土木工程專業(yè)工程實訓平臺建設思路探討

門進杰 史慶軒 楊勇

摘要：工程教育質量和工程人才培養(yǎng)已成為高等教育急需解決的重要課題。分析了土木工程專業(yè)在實驗教學、設計計算、實踐實習、學科競賽和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動等方面存在的問題，提出了打造土木工程專業(yè)工程實訓平臺的建設理念。從土木工程專業(yè)實驗教學平臺、“科研反哺教學”的實踐教學平臺、土木工程專業(yè)工程計算教學平臺、新型“校企協(xié)作”實踐教學平臺和土木工程專業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺等方面，闡述了五個子平臺的建設思路和建設方案。研究成果對西安建筑科技大學土木工程專業(yè)建設水平和人才培養(yǎng)質量提升起到了重要的作用。

關鍵詞：工程教育;土木工程;工程實訓平臺;實踐教學;創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2909（2019）01-0127-06

進入21世紀以來，經(jīng)濟全球化、產(chǎn)業(yè)轉型升級大大推動了我國工程教育的改革和發(fā)展，工程教育質量和工程人才培養(yǎng)已成為急需解決的重要課題[1]。長期以來，之所以難以培養(yǎng)出適應經(jīng)濟發(fā)展、社會進步、產(chǎn)業(yè)轉型、工程建設和科技創(chuàng)新的高素質人才，就在于人才的培養(yǎng)模式只有通識教育和專業(yè)教育兩大環(huán)節(jié)，而缺乏適應社會需求的綜合工程教育環(huán)節(jié)，以及符合科技領導型人才培養(yǎng)需求的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育環(huán)節(jié)，人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)與社會需求存在嚴重的脫節(jié)[2-3]。因此，只有構筑基于通識基礎教育、專業(yè)工程素質教育、專業(yè)實踐能力培養(yǎng)和工程創(chuàng)新意識教育四位一體的工程教育人才培養(yǎng)模式，才能真正實現(xiàn)高素質、強能力、創(chuàng)新型工程科技人才培養(yǎng)的根本目標。

土木工程專業(yè)是一個實踐性很強的工科專業(yè)，具有明確的工程教育目標。培養(yǎng)具有強工程實踐能力、高工程素質和強工程創(chuàng)新意識的專業(yè)人才是土木工程專業(yè)工程教育的主要內(nèi)容和不可推卸的任務[4]。工程實踐能力、工程素質和工程創(chuàng)新意識主要包括工程設計、施工組織、工程研究（創(chuàng)新）、工程管理等方面的專業(yè)認知、經(jīng)驗和解決專業(yè)實際問題的能力[5]。隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展，社會對土木工程專業(yè)畢業(yè)生要求愈加嚴格。一方面，要求畢業(yè)生一參加工作即能開展工作，或在較短時間內(nèi)適應并獨立開展工作;另一方面，土木工程專業(yè)畢業(yè)生在工作伊始往往面臨所學知識與實際工作之間的差距，常會因為實踐經(jīng)驗不足而導致實際工作無從入手。因此，為培養(yǎng)合格的應用型人才，改革土木工程專業(yè)實踐教學體系及教學模式，提高學生的實踐能力、工程素養(yǎng)和創(chuàng)新意識尤為重要。

針對土木工程專業(yè)實踐教學存在的問題，梳理并整合西安建筑科技大學土木工程專業(yè)相關學科實驗室資源配置，充分利用學校（院）現(xiàn)有的計算、網(wǎng)絡教學資源，與企業(yè)展開全方位、深度合作，通過工程實訓平臺的建設與實施，加強學生在動手操作能力、工程設計能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力等方面的訓練，強化學生運用所學基礎理論和專業(yè)知識獨立分析和解決土木工程技術問題的實踐能力和創(chuàng)新意識。

一、土木工程專業(yè)工程實踐問題分析

土木工程專業(yè)具有很強的實踐性、社會性和綜合性。實踐教學的改革往往既是整個教學改革的重點，又是難點。攻克這個難點，將可有效回歸工程教育的本質，切實提高學生的工程素質和實踐能力，提高本科教學質量。雖然在土木工程專業(yè)教學計劃中，均安排有40周左右的實踐環(huán)節(jié)，但效果不甚理想。以學校土木工程專業(yè)為例，在工程實踐方面主要存在以下四點問題。

（1）注重實驗教學，除設有物理、化學等基礎課實驗室外，還設有力學實驗室、測量實驗室、建筑材料實驗室、水力學實驗室、結構工程與抗震實驗室、巖土工程實驗室、道路與交通工程實驗室等。實驗室的數(shù)量不可謂不多，各實驗室可提供的實驗項目也不少，但在實驗教學方面，仍然存在不少問題。例如：實驗教學項目與相關課程的銜接問題;部分實驗設備陳舊、不夠注重實驗設備和裝置的研制與開發(fā);實驗項目過于傳統(tǒng)，未能結合行業(yè)領域的發(fā)展開發(fā)新的實驗項目;學生主動參與實驗的意識淡薄、能力不強。

（2）在設計、計算和網(wǎng)絡教學資源方面，土木工程專業(yè)學生可利用學校計算中心和信息網(wǎng)絡中心資源完成計算機輔助設計、工程結構設計計算等相關工作。此外，學院還與北京金土木軟件技術有限公司、杭州飛時達軟件有限公司合作，在學院機房安裝了各種工程制圖和設計計算軟件。雖然供學生設計計算的軟件不少，但仍然存在學生主動參與少、設備軟件利用率低等問題。

