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土木工程专业实践教学模式探索论文
【摘要】为了响应教育部提出的地方本科院校尽快实现向应用技术型大学转型的要求，以提高学生的工程实践能力和独立思考能力，积极进行土木工程专业综合性、设计性试验教学模式改革具有十分重要的意义。本文结合具体课程，提出了几点进行试验教学改革的方法，并在湖北工业大学工程技术学院土木工程专业试验教学中进行了相关实践，取得了较为显著的效果。
【关键词】地方本科院校转型；土木工程试验；综合性试验；设计型试验；结构设计
1.引言
土木工程专业作为一门实践性特别强的专业，主要任务是向社会输送合格的建筑施工、设计、管理等相关方面人才。这要求本专业培养的学生除了具有较为系统的专业有关理论知识，还应具有较强的工程实践能力和独立思考、解决问题的能力。土木工程试验作为本专业实践课的一个重要环节，如何改革以更适应转型的需要，是一个需要持续探索，并在教学实践中逐步完善的问题。
2.传统实践环节存在的问题
在过去的土木工程专业本科教学中，要培养学生工程实践能力主要依靠两个方面：一方面是依靠在四个学年中穿插与理论课程进度相配合的实习环节；另一方面则是依靠与理论课程相关穿插在相应课程中的试验教学环节。实习环节相对试验环节而言，时间安排较为集中，持续较长，在各阶段实习中，若能对学生给予正确引导，学生的专业能力可以得到很好的提高。在这些实习之中，认识实习安排在第一学年末，主要是在老师的带领下参观在建和已建建筑，使学生对本专业有一个大概的了解。生产实习和毕业实习分别安排在第三学年末和第四学年中期，此阶段学生已经学完本专业大部分理论课程学习，需深入现场在企业工作人员的指导下进行学习，是将理论知识与工程实践相联系的重要环节。在过去的教学中，由于条件的限制，这两项实习往往不能由老师亲自带领，只能通过口头询问学生及电话联系企业实习负责人来监管学生的实习情况，学生是否能认真完成实习，很大一部分依靠自觉。此外，由于专业的特殊性，学生多去建筑工地进行学习，存在着较大的安全隐患。因此这一环节虽然对提高学生的实践能力有很大帮助，但在安排上还是有不少纰漏，需要进一步完善。试验环节则是分散在土木工程各门课程之中，通过此环节，学生可以加深对所学课程的理解，实践能力也可以在一定程度上得到提高。然而目前传统试验课程普遍具有设置较为零散，以演示试验为主，缺乏一定创新的缺点。如何使该环节更具连贯性，并能更好培养学生的创新思维，充分发挥学生的主观能动性，也是一个尚待解决的问题。针对以上两个问题，可尝试对土木工程专业试验课环节进行改革，使其从传统模式向综合性、设计性试验教学模式进行转化，尝试将土木工程专业中零散的试验结合成为一个整体。通过这类改革，不仅可以让学生对所学理论知识有一个系统的认识，也可以借由室内试验模拟施工环节，让学生在校内就能对各工艺环节有一定的了解，在未来学习阶段的实习实践中更快上手，学习热情得到提高。
3.综合性试验教学模式探索与实践
针对目前土木工程专业实践课设置较为零散这一问题，考虑设置综合性试验教学环节。所谓的综合性试验，是指相对于单项试验而言的，一般是指运用并发掘某一课程或相关课程的综合知识、实验原理和实验技术，所进行的一种复杂程度较高的教学实验[2]。综合性包括两个方面：一方面是纵向综合，将一门课程中所涉及的试验联系起来，与工程实践挂钩，以改变传统试验教学中仅进行理论演示而与工程实践无关，实践性不强的弊端；另一方面是横向综合，将不同学科间的试验课程整合起来，使彼此之间形成一个互相关联的系统，让学生对土木工程所涉及的各理论课程有一个系统的认识，并将所学理论知识串联起来，熟练应用到实践过程中去。
3.1纵向综合性试验教学模式探索与实践
纵向综合性试验教学模式是指将单个学科中各零散试验进行综合，形成一项有实践意义的综合性试验。以《土力学与基础工程》学科所涉及的试验为例，传统的土工试验采用分散教学的方法，一般分散在理论教学过程中，内容主要包括密度、含水率、液塑限测定、压缩、直剪试验等，一般为8个学时[3]。传统的理论教学内容有限且分散，由于学生人数较多，指导教师也相对不足，学生参与的积极性不太高，教学效果并不太理想。针对上述情况，可采取集中时间开展综合性试验的方法，避免土工试验分散的影响。土工试验中的击实试验就是一个很好的综合性试验范例，击实试验是用锤击实土样以了解土的压实特性的一种方法，在工程中主要用来检测填土的压实质量。在试验时，首先需去施工现场取样，然后将土样烘干，碾碎，过筛。之后根据液塑限试验测得的土样液塑限掺入一定量的水制成扰动土样。将土样分层装入击实筒中，分层锤击，测定土的干密度与含水量，计算最大干密度和相应最佳含水量。可见此一项综合性试验中包含了传统土力学试验中的密度、含水率和液塑限测定，且具有明确的工程意义。在实践操作中，由于此项试验所需时间较长，所需试验仪器击实仪也不是常规本科土工试验仪器，实验室配备很少。因此，目前仅挑选一个班级作为试点班级，将该班级划分为若干组，每组8人左右。在试验中，先由组员去现场取土，用环刀法测其天然密度，烘干法测其含水率，并由公式计算其干密度。然后通过液塑限联合测定仪测得土样的液限和塑限，根据所测液塑限，加入适量水配置成扰动土样进行击实试验，用烘干法测击实后土样的干密度，并计算其压实度，根据规范要求评价所取土样的压实质量并提交完整的试验成果总结。通过学生在试验课程中的表现和提交的试验报告可以发现，进行此类与工程实践密切相关的综合性试验时，学生的学习热情普遍得到了提高，大部分都能积极参与并在老师的指导下完成试验。进行此类综合性试验可以从根本上改变过去所做演示试验与工程实践完全脱节，学生并不能很好理解试验的实践意义因此热情不高的缺陷。
