普通本科院校混凝土结构原理实验教学改革

王志鑫

Cement and concrete production 水泥与混凝土生产

普通本科院校混凝土结构原理实验教学改革

王志鑫

（滨州学院 建筑工程学院实验教学中心，山东 滨州 256600 ）

实验教学是土木工程类专业教学的重要组成部分，重点本科院校和专攻土木类的院校实验设施完善，实验技术人员齐全，而普通本科院校在实验教学方面相对欠缺，存在实验室空间狭小、设备台套数较少、专职实验教师不足等问题。滨州学院建筑工程学院针对混凝土结构设计原理的实验教学进行了一系列改革及探索，提出了“全程式实验教学”设计，并引入虚拟仿真教学系统，以此提高学生动手实践能力，理论联系实际，滨州学院的混凝土结构设计原理试验教学改革也充分体现了创新是第一动力的重要思想。

普通本科院校；混凝土结构原理；全程式实验教学设计；虚拟仿真技术

当今中国进入新时代，党中央提出了一系列新的政策使得土木工程这一学科成为个各大院校招生的热门学科，但重点本科院校以及专攻土木类的学校与普通的本科院校在理论教学和实验教学上有很大的不同。现如今人才是第一资源，而能够通过实践参与社会主义伟大事业的应用型人才更为重要，理论学习固然重要但是实验教学也不容忽视。因此各大高校对对土工程类学科的实验教学部分尤为重视，但是基于重点本科院校和专攻土木类的学校的实验设施和相应实验技术人员相对较好，而普通本科院校在实验教学方面就相对欠缺，表现在：①实验室太过狭小，能容纳的学生太少。②实验设备台套数较少，不能满足本科试验教学的分组要求，由于场地及经费原因，短期内无法采购新设备。③实验器材过于老旧，一些器材在现实工作中已经退出历史舞台。④还有一些器材由于学生的不良操作和长期工作导致精确度下降，导致与该有的实验结果不符等。基于以上的问题，本文介绍滨州学院土木工程学院针对混凝土结构设计原理课程实验的一些改进方法，通过这些改进办法可以提高学生亲手实践能力，让理论联系实际，使理论教学在实验教学的帮助下更好的让学生提高专业水平，滨州学院的混凝土结构设计原理实验课改方法也充分体现了创新是第一动力的重要思想。

1 早期混凝土结构设计原理实验教学的缺陷

1.1 重视理论教学忽视实验教学

很多普通本科院校在实验教学设备不完善的情况下，只重视理论教学而不注重实验教学，但是土木工程专业与其他理论类专业明显的区别是土木工程专业对于学生的动手实践能力最为看重，因为大部分在学生毕业后从事土木类工作主要以技术人施工员为主，早期工作以放线、测量、检测等技术类工作为主，而很多普通本科院校毕业的学生在工作以后对基本的仪器操作都一窍不通，这样就导致了与重点本科院校和专攻土木类的学校毕业的学生有很大的差别，这就是很多用人单位喜欢招聘重点本科院校和专攻土木类的学校毕业的学生的原因之一。而且在没有良好的实验课程的指导下，很多学生的理论知识也只是纸上谈兵。主要表现在：（1）对混凝土结构设计原理实验只停留在表面，只会数值计算，对参数取值和来历都搞不清楚，只能应付短期的考试，而不适用于以后的工作。（2）学生没有亲自动手做过实验，对实验的具体步骤和注意事项只停留在理论上。（3）造成学生养成眼高手低的习惯，以为只要学会了理论知识就可以不用参加实验课程。

1.2 实验室仪器设备的缺陷

重点本科院校和专攻土木类的学校一般都拥有较大空间的实验室和性能优良的实验仪器设备，在试件的准备上也比普通本科学校要更加注重，通过比较普通本科院校一般没有相应的土木实验楼，只是在教学楼内设立几间实验室，由于不是专门的实验楼，所以在仪器的选择上只能选择中小型仪器，而且仪器的重量和工作方式也有限制。普通本科院校土木工程这门学科不是主打学科，所以土木工程专业课程就只能拥有相对较少的教学资源，在仪器和原材料的选用上没有办法做到最好，这样导致学生在做实验时得出的结果往往达不到预期的效果，像在做正截面抗弯承载力实验时，用适筋梁的试件做出少筋梁的实验结果，用超筋梁的试件做出适筋梁的实验结果等，这样会使学生产生错误的认识。

