工程結構設計原理實驗教學現狀及創新
工程結構設計原理是土木工程專業的重要專業基礎課，是一門理論性、經驗性和實踐性很強的課程，下面是小編搜集整理的一篇工程結構設計原理實驗教學探究的論文范文，供大家閱讀查看。
工程結構設計原理的概念原理及理論發展很多都是建立在實驗基礎之上，因此，工程結構設計原理實驗是工程結構設計原理教學的一個重要組成部分。實驗教學在激發學生的創新意識，拓展學生的創新思維，增長學生的創新技能，培養學生的創新品格等方面的作用是其他任何教學形式所不能替代的[1-5].通過做實驗，不僅能夠加深學生對工程結構設計基本原理的理解，讓學生對建筑工程結構的受力過程及破壞形態有更加直觀的認識，而且還能提高學生的實踐動手能力，培養學生對土木工程專業的興趣及研究熱情[6-7].
筆者結合學校工程結構設計原理實驗教學的現狀及存在的問題，對工程結構設計原理的實驗教學方法、實驗考核方式進行改革探討，使學生更好地了解、掌握和運用工程結構設計原理知識解決實際工程問題，培養學生的工程意識和科研素養，為今后從事土木工程領域的技術工作或科學研究打下堅實基礎。
一、工程結構設計原理實驗教學現狀
學校工程結構設計原理實驗經過2008年的教學改革，已獨立于工程結構設計原理課程成為土木工程基礎實驗課程的一個重要組成部分。該實驗課總共10學時，包括鋼筋混凝土超筋梁和少筋梁的正截面受彎性能試驗、鋼筋混凝土梁斜截面斜壓和斜拉破壞試驗等4個演示試驗及鋼筋混凝土適筋梁正截面受彎性能試驗、鋼筋混凝土梁斜截面抗剪性能試驗、鋼筋混凝土柱偏心受壓性能試驗、鋼柱軸心受壓失穩試驗及磚砌體受壓性能試驗等5個實際操作試驗。以往的實驗教學步驟大致為：(1)實驗指導教師在每學期初與理論課授課教師根據授課進度及時間，確定每項實驗的具體安排;(2)實驗指導教師將實驗指導書及實驗報告分發給學生，學生根據要求在每項實驗前先進行預習;(3)實驗指導教師準備實驗試件;(4)學生分組完成實驗，教師巡回指導;(5)學生撰寫并提交各自的實驗報告;(6)實驗指導教師根據學生的實驗操作情況及實驗報告完成情況給出成績。以上模式經過多年的實踐，雖然培養了學生的基本實驗技能，但仍然存在以下問題。
(一)實驗前預習準備不夠充分
雖然每學期初，實驗指導教師將實驗指導書及實驗報告發給學生，并多次提醒要課前預習，但由于缺乏有效的考核機制，很多學生未預習就參加實驗。由于學生缺乏有效的預習，導致實驗效果大打折扣，學生未得到應有的實驗鍛煉。
(二)學生創造性調動不夠充分
以往每學期開始，實驗指導教師會將標準統一的實驗報告交給學生。每位學生在實驗完成后，根據實驗報告的格式將空白處補充完整，缺乏對學生主觀能動性的調動。實驗課變成了簡單的機械式的重復體力勞動，未能起到理論與實踐融會貫通，激發學生學習興趣的作用。
(三)實驗報告存在抄襲現象
由于實驗分組進行，抄襲現象難以避免，實驗指導教師也無法分辨。
(四)實驗報告批改后缺乏交流
以往學生在提交實驗報告后，整個實驗過程就意味結束。實驗指導教師會根據實驗報告完成情況登錄實驗成績。此時，雖然很多學生的實驗報告在實驗結果分析中存在很多問題，但是由于此時成績已定，實驗報告也已交學校存檔，學生無法知曉實驗結果分析中的錯誤，即使知道了，由于實驗成績已定，也缺乏改正錯誤的動力。
二、工程結構設計原理實驗教學的改革與創新
(一)實驗預習環節
針對學生實驗預習不充分的問題，主要采取以下措施加以防范。
(1)結合實驗中心開放式學生選課系統的建設，在系統里增加了學生的預習考核模塊。針對工程結構設計原理實驗指導書中的相關內容，實驗中心建立了工程結構設計原理實驗題庫，每位學生在選課前均要在網絡上參加實驗預習考核，考核隨機從題庫中抽取10道選擇題，學生只有答對8道題以上才有資格進行選課，進入實驗時間選擇界面。這一舉措有效地提高了學生的實驗預習效果。
(2)工程結構設計原理實驗中的每項實驗均為實體構件的破壞實驗，因此實驗前要求每組學生根據實驗指導教師提前提供的試件材料力學性能參數(混凝土立方體抗壓強度、鋼筋或鋼材的屈服強度及抗拉強度、砂漿和磚的抗壓強度等),對自己即將要進行的試件進行理論分析與計算。計算結果要求在實驗前一周通過電子郵件提交給實驗指導教師，只有完成計算且無誤的小組才能開始下一步的實際操作實驗。同時，實驗過程中，每組學生也需要根據自己的計算結果進行分級加載。
(二)實驗報告內容
對實驗報告內容及提交方式進行了改革。改每人提交實驗報告為以小組為單位提交實驗報告;改紙質實驗報告為提交電子版實驗報告;改固定格式的實驗報告為開放式的實驗研究報告。
