， 增設(shè)需要自 主創(chuàng)新的科研型試驗(yàn)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(yàn)環(huán)節(jié) 要求學(xué)生掌握常規(guī)試驗(yàn)設(shè)備的原理， 掌握結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)， 了 解結(jié)構(gòu)動(dòng)力試驗(yàn)，掌握無損檢測技術(shù)，獨(dú)立撰寫試驗(yàn)報(bào)告。（二） 科研型試驗(yàn)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(yàn)方案的設(shè)計(jì)、優(yōu)化，獨(dú)立開展科研型試驗(yàn)，整理試驗(yàn)成果并進(jìn) 行匯報(bào)。不同于理論環(huán)節(jié)，科研型試驗(yàn)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(gè)課堂教學(xué)學(xué)時(shí)，要求學(xué)生掌 握所選課題的背景知識(shí)， 了解試

6、驗(yàn)室具備的科研條件， 確保所制 定試驗(yàn)方案的可行性。專業(yè)工具簡介占用 2.0 個(gè)課堂教學(xué)學(xué)時(shí)， 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(dòng)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(shí)，但作 為平時(shí)成績的重要補(bǔ)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(xiàng)目講座等環(huán)節(jié)， 培養(yǎng)學(xué)生的科研思路， 使其對(duì)專業(yè)軟 件有深入的了解， 并通過研究生項(xiàng)目了解科研試驗(yàn)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(shí)安排自主課題

7、簡介科研型試驗(yàn)背景介紹了解背景知 識(shí)了解試驗(yàn)室可用設(shè)備 1.0 學(xué)時(shí)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(dòng)所需的辦公軟件 2.0 學(xué)時(shí)科研講座專家學(xué)術(shù)型講 座報(bào)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(xiàng)目講座了解科研試驗(yàn)的全過程課外學(xué)時(shí) （三） 科研型 試驗(yàn)要求不同于常規(guī)試驗(yàn)環(huán)節(jié)，科研型試驗(yàn)需開展的實(shí)踐環(huán)節(jié)如表 3 所示。試驗(yàn)環(huán)節(jié)包括試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)與匯報(bào)、 試驗(yàn)實(shí)施及成果整理與 匯報(bào)三部分。其中，方案匯報(bào)占用 2.0 個(gè)課堂教學(xué)學(xué)時(shí)，要求學(xué) 生對(duì)設(shè)計(jì)的試驗(yàn)方案進(jìn)行匯報(bào)， 匯報(bào)內(nèi)容包括與主題相關(guān)的國內(nèi) 外研究現(xiàn)狀、試驗(yàn)的荷載方案、量測方

8、案、預(yù)期數(shù)據(jù)結(jié)果及其處 理方法等， 對(duì)方案合理性和可行性進(jìn)行評(píng)估。 試驗(yàn)實(shí)施占用試驗(yàn) 教學(xué)環(huán)節(jié) 2.0 學(xué)時(shí)， 為試驗(yàn)室人員集中分配試驗(yàn)設(shè)備， 指導(dǎo)試驗(yàn) 方法，其余試驗(yàn)環(huán)節(jié)為課外學(xué)時(shí)。成果匯報(bào)占用課內(nèi) 2.0 學(xué)時(shí)， 要求學(xué)生撰寫試驗(yàn)報(bào)告并進(jìn)行多媒體演示，包括試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪圖、 試驗(yàn)結(jié)果解釋與分析，要求評(píng)估結(jié)果的合理性和報(bào)告的完整性。 表 3 科研型實(shí)踐環(huán)節(jié)設(shè)置實(shí)踐環(huán)節(jié)具體內(nèi)容具體要求學(xué)時(shí)安排 方案匯報(bào)文獻(xiàn)綜述、 試驗(yàn)荷載、 測量及數(shù)據(jù)處理方案評(píng)估方案合 理性、可行性 2.0 學(xué)時(shí)試驗(yàn)實(shí)施試驗(yàn)準(zhǔn)備、 開展及整理試驗(yàn)準(zhǔn)備 依據(jù)方案進(jìn)行試驗(yàn) 2.0 學(xué)時(shí)課外學(xué)時(shí)成果匯報(bào)多媒體方式匯報(bào)結(jié)果評(píng)估結(jié)果合理性

9、和 報(bào)告完整性 2.0 學(xué)時(shí)三、土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)科研型教學(xué)環(huán)節(jié)的實(shí) 踐（一） 試驗(yàn)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(diǎn)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(bào)寧波市創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)一層次平臺(tái)：“沿海工 程結(jié)構(gòu)安全與耐久性科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”， 在鋼筋混凝土耐久性方面 形成了鮮明的研究特色。試驗(yàn)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(kuò)散系數(shù)測定儀、RCTR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(shí)，配置了 MOI130

10、動(dòng)態(tài)光纖光柵傳感器、藤倉S60光纖熔接機(jī)、 EXFC光時(shí)域分析儀等先進(jìn)的光纖類檢測技術(shù)設(shè)備。試驗(yàn)室具備 開展鋼筋混凝土耐久性試驗(yàn)的條件， 目前可在該試驗(yàn)室開展的本 科生科研型試驗(yàn)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(shí)， 學(xué)生通過文獻(xiàn)閱讀認(rèn)識(shí)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(shí)時(shí)監(jiān)測，獲得鋼筋混 凝土銹蝕全過程信息。試驗(yàn)設(shè)計(jì)及實(shí)施。 學(xué)生通過文獻(xiàn)調(diào)研設(shè)計(jì)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

11、結(jié)在900卩m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(shí)現(xiàn)鋼筋混凝土銹 蝕全過程監(jiān)測。 該試驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)施過程中， 試驗(yàn)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(yàn)。部分試驗(yàn)過程如圖 2 所示。試驗(yàn)結(jié)果分析。學(xué)生通過分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用 Origin 繪圖 軟件整理試驗(yàn)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(shí)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(shí)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(yàn)課程教學(xué)中存在的問題出發(fā)， 提出將科研型實(shí)踐環(huán)節(jié)融入結(jié)構(gòu)試驗(yàn)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(yàn)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(shí)踐環(huán)節(jié)， 提高課程教學(xué)質(zhì)量， 調(diào) 動(dòng)學(xué)生的積極性?？蒲行蛯?shí)踐環(huán)節(jié)不僅有利于學(xué)生鞏固所學(xué)知 識(shí)，更有利于其綜合創(chuàng)新能力的開發(fā)， 培養(yǎng)具有較強(qiáng)創(chuàng)新能力與 實(shí)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(yàn) 方案的設(shè)計(jì)、優(yōu)化，獨(dú)立設(shè)計(jì)科研型試驗(yàn)，整理試驗(yàn)成果并進(jìn)行匯報(bào)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