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一、傳統實驗項目開展過程中存在的主要問題

1.傳統的實驗教學內容陳舊，實驗儀器落后

傳統的土木工程實驗教學屬于理論教學的一部分，并按其分類，每個實驗項目相互獨立，缺乏目標性、整體性、層次性、系統性、創新性及綜合性，導致實驗教學內容更新滯后。實驗的基礎理論知識決定了實驗儀器種類和型號，由于實驗內容更新滯后，導致實驗儀器也未能得到及時更新。

2.重視理論教學，輕視實驗教學

受多種因素的制約，目前國內很多高校重視土木工程的理論教學，輕視實驗教學環節。有的將實驗課程的成績計入到理論教學的成績當中，有的甚至不統計實驗課程的成績。多數學生認為實驗課程不重要，只是走一個程序而已，只要“照貓畫虎”完成操作步驟即可，并沒有真正將實驗與工程實際相結合，所學知識也難以致用。

3.傳統教學方式單一，使學生喪失實驗操作的主動性

土木工程在實際教學過程中，通常是先進行理論教學，然后再安排具體的實驗操作，學生在課堂上學到的知識不能及時體現在實驗課程的教學中。教師在實驗教學開展之前，就設計好試驗加載方案，編寫出非常詳細、具體的實驗指導書，調試好試驗儀器，規定好實驗步驟、測試方法，并設計出實驗數據記錄表格等。而學生只需要按教師規定好的步驟進行加載并讀取數據，就可以得出早已預知的結論。這種實驗教學方法使學生喪失了主觀能動性。

4.傳統考核方式單一，不能體現學生對實驗知識的掌握程度

大多數實驗課程的成績僅憑一份實驗報告來決定。同組成員所得到的實驗結果是相同的，所以，實驗報告也是大致相同，組內成員的成績也都差不多。實驗報告不能客觀考察每一個學生對實驗內容掌握的程度。

二、“模擬地震環境下結構模型加載

實驗”項目介紹實驗項目開設的初衷是為了加強素質教育，培養學生的實際動手能力和創新能力，要求學生在學習理論力學、結構力學、材料力學、結構抗震課程之后，自行設計一個結構受力體系，并進行加載，以提高學生學習的積極性，發揮學生的創造力和想象力，加深對結構抗震課程的理解，加強對動手能力的培養，達到學以致用的目的。在整個課程的實施過程中，還要求學生們集思廣益，發揚集體智慧和團結協作精神。2008年汶川地震后，社會對抗震知識的需求大為增強，對相關人才的需求更甚。因此，土木工程系依據教學大綱自創了模擬地震環境下結構模型加載實驗項目。2009年，依托該實驗項目，學校成功舉辦了“山東省第三屆結構設計競賽”，學校的參賽隊獲得一等獎1項，二等獎2項。2010年，該項目被確定為學校實驗教學改革的一般項目。2012年10月，該實驗教改項目順利通過驗收。2011年，依托該實驗項目選拔的參賽隊伍在“山東省第四屆結構設計競賽”中獲得二等獎和三等獎各1項，驗證了模擬地震環境下結構模型加載實驗臺應對不同結構模型的適應性。

三、實驗項目總體設計方案

1.實驗儀器設備、材料

實驗采用土木工程系自主研發的“結構抗震模型加載實驗臺”。該試驗臺主要由控制系統、動力系統、實驗臺面以及防護架等組成。

2.實驗教學方法

采用了研究式、討論式和互動式的教學方式。研究式教學：學生通過查閱教材、期刊文獻，收集與實驗內容相關的文獻，進行結構模型設計。有利于啟發學生的科學思維和自主創新意識。討論式教學：采取以學生為中心，研討結構模型設計方案，鍛煉學生自主設計、自主搭建和自主完成實驗的能力，深受學生歡迎。互動式教學：課程開始首先由任課教師給學生們講解，發放實驗任務書、材料和工具。在講解中，著重講清實驗的目的、意義、任務和要求，制作過程中要注意的問題和加載方法。之后，各小組討論方案，進行結構模型的設計和制作。在這個階段，每天都安排教師答疑。由于實驗活動是分組、分散進行的，而且每組又基本上是以寢室為單位，學生們的制作活動基本是在寢室內進行，因此，教師有時到寢室走訪，幫助學生解決制作中的問題。

