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土木工程專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)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(shí)現向應用技術(shù)型大學(xué)轉型的要求，以提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力和獨立思考能力，積極進(jìn)行土木工程專(zhuān)業(yè)綜合性、設計性試驗教學(xué)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(diǎn)進(jìn)行試驗教學(xué)改革的方法，并在湖北工業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院土木工程專(zhuān)業(yè)試驗教學(xué)中進(jìn)行了相關(guān)實(shí)踐，取得了較為顯著(zhù)的效果。
【關(guān)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(zhuān)業(yè)作為一門(mén)實(shí)踐性特別強的專(zhuān)業(yè)，主要任務(wù)是向社會(huì )輸送合格的建筑施工、設計、管理等相關(guān)方面人才。這要求本專(zhuān)業(yè)培養的學(xué)生除了具有較為系統的專(zhuān)業(yè)有關(guān)理論知識，還應具有較強的工程實(shí)踐能力和獨立思考、解決問(wèn)題的能力。土木工程試驗作為本專(zhuān)業(yè)實(shí)踐課的一個(gè)重要環(huán)節，如何改革以更適應轉型的需要，是一個(gè)需要持續探索，并在教學(xué)實(shí)踐中逐步完善的問(wèn)題。
2.傳統實(shí)踐環(huán)節存在的問(wèn)題
在過(guò)去的土木工程專(zhuān)業(yè)本科教學(xué)中，要培養學(xué)生工程實(shí)踐能力主要依靠?jì)蓚�(gè)方面：一方面是依靠在四個(gè)學(xué)年中穿插與理論課程進(jìn)度相配合的實(shí)習環(huán)節；另一方面則是依靠與理論課程相關(guān)穿插在相應課程中的試驗教學(xué)環(huán)節。實(shí)習環(huán)節相對試驗環(huán)節而言，時(shí)間安排較為集中，持續較長(cháng)，在各階段實(shí)習中，若能對學(xué)生給予正確引導，學(xué)生的專(zhuān)業(yè)能力可以得到很好的提高。在這些實(shí)習之中，認識實(shí)習安排在第一學(xué)年末，主要是在老師的帶領(lǐng)下參觀(guān)在建和已建建筑，使學(xué)生對本專(zhuān)業(yè)有一個(gè)大概的了解。生產(chǎn)實(shí)習和畢業(yè)實(shí)習分別安排在第三學(xué)年末和第四學(xué)年中期，此階段學(xué)生已經(jīng)學(xué)完本專(zhuān)業(yè)大部分理論課程學(xué)習，需深入現場(chǎng)在企業(yè)工作人員的指導下進(jìn)行學(xué)習，是將理論知識與工程實(shí)踐相聯(lián)系的重要環(huán)節。在過(guò)去的教學(xué)中，由于條件的限制，這兩項實(shí)習往往不能由老師親自帶領(lǐng)，只能通過(guò)口頭詢(xún)問(wèn)學(xué)生及電話(huà)聯(lián)系企業(yè)實(shí)習負責人來(lái)監管學(xué)生的實(shí)習情況，學(xué)生是否能認真完成實(shí)習，很大一部分依靠自覺(jué)。此外，由于專(zhuān)業(yè)的特殊性，學(xué)生多去建筑工地進(jìn)行學(xué)習，存在著(zhù)較大的安全隱患。因此這一環(huán)節雖然對提高學(xué)生的實(shí)踐能力有很大幫助，但在安排上還是有不少紕漏，需要進(jìn)一步完善。試驗環(huán)節則是分散在土木工程各門(mén)課程之中，通過(guò)此環(huán)節，學(xué)生可以加深對所學(xué)課程的理解，實(shí)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(chuàng )新的缺點(diǎn)。如何使該環(huán)節更具連貫性，并能更好培養學(xué)生的創(chuàng )新思維，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀(guān)能動(dòng)性，也是一個(gè)尚待解決的問(wèn)題。針對以上兩個(gè)問(wèn)題，可嘗試對土木工程專(zhuān)業(yè)試驗課環(huán)節進(jìn)行改革，使其從傳統模式向綜合性、設計性試驗教學(xué)模式進(jìn)行轉化，嘗試將土木工程專(zhuān)業(yè)中零散的試驗結合成為一個(gè)整體。通過(guò)這類(lèi)改革，不僅可以讓學(xué)生對所學(xué)理論知識有一個(gè)系統的認識，也可以借由室內試驗模擬施工環(huán)節，讓學(xué)生在校內就能對各工藝環(huán)節有一定的了解，在未來(lái)學(xué)習階段的實(shí)習實(shí)踐中更快上手，學(xué)習熱情得到提高。
