土木工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)模式探索論文
【摘要】為了響應(yīng)教育部提出的地方本科院校盡快實(shí)現(xiàn)向應(yīng)用技術(shù)型大學(xué)轉(zhuǎn)型的要求，以提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力和獨(dú)立思考能力，積極進(jìn)行土木工程專業(yè)綜合性、設(shè)計(jì)性試驗(yàn)教學(xué)模式改革具有十分重要的意義。本文結(jié)合具體課程，提出了幾點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)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)院土木工程專業(yè)試驗(yàn)教學(xué)中進(jìn)行了相關(guān)實(shí)踐，取得了較為顯著的效果。
【關(guān)鍵詞】地方本科院校轉(zhuǎn)型；土木工程試驗(yàn)；綜合性試驗(yàn)；設(shè)計(jì)型試驗(yàn)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1.引言
土木工程專業(yè)作為一門實(shí)踐性特別強(qiáng)的專業(yè)，主要任務(wù)是向社會(huì)輸送合格的建筑施工、設(shè)計(jì)、管理等相關(guān)方面人才。這要求本專業(yè)培養(yǎng)的學(xué)生除了具有較為系統(tǒng)的專業(yè)有關(guān)理論知識，還應(yīng)具有較強(qiáng)的工程實(shí)踐能力和獨(dú)立思考、解決問題的能力。土木工程試驗(yàn)作為本專業(yè)實(shí)踐課的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，如何改革以更適應(yīng)轉(zhuǎn)型的需要，是一個(gè)需要持續(xù)探索，并在教學(xué)實(shí)踐中逐步完善的問題。
2.傳統(tǒng)實(shí)踐環(huán)節(jié)存在的問題
在過去的土木工程專業(yè)本科教學(xué)中，要培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力主要依靠兩個(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(xí)環(huán)節(jié)；另一方面則是依靠與理論課程相關(guān)穿插在相應(yīng)課程中的試驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)。實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)相對試驗(yàn)環(huán)節(jié)而言，時(shí)間安排較為集中，持續(xù)較長，在各階段實(shí)習(xí)中，若能對學(xué)生給予正確引導(dǎo)，學(xué)生的專業(yè)能力可以得到很好的提高。在這些實(shí)習(xí)之中，認(rèn)識實(shí)習(xí)安排在第一學(xué)年末，主要是在老師的帶領(lǐng)下參觀在建和已建建筑，使學(xué)生對本專業(yè)有一個(gè)大概的了解。生產(chǎn)實(shí)習(xí)和畢業(yè)實(shí)習(xí)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)完本專業(yè)大部分理論課程學(xué)習(xí)，需深入現(xiàn)場在企業(yè)工作人員的指導(dǎo)下進(jìn)行學(xué)習(xí)，是將理論知識與工程實(shí)踐相聯(lián)系的重要環(huán)節(jié)。在過去的教學(xué)中，由于條件的限制，這兩項(xiàng)實(shí)習(xí)往往不能由老師親自帶領(lǐng)，只能通過口頭詢問學(xué)生及電話聯(lián)系企業(yè)實(shí)習(xí)負(fù)責(zé)人來監(jiān)管學(xué)生的實(shí)習(xí)情況，學(xué)生是否能認(rèn)真完成實(shí)習(xí)，很大一部分依靠自覺。此外，由于專業(yè)的特殊性，學(xué)生多去建筑工地進(jìn)行學(xué)習(xí)，存在著較大的安全隱患。因此這一環(huán)節(jié)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(yàn)環(huán)節(jié)則是分散在土木工程各門課程之中，通過此環(huán)節(jié)，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(tǒng)試驗(yàn)課程普遍具有設(shè)置較為零散，以演示試驗(yàn)為主，缺乏一定創(chuàng)新的缺點(diǎn)。如何使該環(huán)節(jié)更具連貫性，并能更好培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，也是一個(gè)尚待解決的問題。針對以上兩個(gè)問題，可嘗試對土木工程專業(yè)試驗(yàn)課環(huán)節(jié)進(jìn)行改革，使其從傳統(tǒng)模式向綜合性、設(shè)計(jì)性試驗(yàn)教學(xué)模式進(jìn)行轉(zhuǎn)化，嘗試將土木工程專業(yè)中零散的試驗(yàn)結(jié)合成為一個(gè)整體。通過這類改革，不僅可以讓學(xué)生對所學(xué)理論知識有一個(gè)系統(tǒng)的認(rèn)識，也可以借由室內(nèi)試驗(yàn)?zāi)M施工環(huán)節(jié)，讓學(xué)生在校內(nèi)就能對各工藝環(huán)節(jié)有一定的了解，在未來學(xué)習(xí)階段的實(shí)習(xí)實(shí)踐中更快上手，學(xué)習(xí)熱情得到提高。
3.綜合性試驗(yàn)教學(xué)模式探索與實(shí)踐
