于卓然

【摘 要】基于吉首大学工程结构实验教学课程的现状，阐述了当前培养模式存在的问题。以“学生为主体”为指导思想，强调学生的参与意识，并从教学方法、教学手段、考核方式等方面进行了改革，培养了学生的动手能力和創新意识。

【关键词】工程结构;实验教学;改革;虚拟仿真

中图分类号： G642.4文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）19-0111-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.19.052

工程结构设计原理是土木工程的专业核心课，它的理论性和实践性比较强，很多理论需要用实验来进行验证，因此工程结构实验课程就显得尤为重要[1-3]。实验教学能锻炼学生的实践能力，培养学生对土木工程专业的兴趣和热情[4]。笔者结合吉首大学工程结构实验教学的现状，强调学生是进行实验的主体[5]，对实验教学方法和考核方法进行了改革，获得了专业学生的好评。

1 工程结构设计原理实验教学现状

吉首大学土木工程与建筑学院经过专业认证改革之后，结构设计原理实验课已独立于理论课程单独开课，成为土木工程专业实验课程的一个重要组成部分。该课程包括钢筋混凝土超筋梁和少筋梁的正截面受弯性能实验、钢筋混凝土斜截面破坏实验、钢筋混凝土柱偏心受压实验和钢柱轴心受压失稳实验等。实验过程大致包括以下步骤：（1）实验指导教师根据理论授课进度，安排好每项实验的进程;（2）实验指导教师将指导书和实验报告分发给学生，督促学生做好课前预习;（3）实验指导教师完成实验试件的设计、制作以及测量仪器的安装。（4）实验指导教师进行演示实验，专业学生观测正截面应变分布以及裂缝、挠度的发展和开裂，并记录数据;（5）专业学生根据记录的数据撰写实验报告;（6）指导教师批阅报告，将成绩录入系统。以上培养模式虽然能够让学生观察到实际结构的破坏过程，基本达到教学大纲的要求，但是仍然存在以下问题：

1.1 学校配套硬件设施较薄弱

吉首大学土木工程专业发展历史较短，结构实验中心尚未建设完成，原实验室场地有限，短时间内实验人数众多，学生往往只能观摩教师进行演示实验，客观上不能参与结构实验的全过程。因此，学生的实验内容仅仅是记录仪器仪表的数据，并根据数据撰写实验报告。至于这些数据的内在联系是什么，是否存在误差，产生误差的原因是什么，学生一无所知。

1.2 学生不熟悉实验过程

虽然在实验课程开设之前，指导教师已经把指导书下发给学生，并督促学生提前预习，但由于缺乏相关的考核机制，最后成绩仅仅由实验报告一锤定音，导致很多学生未进行预习就直接进实验室，不清楚实验的内容和目的，成了一个机械的“数据记录仪”。另一方面因为学生未直接参与试件的制作过程，所以对指导书里的如何绑扎箍筋，如何贴应变片等内容缺乏直观的认识，导致预习起来枯燥无味，预习效果大打折扣。

1.3 实验报告存在雷同现象

由于进行的是集体观摩实验，组内同学记录的数据都相同，实验报告的格式固定，导致实验报告的撰写过程变成了简单的填鸭式体力劳动，抄袭现象难以避免，失去了其原本的意义。指导教师只能根据实验报告的字体评分，最后的成绩也大同小异，没有明显的区分。

1.4 学生缺乏反馈意见

学生在提交实验报告后，意味着这门课程的结束，指导老师评阅实验报告后进行成绩登录。学生虽然能通过系统看到自己的成绩，但是不清楚报告的扣分点在哪里。此时学校已经进行材料存档，就算想进行修改，由于实验成绩已经确定，也缺乏内在动力。

2 工程结构设计原理实验教学的改革

针对以上存在的问题，笔者在实际教学过程中，着手进行这方面的改革，摸索出了一套有效的实验方案，经过问卷调查，在专业学生中反映良好，受到普遍欢迎。

2.1 让参与实验变得“有门槛”

在以往的培养模式中，不管学生是否进行预习，都可以参加实验，笔者通过雨课堂系统，增加了相应的预习考核模块，针对实验指导书的内容，建立一个题库，学生在正式参加实验前要通过相关考核，考试随机抽取20道题目，答对16道以上才能去参加实验，这一措施能有效提高预习的效果。

2.2 让学生参与实验全过程

工程结构设计原理实验课程针对大三学生开设，他们中的大部分并没有一线施工经历，对于指导书中试件的制作过程十分困惑。笔者要求学生分小组完成实验计划，各同学根据实验计划的内容进行早期准备工作的分工，其中涉及的工作十分细致，例如要制作混凝土试件，就需要购买材料。利用课余时间，学生根据构件设计的大小，确定购买钢筋、沙子、水泥、石子的品种、数量、级配等。这一过程看似与实验内容无关，但是能极大地提高学生的社会实践能力，对土木工程学科有个更直观的认识。材料准备齐全后，要让每一位学生参与浇筑、养护的过程，在仪器安装过程中，让学生亲自贴应变片，放置位移计等，最后分小组按照设计的加载方式进行破坏试验。