3.實驗組織形式

以小組為單位，每小組4人～5人。每個小組的成員要求動手能力強、組織能力強、創新能力強的學生各1名，這樣可以達到能力互補、相互學習的目的。

4.實驗成績評定

建立了一套科學、規范的實驗考核方法，兼顧實驗過程和實驗結果，合理運用了多種考核評價方式。結構最大承載力與所耗材料重量之比(比強)以大為佳，占50%；實驗結果與理論計算結果的相似程度，占10%；結構造型美觀，占20%；實驗報告完成情況，占20%。

5.實驗激勵機制

實驗項目采用“金字塔”模式的激勵機制。首先面向全校學生開放本實驗項目，同時為校級結構設計競賽選拔人才。每年約有50個小組參加校級結構設計競賽。校級競賽中選出2個～3個小組參加省級結構設計競賽。省級結構設計競賽獲得一等獎的小組參加國家級結構設計競賽。該激勵機制已經顯現出良好的實踐教學效果：中國石油大學（華東）通過該實驗項目選拔培養的學生在歷屆山東省大學生結構設計競賽中獲得一等獎1項、二等獎3項、三等獎3項，并有一支參賽隊伍于2010年代表中國石油大學（華東）參加第四屆全國大學生結構設計競賽。

四、鍛煉實踐能力，培養創新意識，啟發探究性思維

實踐能力的鍛煉包括兩個方面：一是親自動手制作模型，這是大學生進入大學后首次制作的模型，需要相互配合，集體完成一件作品。二是理論知識與實踐相結合，是一個知識活化的過程。在實驗過程中，教師鼓勵學生創新，重視創新意識的培養。制作開始時，學生們知道結構形式大致有三角形、梯形、拱形等幾種，但對于桿件如何搭建成結構并沒有概念。通過方案討論才形成了結構的形象，再把結構制作出來，這個過程本身就是一種創新行為。其次，鼓勵學生進行結構形式的創新，不要受之前幾種結構形式的禁錮。第三方面是計算工作的創新，這是較高層面上的創新活動。雖然計算理論和方法是學過的，但是在計算模型的建立，以及已知條件的選取，近似和簡化方面，仍然需要創新思維。《實驗項目指導書》提供了探究性內容的引導和要求。

五、調動學生積極性，增強實驗效果

本實驗項目為綜合性實驗，是集設計、制作與試驗于一體的實驗項目。較為充分和全面地用到了課堂上學習的理論知識，又是一次實踐能力的鍛煉和學生綜合素質的考驗，學生參加實驗的熱情很高。為了把結構模型做得更好，有的小組做了兩個模型，一個作為演練，一個是正式加載用的，而且把演練的那個模型自己先試著振動，看看承載能力是多少。試驗氣氛團結、熱烈。土木工程專業學生參與本實驗的熱情很高，參與程度達到了100%。最初，這項實驗只面向土木工程專業，但有些未開設該實驗項目專業的學生也積極要求參與這項實驗。該實驗項目的效果良好，主要體現在以下幾個方面：(1)運用了材料力學、結構力學以及結構抗震課程中的大部分知識。這不僅是對所學課程的復習，也促進了學生將理論知識活學活用。(2)培養了學生把一個工程實際問題轉化為力學模型，并進行分析的能力，初步懂得了對于一個工程結構問題應該分析哪些方面。(3)對學生素質進行了鍛煉和考驗。在團隊精神方面，小組成員以及組長都學會了溝通、理解、協調和必要的讓步。此外，加深了對工程和自然的認識，對于周圍人與事的認識，激發了事業心、成就感。“模擬地震環境下結構模型加載實驗”精品實驗項目，摒棄了傳統實驗教學項目存在的多種弊端，開創性地融合了多種實驗教學方法和理念，將課堂上的理論知識與生活中的實際工程問題相結合，激發了學生對實驗課程的濃厚興趣，培養了學生的動手能力、創新能力和團隊協作能力。

作者：李春寶黃保程旭東肖光輝單位：中國石油大學