1.3 实验课程教学课时太少且评定和课程安排不合理

相对滨州学院的混凝土结构设计原理实验课程安排只有8个课时，这个课时安排是相对较少的，，实验课程穿插在理论教学的中间进行，而且实验课程的安排与理论教学的进度不一致，可能出现理论课程才讲到钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力实验，而实验课程却在进行钢筋混凝土梁斜截面抗剪承载力实验，由于理论和实验课程的不同步，对于学生而言在没有学过这个实验的前提下让他们做实验无异于给学生增加负担，而起不到对理论教学加强巩固的作用。

对于实验课程的评定来说，一般的普通本科院校只看中学生的实验手册的填写完成情况和考勤情况，对学生是否是真的动手实验并不列入考核评定的项目之中，这样就会是学生不重视实验教学，上课时经常出现不认真听讲，做实验时偷工减料，而且在学期末课程评定时，实验手册出现大量的雷同抄袭现象，这样的评定结果存在不公平性，让学生丧失主动做实验的积极性。

1.4 以往实验教学方法缺乏创新性

滨州学院的混凝土结构设计原理实验课程教学上课内容有钢筋混凝土梁正截面截面抗弯承载力实验、钢筋混凝土梁斜截面抗剪试验、钢筋混凝土柱偏心受压承载力实验，而这些实验的试件数量少，实验结果往往以现象为主，真正需要记录的数据更少，而且做不到每位同学都能亲身体验，只能是老师在做实验，学生在看，这样学生对于实验过程很容易淡忘，特别是在做实验过程中应注意的细节学生不容易把握。

2 普通本科院校混凝土结构设计原理实验教学改革

滨州学院作为普通本科院校为培养紧随时代发展的土木应用型人才，为使从滨州学院毕业的学生更好的适应当今社会的发展潮流，更好从事土木施工相关行业，就混凝土结构设计原理实验课程方面做了很多改进，结合普通本科院校土木工程专业存在的普遍问题和滨州学院土木工程专业自身存在的问题，进行了混凝土结构设计原理实验课程教学的大胆创新，目的是让学生亲自动手实验，身临其境，与理论知识更好的结合起来。

2.1 “全程式实验教学”设计——与土木工程实验课程的结合

以往对于混凝土结构设计原理实验课程的钢筋混凝土梁柱的选用都是学校方面对外进行招标，由老师提供梁柱结构图纸，再由招标单位进行加工，做实验时学生往往很难知道钢筋混凝土梁柱的具体配筋过程，只能听老师介绍哪一根是超筋梁或哪一根是少筋梁，对于梁的配筋过程没有亲身经历，而且对梁的施工过程也不够了解。

针对于这个问题滨州学院混凝土结构设计原理实验课程的试件选用上做了改进，让混凝土结构设计原理实验课程结合土木工程材料实验课程，让学生在土木工程材料实验课上亲自动手绑扎钢筋，浇筑混凝土梁柱。这样开展课程的原因是土木工程材料先于混凝土结构设计原理开设，在时间上满足要求，可以让学生亲身体验制作混凝土梁柱的过程，并且可以通过自己做的试件在混凝土结构设计原理实验课上观测实验现象，这样既加深了学生对于理论知识的学习，还增强了学生的动手能力。

对于试件的可靠性，由学院的专业老师和实验室老师共同监督学生完成，确保做出来的钢筋混凝土梁柱具有一定的可靠度。从经费的角度出发，可以节省学院的教学经费的开支。

具体实验安排：（1）土木工程材料实验课程上，老师首先对学生进行分组，一般4~6人一组，确定每一组制作钢筋混凝梁柱构件的类型。

（2）基于试验设备尺寸及混凝土结构基本原理知识，每组同学按要求设计混凝土梁柱缩尺模型并配筋，最后由混凝土结构设计原理专业课老师进行核对及修正。

（3）利用滨州学院建筑工程实验教学中心所提供的相应仪器设备和材料进行钢筋绑扎和混凝土浇筑养护。

（4）混凝土结构设计原理实验课程应与混凝土结构设计原理理论课程进度相匹配，在实验课上学生用之前在土木工程材料课上浇筑完成的钢筋混凝土梁柱试件进行实验，分别进行回弹法检测混凝土强度实验、混凝土无损检测实验、混凝土检测实验、钢筋混凝土梁正截面截面抗弯承载力实验、钢筋混凝土梁斜截面抗剪试验、钢筋混凝土柱偏心受压承载力实验。

