集合教師優(yōu)質(zhì)科研實(shí)驗(yàn)資源開發(fā)本科教學(xué)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目探索

李黎++熊世樹++高榮雄

摘要：文章介紹了在土木工程專業(yè)學(xué)生教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的建設(shè)中，充分利用本校教師優(yōu)質(zhì)的科研資源，通過轉(zhuǎn)化、利用、補(bǔ)充等手段逐漸更新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并通過管理制度保障該轉(zhuǎn)化機(jī)制的可操作性和可持續(xù)性從而使實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目既具有普遍性，又有鮮明的獨(dú)特性和先進(jìn)性，以達(dá)到提高培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)量的目的。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué)；科研資源；實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)

中圖分類號(hào)：G642423文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：

10052909（2016）04012204

實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是目前中國高校人才培養(yǎng)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，而專業(yè)實(shí)驗(yàn)室正是該能力培養(yǎng)的基本場(chǎng)所，其在學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和能力培養(yǎng)過程中起著十分重要的作用[1-2]。大學(xué)生實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的提高來源于設(shè)備、制度、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)三大因素，其中：設(shè)備是基本，制度是保證，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和更新首先要保證專業(yè)的最基本要求，其次要凸顯現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)和設(shè)備的進(jìn)步，最后要突出本校專業(yè)的特色。要做到突出本校專業(yè)的特色，必須利用教師的優(yōu)質(zhì)科研資源，把項(xiàng)目研究過程中相關(guān)的實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化成實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，打破科研與教學(xué)壁壘。從而，既能讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中了解本校教師的優(yōu)勢(shì)研究方向，增進(jìn)對(duì)專業(yè)的了解與熱愛；又能保證新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目源源不斷地推出，拓展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的深度與廣度，有力提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平。

目前國內(nèi)外土木工程專業(yè)本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，各高校除了常規(guī)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)大同小異，其他實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都在接近工程實(shí)際和結(jié)合本校優(yōu)勢(shì)研究方向上下功夫，挖潛力，力爭(zhēng)突出特色。在這方面華中科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院近幾年也做了相應(yīng)工作，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。

一、對(duì)新增實(shí)驗(yàn)的要求

針對(duì)指導(dǎo)性或提升性本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，我們的要求是：有特色，有基礎(chǔ)，有先進(jìn)性，有提升空間，但又適合于本科生完成。

第一，做到“有特色”。若新開教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是我校教師優(yōu)質(zhì)的科研成果或特色的研究方向，那么把該項(xiàng)目轉(zhuǎn)換成本科生的實(shí)驗(yàn)，既能反映學(xué)科較前沿的知識(shí)或?qū)嶒?yàn)技術(shù)，又能展現(xiàn)我校教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的特色。

第二，做到“有基礎(chǔ)”。同樣若新開教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目來源于我校教師優(yōu)質(zhì)的科研成果或特色的研究方向，則教師在這方面就會(huì)有較好的知識(shí)儲(chǔ)備，設(shè)備和場(chǎng)地方面也有一定的基礎(chǔ)，因此新實(shí)驗(yàn)的開出就會(huì)比較順利，成功率就會(huì)高。

第三，做到“先進(jìn)性”。新開教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目也可以是當(dāng)前工程中的先進(jìn)做法或發(fā)展趨勢(shì)，從而緊跟工程技術(shù)發(fā)展的步伐，避免使用落后設(shè)備和實(shí)驗(yàn)去教育學(xué)生的現(xiàn)象。

第四，做到“有提升的空間”。這就要求新開教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容可隨著儀器的更新、場(chǎng)地的改善作進(jìn)一步的拓展和提升。

