基于项目教学法的土木工程试验课程改革实践

杜艳强　郭士旭　王鸿毅

摘  要：项目式教学是基于项目驱动学生通过多种方式学习知识，完成项目。本研究提出基于项目式教学的土木工程试验课程改革的设计思路及方法，通过实践探索土木工程试验课程改革的路径，通过工程项目，将动力触探试验、土压力测试试验、混凝土应变片粘贴试验、应变桥路检测试验引入课程，采用书面试验报告加口头试验汇报相结合的方式进行课程考核。本研究以项目为抓手，有利于加强学生对工程和试验联系的认知，从而达到提高土木工程专业学生实践应用能力的培养目标。

关键词：项目式教学;土木工程试验;课程改革

中图分类号：G642      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2022）10-0109-04

Abstract： Project-based teaching is a teaching method based on project to drive students to learn knowledge and complete projects in various ways. This study puts forward the design ideas and a method of civil engineering experiment course reform based on project teaching， and explores the path of civil engineering experiment course reform through practice. Through engineering projects， dynamic penetration test， earth pressure test， concrete strain gauge sticking test and strain bridge detection test are introduced into the course， and the course examination is carried out by combining written test report with oral test report. This research focuses on the project， which is conducive to strengthening students' awareness of the connection between engineering and experiment， so as to achieve the training goal of improving the practical application ability of civil engineering students.

Keywords： project-based teaching; civil engineering experiment; curriculum reform

土木工程專业实践性强，其中试验教学是提高教育质量的中心环节之一[1]。土木工程试验是土木工程专业的一门重要实践性课程，其特点是专业技术性强，涉及知识面广，要学好该课程不仅对动手能力要求较高，对专业理论知识也有一定要求。另外，土木工程专业覆盖范围广泛[2]，包括道路、桥梁、隧道和建筑等方向。对土木工程专业不同方向的本科生而言，土木工程试验课程的内容差异较大，通常大多数学校在土木工程试验课程开设时一般设置演示或验证性试验。我校办学定位为“行业性、地方性、应用型”，土木工程专业旨在培养学生实践能力及将理论学习与实践相结合的能力。当前的试验教学手段已经很难满足学生对先进土木工程技术的实践需求[3]。基于以上因素，为使学生能够将理论学习、专业试验和工程实际问题相结合，本研究提出基于项目式教学[4-5]的土木工程试验课程改革思路，并通过教学实践锻炼学生应用能力，以满足现代教育对学生应用能力的要求。

一、课程改革设计

项目式教学是一种以学生为中心的教学模式，在该模式下教师围绕教学内容，根据学情设置具体的学习项目，基于项目驱动学生通过多种方式学习知识，完成项目。项目式教学可以锻炼学生学习能力，增强学习效果，因而在职业教育及国外学生各阶段教育中得到广泛采用[6-10]。土木工程试验课程强调锻炼学生的动手能力，掌握试验技能，而通过何种方式达到该目标是关键，决定了学习效果的好坏。土木工程是服务于工程项目的学科，因此将工程项目引进到试验教学环节中来，具有良好的应用前景，并可大大提高学生的学习兴趣，从而达到增强学习效果的目标。

课程设计时，按照以下环节进行：

（一）工程背景及试验测试需求

土木工程行业包括道路、桥梁、基坑、边坡、地基基础和隧道等工程类别，工程数量众多，了解工程背景有利于学生深入理解试验项目不是凭空出现，而是为解决工程问题，根深蒂固才能枝繁叶茂，土木工程试验只有立足于实践问题，才具有实际意义，否则再完美的试验也只能是镜中花、水中月。不同的工程类别对试验测试的需求非常巨大，一个工程的测试需求可能高达上百项，从中挑选出具有通用理论基础或典型代表的核心测试项目作为试验课程的内容具有重要意义。这就需要任课老师不仅具有丰富的实践经验，更要具备深厚的理论基础，因此关于课程试验项目的设置需谨慎而严谨，这对于教学目标的达成具有关键作用，建议教研室老师共同商议确定土木工程试验课程试验项目。

（二）试验原理及设计

试验项目设置时应选用具有通用理论基础或工程代表性的试验，试验应涉及土木工程行业核心基础理论及重要试验方法，在此基础上进行试验设计。试验设计应以达成试验目标，服务工程项目为目的，在具体设计时应考虑是否具备相应的试验条件，评估试验危险性的大小及试验的可实施性。

（三）试验实施

试验的实施包含多个步骤，涉及试验材料准备及试验设备调试等工作，需要精心计划，认真准备，实施之前应进行试验预演，分析试验原理，推测可能出现的试验结果。

（四）试验结果对工程的指导意义

分析试验结果并与预期结果进行对比，判断测试结果是否达到预期，分析误差产生的原因，试验精度能否达到要求，试验结果是否具有高可信度，如何改进试验。若试验结果可靠，需分析试验条件与工程条件的差异，试验结果与工程分析需求之间的转换等问题。

