基于简单结构健康监测的土木工程结构实验教学改革研究

周云开

（华南农业大学，广州510640）

基于简单结构健康监测的土木工程结构实验教学改革研究

周云开

（华南农业大学，广州510640）

土木工程结构实验是一门综合性、应用性、创新性很强的实践教学课程，结构健康监测工作对结构实验课程有着重要的实践指导意义，两者有机结合的教学改革将有利于学生的专业技能、综合分析能力和自主创新能力的培养，论文通过反思传统的实验教学、总结多年的实践教学经验，提出若干教学改革措施，实现本学院应用型人才、复合型人才、创新性人才的培养目标。【Abstract】The civil engineering structural experiment is a practical course of comprehensiveness,application and creativity.Structure health monitoring has guiding significance to the structural experiment course,and the organic combination will help improve students' professional skills,comprehensive analysis ability and independent innovation.Through the reflection of the traditional experimental teaching,and summary of practical teaching experience for many years,some measures of teaching reform are put forward to achieve the training objective of practical,comprehensive,innovative personnel.

土木工程结构实验；结构健康监测；教学改革

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.09.014

1 引言

实践是检验真理的唯一标准，而实验是最有效的实践。土木工程结构实验的任务是基于结构基本理论，使用各种仪器仪表和试验设备，对结构受作用后的性能进行观测，通过量测的数据，对结构或构件的承载能力和使用性能作评估，为验证和发展结构理论提供实验依据。随着建筑科学的发展，新材料的应用，新结构的设计，新工艺的施工，往往需要通过多次的科学实验和工程实践才能使理论不断完善。自然灾害频发，国家对防灾减灾的重视，使结构抗震、抗风方面的实验研究显得非常重要。

2 土木工程结构实验课程的重要性

土木工程结构实验是一门必修的土木工程专业基础课程，是电学、光学、光电子学、力学、土木工程材料、钢筋混凝土结构原理、钢结构设计原理等学科相互交叉的、实践应用很强的一门科学，是用实验的手段研究和鉴定结构质量的一门学科[1]。该课程的培养目的，一则提高学生的工程素质、综合专业技能，二则拓宽本科毕业生的就业渠道，除了传统的工程施工、管理、设计的工作以外，毕业生也可从事建筑工程质量监督、工程检测、房屋鉴定、结构健康监控等工作。

3 土木工程结构实验课教学中存在的主要问题

随着高校毕业生就业竞争的加剧以及用人单位对人才综合素质要求的逐渐提高，本科毕业生动手能力差、创新意识不强、缺乏理论知识与工程实践联系等问题逐渐暴露出来，究其原因，笔者根据多年的实践教学经验总结出几个缘由。

1）实验教学内容滞后，教学观念的社会适应性不足。传统的教学观念认为实践教学是对理论知识起辅助作用。长久以来，实验的目的仅仅停留在验证理论的正确性以及结论的可行性的层面上，实践教学内容与工程联系不够紧密，脱离了实际工程情况不利于学生专业素养和综合应用能力的培养。

2）实验设备陈旧，实验方法没有与时俱进。部分设备是15年前的产品，如回弹仪，内部零件出现锈点，降低检测的准确性，部分仪器缺乏日常的保养或损坏后没有及时维修，会大大降低实验的效率；另外，当今社会，科技日新月异，实验设备推陈出新，其功能和精确度不断改进。伴随着实验方法和实验手段的更新换代，实验设备落后的必然结果是检测方法不能与时俱进，不利于学生创新能力的培养。

3）结构实验平台的建设速度跟不上扩招的速度。土木工程专业学生逐年递增，造成结构实验教学环节设备资源相对减少。以大班形式开课，实验资源相对不足，为保证全体学生有动手的机会，则需延长课时，浪费等待的时间。