按照以上思路，這幾年我們對(duì)一批獲得了國家級(jí)和省部級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)的科研項(xiàng)目以及有鮮明特色的科研項(xiàng)目進(jìn)行了轉(zhuǎn)化，對(duì)于這些項(xiàng)目在研究過程中留下的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃驮O(shè)備可利用的就利用，不夠的或沒有的就通過投入進(jìn)行補(bǔ)充和建設(shè)。同時(shí)先進(jìn)、特色的新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開出需要經(jīng)過一定的孵化過程，我們的思路是：從優(yōu)質(zhì)的教師科研資源中尋找項(xiàng)目，首先利用教師的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃驮O(shè)備，把這個(gè)過程作為孵化期，等條件成熟后再轉(zhuǎn)化為面向所有學(xué)生的常規(guī)實(shí)驗(yàn)。其教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目轉(zhuǎn)化的基本路線如圖1。

二、新增的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

上述新教學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)置要求對(duì)每個(gè)專業(yè)方向都一致，經(jīng)過這幾年的努力，主要開出了如下新實(shí)驗(yàn)。

（一）結(jié)構(gòu)工程方面新增實(shí)驗(yàn)

依托國家級(jí)和省部級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)的科研成果，開設(shè)了以下3個(gè)實(shí)驗(yàn)。

（1）鋼框架減震實(shí)驗(yàn)。對(duì)于架設(shè)在振動(dòng)臺(tái)上的鋼框架，學(xué)生可通過改變鋼框架的剛度或質(zhì)量測(cè)試其動(dòng)力特性，由此可以明白結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性與其本身的剛度和質(zhì)量的關(guān)系；也可以通過安裝不同的減震裝置如TLD、TMD和阻尼器，測(cè)試剛架在相同的激勵(lì)下的動(dòng)力響應(yīng)，了解各種裝置的減振效果，如圖2所示。

（2）結(jié)構(gòu)損傷智能檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。學(xué)生可采用基于壓電導(dǎo)納的結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)技術(shù)對(duì)鋼梁和鋼筋混凝土梁的損傷以及鋼框架節(jié)點(diǎn)螺栓松動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)，也可利用該技術(shù)檢測(cè)混凝土的固化過程，預(yù)測(cè)混凝土的齡期強(qiáng)度。

（3）橡膠鉛芯隔震支座力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)。學(xué)生可用大型壓剪試驗(yàn)機(jī)對(duì)橡膠鉛芯隔震支座進(jìn)行靜力的和擬動(dòng)力的測(cè)試，由測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算得到支座的豎向剛度、屈服剪力、阻尼比、等效水平剛度等力學(xué)參數(shù)，并對(duì)結(jié)構(gòu)隔震原理有所了解。

（二）巖土工程方面新增實(shí)驗(yàn)

依托優(yōu)秀的科研成果和特色研究方向，建立了巖土工程原位測(cè)試實(shí)驗(yàn)基地，購置了靜力觸探設(shè)備、清醒動(dòng)力觸探設(shè)備、基樁高低應(yīng)變動(dòng)測(cè)儀、聲測(cè)儀、地脈動(dòng)及波速試驗(yàn)傳感器等設(shè)備，還有模型樁12根、地梁1根、深井1口、鉆孔2口、高應(yīng)變錘擊演示系統(tǒng)1套。給學(xué)生陸續(xù)開出了：靜力觸探試驗(yàn)、動(dòng)力觸探演示實(shí)驗(yàn)、基樁高低應(yīng)變檢測(cè)實(shí)驗(yàn)、聲波透射法檢測(cè)實(shí)驗(yàn)、聲波測(cè)厚實(shí)驗(yàn)、波速試驗(yàn)、地脈動(dòng)試驗(yàn)、瞬態(tài)面波試驗(yàn)、地連墻檢測(cè)實(shí)驗(yàn)、管線測(cè)試、鋼筋籠探測(cè)等系列實(shí)驗(yàn)，如圖3所示。

（三）道路橋梁方面新增實(shí)驗(yàn)

（1）依托實(shí)驗(yàn)室原有的懸索橋模型，并結(jié)合教師的研究特色，對(duì)原實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷闹骼|、吊索和主塔的線型、塔高及索鞍進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)，并加裝了全部主纜和吊索的力傳感器，以滿足懸索橋梁靜態(tài)試驗(yàn)要求。開出了索結(jié)構(gòu)橋梁靜態(tài)力學(xué)性能和動(dòng)力響應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)，如圖4。該實(shí)驗(yàn)由學(xué)生自行計(jì)算、加載、測(cè)試采集和結(jié)果分析，提高了學(xué)生對(duì)橋梁靜、動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的感性認(rèn)識(shí)。