以上改革措施改變了以往單一的、統一的實驗報告對學生思維的束縛，實驗指導教師僅僅提供實驗報告的基本內容，學生需根據自己實驗過程中的發現，結合自身的思考撰寫小組的實驗報告，從而將普通的實驗報告變為實驗研究報告。以鋼柱軸心受壓失穩實驗為例，學生在實驗結果分析中發現自己實驗做出的試件破壞承載力與理論計算有很大差異。進一步分析產生誤差的原因可知，雖然實驗進行的是軸心受壓鋼柱，但由于實驗準備中的對中問題，完全的軸心受壓只是理想狀態，任何一根軸心受壓鋼柱實際上都存在一定的偏心，從而改變了鋼柱的實際受力狀態。學生通過分析鋼柱中部截面四周應變片在整個受力過程中的數值變化，從理論上計算出實驗中鋼柱實際偏心距的大小，然后用計算得到的偏心距對破壞承載力理論分析結果進行修正，進而解決了實驗值與理論計算值相差較大的問題。通過類似問題的分析，學生提高了分析問題與解決問題的能力，加深了對理論知識的理解，得到了進行簡單科學研究的鍛煉。
由于將實驗報告改為電子報告形式，學生在撰寫報告時計算機應用水平也得到了進一步提升。學習應用ORIGIN或EXCEL軟件進行實驗數據處理分析及關系曲線制作;應用AUTOCAD軟件繪制實驗加載裝置圖及測點布置圖等;應用WORD及POW-ERPOINT軟件進行實驗報告及匯報文件的處理。
(三)實驗考核方法
考核方法是引導學生相關學習的指揮棒，考核的'目的是讓學生掌握基本的實驗技能及實驗數據分析處理方法，而不是簡單地給出成績，因此，此次改革對原有的實驗考核方法進行了較大改動。
1.實驗操作技能與實驗報告考核并重
在新的考核方式中，總成績包括實驗預習、實驗技能操作和實驗報告三個部分。實驗預習占10%,主要根據學生網上預習的成績及提交的理論計算成果評定;實驗技能操作占20%,主要根據學生在實驗過程中的實際表現;實驗報告占70%.
2.以小組答辯的方式完成實驗報告考核
參照學校組織學生進行SRTP(本科生科研訓練計劃)答辯的形式，組織完成實驗報告的學生進行小組答辯。每組學生在小組答辯前，需提交1份小組實驗報告電子版，同時小組內每位學生需提交一份個人小結，小結主要包括個人在整個實驗中所完成的工作，在實驗操作及實驗結果分析過程中有何收獲及對實驗課程教學的建議等。小組答辯時，每組準備一份匯報材料(POWERPOINT文件),先進行實驗情況的介紹。介紹完畢后，實驗教師指導組(三人)針對小組匯報、實驗報告中的相關內容對學生提問，同時學生將在實驗操作及實驗結果整理過程中遇到的問題與教師進行交流。實驗指導教師所提問題包括三個層次：一是，實驗基本操作問題;二是，實驗數據整理及結果分析問題;三是，拓展研討問題。
在小組答辯過程中，學生如能準確回答出第一、二層次的問題即可獲得良好成績。如在此基礎上能對拓展研討問題進行準確分析，并提出自己的見解則可獲得優秀。
3.個體考核與分組捆綁考核相結合
實驗指導教師針對每組提交的實驗報告先根據完成情況給出小組成績，然后小組個人根據答辯情況乘以相應的修正系數，其中答辯成績為優的修正系數為1.0,答辯成績為良的修正系數為0.85,答辯成績為中的修正系數為0.7,答辯成績為及格的修正系數為0.6,答辯成績為不及格的修正系數為0.5.
通過小組答辯與個人交流相結合，個體考核與分組捆綁考核相結合，評判出學生的考核成績。這樣一方面提高學生團隊協作的能力，另一方面可以根據每個學生的學習態度和分析問題與解決問題的能力，給出與其實驗操作與實驗分析能力相適合的個體成績。
4.實驗報告二次提交
學生分組答辯后，需根據答辯過程中與實驗指導教師的交流情況，對實驗報告中的錯誤進行修改，對老師提出的拓展研討問題提供書面研究分析，再提交實驗報告。實驗指導教師根據二次提交報告的修改與補充情況，給出最終的實驗報告成績。
通過實驗報告的二次提交，一方面可以讓學生對自己在實驗數據處理和結果分析中所存在的問題有充分認識，從而避免在今后的實際工程中或科學研究中犯類似錯誤;另一方面，通過開展分析討論，提高學生獨立思考問題與解決問題的能力。
三、結語
通過以上方法和措施在工程結構設計原理實驗課程教學改革中的應用，課后根據理論課教師和學生的信息反饋，學生們對各項知識點的理解和掌握以及應用有了很大的提高。通過教改切實提高了學生做實驗的興趣，激發了學生學習工程結構設計原理課程的積極性、主動性和創造性，不僅使學生深入理解和掌握了工程結構設計原理的基本理論知識，而且著力培養了學生通過實驗研究解決實際工程問題及開展科學研究的能力。
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