混凝土结构实验教学改革探讨与实践

罗伯光?覃荷瑛

摘要：以提高学生对专业学习兴趣、培养动手操作能力和解决实际问题、发展创新能力为目的，针对土木工程专业混凝土结构传统的实验教学方式存在的不足，理顺混凝土结构的理论教学和实验教学之间的关系，对实验教学方法、内容、过程和手段等方面的改革进行了尝试和探索，通过实验教学实践取得了良好的效果，提出了培养符合创新型土木工程专业人才的混凝土结构实验教学改革思路。

关键词：混凝土结构；实验教学；教学改革

作者简介：罗伯光（1975-），男，广西合浦人，桂林理工大学土木与建筑工程学院，工程师；覃荷瑛（1972-），女，湖南邵阳人，桂林理工大学土木与建筑工程学院，副教授。（广西 桂林 541004）

基金项目：本文系桂林理工大学教学改革工程2013年立项项目（项目编号：2013JG37）的研究成果。

中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）08-0170-02

土木工程专业是一个实践性非常强的专业，其四年制专业的培养目标为：培养适应社会主义现代化建设需要，德、智、体全面发展，掌握土木工程学科的基本原则和基本知识，经过工程师基本训练，能胜任房屋建筑、道路、桥梁、遂道等各类工程的技术与管理工作，具有扎实的基础理论、宽广的专业知识，较强的实践能力和创新能力的高级专门人才。[1]混凝土结构目前是国内外建设领域用的最多、最广的结构型式。混凝土结构系列课程包括混凝土结构基本原理、混凝土结构设计、高层建设结构设计与抗震等课程，是各大高校土木工程专业建筑工程方向开设的主干课程，混凝土结构实验教学是该课程教学的重要组成部分，其基本构件的实验项目为高等学校土木工程本科指导性专业规范中规定的核心实验单元。[1]在混凝土结构课程的理论教学过程中同时穿插实验教学不仅能提高学生对理论的学习兴趣，加深对理论知识的理解和运用，同时能调动学生的主观能动性、提高学生的创新能力以及发现问题、分析问题和解决问题的工程实践能力，从而培养学生的抽象思维与形象思维相结合、理论与实践相结合、知识的接受与能力的创新相结合的能力。然而，从目前大多数高校的教学现状来看，混凝土结构的实验教学仍处于一个比较薄弱的环节，离创新性人才培养的基本要求尚存在一定的差距。本文结合桂林理工大学土木工程专业混凝土结构实验教学的开展情况，对该课程实验教学体系的改革思路进行了探讨和实践。

一、混凝土结构实验教学存在的主要问题

混凝土结构是土木工程专业中一门工程性、综合性、实践性很强的专业课程，其大部分理论、公式等都建立在实验的基础之中[2]，课程理论教学和实验教学应是相辅相成、缺一不可的，二者应互为补充，在学生接受能力和创新能力培养中发挥着同等重要的作用，但目前在很多高校中混凝土结构实验教学仍只作为理论教学的辅助手段，没有受到足够的重视，存在的主要问题有：

1.缺乏独立的实验教学体系

实验课时偏少，一般混凝土结构实验课穿插在混凝土结构基本原理理论授课的过程中，实验课时为8学时，学生很难在少学时的实验教学中将理论与实践相联系；实验项目单一，一般高校中混凝土结构只开设三个实验项目：钢筋混凝土简支梁正截面受弯承载力实验、钢筋混凝土简支梁斜截面受剪承载力实验、钢筋混凝土柱大偏心或小偏心受压破坏实验。实验项目缺少系统性，影响实验教学的效果。

2.实验教学方式缺乏新颖，过于呆板和程序化

传统的混凝土结构实验教学中，从实验项目、实验原理到实验构件的设计、制作以及测试方法、试验加载方案、试验步骤乃至试验数据的记录、试验报告的格式等都由实验指导老师安排，学生只需按照规定一步一步进行，不需要自己动手去操作，也不需要查阅资料，甚至不需要思考和创新，这种实验教学方式往往使学生感到枯燥无味，难以让学生对实验产生兴趣，不利于培养学生的观察问题、发现问题从而解决问题的能力。[3]

