土木工程结构试验课程实践环节存在的问题及改革探索

摘要：随着土木工程科技化水平的不断提高，对工程结构的试验研究、评估鉴定越来越重要，因此对理论知识丰富、实践能力强的土木人才的需求也不断增加。传统的土木工程结构试验教学中，试验内容固定，缺乏独立自主的实践环节，难以适应新时代人才培养的目标。本文就土木工程结构试验课程中实践能力培养的现状及教学过程中存在的问题进行了总结与分析，通过将科研性、生产性实践环节引入到课程教学中，探讨了结构试验课程的教学方法。

关键词：土木工程 结构试验 科研性试验 生产性试验 实践环节 教学改革

中图分类号：G642.1

文献标识码：A

1 引言

土木工程结构试验是土木工程专业必修课，包括科学研究性试验和生产鉴定性试验。其中，科研性试验是研究和发展土木工程新材料、新结构、新技术的重要手段。生产性试验则用于施工质量鉴定、已建结构可靠性检验、剩余寿命估算、受灾结构事故鉴定等。课程具有较强实践性，对土木工程人才培养起着重要作用。然而，在传统的教学过程中，实践环节往往以试验指导书为依据统一开展，降低了学生的参与程度。同时，试验环节独立性太强，试验内容及所用知识不具备连贯性，容易造成学生认知方面的局限性。特别是往往忽略生产性试验环节和科研性试验环节的作用，较少做到理论联系实际、将所学知识、试验技术手段运用到实际工程中。

目前，土木工程结构试验的教学改革主要有试验平台的深化、现代化新型技术设备的运用、仿真试验的拓展等方面，然而，大多数高校面临课时数少、试验设备陈旧等问题。土木工程结构试验教学改革的应转向帮助学生找到操作简单、成本低廉、周期短而又不乏创新性、实践性的试验内容，充分利用现有教学资源有效提升教学质量。

2 现有实践环节及其存在的问题

传统土木工程结构试验的教学内容主要包括结构试验设计、结构试验荷载、结构试验测试技术、结构静力试验、结构动力试验、既有结构无损检测、试验数据处理与分析等内容。以浙江大学宁波理工学院土木工程结构试验的《试验指导书》为例，设置了电阻应变片的粘贴技术、静态电阻应变仪的操作试验、等强度梁应变测定试验、简支桁架静载非破坏试验、回弹法检测混凝土强度、超声回弹综合法检测混凝土强度、钢筋锈蚀性状检测等环节。在教学过程中发现，上述试验方案存在如下问题：

第一，试验前积极性不高：试验过程仅是理论课程的深化，学生对试验前的准备工作积极性不高，准备不充分；

第二，测试手段的先进性不足：均为电阻应变片和应变仪的使用，造成学生对测试技术的认知不全面；

第三，后续分析过程单一：应用对象为等强度梁和简支桁架，考察桥路接法，试验中不存在具有显著意义科学问题；

第四，试验系统性不足：试验项目设置较为单一，相互联系不够紧密；

第五，规范的利用率低：学生没有参与相关规范和规程的检索、阅读和整理，从而无法理解所测物理量的物理意义，更无法从规范角度进行生产性试验活动。

第六，试验环节模式固定：学生所做试验内容基本固定，实验流程和操作由实验室统一安排，同时，试验设备及材料有限，学生对试验设备及材料接触时间短，导致对所用设备、传感器原理的理解不深，造成自主学习和思考能力培养不足；

第七，从面到点的教育缺乏：土木工程结构试验相关教材内容编写丰富全面，涉及面也比较广泛。因此，许多学生在有限的学习时间里对其只能了解性的学习，无法参与到试验的完整流程中。

3 土木工程结构试验课程实践环节的改革探索

3.1科研性实践环节的探索

科研性环节的教学与要求要求学生进行某一科研主题的专业文献检索与整理，试验方案的设计、优化与交流，独立开展设计科研性试验，整理试验成果并进行汇报。科研性试验需开展的教学环节包括试验方案设计与汇报、试验实施及成果整理与汇报三部分。其中，方案汇报：占用2.0个课堂教学学时，要求学生对设计的试验方案进行汇报，汇报内容包括主题相关的国内外研究现状、试验的荷载方案、量测方案、预期数据结果及其处理方法等，对方案合理性和可行性进行评估；试验实施：该环节占用试验教学环节2.0学时，该学时为试验室人员集中分配和指导试验设备使用，其余试验环节为课外学时；成果汇报：该环节占用课内2.0学时，要求学生撰写试验报告并进行多媒体展示，包括试验数据绘图、试验结果解释与分析，要求评估结果的合理性和报告的完整性。