3.2横向综合性试验教学模式探索与实践
横向综合性试验教学模式是指在土木工程专业中各学科试验之间进行综合，形成一项有实践意义的综合性试验。目前土木工程专业试验教学内容主要包括土木工程材料试验、材料力学试验、流体力学试验、岩土力学试验、地基基础实验及混凝土结构试验等试验教学内容[4]。在传统的试验课教学中，这些学科试验彼此独立在各理论课程之中，互相之间没有联系。考虑将这些零散的存在于各学科之间的试验整合到一起，形成一个规模较大的综合性试验，以便于学生理解和梳理学科知识，形成较为完整的知识网络体系。现尝试将《土木工程材料》、《材料力学》、《混凝土结构》三门试验课程中相关试验进行综合。《土木工程材料》试验课程中的混凝土配合试验，在传统试验教学模式中，由指导老师给定骨料最大粒径、混凝土的强度等级和稠度，由学生进行原材料性能测试、混凝土配合比设计、配合比试验验证和调整等[5]。在《材料力学试验》中的钢筋拉伸试验，则是由学生通过钢筋的拉伸绘出拉伸曲线，测得所测钢筋的屈服强度、抗拉强度、拉应力与应变之间的关系。可将此两个试验结合起来，由学生自己按不同的配合比配制不同强度的混凝土，支模板浇筑混凝土梁，并根据测得的钢筋强度，在混凝土梁中配置钢筋，按规范要求进行养护。此养护成型的钢筋混凝土梁即可成为《混凝土结构》中的梁强度试验试样。对梁加载，由于混凝土强度不同，钢筋配置情况也有差异，因此钢筋混凝土梁会出现少筋破坏、适筋破坏和超筋破坏三种不同的破坏形式。让学生观察这三种不同破坏形式之间的区别并分析出现不同破坏形式的原因。由于钢筋由学生自行选择，混凝土由学生配制，钢筋混凝土梁也由学生浇筑振捣，因此对于破坏的不同形式及造成不同形式破坏的原因学生会有更好的了解，对所学内容的映像也会更加深刻。但是该综合性试验所涉及的课程不在一个学期开设，因此时间跨度较长，且需要不同科目老师之间的相互配合，实践起来有一定难度。另外存放已浇筑养护成型的钢筋混凝土梁所需要的场地也较多，尚不具备较好的实践条件。目前仅有此设想，还未在教学中得以实践，该方案是否可行并取得较好的教学效果，还有待进一步实践，并在实践中探索以不断完善此方案。
4.设计性试验教学模式探索与实践
目前，在湖北工业大学工程技术学院土木系中，最能体现设计性试验教学模式思想的是每年举办的结构设计大赛。大赛分为专业组和兴趣组，兴趣组由未受系统力学训练的一、二年级学生参加，多注重外观设计，对结构的合理性要求不高；专业组则是由学过系统力学知识的大三、大四学生参与，用指定的材料如竹皮纸、牛皮纸、胶水等设计结构并制作模型，对模型进行加载，按模型的荷质比和变形情况进行评分。在已举办的几届比赛中，每届都不乏结构合理、构思新颖的佳作。这样既是比赛，也是试验的过程，能够极大调动学生的学习热情和创新精神，并将所学知识充分调动，真正做到融会贯通，学以致用。除此之外，考虑到目前国内外院校土木工程专业课程多以多媒体教学为主[6]，还可采用数值模拟试验的方式[7]，引导学生在学习钢筋混凝土结构原理、钢结构设计原理、土力学与基础工程、结构抗震设计等理论课程时，在课外使用PKPM、ANSYS、ABAOUS等数值计算软件对所学理论知识的推导过程进行模拟实现，以加深学生对所学内容的了解，并在学习这些常见结构设计软件、数值计算软件及相关的简单建模应用中，能力进一步得到锻炼，与未来的工作内容直接接轨。
结语
教育部要求地方本科院校尽快实现向应用技术型大学转型，为了达到这个要求，各专业各学科都应积极改革，以提高学生的实践能力，培养高水平的技能型人才。传统的试验教学模式必然会逐步向综合性、设计性教学模式转变。本文中所提及的综合性、设计性试验，有些已经得到了实施并取得了较为理想的成果；有些则需待条件更为成熟，逐步在教学中得以实现和完善。
参考文献：
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[2]黄敏,代兵权,胡小弟.土木工程专业综合性、设计性实验教学改革的思考与探索[J].内江科技.2011,11:71-81.
[3]何俊,陶高粱,庄心善.土木工程专业学生实践与创新能力的培养—以土的渗透特性综合性试验教学为例[J].湖北经济学院学报（人文社会科学版）.2015,12(4):194-204.
[4]祝彦知,程楠.土木工程专业综合性设计性实验教学模式探讨与实践[J].中国电力教育.2014,5：174-175.
[5]杨医博,梁松.土木工程材料课程设计性实验与综合性实验研究[J].土木建筑教育改革理论与实践.2009,11:274-278.
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