（2）道路工程實(shí)驗(yàn)室根據(jù)教師的特色研究方向購買了“微機(jī)控制瀝青混合料材料性能試驗(yàn)系統(tǒng)”，新開出了瀝青混合料小梁彎曲的力學(xué)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)，使原有的瀝青路面實(shí)驗(yàn)提高了一個(gè)平臺(tái)，同時(shí)也給本科生課外科技創(chuàng)新活動(dòng)提供了良好的實(shí)驗(yàn)設(shè)備平臺(tái)，如圖5所示。

（四）工程管理方面新增實(shí)驗(yàn)

根據(jù)教師的研究特色，開出了如下實(shí)驗(yàn)。

（1）BIM建模與施工組織模擬仿真實(shí)驗(yàn)。由于目前建筑信息模型（BIM）技術(shù)已經(jīng)成為工程建設(shè)行業(yè)最受關(guān)注和發(fā)展最快的領(lǐng)域，也是土木工程設(shè)計(jì)、施工和工程管理未來發(fā)展的趨勢(shì)。筆者結(jié)合土木工程施工、工程項(xiàng)目管理、工程管理信息系統(tǒng)等課程開設(shè)了BIM建模及施工組織虛擬實(shí)驗(yàn)，具體內(nèi)容包括：基于BIM技術(shù)的建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電綜合建模方法實(shí)驗(yàn)、基于4D的施工過程和施工工藝模擬仿真實(shí)驗(yàn)，以及基于4D的土木工程施工組織設(shè)計(jì)模擬仿真實(shí)驗(yàn)等。為此建立了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（17臺(tái)BIM建模臺(tái)式工作站、3臺(tái)BIM建模便攜工作站），使學(xué)生獲得復(fù)雜工程建模、虛擬施工等面向工程建設(shè)全過程、滿足工程建設(shè)實(shí)際需要的專業(yè)技術(shù)能力的培養(yǎng)，如圖6（a）所示。

（2）3D打印自動(dòng)建造實(shí)驗(yàn)。由于當(dāng)前3D打印自動(dòng)建造技術(shù)已經(jīng)成為工程建設(shè)行業(yè)新興建設(shè)生產(chǎn)方式，也是建筑行業(yè)現(xiàn)代化、自動(dòng)化、智能化發(fā)展的必然要求。結(jié)合土木工程施工和IT在工程管理中的應(yīng)用等課程，我們開設(shè)了3D打印自動(dòng)建造技術(shù)的實(shí)驗(yàn)，具體內(nèi)容包括：3D打印自動(dòng)建造設(shè)計(jì)方法實(shí)驗(yàn)、3D打印自動(dòng)建造材料實(shí)驗(yàn)、3D打印自動(dòng)建造演示實(shí)驗(yàn)等，使學(xué)生獲得3D打印自動(dòng)建造技術(shù)專業(yè)技術(shù)能力的培養(yǎng)，圖6（b）所示。

（3）土木工程施工安全行為綜合培訓(xùn)實(shí)驗(yàn)。利用信息技術(shù)監(jiān)控、分析和改善人的安全行為的研究和應(yīng)用是目前數(shù)字化工地安全管理的研究熱點(diǎn)。結(jié)合土木工程施工、工程安全與防災(zāi)減災(zāi)等課程構(gòu)建基于土木工程施工現(xiàn)場(chǎng)安全行為綜合培訓(xùn)系統(tǒng)，具體包括：基于可視化安全培訓(xùn)系統(tǒng)的施工現(xiàn)場(chǎng)工人行為安全培訓(xùn)、基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)終端的施工不安全行為識(shí)別以及基于可視化安全培訓(xùn)系統(tǒng)的施工現(xiàn)場(chǎng)行為培訓(xùn)數(shù)據(jù)分析等。以上內(nèi)容使學(xué)生了解土木工程施工安全行為識(shí)別、分析、培訓(xùn)與管理等面向工程建設(shè)的全過程，滿足工程建設(shè)實(shí)際需要的安全行為管理能力的培養(yǎng)，如圖6（c）所示。

