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土木工程結構實驗室實驗教學改革探討

日期:2013-11-18 11:35:14 來源:www.078045.live 作者:優質論文網

 摘要:通過對土木工程結構試驗課程的實驗教學改革,提出了一個土木工程類多課程共享的創新性實驗教學平臺,構建了以綜合、設計性實驗為主驗證、演示、虛擬實驗為輔的多層次實驗教學模式,同時介紹了該平臺建設和實施所取得的成效。
  關鍵詞:土木工程結構試驗;創新性;實驗教學平臺
    1 引 言我校土木工程結構實驗室是于2002年由原華中理工大學建筑結構實驗室與原武漢城市建設學院建筑結構實驗室、橋梁結構實驗室組建而成。實驗室的 本科實驗教學任務是為建筑結構試驗、橋梁結構檢測與加固、橋梁工程三門課程開設實驗。長期以來三門課程的實驗教學各自為陣,實驗內容陳舊,實驗方法單一, 多以驗證性為主且重復內容多。隨著科學技術的迅速發展,學科之間相互滲透,工程技術日益系統化復雜化,當今土木工程中任何結構和設計方面的創新都必須通過 實驗手段來證明,對土木工程結構試驗的手段提出了越來越高的要求。土木工程結構實驗室是培養學生工程實踐能力和創新實踐能力的重要基地,因此,如何建設好 一個與我國經濟發展相匹配,能培養學生綜合能力、動手能力,體現先進試驗手段的實驗教學平臺已成當務之急,刻不容緩。
  本文通過對土木工程結構試驗課程的教學改革,提出了一個土木工程結構專業的共享實驗平臺,對實驗課程體系、內容體系進行了大膽的改革,重新整合和充實 了實驗教學資源,優選實驗項目和實驗內容,構建了以綜合、設計性實驗為主,演示、驗證、虛擬實驗為輔的多層次實驗教學模式,同時覆蓋土木工程結構類各主要 專業課程的實驗內容,并融學科建設的成果于教學實驗中,拓寬了學生的視野,極大增強了學生的實踐能力與創新
  2 實驗教學平臺的建設思路在實驗教學中,我們發現土木工程結構室為幾門課單獨開設實驗的現狀,很不利與培養學生的綜合能力,也不利與實驗室設備的管 理和利用。近幾年我們對實驗課程體系、內容體系進行了一系列的改革與探索,將建筑結構試驗、橋梁結構檢測與加固合為土木工程結構試驗一門課程,取消橋梁工 程課程開設的實驗,將其內容歸納到土木工程結構試驗課程中;借助迎接2007年本科評估的契機,投入資金搭建一個土木工程多課程共享的創新性實驗平臺;增 加實驗學時,著力培養學生能力,從根本上改變了當前人才培養的被動局面。
  2·1 新編實驗課程教材,建立共享實驗平臺新編寫的《土木工程結構試驗》實驗課程教材,包括建筑結構試驗、橋梁結構檢測與加固內容。它是土木工程專 業的一門專業技術課程,也是唯一的一門獨立試驗課程,它的任務是綜合運用本學科知識,通過各種實驗技術手段,測試與結構有關的各種參數,從而對結構的工作 性能、承載力作出正確評價與估計,并為驗證和發展結構的計算理論提供可靠的依據。該課程的特點是涉及知識面廣,綜合性、實踐性強。課程以結構力學、混凝土 結構、鋼結構、橋梁結構工程等為先修課程,被安排在大四上授課。新編寫土木工程結構試驗教材力求涵蓋土木工程各學科領域,以加強基礎,拓寬專業口徑,加強 素質教育,加強創新能力和實踐能力培養為目標,增加了土木工程結構試驗的設計,橋梁現場荷載試驗等內容,力求反映國內外土木工程結構試驗的新理論、新技 術。根據教材內容,我們精心構建一個土木工程多課程共享的實驗平臺,包括五個小實驗平臺(如圖1所示),十多項實驗內容,涵蓋土木工程結構類各主要專業課 程內容,學生可根據興趣選擇必修的實驗項目,避免了傳統實驗課程模式,將建筑結構專業與道路橋梁專業分開,單獨設置實驗項目,造成重復投資,接觸面過窄的 弊病。
  2·2 更新實驗項目和內容在重新組合優選實驗項目和內容中堅持把握以下五大原則:
  (1)實驗教學要注重培養創新意識;(2)實驗教學內容要與工程實際相結合,涵蓋土木工程主要課程,同時兼顧建筑、橋梁的特色;實驗教學平臺框架圖 (3)保持實驗教學手段的先進性、現代性和方向性;(4)實驗教學一定要與科研水平的提高相結合;(5)實驗教學平臺的建設要與產學研基地的建設相結合。
  2·3 調整實驗教學大綱,增加實驗學時為了加強科研訓練和工程實際訓練,必須增加學生實驗工作量。由于新的實驗教學課程體系面向土木工程專業的建筑 工程及道橋工程兩個方向,分別覆蓋四門課程,如圖2所示。因此,將土木工程結構試驗課程理論學時由32學時改成40學時,其中實驗由8學時改成16學時。 增加的學時從涵蓋的四門課程中各調劑2學時過來。
