基于專業(yè)核心課程實(shí)踐創(chuàng)新的土木工程實(shí)驗(yàn)中心建設(shè)

李楠 賈宏俊 關(guān)彤

摘要：土木工程實(shí)驗(yàn)中心，由輔助理論教學(xué)功能上升為培養(yǎng)學(xué)生的試驗(yàn)技能和創(chuàng)新能力，是實(shí)施素質(zhì)教育和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的重要支撐平臺，越來越受到重視。文章提出了基于土木工程專業(yè)核心課程實(shí)踐創(chuàng)新的土木工程實(shí)驗(yàn)中心建設(shè)思路，以加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐和應(yīng)用能力的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：土木工程；專業(yè)核心課程；實(shí)踐創(chuàng)新；實(shí)驗(yàn)中心

中圖分類號：G640；TU-4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1005-2909（2018）01-0097-04

一、土木工程實(shí)驗(yàn)中心建設(shè)現(xiàn)狀

土木工程實(shí)踐教學(xué)的實(shí)施，主要依托專業(yè)實(shí)驗(yàn)室相關(guān)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備及教學(xué)資源來完成，因而實(shí)驗(yàn)中心的建設(shè)是重要環(huán)節(jié)[1]。各高校在土木工程實(shí)驗(yàn)中心的建設(shè)中不斷探索和實(shí)踐，取得了較好的效果[2-5]，但目前高校土木專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)還存在一些問題，例如：專業(yè)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的匱乏制約實(shí)驗(yàn)的開出，更談不上實(shí)驗(yàn)開出率和學(xué)生實(shí)踐動手能力的培養(yǎng)。專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)體系不夠系統(tǒng)、完善，有些專業(yè)實(shí)驗(yàn)無法開出，書面的實(shí)踐教學(xué)體系較為完善，但實(shí)際開出效果不一，更難以形成系統(tǒng)和完善的實(shí)踐教學(xué)創(chuàng)新體系。部分實(shí)踐訓(xùn)練與現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)銜接不暢。

學(xué)生踏入社會從事設(shè)計(jì)需要具備一定的工程設(shè)計(jì)能力，會使用一些設(shè)計(jì)軟件。目前各高校實(shí)驗(yàn)室自主開發(fā)的多媒體仿真教學(xué)設(shè)計(jì)軟件水平不一，不能確保設(shè)計(jì)軟件技術(shù)的先進(jìn)性，勢必造成實(shí)踐教學(xué)互動性和啟發(fā)性較差，仿真實(shí)踐環(huán)節(jié)薄弱[6]。

鑒于此，土木工程專業(yè)作為學(xué)校的重點(diǎn)建設(shè)專業(yè)，相關(guān)任課教師多年來在專業(yè)核心課程實(shí)踐教學(xué)中不斷探索和創(chuàng)新，以此帶動土木工程試驗(yàn)中心的建設(shè)，并形成了一套相對完善的實(shí)踐創(chuàng)新體系。

二、基于專業(yè)核心課程的土木工程實(shí)驗(yàn)中心建設(shè)

土木工程專業(yè)核心課程是土木工程專業(yè)教學(xué)實(shí)施計(jì)劃中重要的專業(yè)必修課程，目前大多數(shù)高校土木工程專業(yè)中均開設(shè)有混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、土木工程施工、基礎(chǔ)工程、房屋建筑學(xué)等課程。專業(yè)核心課程的實(shí)踐教學(xué)效果直接影響土木專業(yè)的辦學(xué)質(zhì)量，對畢業(yè)生今后從事工程設(shè)計(jì)將產(chǎn)生較大影響。土木工程專業(yè)核心課程實(shí)踐創(chuàng)新體系主要圍繞房屋建筑學(xué)、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、土木工程施工、基礎(chǔ)工程以及高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等專業(yè)必修課程展開實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的優(yōu)化、設(shè)計(jì)和實(shí)施。基于專業(yè)核心課程實(shí)踐創(chuàng)新的土木工程實(shí)驗(yàn)中心整體架構(gòu)如圖1。

（一）優(yōu)化了土木工程專業(yè)核心課程實(shí)踐教學(xué)體系

結(jié)合土木工程相關(guān)功能實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)對專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃中六門專業(yè)核心課程的實(shí)驗(yàn)課時、實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱進(jìn)行了優(yōu)化，加大了設(shè)計(jì)型、創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)所占的比重（如表1）。