針對目前土木工程專業(yè)實(shí)踐課設(shè)置較為零散這一問題，考慮設(shè)置綜合性試驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)。所謂的綜合性試驗(yàn)，是指相對于單項(xiàng)試驗(yàn)而言的，一般是指運(yùn)用并發(fā)掘某一課程或相關(guān)課程的綜合知識、實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)技術(shù)，所進(jìn)行的一種復(fù)雜程度較高的教學(xué)實(shí)驗(yàn)[2]。綜合性包括兩個(gè)方面：一方面是縱向綜合，將一門課程中所涉及的試驗(yàn)聯(lián)系起來，與工程實(shí)踐掛鉤，以改變傳統(tǒng)試驗(yàn)教學(xué)中僅進(jìn)行理論演示而與工程實(shí)踐無關(guān)，實(shí)踐性不強(qiáng)的弊端；另一方面是橫向綜合，將不同學(xué)科間的試驗(yàn)課程整合起來，使彼此之間形成一個(gè)互相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)，讓學(xué)生對土木工程所涉及的各理論課程有一個(gè)系統(tǒng)的認(rèn)識，并將所學(xué)理論知識串聯(lián)起來，熟練應(yīng)用到實(shí)踐過程中去。
3.1縱向綜合性試驗(yàn)教學(xué)模式探索與實(shí)踐
縱向綜合性試驗(yàn)教學(xué)模式是指將單個(gè)學(xué)科中各零散試驗(yàn)進(jìn)行綜合，形成一項(xiàng)有實(shí)踐意義的綜合性試驗(yàn)。以《土力學(xué)與基礎(chǔ)工程》學(xué)科所涉及的試驗(yàn)為例，傳統(tǒng)的土工試驗(yàn)采用分散教學(xué)的方法，一般分散在理論教學(xué)過程中，內(nèi)容主要包括密度、含水率、液塑限測定、壓縮、直剪試驗(yàn)等，一般為8個(gè)學(xué)時(shí)[3]。傳統(tǒng)的理論教學(xué)內(nèi)容有限且分散，由于學(xué)生人數(shù)較多，指導(dǎo)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)間開展綜合性試驗(yàn)的方法，避免土工試驗(yàn)分散的影響。土工試驗(yàn)中的擊實(shí)試驗(yàn)就是一個(gè)很好的綜合性試驗(yàn)范例，擊實(shí)試驗(yàn)是用錘擊實(shí)土樣以了解土的壓實(shí)特性的一種方法，在工程中主要用來檢測填土的壓實(shí)質(zhì)量。在試驗(yàn)時(shí)，首先需去施工現(xiàn)場取樣，然后將土樣烘干，碾碎，過篩。之后根據(jù)液塑限試驗(yàn)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(jì)算最大干密度和相應(yīng)最佳含水量。可見此一項(xiàng)綜合性試驗(yàn)中包含了傳統(tǒng)土力學(xué)試驗(yàn)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(xiàng)試驗(yàn)所需時(shí)間較長，所需試驗(yàn)儀器擊實(shí)儀也不是常規(guī)本科土工試驗(yàn)儀器，實(shí)驗(yàn)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(yàn)中，先由組員去現(xiàn)場取土，用環(huán)刀法測其天然密度，烘干法測其含水率，并由公式計(jì)算其干密度。然后通過液塑限聯(lián)合測定儀測得土樣的液限和塑限，根據(jù)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(yàn)，用烘干法測擊實(shí)后土樣的干密度，并計(jì)算其壓實(shí)度，根據(jù)規(guī)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(yàn)成果總結(jié)。通過學(xué)生在試驗(yàn)課程中的表現(xiàn)和提交的試驗(yàn)報(bào)告可以發(fā)現(xiàn)，進(jìn)行此類與工程實(shí)踐密切相關(guān)的綜合性試驗(yàn)時(shí)，學(xué)生的學(xué)習(xí)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(dǎo)下完成試驗(yàn)。進(jìn)行此類綜合性試驗(yàn)可以從根本上改變過去所做演示試驗(yàn)與工程實(shí)踐完全脫節(jié)，學(xué)生并不能很好理解試驗(yàn)的實(shí)踐意義因此熱情不高的缺陷。
3.2橫向綜合性試驗(yàn)教學(xué)模式探索與實(shí)踐
橫向綜合性試驗(yàn)教學(xué)模式是指在土木工程專業(yè)中各學(xué)科試驗(yàn)之間進(jìn)行綜合，形成一項(xiàng)有實(shí)踐意義的綜合性試驗(yàn)。目前土木工程專業(yè)試驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容主要包括土木工程材料試驗(yàn)、材料力學(xué)試驗(yàn)、流體力學(xué)試驗(yàn)、巖土力學(xué)試驗(yàn)、地基基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)及混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)等試驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容[4]。在傳統(tǒng)的試驗(yàn)課教學(xué)中，這些學(xué)科試驗(yàn)彼此獨(dú)立在各理論課程之中，互相之間沒有聯(lián)系。考慮將這些零散的存在于各學(xué)科之間的試驗(yàn)整合到一起，形成一個(gè)規(guī)模較大的綜合性試驗(yàn)，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。