3.实验教学设备落后

大多数高校实验教学设备陈旧并且不足，随着土土工程专业人才社会需求急剧增长，学校对该专业的学生也进行了扩招，原有实验设备显得明显不足，大型设备也较少，无法为学生提供创新开拓的条件。

4.实验成绩考核评定方法不科學

传统的实验教学一般根据考勤和实验报告来评定成绩，但由于大多数实验为验证性实验，学生只需去观察实验现象，根据试验数据机械式地填写实验报告，其结果无法反映学生的真实情况，实验报告雷同或抄袭现象比较严重，这种只重结果不重过程的评价方法导致成绩评定存在不公正性，难以提高学生的学习兴趣，无法启发学生的创造性思维。

二、混凝土结构实验教学改革措施的探讨和实践

桂林理工大学土木工程专业是广西区重点专业，以培养土木行业应用型人才作为自己的办学定位，近几年来学生毕业后从事施工行业的比例逐步加大，根据这一变化趋势，本专业从培养计划到课程设置都进行了相应的调整，过去以培养设计型人才为主，改变成以培养建造型人才为主，大幅增加了实践环节教学内容，并根据过去实践环节教学过程中存在的问题开展了教学改革。在实验教学方面，特别有针对性地对混凝土结构实验教学改革措施进行了探讨和实践，效果比较明显。

1.改革混凝土结构传统实验教学方法，优化实验教学内容，细化实验过程，让学生全过程参与

采用互动式的实验教学方法，改变传统的以“实验指导书为中心”、“教师讲解、操作为中心”为“以学生为中心的教学模式”，让学生积极主动地参与实验全过程，包括实验试件的设计、制作、加载、实验报告的撰写等；并对教学内容不断更新，以满足现代化技术发展的要求；同时对整个实验过程进行细化，以调动学生的积极主动性，激发学生参与实验的兴趣，从而培养学生动手能力、组织协调能力以及创新能力。以混凝土结构简支梁实验项目为例，整个实验过程如下：

（1）实验指导老师根据学生进行分组，每组10人左右，以组为单元，学生自行设计，按照混凝土结构基本理论中钢筋混凝土简支梁三种破坏方式：少筋梁、适筋梁和超筋梁进行设计计算，教师进行指导后选定一种，学生根据选定的梁绘制配筋图，在这项内容中学生需利用混凝土结构课程理论知识和CAD绘图知识，并可进一步扩展学习梁的配筋图平面表示法。

（2）学生根据梁配筋图进行开裂荷载、屈服荷载和极限荷载的计算，完成计算书，在这项内容中学生需利用到课程理论知识，可使学生将课本知识应用到实际中。

（3）根据设计的梁配筋图以及计算书，对构件所需材料进行用量计算和准备，测定各材料的力学指标，根据所设计的混凝土强度开始混凝土配合比的设计、钢筋的下料、应变片的准备等，学生在这项内容中要利用先行课程土木工程材料的知识，可加深学生对基本概念的理解与运用。

（4）钢筋混凝土梁的制作。在实验人员的指导下学生亲自动手，根据构件的设计对梁的模板进行安装、钢筋笼进行制作、混凝土进行浇筑以及构件的养护和应变片的粘贴等，包括鋼筋的下料、截断、弯折以及绑扎、混凝土的各材料的称量、拌合、浇筑、振捣。在制作梁的过程中，同时制作混凝土试块。在这项内容中，可使学生充分理解钢筋混凝土梁的各种构造规定，增强学生的感性认识，提高学生的实际动手能力。

（5）实验加载前准备。对混凝土试块进行试压，根椐材料的实测性能重新计算构件的开裂荷载、屈服荷载和极限荷载以便与后面的试验结果进行对比，实验前的准备还包括自行设计加载程序、各种记录表格的编制、测点的编号、试件的安装就位、各种接线工作、仪器仪表的安装和调试工作等等，这一系列内容可以培养学生的基本素质以及组织协调能力。

（6）实验加载过程。对构件进行加载，根据设计好的加载程序逐级加载直到破坏，在实验过程中观察梁的挠度、裂缝的分布和开展情况、钢筋的应变以及梁的破坏形态等。在此项工作中可促进学生之间的相互协作和配合，提高学生的积极性以及对实验过程的投入程度。