3.2生产性实践环节的探索

生产性实践环节在教学过程中有必要对完整流程进行展示，生产性试验的一般流程及对应的教学环节包括：第一，接受委托（下达任务）：阐述试验主题及试验要求，在教学过程中提供该主题可用的规范、规程等资料，课内2.0学时；第二，初步调查（资料收集）：收集和对象相关的图纸、计算书、设计变更、施工记录、施工验收、历次修建与改建图纸等资料，填写初步调查报告，课外学时；第三，详细调查（量测对象）：实地调查试验对象的使用状况、环境状况和使用年限，对存在问题结构及构件进行分类、汇总，课外学时；第四，制定方案（方案汇报）：依据相关的试验规范、规程及试验手册，针对工程制定试验方案，确认量测参数、人员、施工组织等内容，课内2.0学时；第五，现场试验（实际测试）：检测与鉴定目的相关的几何量、力学、化学性能等参数并详细的记录。课外学时；第六，数据整理（报告汇报）：对检测数据进行整理、统计和总结，依据规范进行对结果进行判断，并进行多媒体汇报，课内学时。

4 科研性及生产性实践环节设置的可行性分析

浙江大学宁波理工学院土木工程专业的结构工程学科为宁波市重点学科，建有国家科技部“混凝土结构耐久性研究国际科技合作基地”，在钢筋混凝土耐久性方面形成了鲜明的研究特色。实验室现有HC200钢筋绣蚀测试仪、CKT-1000混凝土电导率测试仪、PS200型钢筋探测仪、RCM非稳态电迁移法氯离子扩散系数测定仪、RCT氯离子浓度测定仪、PS-268B电化学测量系统等一批钢筋混凝土耐久性检测技术，同时，配置了MOI 130动态光纤光栅传感器、藤仓S60光纤熔接机、EXFO光时域分析仪等先进的光纤类检测技术。

4.1科研性实践环节设置的可行性

试验室具备开展钢筋混凝土耐久性试验的条件，目前可在实验室开展的本科生科研型试验包括钢筋混凝土锈蚀机理：混凝土模拟孔溶液钢筋微电池腐蚀试验、混凝土中钢筋电解腐蚀行为试验；锈蚀钢筋混凝土构件力学性能：锈蚀钢筋混凝土粘结性能试验、锈蚀钢筋混凝土构件承载力试验；钢筋混凝土锈蚀电化学检测：基于电位法的钢筋锈蚀检测、基于线性极化电阻法的钢筋锈蚀检测；钢筋混凝土锈蚀光纤监测：基于分布式光纤的钢筋锈蚀程度监测、基于光纤光栅的钢筋锈蚀程度监测。

4.2生产性实践环节设置的可行性

实验室具备开展钢筋混凝土耐久性检测与评估的条件，可开展的生产性试验内容包括混凝土强度测试：回弹法、超声回弹法；氯离子扩散系数测定：RCM非稳态电迁移法、电量法；氯离子含量：RCT检测法；钢筋锈蚀程度：半电池电位法、电阻率法。

5 总结与展望

本文从传统土木工程结构试验课程教学中往往忽略生产性试验环节和科研性试验环节的作用角度出发，提出将科研性实践环节和生产性环节融入结构试验教学中，认为科研性实践环节可调动学生的积极性，有利于其综合创新能力的开发。生产性试验环节能增强学生自主动手实践水平，培养学生独立发现问题、思考问题、解决问题的能力。最后，通过对浙江大学宁波理工学院现有的试验条件进行分析，分析了在土木工程结构试验课程中开展科研性和生产性实践环节的可行性，其它高校可根据学科特色进行实践环节的设置。笔者将在结构试验的教学过程中，对科研性和生产性实践环节的效果进行考查，完善考核制度，改进教学方法和方式。