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土木工程專業實踐教學模式探索論文
【摘要】為了響應教育部提出的地方本科院校盡快實現向應用技術型大學轉型的要求，以提高學生的工程實踐能力和獨立思考能力，積極進行土木工程專業綜合性、設計性試驗教學模式改革具有十分重要的意義。本文結合具體課程，提出了幾點進行試驗教學改革的方法，并在湖北工業大學工程技術學院土木工程專業試驗教學中進行了相關實踐，取得了較為顯著的效果。
【關鍵詞】地方本科院校轉型；土木工程試驗；綜合性試驗；設計型試驗；結構設計
1.引言
土木工程專業作為一門實踐性特別強的專業，主要任務是向社會輸送合格的建筑施工、設計、管理等相關方面人才。這要求本專業培養的學生除了具有較為系統的專業有關理論知識，還應具有較強的工程實踐能力和獨立思考、解決問題的能力。土木工程試驗作為本專業實踐課的一個重要環節，如何改革以更適應轉型的需要，是一個需要持續探索，并在教學實踐中逐步完善的問題。
2.傳統實踐環節存在的問題
在過去的土木工程專業本科教學中，要培養學生工程實踐能力主要依靠兩個方面：一方面是依靠在四個學年中穿插與理論課程進度相配合的實習環節；另一方面則是依靠與理論課程相關穿插在相應課程中的試驗教學環節。實習環節相對試驗環節而言，時間安排較為集中，持續較長，在各階段實習中，若能對學生給予正確引導，學生的專業能力可以得到很好的提高。在這些實習之中，認識實習安排在第一學年末，主要是在老師的帶領下參觀在建和已建建筑，使學生對本專業有一個大概的了解。生產實習和畢業實習分別安排在第三學年末和第四學年中期，此階段學生已經學完本專業大部分理論課程學習，需深入現場在企業工作人員的指導下進行學習，是將理論知識與工程實踐相聯系的重要環節。在過去的教學中，由于條件的限制，這兩項實習往往不能由老師親自帶領，只能通過口頭詢問學生及電話聯系企業實習負責人來監管學生的實習情況，學生是否能認真完成實習，很大一部分依靠自覺。此外，由于專業的特殊性，學生多去建筑工地進行學習，存在著較大的安全隱患。因此這一環節雖然對提高學生的實踐能力有很大幫助，但在安排上還是有不少紕漏，需要進一步完善。試驗環節則是分散在土木工程各門課程之中，通過此環節，學生可以加深對所學課程的理解，實踐能力也可以在一定程度上得到提高。然而目前傳統試驗課程普遍具有設置較為零散，以演示試驗為主，缺乏一定創新的缺點。如何使該環節更具連貫性，并能更好培養學生的創新思維，充分發揮學生的主觀能動性，也是一個尚待解決的問題。針對以上兩個問題，可嘗試對土木工程專業試驗課環節進行改革，使其從傳統模式向綜合性、設計性試驗教學模式進行轉化，嘗試將土木工程專業中零散的試驗結合成為一個整體。通過這類改革，不僅可以讓學生對所學理論知識有一個系統的認識，也可以借由室內試驗模擬施工環節，讓學生在校內就能對各工藝環節有一定的了解，在未來學習階段的實習實踐中更快上手，學習熱情得到提高。
3.綜合性試驗教學模式探索與實踐
針對目前土木工程專業實踐課設置較為零散這一問題，考慮設置綜合性試驗教學環節。所謂的綜合性試驗，是指相對于單項試驗而言的，一般是指運用并發掘某一課程或相關課程的綜合知識、實驗原理和實驗技術，所進行的一種復雜程度較高的教學實驗[2]。綜合性包括兩個方面：一方面是縱向綜合，將一門課程中所涉及的試驗聯系起來，與工程實踐掛鉤，以改變傳統試驗教學中僅進行理論演示而與工程實踐無關，實踐性不強的弊端；另一方面是橫向綜合，將不同學科間的試驗課程整合起來，使彼此之間形成一個互相關聯的系統，讓學生對土木工程所涉及的各理論課程有一個系統的認識，并將所學理論知識串聯起來，熟練應用到實踐過程中去。
3.1縱向綜合性試驗教學模式探索與實踐
縱向綜合性試驗教學模式是指將單個學科中各零散試驗進行綜合，形成一項有實踐意義的綜合性試驗。以《土力學與基礎工程》學科所涉及的試驗為例，傳統的土工試驗采用分散教學的方法，一般分散在理論教學過程中，內容主要包括密度、含水率、液塑限測定、壓縮、直剪試驗等，一般為8個學時[3]。傳統的理論教學內容有限且分散，由于學生人數較多，指導教師也相對不足，學生參與的積極性不太高，教學效果并不太理想。針對上述情況，可采取集中時間開展綜合性試驗的方法，避免土工試驗分散的影響。土工試驗中的擊實試驗就是一個很好的綜合性試驗范例，擊實試驗是用錘擊實土樣以了解土的壓實特性的一種方法，在工程中主要用來檢測填土的壓實質量。在試驗時，首先需去施工現場取樣，然后將土樣烘干，碾碎，過篩。之后根據液塑限試驗測得的土樣液塑限摻入一定量的水制成擾動土樣。將土樣分層裝入擊實筒中，分層錘擊，測定土的干密度與含水量，計算最大干密度和相應最佳含水量。可見此一項綜合性試驗中包含了傳統土力學試驗中的密度、含水率和液塑限測定，且具有明確的工程意義。