3.綜合性試驗教學(xué)模式探索與實(shí)踐
針對目前土木工程專(zhuān)業(yè)實(shí)踐課設置較為零散這一問(wèn)題，考慮設置綜合性試驗教學(xué)環(huán)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(fā)掘某一課程或相關(guān)課程的綜合知識、實(shí)驗原理和實(shí)驗技術(shù)，所進(jìn)行的一種復雜程度較高的教學(xué)實(shí)驗[2]。綜合性包括兩個(gè)方面：一方面是縱向綜合，將一門(mén)課程中所涉及的試驗聯(lián)系起來(lái)，與工程實(shí)踐掛鉤，以改變傳統試驗教學(xué)中僅進(jìn)行理論演示而與工程實(shí)踐無(wú)關(guān)，實(shí)踐性不強的弊端；另一方面是橫向綜合，將不同學(xué)科間的試驗課程整合起來(lái)，使彼此之間形成一個(gè)互相關(guān)聯(lián)的系統，讓學(xué)生對土木工程所涉及的各理論課程有一個(gè)系統的認識，并將所學(xué)理論知識串聯(lián)起來(lái)，熟練應用到實(shí)踐過(guò)程中去。
3.1縱向綜合性試驗教學(xué)模式探索與實(shí)踐
縱向綜合性試驗教學(xué)模式是指將單個(gè)學(xué)科中各零散試驗進(jìn)行綜合，形成一項有實(shí)踐意義的綜合性試驗。以《土力學(xué)與基礎工程》學(xué)科所涉及的試驗為例，傳統的土工試驗采用分散教學(xué)的方法，一般分散在理論教學(xué)過(guò)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(gè)學(xué)時(shí)[3]。傳統的理論教學(xué)內容有限且分散，由于學(xué)生人數較多，指導教師也相對不足，學(xué)生參與的積極性不太高，教學(xué)效果并不太理想。針對上述情況，可采取集中時(shí)間開(kāi)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(shí)試驗就是一個(gè)很好的綜合性試驗范例，擊實(shí)試驗是用錘擊實(shí)土樣以了解土的壓實(shí)特性的一種方法，在工程中主要用來(lái)檢測填土的壓實(shí)質(zhì)量。在試驗時(shí)，首先需去施工現場(chǎng)取樣，然后將土樣烘干，碾碎，過(guò)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(dòng)土樣。將土樣分層裝入擊實(shí)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�？梢�(jiàn)此一項綜合性試驗中包含了傳統土力學(xué)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(shí)踐操作中，由于此項試驗所需時(shí)間較長(cháng)，所需試驗儀器擊實(shí)儀也不是常規本科土工試驗儀器，實(shí)驗室配備很少。因此，目前僅挑選一個(gè)班級作為試點(diǎn)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(chǎng)取土，用環(huán)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(guò)液塑限聯(lián)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(dòng)土樣進(jìn)行擊實(shí)試驗，用烘干法測擊實(shí)后土樣的干密度，并計算其壓實(shí)度，根據規范要求評價(jià)所取土樣的壓實(shí)質(zhì)量并提交完整的試驗成果總結。通過(guò)學(xué)生在試驗課程中的表現和提交的試驗報告可以發(fā)現，進(jìn)行此類(lèi)與工程實(shí)踐密切相關(guān)的綜合性試驗時(shí)，學(xué)生的學(xué)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(jìn)行此類(lèi)綜合性試驗可以從根本上改變過(guò)去所做演示試驗與工程實(shí)踐完全脫節，學(xué)生并不能很好理解試驗的實(shí)踐意義因此熱情不高的缺陷。
3.2橫向綜合性試驗教學(xué)模式探索與實(shí)踐