  3 實驗平臺的內容設計實驗教學內容的改革重點是將單一的驗證性實術驗向綜合的創造性的實驗轉變,為此我們開發了貼近工程實際的綜合性、設計性實驗; 引進反映學科前沿及最新發展成果的實驗項目引用先進儀器設備提升、豐富經典驗證性實驗;引入現代化的虛擬實驗手段;構建了以綜合、設計型實驗為主,演示、 驗證、虛擬實驗為輔的多層次的實驗教學模式,促進了實驗教學的全面改革。
  3·1 靜載實驗平臺首先,推出了土木工程中的最經典的梁、柱實驗。我們通過改變實驗教學方式,在保留部分精華內容的基礎上,將其開發成綜合、設計性 實驗。內容的認識。通過實驗進一步鞏固和加深對鋼筋混凝土設計原理課程的知識的理解。其次,考慮建筑結構的特點設計了網架結構靜載實驗,該空間鋼桁架是在 原平面桁架結構靜載試驗的基礎上,綜合、設計性強,可拼裝成多種不同形式的空間桿系結構,便于實現試驗對象構造的多樣性,便于培養學生實際動手能力和創新 能力。兼顧道橋的特色還開發了涉及橋梁工程課程內容的簡支梁橋荷載橫向分布受力實驗。
  3·2 動載實驗平臺鋼框架動載實驗,主要測試結構的動力特性;在此基礎上還設計了一項高層次的鋼框架抗震減振振動臺實驗,首次將振動臺試驗技術、電 液伺服控制系統技術和先進的消能減振技術的研究成果引入本科實驗教學之中,在結構上安裝了阻尼器。該實驗的目的主要是拓展學生的學術視野,因而以演示性實 驗面向學生開放。
  考慮到橋的專業特色,以工程為背景,設計一縮尺斜拉橋模型,要求學生按照實際工程中的檢測方法,完成靜、動載試驗,動力特性試驗、索力測試,通過對試驗數據的分析與評定,加強對學生的工程訓練,從而培養解決工程實際問題的能力。
  3·3 無損檢測實驗平臺結合工程實際需要,通過無損檢測實驗平臺這個窗口,發揮實驗室的設備優勢,讓學生接觸一些常用的無損檢測設備,提高學生實際動手的能力。檢測對象正好利用我們的梁,柱試件。
  3·4 結構模型設計制作平臺由于受各種條件的限制,絕大多數結構試驗的試驗對象(試件)采用的是結構模型,對學生進行這方面訓練是非常有必要的。為 此我們專門設計了一個高層建筑結構模型試驗項目和橋梁結構模型設計制作的試驗項目。該項試驗從模型的設計到制作,最后進行加載試驗全部由學生自己完成,為 學生提供了一個展現新思維、新設計的大舞臺。是開展大學生課外科技活動的創新平臺。
  3·5 網絡虛擬實驗室平臺通過虛擬實驗室可讓學生通過電腦網絡來做實驗,模擬大型精密儀器設備的操作過程,嘗試解決工程上遇到的各種問題。將實驗室帶入課堂和學生宿舍,解決課堂一張嘴,課后一本書的理論課教學模式。
  4結構模型設計制作與實驗高層建筑模型設計與制作1個月綜合性設計性課外橋梁模型設計與制作1個月綜合性設計性課外5網絡虛擬實驗建設中/虛擬課外學生任選16學時必修(含兩項綜合性設計性實驗)4 平臺建設與實施效果我校教學改革后開設的實驗項目如表1所示。
  (1)通過對土木工程結構試驗課程的實驗教學改革實驗課學時比原來增加25%,實驗學時比原來增加100%,綜合性、設計性實驗占實驗時數的37·5%。實驗設備資源得到充分利用。
  (2)靜載實驗平臺中的網架靜載試驗在全國高校的本科教學實驗中規模最大,結構體系最復雜,測試手段最先進。該實驗已應用于土木工程專業1999~2003級四屆本科生,取得滿意的教學效果。
  (3)動載實驗平臺中的鋼框架抗震減振振動臺試驗充分利用實驗室現有的儀器設備條件(1·5×1·5振動臺)和技術,發揮學科建設的優勢,在原有鋼框架實驗模型的基礎上重新設計與開發了該套抗震、減振控制研究的實驗系統,屬國內高校首創。
  (4)梁、柱實驗是土木工程中的最經典的實驗。我們通過改變實驗教學方式,在保留部分精華內容的基礎上,將其開發成綜合、設計性實驗,進一步加深對鋼 筋混凝土結構課程內容的認識。首先為學生提供不同配筋的梁、柱構件,由他們自己確定實驗方案和內容,同時引用先進儀器設備,增設結構非破損檢測內容,從整 體上提升、豐富了原驗證性實驗的內容和檔次,深受學生歡迎。
  5 結束語只有高度重視實驗教學研究,教學質量才能得到發展。本文提出的創新性實驗教學平臺,體現了實驗教學的特點,遵循了實驗教學規律,有利于學生 全面鞏固和掌握所學知識,調動了主動研究的探索精神。新的實驗教學平臺對實驗教師的教學、科研、實驗操作等方面提出了新的挑戰,實驗教師必須積極參加科 研、工程實踐,不斷提高科研能力與學術水平,才能將新成果和新技術及時、準確、生動地融合在自己的實驗教學中。只有不斷提高教學水平和教學質量,才能應對 高等教育培養創新人才的要求。
  參考文獻[1]楊叔子·創新源于實踐[ J]·實驗室研究與探索,2004, (7): 1-3·[2]劉蜀知,鄭家武,董海英,等·深化實踐教學改革強化學生實踐動手能力[J]·實驗科學與技術, 2006,4(3): 39-41·[3]


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