現(xiàn)嘗試將《土木工程材料》、《材料力學(xué)》、《混凝土結(jié)構(gòu)》三門試驗(yàn)課程中相關(guān)試驗(yàn)進(jìn)行綜合。《土木工程材料》試驗(yàn)課程中的混凝土配合試驗(yàn)，在傳統(tǒng)試驗(yàn)教學(xué)模式中，由指導(dǎo)老師給定骨料最大粒徑、混凝土的強(qiáng)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(shè)計(jì)、配合比試驗(yàn)驗(yàn)證和調(diào)整等[5]。在《材料力學(xué)試驗(yàn)》中的鋼筋拉伸試驗(yàn)，則是由學(xué)生通過鋼筋的拉伸繪出拉伸曲線，測得所測鋼筋的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、拉應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系。可將此兩個(gè)試驗(yàn)結(jié)合起來，由學(xué)生自己按不同的配合比配制不同強(qiáng)度的混凝土，支模板澆筑混凝土梁，并根據(jù)測得的鋼筋強(qiáng)度，在混凝土梁中配置鋼筋，按規(guī)范要求進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。此養(yǎng)護(hù)成型的鋼筋混凝土梁即可成為《混凝土結(jié)構(gòu)》中的梁強(qiáng)度試驗(yàn)試樣。對梁加載，由于混凝土強(qiáng)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(xiàn)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)生觀察這三種不同破壞形式之間的區(qū)別并分析出現(xiàn)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?qū)W生會(huì)有更好的了解，對所學(xué)內(nèi)容的映像也會(huì)更加深刻。但是該綜合性試驗(yàn)所涉及的課程不在一個(gè)學(xué)期開設(shè)，因此時(shí)間跨度較長，且需要不同科目老師之間的相互配合，實(shí)踐起來有一定難度。另外存放已澆筑養(yǎng)護(hù)成型的鋼筋混凝土梁所需要的場地也較多，尚不具備較好的實(shí)踐條件。目前僅有此設(shè)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(shè)計(jì)性試驗(yàn)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(xiàn)設(shè)計(jì)性試驗(yàn)教學(xué)模式思想的是每年舉辦的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽。大賽分為專業(yè)組和興趣組，興趣組由未受系統(tǒng)力學(xué)訓(xùn)練的一、二年級學(xué)生參加，多注重外觀設(shè)計(jì)，對結(jié)構(gòu)的合理性要求不高；專業(yè)組則是由學(xué)過系統(tǒng)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(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)合理、構(gòu)思新穎的佳作。這樣既是比賽，也是試驗(yàn)的過程，能夠極大調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)新精神，并將所學(xué)知識充分調(diào)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(nèi)外院校土木工程專業(yè)課程多以多媒體教學(xué)為主[6]，還可采用數(shù)值模擬試驗(yàn)的方式[7]，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)原理、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、土力學(xué)與基礎(chǔ)工程、結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)等理論課程時(shí)，在課外使用PKPM、ANSYS、ABAOUS等數(shù)值計(jì)算軟件對所學(xué)理論知識的推導(dǎo)過程進(jìn)行模擬實(shí)現(xiàn)，以加深學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容的了解，并在學(xué)習(xí)這些常見結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件、數(shù)值計(jì)算軟件及相關(guān)的簡單建模應(yīng)用中，能力進(jìn)一步得到鍛煉，與未來的工作內(nèi)容直接接軌。
結(jié)語
教育部要求地方本科院校盡快實(shí)現(xiàn)向應(yīng)用技術(shù)型大學(xué)轉(zhuǎn)型，為了達(dá)到這個(gè)要求，各專業(yè)各學(xué)科都應(yīng)積極改革，以提高學(xué)生的實(shí)踐能力，培養(yǎng)高水平的技能型人才。傳統(tǒng)的試驗(yàn)教學(xué)模式必然會(huì)逐步向綜合性、設(shè)計(jì)性教學(xué)模式轉(zhuǎn)變。本文中所提及的綜合性、設(shè)計(jì)性試驗(yàn)，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(xiàn)和完善。
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