在實踐操作中，由于此項試驗所需時間較長，所需試驗儀器擊實儀也不是常規本科土工試驗儀器，實驗室配備很少。因此，目前僅挑選一個班級作為試點班級，將該班級劃分為若干組，每組8人左右。在試驗中，先由組員去現場取土，用環刀法測其天然密度，烘干法測其含水率，并由公式計算其干密度。然后通過液塑限聯合測定儀測得土樣的液限和塑限，根據所測液塑限，加入適量水配置成擾動土樣進行擊實試驗，用烘干法測擊實后土樣的干密度，并計算其壓實度，根據規范要求評價所取土樣的壓實質量并提交完整的試驗成果總結。通過學生在試驗課程中的表現和提交的試驗報告可以發現，進行此類與工程實踐密切相關的綜合性試驗時，學生的學習熱情普遍得到了提高，大部分都能積極參與并在老師的指導下完成試驗。進行此類綜合性試驗可以從根本上改變過去所做演示試驗與工程實踐完全脫節，學生并不能很好理解試驗的實踐意義因此熱情不高的缺陷。
3.2橫向綜合性試驗教學模式探索與實踐
橫向綜合性試驗教學模式是指在土木工程專業中各學科試驗之間進行綜合，形成一項有實踐意義的綜合性試驗。目前土木工程專業試驗教學內容主要包括土木工程材料試驗、材料力學試驗、流體力學試驗、巖土力學試驗、地基基礎實驗及混凝土結構試驗等試驗教學內容[4]。在傳統的試驗課教學中，這些學科試驗彼此獨立在各理論課程之中，互相之間沒有聯系。考慮將這些零散的存在于各學科之間的試驗整合到一起，形成一個規模較大的綜合性試驗，以便于學生理解和梳理學科知識，形成較為完整的知識網絡體系。現嘗試將《土木工程材料》、《材料力學》、《混凝土結構》三門試驗課程中相關試驗進行綜合。《土木工程材料》試驗課程中的混凝土配合試驗，在傳統試驗教學模式中，由指導老師給定骨料最大粒徑、混凝土的強度等級和稠度，由學生進行原材料性能測試、混凝土配合比設計、配合比試驗驗證和調整等[5]。在《材料力學試驗》中的鋼筋拉伸試驗，則是由學生通過鋼筋的拉伸繪出拉伸曲線，測得所測鋼筋的屈服強度、抗拉強度、拉應力與應變之間的關系。可將此兩個試驗結合起來，由學生自己按不同的配合比配制不同強度的混凝土，支模板澆筑混凝土梁，并根據測得的鋼筋強度，在混凝土梁中配置鋼筋，按規范要求進行養護。此養護成型的鋼筋混凝土梁即可成為《混凝土結構》中的梁強度試驗試樣。對梁加載，由于混凝土強度不同，鋼筋配置情況也有差異，因此鋼筋混凝土梁會出現少筋破壞、適筋破壞和超筋破壞三種不同的破壞形式。讓學生觀察這三種不同破壞形式之間的區別并分析出現不同破壞形式的原因。由于鋼筋由學生自行選擇，混凝土由學生配制，鋼筋混凝土梁也由學生澆筑振搗，因此對于破壞的不同形式及造成不同形式破壞的原因學生會有更好的了解，對所學內容的映像也會更加深刻。但是該綜合性試驗所涉及的課程不在一個學期開設，因此時間跨度較長，且需要不同科目老師之間的相互配合，實踐起來有一定難度。另外存放已澆筑養護成型的鋼筋混凝土梁所需要的場地也較多，尚不具備較好的實踐條件。目前僅有此設想，還未在教學中得以實踐，該方案是否可行并取得較好的教學效果，還有待進一步實踐，并在實踐中探索以不斷完善此方案。
4.設計性試驗教學模式探索與實踐
目前，在湖北工業大學工程技術學院土木系中，最能體現設計性試驗教學模式思想的是每年舉辦的結構設計大賽。大賽分為專業組和興趣組，興趣組由未受系統力學訓練的一、二年級學生參加，多注重外觀設計，對結構的合理性要求不高；專業組則是由學過系統力學知識的大三、大四學生參與，用指定的材料如竹皮紙、牛皮紙、膠水等設計結構并制作模型，對模型進行加載，按模型的荷質比和變形情況進行評分。在已舉辦的幾屆比賽中，每屆都不乏結構合理、構思新穎的佳作。這樣既是比賽，也是試驗的過程，能夠極大調動學生的學習熱情和創新精神，并將所學知識充分調動，真正做到融會貫通，學以致用。除此之外，考慮到目前國內外院校土木工程專業課程多以多媒體教學為主[6]，還可采用數值模擬試驗的方式[7]，引導學生在學習鋼筋混凝土結構原理、鋼結構設計原理、土力學與基礎工程、結構抗震設計等理論課程時，在課外使用PKPM、ANSYS、ABAOUS等數值計算軟件對所學理論知識的推導過程進行模擬實現，以加深學生對所學內容的了解，并在學習這些常見結構設計軟件、數值計算軟件及相關的簡單建模應用中，能力進一步得到鍛煉，與未來的工作內容直接接軌。
結語
教育部要求地方本科院校盡快實現向應用技術型大學轉型，為了達到這個要求，各專業各學科都應積極改革，以提高學生的實踐能力，培養高水平的技能型人才。傳統的試驗教學模式必然會逐步向綜合性、設計性教學模式轉變。本文中所提及的綜合性、設計性試驗，有些已經得到了實施并取得了較為理想的成果；有些則需待條件更為成熟，逐步在教學中得以實現和完善。
參考文獻：
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