疫情期間土木工程專業(yè)實驗教學(xué)改革與實踐

程學(xué)磊 海 然 劉俊霞 惠 存

中原工學(xué)院建筑工程學(xué)院（450007）

0 引言

2020 年春，突如其來的新冠肺炎疫情打破了原定常規(guī)教學(xué)計劃，高等學(xué)校無法如期開學(xué)。對于土木工程專業(yè)而言，理論課程可以通過線上教育開展教學(xué)，雖然教學(xué)效果不如課堂教學(xué)，但教師與學(xué)生經(jīng)過短時間的適應(yīng)和磨合，也基本能保障正常教學(xué)。土木工程是距離實際應(yīng)用最近的學(xué)科之一，特別是本科教育，以基礎(chǔ)為本。土木工程材料與土木工程測量是土木建筑類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，由理論教學(xué)與實踐教學(xué)組成[1-2]。在疫情期間，如何保障土木工程教學(xué)的成果與質(zhì)量，通過試驗操作切實培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、觀察能力和想象能力，是土木工程實驗教學(xué)的當務(wù)之急[3-6]。由于土木工程專業(yè)本科四年每學(xué)期均有對應(yīng)的緊張學(xué)習(xí)任務(wù)，疫情期間牽涉的專業(yè)實踐教學(xué)比較多，如土木工程材料、土木工程測量，混凝土結(jié)構(gòu)、土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)等均有實驗實踐教學(xué)。在新冠肺炎疫情結(jié)束時間不確定的條件下，把本學(xué)期需要完成的土木工程實踐教學(xué)任務(wù)向暑假或下學(xué)期推移，無疑會增加學(xué)校、教師與學(xué)生的負擔。在此背景下，我校建筑工程學(xué)院積極貫徹落實習(xí)近平總書記關(guān)于疫情防控工作的重要講話精神，按照中原工學(xué)院《關(guān)于做好2020 年春節(jié)學(xué)期延遲開學(xué)期間教學(xué)工作安排的通知》 要求，安排部署線上教學(xué)工作。為更好地配合理論教學(xué)，學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)召集全體教師開會，圍繞2019-2020 學(xué)年第二學(xué)期開展的實踐教學(xué)計劃進行了認真籌備，堅持“停課不停教、停課不停學(xué)”，采用線上虛擬教學(xué)的方式完成了實驗教學(xué)任務(wù)。

1 土木工程測量虛擬仿真實驗方法

我校建筑工程學(xué)院實驗中心擁有河南省首批虛擬仿真實驗教學(xué)中心，且申報并獲批了兩項河南省虛擬仿真實驗教學(xué)項目、一項校級虛擬仿真實驗教學(xué)項目。本次土木工程測量實驗采用的是潤尼爾開放式虛擬仿真實驗教學(xué)與資源共享平臺。通過該虛擬仿真系統(tǒng)，讓學(xué)生進行了全站儀的使用和立井兩井定向?qū)嶒?，這兩組實驗也是土木工程測量課程中最為重要和經(jīng)典的實驗[7]。

通過該虛擬仿真全站儀的使用實驗（如圖1 所示），讓學(xué)生生動地了解了全站儀的基本結(jié)構(gòu)，認識其主要部件的名稱和作用；能進行全站儀的正確對中、整平、瞄準和讀數(shù)，掌握了全站儀測量水平角和豎直角的操作、記錄和計算方法。

圖1 全站儀的使用虛擬仿真實驗

圖2 兩井定向測量虛擬仿真實驗

通過虛擬仿真系統(tǒng)立井兩井定向?qū)嶒灒ㄈ鐖D2所示），同學(xué)們能夠確定地面建筑物、鐵路和河湖等與井下采礦巷道之間的相對位置關(guān)系；能夠確定相鄰礦井的各巷道間及巷道與老塘（采空區(qū)）間的相互關(guān)系，并正確地劃定兩相鄰礦井間的隔離礦柱；掌握了立井兩井定向?qū)嶒灥牟僮饕c和數(shù)據(jù)分析方法。

同時，結(jié)合觀看線上搜集的土木工程測量實驗教學(xué)視頻，同學(xué)們加深了對全站儀的操作熟練程度，學(xué)會了對地貌的基本測量方法，提高了數(shù)據(jù)采集速度，增加了對測繪工作的了解和興趣。

土木工程測量可謂“差之毫厘，謬以千里”。通過實驗實踐教學(xué)，同學(xué)們更加深刻地認識到了“數(shù)據(jù)精確”的重要性，增強了責(zé)任感。

2 土木工程材料“食材”實驗方法

混凝土試塊制備與養(yǎng)護是土木工程材料實驗的基本功。為做到停課不停學(xué)，我們鼓勵學(xué)生在家里采用“用食材模擬土木工程實驗材料，用家庭廚具、食具模擬實驗工具”的方法進行混凝土試塊制備實驗。該實驗所用的材料和工具如表1 所列，混凝土試塊詳細制備過程如下:

首先，用濕毛巾將實驗臺與攪拌桶擦拭一遍（圖3a），將稱量好的食材（圖3b）倒入攪拌桶，之后將水泥加入并攪拌均勻；將稱量好的自來水倒入攪拌桶中（圖3c），接著慢速攪拌 7 min 后，再快速攪拌 1 min；為方便混凝土試塊脫模，用毛刷蘸潤滑油涂抹模具內(nèi)壁（圖3d），之后將拌和好的混凝土砂漿注入模具（圖3e）；攪拌桶要及時清理干凈；最后，模具放入振動臺，振動（3 min）密實（圖3f），并將制作好的混凝土試塊放入養(yǎng)護箱進行養(yǎng)護，分別養(yǎng)護3 d（短期）、7 d（中期）和 28 d（長期），測試其抗壓強度。

表1 土木工程材料實驗與模擬實驗材料工具對照表

圖3 土木工程材料“食材”實驗

通過以上土木工程材料模擬實驗，幫助學(xué)生對混凝土試塊制備有一個初步的感性認識，便于其掌握混凝土試塊強度的實驗原理，達到了土木工程材料實驗的教學(xué)目的。此外，我們制作了該“食材模擬”實驗的小視頻，并被我校新聞報道，受到學(xué)校和學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)及廣大師生的好評，詳見中原工學(xué)院主頁新聞“身邊的榜樣 為你喝彩:建筑工程學(xué)院戰(zhàn)‘疫’時刻 實踐教學(xué)不停歇”（https://www.zut.edu.cn/info/1041/23914.htm）。

3 結(jié)語

土木工程專業(yè)是實驗性較強的工科專業(yè)，新冠肺炎疫情期間通過土木工程測量虛擬仿真系統(tǒng)和土木工程材料“食材”方法做到了“停課不停教、停課不停學(xué)”線上實驗教學(xué)。結(jié)合廣泛搜集的線上資源，幫助學(xué)生更好地理解理論知識，切實培養(yǎng)了學(xué)生的動手能力、觀察能力和想象能力。在打牢專業(yè)知識的基礎(chǔ)上，也培養(yǎng)了學(xué)生的責(zé)任感、使命感。