二、课程改革实践

（一）试验工程背景

我校土木工程专业学生为地下工程方向，涉及的常见工程主要有基坑、隧道和边坡等，因此本课程试验内容主要考虑从上述工程中选取。

（二）试验项目设置

在设置试验项目时应重点考虑试验的便捷性和原理基础，既不能过于简单也不能过于复杂，应适应本科教学工作，对于地下工程方向而言应将土力学作为考虑的重点，土力学[11]包含土木工程特别是岩土工程的核心理论基础，如岩土工程勘查测试、有效应力、土压力理论和附加应力等内容，且土力学对于土木工程专业学生而言为专业必修课，因此将土力学相关内容作为试验项目设置的重点。

本课程选择动力触探试验、土压力测试、混凝土应变片粘贴和应变桥路检测试验作为试验项目，试验项目涉及岩土工程测试的一般方法及原理，既有场地原位勘察试验，又有室内测试技术，均为较为基本的土木工程试验项目。

（三）试验项目实施

试验实施前首先带学生了解试验的工程来源，介绍对应的工程项目需求以及工程需求和试验之间如何建立联系。试验将3～4人分为一组，试验前通过预学习了解试验的基本原理和操作要领，组员间各自明确分工，试验过程中对于关键步骤，必要情况下组员间需相互提醒。

1. 动力触探试验

该试验基于某场地勘查项目，該动力触探试验结果为某入土深度下的锤击数，对于可用于多种岩土参数的推定，对本工程而言，动力触探试验主要用于确定场地地基承载力，因此测试结果锤击数尚需通过经验公式换算成地基承载力，这也是岩土测试中无法直接测定岩土参数时常用的一种思路（图1）。

2. 土压力测试试验

土压力确定是岩土工程中勘查、设计、施工等工作的基础性、关键性环节。该试验基于某隧道模型土压力检测项目，目的是确定土压力大小，以便于选用合适的支护参数，采用刚性土箱作为容器，逐渐填土并在填土上部施加荷载，在容器侧壁安装土压力测试计，土压力测试计与计算机连接，实时显示土压力大小变化情况（图2至图4）。

3. 混凝土应变片粘贴

应变片粘贴是所有变形及应力测试方法中最基本、最常用的一种，是土木工程试验的基本技能，要求学生有较强的动手操作能力，需要将应变片牢固紧密地粘贴在被测试件，使得应变片与测试件能够同步产生相同的变形，本试验选取混凝土试件为被测试件，将应变片粘贴于混凝土试件表面（图5至图6）。

4. 应变桥路检测试验

构件受力情况是结构工程中最基本的测试要求，该试验的工程背景源于对钢结构的内力检测需求，试验目的在于掌握静态电阻应变仪单点测量的基本原理，学会电阻应变片作半桥及全桥测量的接线方法（图7）。

（四）课程考核方式

课程考核是检验学习效果的必备环节，考核应能反映出学习效果的优劣，本试验课程主要考查学生对试验基本原理的理解以及对试验操作的掌握情况，最终考核采用书面试验报告加口头试验汇报相结合的方式进行，总成绩中书面报告与口头汇报权重各占一半。

三、结论

土木工程试验课程改革应着力改善传统上单纯为试验而做试验的模式。本研究提出了基于项目式教学的土木工程试验教学改革方法，试验前，教师讲解该试验的工程项目来源与需求，在介绍试验基本原理后，通过试验数据反映实际工程中的技术指标以及该指标对实际工程的影响，这样的教学方式拉近了课堂与实际工程间的距离，引发学生对试验教学的兴趣，同时也更好地锻炼了学生的实践能力。本研究践行以项目为抓手，“以学生为中心”的新工科教育理念，以实现传统试验教学从“教”向“学”的转变，真正达到提高土木工程专业学生实践应用能力的目标。

参考文献：

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[2]罗素蓉，吴恺云，李旭红.新形势下“大土木”专业课程建设及复合型人才培养模式[J].高等建筑教育，2019，28（6）：13-19.

[3]徐伟杰，徐明，郭彤，等.一流学科建设背景下土木工程实验室教学改革对策研究[J].实验技术与管理，2019，36（4）：197-199.

[4]于啸波，景天虎，王志兵.互联网在项目驱动式教学中的运用——以指导土木工程毕业设计为例[J].科技视界，2020（35）：29-31.

[5]杜艳强.基于项目式教学的土木工程实验课程改革探讨[J].教育教学论坛，2020（20）：197-199.

[6]梁成艾.职业教育“项目主题式”课程与教学模式研究[D].重庆：西南大学，2012.

[7]Sababha B H. Project-Based Learning to Enhance Teaching Embedded Systems[J]. Eurasia Journal of Mathematics， Science and Technology Education， 2016，12（10）：2575-2585.

[8]Gratchev I， Jeng D S. Introducing a project-based assignment in a traditionally taught engineering course[J]. European journal of engineering education， 2018， 43（5）：788-799.

[9]李丹青.美国明尼苏达州光明汉语学校沉浸式教学项目实践[J].云南师范大学学报（对外汉语教学与研究版），2014，12（4）：6-11.

[10]刘畅.美国加州国际理工高中的项目式教学[J].基础教育参考，2018（24）：9-10.

[11]徐慧，王瀷霏.新工科背景下“土力学与地基基础”课程教学改革实践[J].安徽建筑，2021，28（2）：128-129.

基金项目：河南省高校重点科研项目“基于细粒尾矿制备泡沫混凝土关键技术研究”（20A440008）

作者简介：杜艳强（1988-），男，汉族，河南渑池人，博士，讲师，研究方向为岩土工程方面的教学科研。