2.3 用虚拟仿真系统教学

由于吉首大学结构实验中心尚未建设完成，实际实验条件受限，在学生人数众多的情况下，实验指导教师难以让每一个人都清楚地了解实验的过程，特别是如何放置实验测量仪器的细节。故学校开发了工程结构实验虚拟仿真系统，该系统可实现学生自行设计实验方案、学习实验构件制作、自行搭建实验环境及装配实验仪器、自行动手操作实验过程、观察现象并记录数据。它能让每个学生参与进来，达到较好的预习和理解实验的效果。

该系统可以方便地用Web端登录，不需另外安装客户端，在登录框中输入姓名/学号之后，点击“登录”进入。如图1所示。经过一系列参数设定，例如钢筋强度、混凝土强度、箍筋间距等，就可以进入虚拟实验环节，如图2所示。然后根据自己设计的实验过程进行分级加载，实验数据会自动生成Excel。

2.4 实验报告的改革

以往的实验报告由指导教师提供，格式统一，存在雷同现象。笔者要求学生采用开放形式的实验报告，报告中一定要指出在前期分工阶段自己的准备工作和实验过程中的问题。例如有一次实验出现了异常现象，按指导书应该产生正截面破坏的梁最后却发生了斜截面破坏，学生通过分析钢筋和水泥等级、构件尺寸等参数，进行理论计算，最终得到了满意的解释。这一过程能锻炼学生主动思考的能力和勇于挑战的能力，让学生明白“尽信书不如无书”的道理。

另一方面，要求学生用科技论文写作格式去撰写实验报告，很多学生有一种“畏难”的情绪，不过通过详细的格式讲解，大部分学生都能够自己主动查资料去进行撰写。事实证明，由于学生的高参与度，大家都乐意把自己的成果以论文的形式展示出来，有些同学还做得非常好。比如能将中文摘要翻译成英文，用Endnote快速插入文献等，为以后继续深造打下基础。

2.5 考核方式的改革

成绩与学生的利益息息相关，为了改变以往仅依靠实验报告“一刀切”的考核方法，评出真正能够体现学生具体工作的成绩，笔者在实践过程中总结了以下内容：

（1）新的考核方式由三部分组成，雨课堂系统实验预习成绩占20%，小组内工作互评占20%，学生实验报告成绩（根据个人答辩成绩乘以修正系数）占60%。

（2）学生按实验分组进行答辩，以PPT汇报的形式进行。每个小组推选一名代表人进行10分钟的阐述，但每位成员也要上台进行各自工作的汇报，比如在购买石子的过程中，在哪里买，如何进行合理的级配划分等，答辩评委根据个人的实际工作内容进行提问。主要提问内容包括：实验前期准备的工作、实验过程中仪器的使用和遇到的问题、实验数据的处理等。

（3）学生实验报告的成绩采用小组答辩和个人答辩相结合的方式，教师先根据答辩情况给出一个小组总分，然后根据个人答辩情况给予相应的修正系数。

答辩成绩优秀乘以系数1.1（超过满分按满分计），答辩成绩良好乘以系数1.0，答辩成绩中等乘以系数0.85，答辩成绩合格乘以系数0.7，答辩成绩不合格乘以系数0.6。通过集体与个人成绩的结合，能够提高学生的合作意识，也能够让做了实事的同学在成绩上有所体现，一定程度上减少了“浑水摸鱼”的现象。

（4）教师评阅实验报告以后，将指导意见反馈给学生，学生根据意见修改实验报告，再次提交给教师。教师根据修改后的实验报告给出成绩修正，对错误修改得比较好的同学在原实验报告成绩上提高10%。通过二次提交，能够让学生对自己的错误有充分认识，提高学生思考和解决问题的能力。

3 结语

在我校创建一流土木工程学科的背景下，全體土木老师不懈努力，改进工程试验的教育教学方法，在学生中取得了不错的效果。通过问卷调查，学生对各项实验的理解明显加深。通过自己参与试件制作的过程，极大地激发了学生的主观能动性，并且对相应的理论课程有了更大的学习动力，使混凝土结构基本原理教材中枯燥的理论以直观的形式展现出来，培养了学生的动手能力和解决实际工程的能力。

【参考文献】

[1]蒋田勇，田仲初.土木工程专业实验教学改革的探索与实践[J].高教论坛，2016（05）：45-47.

[2]吴旻，方圆，丁峰.土木工程专业结构实验教学改革探讨[J].安徽工业大学学报（社会科学版），2015，32（03）：97-98.

[3]徐明，宗周红，张蓓，等.工程结构设计原理实验课程教学改革[J].高等建筑教育，2015，24（05）：111-114.

[4]徐明，李红兵，肖士者，等.基于虚拟仪器的工程结构设计原理实验教学演示系统设计[J].高等建筑教育，2015，24（06）：141-145.

[5]王立成.学生全过程参与“钢筋混凝土结构”教学实验探索[J].实验技术与管理，2019，36（04）：27-30.