重點(diǎn)圍繞土木工程專業(yè)教學(xué)計(jì)劃中的房屋建筑學(xué)、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、土木工程施工及基礎(chǔ)工程六門核心課程，構(gòu)建了較為先進(jìn)的課程實(shí)踐教學(xué)創(chuàng)新體系，依據(jù)課程內(nèi)容、教學(xué)進(jìn)度構(gòu)建不同的試驗(yàn)項(xiàng)目。通過實(shí)踐教學(xué)創(chuàng)新體系規(guī)范學(xué)生的實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置，同時定期檢查試驗(yàn)項(xiàng)目的開出情況并及時進(jìn)行反饋，繼而進(jìn)一步完善相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)體系和項(xiàng)目設(shè)置。經(jīng)過“專業(yè)核心課程—實(shí)踐體系（實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置）—實(shí)際操作—學(xué)生反饋—體系改進(jìn)”幾輪循環(huán)，實(shí)踐創(chuàng)新體系日臻完善。根據(jù)土木工程專業(yè)人才實(shí)踐能力培養(yǎng)要求，按照“加強(qiáng)專業(yè)、反映現(xiàn)代、融入前沿、綜合交叉”的理念，優(yōu)化整合六門核心課程的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，建立了靈活創(chuàng)新的實(shí)踐教學(xué)體系。中心采用全方位、立體化的實(shí)踐教學(xué)手段提升了土木工程專業(yè)實(shí)踐效果。在配套必要的結(jié)構(gòu)試驗(yàn)設(shè)備滿足學(xué)生實(shí)際操作的同時，輔以仿真模擬、模型、圖片、視頻錄相等現(xiàn)代信息技術(shù)手段，全方位、立體化打造學(xué)生實(shí)踐能力訓(xùn)練的良好平臺。

目前的土木工程專業(yè)核心課程實(shí)踐創(chuàng)新體系主要體現(xiàn)以下特點(diǎn)。

（1）根據(jù)“土木工程實(shí)驗(yàn)中心”所支撐的學(xué)科及專業(yè)核心課程，建立了專業(yè)課實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，完善了實(shí)驗(yàn)大綱、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書等相關(guān)內(nèi)容。通過整合、優(yōu)化、增加實(shí)驗(yàn)室教學(xué)資源和教學(xué)內(nèi)容，形成了以專業(yè)核心課程為主導(dǎo)、多手段、相互銜接的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

（2）合理分配實(shí)驗(yàn)教學(xué)和理論教學(xué)學(xué)時，不斷更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和教材與時俱進(jìn)，適應(yīng)土木工程技術(shù)日新月異的發(fā)展變化。首先，強(qiáng)化綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，增加綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的比例。在要求學(xué)生完成規(guī)定的基本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目基礎(chǔ)上，學(xué)生可選做其它實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。其次，要求學(xué)生在掌握和學(xué)習(xí)新知識和新技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)前土木工程生產(chǎn)實(shí)踐中的一些實(shí)際問題，由學(xué)生自行確定綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，在教師指導(dǎo)下最終創(chuàng)造性地完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。

（3）加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，建立以學(xué)生為主、教師為輔的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，形成自主式、合作式、研究式的學(xué)習(xí)方式。在實(shí)驗(yàn)過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)并解決問題，啟發(fā)學(xué)生思維，調(diào)動學(xué)生的積極性；學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，在此過程中，教師可提供一定的專業(yè)技術(shù)支持，有效提高學(xué)生的科研能力；學(xué)生可利用課外時間靈活預(yù)約實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并及時得到相應(yīng)的指導(dǎo)和支持。針對專業(yè)核心課程的要求，組合不同類型的實(shí)驗(yàn)，滿足土木工程專業(yè)實(shí)踐能力鍛煉的需求[7]。專業(yè)核心課程增設(shè)的本科設(shè)計(jì)創(chuàng)新類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（如表2）。

（二）完善了實(shí)驗(yàn)中心功能，提升了土木工程專業(yè)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新和動手能力

通過中央財(cái)政支持地方高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)資金、山東省高校骨干學(xué)科實(shí)驗(yàn)中心建設(shè)資金等資助，實(shí)驗(yàn)中心配置了結(jié)構(gòu)加載試驗(yàn)裝置和測試儀器，有力地改善了實(shí)驗(yàn)條件。

中心配套完善了結(jié)構(gòu)試驗(yàn)所需的必要儀器設(shè)備，根據(jù)不同類型結(jié)構(gòu)實(shí)踐項(xiàng)目所需，配置或自制相關(guān)儀器設(shè)備。建立了結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室，配置了鋼筋混凝土簡支梁加載試驗(yàn)裝置、鋼筋混凝土柱加載試驗(yàn)裝置、水平和垂直加載架，使該實(shí)驗(yàn)室具備了實(shí)驗(yàn)條件并能夠開設(shè)常規(guī)結(jié)構(gòu)工程類實(shí)驗(yàn)。補(bǔ)充了土力學(xué)三軸剪切實(shí)驗(yàn)及力學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，滿足了專業(yè)基礎(chǔ)課分組及臺套數(shù)的基本要求。

較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)也可以按時開出，結(jié)構(gòu)試驗(yàn)課程的開出率達(dá)到100%。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)注重從易到難，再到創(chuàng)新，在保證驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)開出的基礎(chǔ)上提高了設(shè)計(jì)型、創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的比重。

（三）提高學(xué)生的專業(yè)設(shè)計(jì)水平

在軟件操作技能訓(xùn)練方面，配套現(xiàn)行主流設(shè)計(jì)分析軟件，如ANSYS、ABAQUS、SAP2000、ETABS、PKPM等，保證了學(xué)生專業(yè)設(shè)計(jì)能力的訓(xùn)練。按照教學(xué)要求，土木工程專業(yè)的學(xué)生在校期間必須熟練地掌握土木工程領(lǐng)域所涉及的各類設(shè)計(jì)軟件，并能夠靈活運(yùn)用，分析處理設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各類工程問題。