（7）实验报告的撰写。学生根据以上实验过程中出现的情况、现象、问题以及实验结果进行分析和描述，绘制相关曲线。通过改革实验方法，细化实验过程，让学生全过程互动，全过程参与，整个实验过程均以“学生为中心”，实验老师只进行协助指导，从而调动学生的主观能动性，激发学生的学习兴趣，增强学生的动手能力，加强学生的组织协调能力，从而培养学生的创新能力以及发现问题、分析问题和解决问题的工程实践能力。

2.改善实验条件，改革实验教学手段

改善实验条件、创造良好的实验环境是提高学生参与实验全过程的兴趣的重要因素。目前大部分高校实验室都存在经费拮据、实验仪器设备陈旧与不足的实际困难。面对这些困难，一方面通过加大投入购买新的设备，另一方面应发挥高校自身科研力量的优势，对陈旧的设备加以改装利用，或自行研制实验设备，以改善实验条件。浙江大学自主研发了钢筋混凝土实验教学综合加载装置并获得了发明专利。[4]清华大学自主研发了多功能的混凝土结构本科教学实验平台。[5]桂林理工大学在改善实验条件方面也做了很大的努力。首先加大了投入，增设很多新的设备和仪器；其次对实验室的布局进行了优化调整、撤小并大、重新组合，提高仪器设备的利用率，并合理配置组合实验人员，达到资源共享；再者对现有的较为落后的一些实验装置进行了升级改造，例如将一些老式的机械控温式恒温箱改造为数控恒温箱，实现任意温度控制；将三台手动操作、表盘显示式压力机改装成全自动计算机控制式数控压力实验机。通过这些措施推进了实验室建设，为学生提供了良好的实验条件，更好地为培养学生的创新精神和实践能力提供保障，提高实验教学质量。

3.改革实验教学考核方式

实验课程的考核方式对教学效果有着直接的影响，针对现有的实验成绩考核的弊端，对实验成绩考核方式进行了改革，采取实验报告成绩和平时成绩并重的方式。对实验报告的成绩分配作了调整，不再仅仅看实验结果和对实验现象的描述，在实验过程关键点设置考核指标，例如：混凝土梁的实验中可设置几个考核指标，如计算出的开裂荷载、屈服荷载、极限荷载与实验的差值、混凝土试块的实测强度和设计强度的差值、构件是否按预设的破坏模式破坏等等。平时成绩也不再以签到为主，实验操作技能应占较大比例，如试件设计、制作的好坏、各小组的组织协调能力、实验仪器的操作能力等等均列入平时成绩考核范畴，并占较大比例。这种考核方式的改革可大大减少学生不注重平时的实验过程、抄袭实验报告的现象发生，公平、公正、合理地考评学生的实验成绩。

三、结束语

混凝土结构实验教学是理论与实践相结合、培养学生综合运用所学理论知识解决实际问题能力的重要环节，对于提高学生的学习兴趣、培养学生的动手能力、协调组织能力以及创新能力有着十分重要的意义。通过改革混凝土结构实验教学方法、内容、细化实验过程、改善实验条件以及改革实验成绩考核方式、以学生为中心、让学生参与实验全过程等措施，对混凝土结构实验教学的改革进行了探讨和实践，提高了实验教学环节的质量。

参考文献：

[1]高等学校土木工程学科专业指导委员会.高等学校土木工程本科指导必专业规范[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[2]叶列平，冯鹏.以工程应用为目标，以科学方法为基础，全面培养工科学生的综合能力[J].山东建筑工程学院学报，2004，（1）：1-3.

[3]刘宝臣，等.土木工程专业实践教学体系探讨[J].高等建筑教育，

2009，18（1）：95-97.

[4]余世策，等.钢筋混凝土综合实验装置的开发与应用[J].实验室研究与探索，2008，27（4）：36-38.

[5]顾祥林，等.“混凝土结构基本原理”本科教学实验平台建设[J].实验室研究与探索，2009，28（2）：37-40.

（责任编辑：王祝萍）