橫向綜合性試驗教學(xué)模式是指在土木工程專(zhuān)業(yè)中各學(xué)科試驗之間進(jìn)行綜合，形成一項有實(shí)踐意義的綜合性試驗。目前土木工程專(zhuān)業(yè)試驗教學(xué)內容主要包括土木工程材料試驗、材料力學(xué)試驗、流體力學(xué)試驗、巖土力學(xué)試驗、地基基礎實(shí)驗及混凝土結構試驗等試驗教學(xué)內容[4]。在傳統的試驗課教學(xué)中，這些學(xué)科試驗彼此獨立在各理論課程之中，互相之間沒(méi)有聯(lián)系�？紤]將這些零散的存在于各學(xué)科之間的試驗整合到一起，形成一個(gè)規模較大的綜合性試驗，以便于學(xué)生理解和梳理學(xué)科知識，形成較為完整的知識網(wǎng)絡(luò )體系�，F嘗試將《土木工程材料》、《材料力學(xué)》、《混凝土結構》三門(mén)試驗課程中相關(guān)試驗進(jìn)行綜合�！锻聊竟こ滩牧稀吩囼炚n程中的混凝土配合試驗，在傳統試驗教學(xué)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(xué)生進(jìn)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(xué)試驗》中的鋼筋拉伸試驗，則是由學(xué)生通過(guò)鋼筋的拉伸繪出拉伸曲線(xiàn)，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(guān)系�？蓪⒋藘蓚�(gè)試驗結合起來(lái)，由學(xué)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(jìn)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(huì )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(xué)生觀(guān)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(xué)生自行選擇，混凝土由學(xué)生配制，鋼筋混凝土梁也由學(xué)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(xué)生會(huì )有更好的了解，對所學(xué)內容的映像也會(huì )更加深刻。但是該綜合性試驗所涉及的課程不在一個(gè)學(xué)期開(kāi)設，因此時(shí)間跨度較長(cháng)，且需要不同科目老師之間的相互配合，實(shí)踐起來(lái)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(chǎng)地也較多，尚不具備較好的實(shí)踐條件。目前僅有此設想，還未在教學(xué)中得以實(shí)踐，該方案是否可行并取得較好的教學(xué)效果，還有待進(jìn)一步實(shí)踐，并在實(shí)踐中探索以不斷完善此方案。
4.設計性試驗教學(xué)模式探索與實(shí)踐
目前，在湖北工業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院土木系中，最能體現設計性試驗教學(xué)模式思想的是每年舉辦的結構設計大賽。大賽分為專(zhuān)業(yè)組和興趣組，興趣組由未受系統力學(xué)訓練的一、二年級學(xué)生參加，多注重外觀(guān)設計，對結構的合理性要求不高；專(zhuān)業(yè)組則是由學(xué)過(guò)系統力學(xué)知識的大三、大四學(xué)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(jìn)行加載，按模型的荷質(zhì)比和變形情況進(jìn)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(guò)程，能夠極大調動(dòng)學(xué)生的學(xué)習熱情和創(chuàng )新精神，并將所學(xué)知識充分調動(dòng)，真正做到融會(huì )貫通，學(xué)以致用。除此之外，考慮到目前國內外院校土木工程專(zhuān)業(yè)課程多以多媒體教學(xué)為主[6]，還可采用數值模擬試驗的方式[7]，引導學(xué)生在學(xué)習鋼筋混凝土結構原理、鋼結構設計原理、土力學(xué)與基礎工程、結構抗震設計等理論課程時(shí)，在課外使用PKPM、ANSYS、ABAOUS等數值計算軟件對所學(xué)理論知識的推導過(guò)程進(jìn)行模擬實(shí)現，以加深學(xué)生對所學(xué)內容的了解，并在學(xué)習這些常見(jiàn)結構設計軟件、數值計算軟件及相關(guān)的簡(jiǎn)單建模應用中，能力進(jìn)一步得到鍛煉，與未來(lái)的工作內容直接接軌。
結語(yǔ)
教育部要求地方本科院校盡快實(shí)現向應用技術(shù)型大學(xué)轉型，為了達到這個(gè)要求，各專(zhuān)業(yè)各學(xué)科都應積極改革，以提高學(xué)生的實(shí)踐能力，培養高水平的技能型人才。傳統的試驗教學(xué)模式必然會(huì )逐步向綜合性、設計性教學(xué)模式轉變。本文中所提及的綜合性、設計性試驗，有些已經(jīng)得到了實(shí)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(xué)中得以實(shí)現和完善。
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