（四）提高教師參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究的積極性

教師重視創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方法研究，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、視頻技術(shù)和程序仿真等高科技手段，實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源共享，滿足學(xué)生網(wǎng)上預(yù)約實(shí)驗(yàn)，開展自主實(shí)驗(yàn)。研發(fā)了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，方便教師開發(fā)、制作多媒體實(shí)驗(yàn)課件和視頻，激勵個性，鼓勵創(chuàng)新，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動力和興趣，全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。編寫了適合土木工程學(xué)科相關(guān)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)資料以及視頻實(shí)驗(yàn)、多媒體實(shí)驗(yàn)課件，以保證實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量。

（五）保證學(xué)生接觸專業(yè)知識的前瞻性

在保證軟硬件設(shè)備先進(jìn)性的同時，結(jié)合BIM（Building Information Modeling）技術(shù)，將實(shí)際操作及應(yīng)用設(shè)置于學(xué)生實(shí)踐教學(xué)實(shí)施過程中，通過靈活開放實(shí)驗(yàn)室，從時間和空間上保障學(xué)生工程結(jié)構(gòu)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

（六）完善了實(shí)踐創(chuàng)新教學(xué)的重要實(shí)施環(huán)節(jié)

為加強(qiáng)實(shí)踐創(chuàng)新教學(xué)體系的實(shí)施，中心增設(shè)工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)、BIM設(shè)計(jì)等創(chuàng)新課程，由教學(xué)科研能力較強(qiáng)的教師擔(dān)任主講，利用課外第二課堂，對有科研能力要求的學(xué)生提供研究平臺，成立大學(xué)生科技創(chuàng)新小組并開設(shè)必要的輔導(dǎo)課程，指導(dǎo)開展一定的科學(xué)研究，效果顯著。學(xué)院加強(qiáng)制度管理，相繼出臺實(shí)踐創(chuàng)新教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)支持、資助、獎勵辦法。近年來，實(shí)驗(yàn)中心為學(xué)生參加土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽、建筑信息模型大賽提供了較好的訓(xùn)練條件，學(xué)生在國家、省、市級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃中不斷突破，取得了優(yōu)異的成績。

三、基于專業(yè)核心課程實(shí)踐創(chuàng)新的土木實(shí)驗(yàn)中心建設(shè)效果

基于土木工程專業(yè)核心課程實(shí)踐創(chuàng)新的土木實(shí)驗(yàn)中心建設(shè)三年來，在課程教學(xué)、學(xué)生實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)、教師實(shí)踐水平、科研等方面都取得了進(jìn)步和發(fā)展。實(shí)驗(yàn)中心的功能有了全面提升。在硬件方面，投入和增加了必要的結(jié)構(gòu)加載設(shè)備，在軟件方面，建設(shè)了仿真教學(xué)平臺，學(xué)生實(shí)驗(yàn)條件大有改善，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)規(guī)模有所擴(kuò)大，在實(shí)踐教學(xué)中發(fā)揮了重要作用，學(xué)生對課程學(xué)習(xí)的積極性明顯提高，對專業(yè)深層次知識的需求也大大增強(qiáng)。按照“邊改革，邊應(yīng)用”，班級試點(diǎn)—總結(jié)完善—全面推廣的思路，逐步在土木工程專業(yè)及開設(shè)相關(guān)專業(yè)課的班級中展開。為保證實(shí)踐創(chuàng)新教學(xué)體系的運(yùn)行質(zhì)量，學(xué)院通過信息員反饋制度進(jìn)行了及時有針對性地改進(jìn)，效果良好。與此同時，中心加強(qiáng)功能拓展，較好地完成了社會技能培訓(xùn)和技能鑒定服務(wù)。

隨著實(shí)驗(yàn)中心的建設(shè)和投入使用，部分教師的教學(xué)能力有了較大提升，專業(yè)課程教學(xué)方式得到了改進(jìn)，適當(dāng)增加利用實(shí)驗(yàn)中心平臺穿插進(jìn)行的模擬實(shí)景教學(xué)，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，彌補(bǔ)了部分青年教師實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足、授課枯燥等問題。在實(shí)驗(yàn)中心的大力支持下，混凝土結(jié)構(gòu)課程獲批省級精品課程，土木工程材料課程加強(qiáng)了模擬仿真技術(shù)的應(yīng)用，獲批學(xué)校群星計(jì)劃立項(xiàng)。

四、結(jié)語

基于專業(yè)核心課程的實(shí)踐創(chuàng)新體系帶動了學(xué)校土木工程實(shí)驗(yàn)中心的建設(shè)，在方式創(chuàng)新方面邁出了堅(jiān)實(shí)的一步，土木工程專業(yè)核心課程教與學(xué)的實(shí)施效果顯著，對專業(yè)課程建設(shè)起到了強(qiáng)有力的支撐，對土木工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)水平再上新臺階起到了促進(jìn)作用。

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