浅谈教学改革建筑结构试验课程教学革新

【摘 要】总结建筑结构试验课程教学的特点以及在教学中存在的问题，并以此为基础对建筑结构试验课程教学改革进行探讨。
【关键词】建筑结构试验课程 特点 教学改革
0450-9889（2013）04C-0141-02
在土木工程建设过程中，结构试验在验证结构设计的合理性、评估结构构件的安全性等诸多方面有着广泛的应用。特别是近年来，北京奥运会主体育场“鸟巢”、电视台总部大楼、上海中心大厦等大型复杂结构在工程建设中相继出现，结构试验在此类工程的设计与建设过程中发挥了不可替代的作用。对土木工程专业的学生而言，掌握结构试验的理论和技能是顺利开展生产和科研工作的重要保障。在本科教育阶段，建筑结构试验课程的主要任务是通过理论和实验教学，使学生获得建筑结构试验方面的基本知识和技能，并培养其进行试验设计和试验规划的能力。本文针对建筑结构试验课程教学的特点及存在问题，对该课程教学方法和模式等方面的改革展开探讨，以期提高该课程教学的质量和水平。

一、建筑结构试验课程教学的特点及存在问题

（一）课时少，内容多。以广西大学为例，建筑结构试验为考察课，共计40个学时，其中理论教学14个学时，实验教学26个学时。理论教学主要涉及基本试验方法、常用试验设备的工作原理、测量仪器的使用与测量方案的设计、试验数据的采集与处理等；实验教学包括钢筋混凝土简支梁构件的抗弯性能等6个实验。由此可见，课时少而教学内容多的矛盾较为突出。
（二）人员多而实验教学平台少。建筑结构试验课程实验教学平台的建设具有一次性投入多、每次教学实验耗费高等特点。由于资金来源较少，实验教学平台的建设规模有限，在教学过程中每个实验平台所承载的学生数量相对较多。这导致在同一实验项目中，由于分配的任务不同，每个学生对实验内容的认知程度也存在明显差异。因此，要提高实验教学的质量，有必要加大对实验教学平台建设的投入。
（三）要求理论与实践紧密结合。建筑结构试验课程教学包括理论和实验两部分。理论与实践相结合既是本课程的特点，也是评判学生是否学好本课程的重要标准。但由于学时少，且目前多采用“一刀切”的教学模式，这导致学生能掌握和理解理论知识但却不能熟练应用，如很多学生理解电阻应变计的基本工作原理和构造，但却通常会忽视应变计防潮处理的重要性；大部分学生可以通过课堂学习认知数据采集系统桥路的类别与连接方式，但却会忽视对数据采集系统进行防电磁干扰处理的必要性。综上，加强理论与实践的融合是教学过程中亟待解决的问题。
（四）教材内容更新滞后于试验技术的发展。随着科技的进步，试验技术与设备更新步伐越来越快。以试验设备为例，测量变形的仪器由机械式百分表和千分表发展至应变式位移计，进而又发展至非接触式激光位移计。以试验方法为例，在进行大跨度桥梁结构模型的抗震性能研究时，过去多采用单个振动台的模型试验，而现在已发展至多振动台联动加载的阶段。类似的试验技术和设备通常难以在现有的教材中实时更新，仅以教材为依托的教学将影响学生对试验技术发展前沿的认知。

二、结构试验课程教学改革的具体措施

（一）注重培养学生的实验设计能力。在建筑结构试验课程现有的实验教学过程中，学生只需要参照实验讲义按部就班地进行操作并按规定完成实验报告即可。从某种意义上说，现有的教学方式是让学生对特定实验内容的重现，却忽视了对学生实验设计能力的培养。针对这一问题，教师可自主设计一些简单可行的实验项目，让学生通过自我选题独立完成诸如加载方案、测量方案、数据处理及实验报告编制等一系列任务。作为激励体制的一部分，可将实验设计的优劣作为课程成绩考评的重要环节。
（二）探索培养学生创新意识的新途径。目前，建筑结构试验课程教学仍属于灌输式教育。在这种情况下，学生多处于被动接受知识的状态，其主观能动性难以发挥。针对这种情况，教师应多途径地培养学生的创新意识。近几年的实践表明，大学生结构建模竞赛可以有效促进学生创新意识的形成。2012年11月底，广西第三届大学生结构建模大赛在广西大学举办。本次赛题要求参赛队以白卡纸和白乳胶为材料，制作出载重比大且能抵抗规定风载的体育馆悬挑屋盖结构模型。为此，广西大学在本科生中进行了选拔，选拔出的3支代表队充分发挥了想象力，自主完成了从结构设计到优化的全过程，分别设计出了实用且各具特色的结构模型，并最终在比赛中取得了优异的成绩。由此可见，类似于结构建模大赛的培养方式有利于学生创新意识的形成，应在教学实践中予以推广。
（三）发挥计算机仿真技术在教学中的作用。基于有限元理论的大型商业仿真计算软件如ANSYS和ABAQUS等可实现对结构构件的全过程受力分析，相关计算结果可以直观地用计算机予以输出。仿真计算受限条件少，故可将其作为建筑结构试验课程实验教学的有效补充。现阶段，广西大学已基本实现了教学的多媒体化，计算机仿真在建筑结构试验课程教学中也得到了较多的应用。但由于仿真计算软件多基于有限元理论，而有限元理论属于研究生阶段的专业理论课程，因此在本科教学阶段仿真技术主要适用于对结构构件受力过程的模拟与演示。
（四）实时补充试验方法与技术的最新前沿信息。现代试验技术发展迅速，教材内容难以做到实时更新。为了拓展学生视野，教师有必要在建筑结构试验课程教学过程中补充试验方法与技术的最新前沿信息，例如实现垂向千斤顶主动跟动加载的大型多功能试验机在结构抗震性能研究中的优势、非接触式激光位移计在疲劳试验中的应用等。通过新旧试验方法的对比、新试验仪器的演示等多种方法，可使学生更为深刻地体会到科技进步对结构试验技术的推动作用，并使其认识到科技查新的重要性。
（五）采用分层次的教学模式。结合建筑结构试验课程的特点，在教学过程中可采用分层次的教学模式。首先根据学生的兴趣爱好以及个人能力将其按照金字塔形予以分层，对属于塔底层范围内的学生，教学以完成大纲任务为主；对属于塔中部范围内的学生，可以鼓励他们开展相应的自选实验；对属于塔尖范围内的善于思考、动手能力较强的学生，可以让其充分利用实验平台，并直接参与相关的科研试验。通过分层次的教学，可以避免教学过程中“一刀切”的模式，做到因材施教。
（六）提升实验教学平台的规模和水平。为解决人员多而实验教学平台有限的矛盾，应加大实验教学平台的建设力度。实验平台的建设应避免低层次的重复建设，资金分配应向创新性实验平台的建设倾斜。以广西大学为例，近年来，在国家和广西地方财政的支持下，该校加大了对大学生创新实验平台建设的投入，在建的新土木试验大楼里专门规划了大学生创新试验基地。创新性教学实验平台的建设有助于分层次教学模式的实现，并可为学生创新意识的培养提供支持。
综上，针对建筑结构试验课程教学的特点及存在的问题，本文从学生实验设计能力和创新意识的培养等方面对该课程教学改革进行了探讨，相关内容可为该课程的教学实践提供参考。
【参考文献】
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