全程式实验教学设计可以有效节约成本，学生在土木工程材料实验课上，可以熟悉配合比的设计、钢筋的绑扎、混凝土浇筑养护等相关内容。制作的构件后期用于混凝土结构设计原理实验课程，可以实现材料的充分利用，节约造价。

全程式实验教学设计能显著增加课程之间的联系性，提高学生主动创新的能力，将理论与实践想结合，使学生在设计试验的过程中，明白为什么以及怎么解决实际遇到的问题。增加学生的实验代入感，而不仅仅只是听老师讲述。

2.2 将虚拟仿真技术应用到混凝土结构设计原理实验教学

当今社会进入信息化时代，随着计算机的普遍应用，推动了土木工程行业的发展，从AutCAD在制图领域的应用，到现在BIM的兴起，计算机的应用给土木工程专业带了便利，使以往的只能靠大量重复实验得出来的数据现在可以通过建模分析得出相同的结果，有效的节省资源跟时间。仿真实验软件的进一步发展，为虚拟仿真实验技术在实践教学中的应用提供了便利。

滨州学院的混凝土结构设计原理实验课程中引入虚拟仿真技术，是先进计算机技术在土木工程实验教学上的一个重要的创新，也符合当今社会重点培养应用型人才的主题。

传统的混凝土结构设计原理实验课程，实验设备和试件尺寸较大，试验分组较少，做实验的时候不能让每个同学参与其中；由于经费等原因的限制，无法模拟所有配筋情况，只能取固定的配筋形式给学生经行演示性试验。而将虚拟仿真技术引入到实验课程中可以让每位同学都亲身参与其中，切实感受不同配筋对实验现象及实验结果的影响，认识更加深刻。虚拟仿真实验教学系统基于实际的试验设备、材料性能等建立，它的操作与使用与真实的情况基本一致。虚拟仿真实验教学系统可以根据使用者的实际情况，自由控制实验内容及进程，可以布置不同的截面尺寸，不同的配筋数据。

虚拟仪器实验放在真实的混凝土结构设计原理实验课程之前进行，学生可以操动鼠标来熟悉钢筋混凝土梁柱实验的试件配筋、绑扎、浇筑等过程，了解试验过程，观察试验现象，学习试验目的，填写试验报告。比如系统中存在的仪器设备的安装过程场景，学生可以通过拖动鼠标进行支模，钢筋的绑扎，粘结应变片，浇筑混凝土等。

在虚拟仿真实验教学系统中结构破坏的实验现象和结果与真实的实验一致，这样可以提高学生对混凝土结构设计原理实验的认识，从而方便接下来要做的具体实验。

3 结语

针对传统混凝土结构原理试验课程存在的问题，滨州学院作为普通本科类院校，对于混凝土结构设计原理实验课程做了大胆的创新，提出了全程式实验教学设计的方法，并引入虚拟仿真试验教学系统，有助于学生能够积极主动的参加实验课程学习，能将理论与实际更好的结合起来，从而培养出适应社会潮流的应用型人才，从而提高滨州学院土木工程专业毕业生的整体质量水平，让学生更加具有实际动手能力，提升毕业生的就业竞争实力。全程式试验课程设计以及虚拟仿真技术的应用为以后的实验课程改革提供了一个良好的开端，将培养学生的实际动手能力作为实验课程的主要教学任务之一，将计算机技术更好的发挥到实际的实验教学中也是今后的一个重要研究课题。

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王志鑫，男，山东青岛，工学硕士，讲师，主要从事工程结构抗震及防灾减灾研究，负责滨州学院建筑工程学院实验教学中心相关工作。

教育部产学合作协同育人项目（项目编号：201901120001）。

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