（五）建筑建材方面新增實(shí)驗(yàn)

根據(jù)教師在水泥混凝土自收縮體積變形和混凝土無損檢測(cè)方面的研究基礎(chǔ)，購置了水泥混凝土體積變形儀和混凝土超聲波儀各4臺(tái)，開出了不同水灰比水泥漿體自收縮的實(shí)驗(yàn)、超聲波測(cè)試混凝土強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，如圖7所示。其中水泥混凝土自收縮實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生了解不同水灰比水泥漿體的抗壓強(qiáng)度和自收縮的關(guān)系，超聲波實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生了解了混凝土強(qiáng)度與超聲波傳播速度的關(guān)系。

三、轉(zhuǎn)化機(jī)制的建立

（1）新實(shí)驗(yàn)的申請(qǐng)與審批制度。新開實(shí)驗(yàn)必須向?qū)W院實(shí)驗(yàn)教學(xué)委員會(huì)申報(bào)，說明新開實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的來源、目的與意義、已有條件，以及還需投入的設(shè)備、經(jīng)費(fèi)與學(xué)生由此獲得的能力培養(yǎng)等，經(jīng)學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)委員會(huì)審批同意后立項(xiàng)建設(shè)。

（2）新開實(shí)驗(yàn)的孵化期制度。經(jīng)學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)委員會(huì)審批同意立項(xiàng)的新開實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目列入學(xué)院當(dāng)年的建設(shè)項(xiàng)目，學(xué)院把這些項(xiàng)目的建設(shè)經(jīng)費(fèi)列入年度經(jīng)費(fèi)預(yù)算，相關(guān)實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)做好科研實(shí)驗(yàn)資源的轉(zhuǎn)化工作，將其細(xì)化成可操作的本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，并補(bǔ)充好配套設(shè)備，然后先作為由學(xué)生選做的研究性實(shí)驗(yàn)開出。

（3）新開實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)入制度。當(dāng)新開出實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)備、場(chǎng)地條件以及實(shí)驗(yàn)大綱、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書都具備后，由相關(guān)課程和實(shí)驗(yàn)室向?qū)W院實(shí)驗(yàn)教學(xué)委員會(huì)提出申請(qǐng)，獲批準(zhǔn)后，將相關(guān)實(shí)驗(yàn)納入本科生的培養(yǎng)計(jì)劃，并開始正式實(shí)施。

（4）相關(guān)人員的業(yè)績(jī)考核制度。對(duì)在學(xué)院內(nèi)立項(xiàng)的新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行年終考核，其一要檢查新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開出后的效果和學(xué)生評(píng)價(jià)，以保證新開出項(xiàng)目能按時(shí)按質(zhì)落實(shí)到位；其二對(duì)按時(shí)按質(zhì)完成的項(xiàng)目計(jì)入業(yè)績(jī)工作量，以認(rèn)可教師和實(shí)驗(yàn)人員的勞動(dòng)和付出。

四、結(jié)語

通過近年來的運(yùn)行，該項(xiàng)工作已從學(xué)院管理的層面上常態(tài)化、制度化和可操作化，同時(shí)使我們開出的專業(yè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在全國同行中既具有普遍性，又具有獨(dú)特性和先進(jìn)性；既能用先進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備與手段教育學(xué)生，讓他們盡快接受新實(shí)驗(yàn)技術(shù)的訓(xùn)練，見識(shí)新實(shí)驗(yàn)、新設(shè)備，又能緊密結(jié)合工程實(shí)際，從而提高了學(xué)生的工程意識(shí)和動(dòng)手能力，同時(shí)也能讓學(xué)生了解我院教師的科研特色。

參考文獻(xiàn)：

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