4 土木工程实验引入“结构健康监测”的实践意义

对重大工程的结构性能进行实时的检测和对年老的结构进行诊断，及时发现结构的损失，并评估其安全性，预测结构的性能变化和剩余寿命并做出维护方案，对提高结构的运营效率，保证人民生命财产安全具有极其重大的意义，已经成为现代工程越来越迫切的要求，继而产生了土木工程学科的一个重要领域——“结构健康监测” (Structural Health Monitoring，简写为SHM)。对于受环境因素、载荷和自然灾害导致损伤、累积以及抗力衰减的工程结构，可以通过一定的检测手段与方法来判断结构是否存在损伤，并对损伤定位和评估加固来避免破坏，实现对土木工程基础设施的损伤检测和识别的过程称为“结构健康监测”。

土木工程结构实验教学引入“结构健康监测”，一方面增强了实验教学目的的社会适应性，调动学生学习的兴趣；另一方面，颠覆了“实践教学是对理论知识起辅助作用”的教学观念，提升结构实验课程在人才培养中的地位，有利于学生职业技能和自主创新意识的提高。

5 基于简单结构健康监测的土木工程结构实验教学改革措施

为了更好地培养实用型、创新型等多层面人才，土木工程结构实验教学改革最迫切的问题是改革传统实验教学理念，更新、整合和优化实验资源，与时俱进地调整实验教学内容和实验手段，明确“结构健康监测”工作对结构实验教学的实践指导意义，还原理论知识到工程实践中，努力培养学生发现问题、分析问题、解决实际问题的综合能力。笔者根据多年的实践教学和工程经验，提出了以下的措施。

树立实验与理论并行的教学观念。实验教学在人才培养中不可或缺，与理论教学同等重要，“实验与理论并行”的教学观念实现能有效地促进感性认识与理性认识相互提升，有助于学生把各门专业课程的知识融会贯通。改革的方向可从培养计划、学生评价体系等客观条件和考核制度、教学方法等主观条件着手[2]。

1）提高实验教学在人才培养计划中的比重，包括增加实验教学课时和学分。如本学院的土木工程实验课程为32学时，仅1.0学分，加权比重少，在工科要求修满160学分里所占比例低，不利于提升实验教学地位。因此，高校实验教学改革首要变革实验课时在人才培养计划中的比重。

2）实施多元化的实验教学考核制度，包括考核内容的多元化和考核方法的多元化。考核内容，如个人实操、团队合作、数据分析等多方面的考核，考核成绩现场公布，让学生及时发现不足；考核方法，不再以单一的考试形式进行，综合了不同的考核内容，来评定实验教学。坚持“严格、公平地评定”的原则下，采用多元化的考核方法，促进学生自主学习、自主创新。

3）提倡实验与理论课程相互渗透的教学方法。引入简单的结构健康监测内容和方法的结构实验，加深了解实验的实践指导意义，并能更好地与相关理论知识有机结合；另外，理论课程教学如钢筋混凝土结构原理、结构力学等，可以引入虚拟结构实验，感性认识深化理性认识，提高学生对专业课程的学习效率。

6 结语

基于简单结构健康监测的土木工程结构实验教学改革是土木工程专业实践教学改革重要的一部分，其发散性作用将有助于提高其他课程的实验教学质量，有助于学生创新能力、职业技能、专业素质的培养，有助于社会实践融入高校教育，以实现培养满足社会需求的应用型人才、复合型人才、创新性人才的目的。

【1】蒋田勇，田仲初.土木工程结构实验教学改革研究[J].高等建筑教育，2011，20(4)∶144-147.

【2】张中脊，田仲初.结构实验超市创新平台的构建研究与实践[J].高教论坛，2010(5)∶52-54.

Study on Teaching Reform of Civil Engineering Structural Experiment Based on Simple Structure Health Monitoring

ZHOU Yun-kai
（South China Agricultural University，Guangzhou 510640，China）

civil engineering structural experiment;structure health monitoring;teaching reform

TU3-4；G642.0

A

1007-9467（2016）09-0029-02

2016-09-09

周云开（1983～），女，广东南海人，实验师，从事废弃建筑材料的循环再生和高校实验教学改革研究。