（3）校外實踐基地對專業(yè)實踐的投入和積極性不高。目前，與學校正式簽署共建實踐基地合作協(xié)議的企業(yè)有幾十家，包括大型綜合國企，私營企業(yè)，涵蓋了勘查、設計、施工、監(jiān)理和檢測等各個方向。企業(yè)為土木工程專業(yè)學生實習提供了場所并具體參與實踐教學。然而，企業(yè)面臨的生存壓力較大，國家沒有明確規(guī)定企業(yè)有培養(yǎng)人才的義務和責任，加之該領域施工行業(yè)面臨生產(chǎn)安全的問題也較為突出。因此，很多企業(yè)雖然與學校簽署了合作協(xié)議，但往往以生產(chǎn)忙和安全問題為由，不愿意接收學生到企業(yè)開展專業(yè)實踐，即使接受了，也僅僅是憑借與教師的私人關系，且基本不參與對學生的專業(yè)實踐指導。

（4）學生參加各類學科競賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動的積極性高，但缺乏系統(tǒng)、專業(yè)的組織和指導。各類學科競賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動是培養(yǎng)學生實踐能力、創(chuàng)新意識的重要途徑。近年來，學生參加上述競賽和創(chuàng)新活動的積極性非常高，以第十一屆大學生結構設計競賽（專業(yè)組）為例，參賽隊伍達120多組，約460人。從學生完成的作品來看，作品制作不夠精良、結構體系不合理。學生邁出了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的第一步，有參與活動的動力和積極性，但還缺少能力和意識上的升華，未能有效地將所學基礎理論和專業(yè)知識用于分析和解決實際問題。分析原因，主要是缺乏系統(tǒng)的組織和專業(yè)的指導，缺少專業(yè)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺支持。

二、土木工程專業(yè)工程實訓平臺建設思路

基于土木工程專業(yè)的上述背景和現(xiàn)狀，針對土木工程專業(yè)實踐教學在實驗、設計計算、實習和創(chuàng)新競賽等方面的問題，提出土木工程專業(yè)工程實訓平臺的建設思路，擬通過工程實訓平臺建設，強化學生在動手操作能力、工程設計能力、施工監(jiān)理能力等方面的訓練，培養(yǎng)學生運用所學基礎理論和專業(yè)知識獨立分析和解決工程技術問題的能力和創(chuàng)新意識。

（一）梳理并整合各學科實驗室資源配置，搭建土木工程專業(yè)實驗教學平臺

結合國家級實驗教學示范中心建設，全面規(guī)劃整合資源，實現(xiàn)資源的高效合理利用，進而完善各實訓環(huán)節(jié)、教學大綱、實訓項目和指導書等相關內(nèi)容，創(chuàng)建具有遞進特質的、系統(tǒng)的土木工程專業(yè)實驗教學平臺。該實驗教學平臺由三個遞進層次的子系統(tǒng)構成。第一子系統(tǒng)包括結構體系與概念實驗教學平臺、測量學實驗教學平臺，主要任務是使學生了解、認識和描述土木工程產(chǎn)品的功能要求和內(nèi)部結構，時間安排在第一、二學年。第二子系統(tǒng)包括土木工程材料實驗教學平臺、工程地質實驗教學平臺、土力學實驗教學平臺等，主要任務是使學生掌握土木工程材料的基本性能，時間安排在第二、三學年。第三子系統(tǒng)包括混凝土結構實驗教學平臺、鋼結構實驗教學平臺、土木工程施工實驗教學平臺、工程抗震實驗教學平臺、結構試驗（建筑、橋梁、巖土等）教學平臺等，使學生掌握結構建模及分析設計方法等，時間安排在第三、四學年。

以工程結構體系為例，遞進式實驗教學平臺的建設思路：首先通過結構體系與概念實驗教學，使學生對工程結構體系的組成和構造建立初步了解和認識，這屬于第一子系統(tǒng)的內(nèi)容。其次完成第二子系統(tǒng)關于土木工程材料基本性能的教學實驗。然后進入第三子系統(tǒng)關于結構體系的綜合實驗教學。通過混凝土結構教學實驗，讓學生接觸最常見的工程結構實驗，該實驗以演示性實驗教學為主;然后進行鋼結構教學實驗，在已修混凝土結構教學實驗的基礎上向設計性、綜合性實驗過渡;最后進行各種結構體系的實驗教學，包括一般建筑結構、空間結構和結構抗震性能的實驗教學等，該階段實驗與工程實踐緊密結合，并逐步從教學實驗向科研實驗過渡，在實驗手段上可采用實驗室實驗、仿真分析或虛實結合的方式。

該實驗教學平臺包含的實驗項目與專業(yè)核心課程緊密相關，實驗手段多樣化是其另一大特點。

以建筑結構受力性能試驗為例，在實驗項目、對應的課程、實驗方式和實驗層次等方面的內(nèi)容如表1所示。

建筑結構受力性能是土木工程專業(yè)的重要專業(yè)知識點，涵蓋了結構力學、混凝土結構設計、鋼結構設計、高層建筑結構設計、大跨空間結構、工程結構抗震等多門專業(yè)核心課程，是提高學生專業(yè)技能和創(chuàng)新能力的重要途徑，也是進行更高層次學習的基礎。

（二）探索科研設施為本科教學服務的思路，搭建科研反哺教學的實踐教學平臺

學校土木工程專業(yè)科研實力雄厚，擁有振動臺實驗系統(tǒng)、大型反力墻加載系統(tǒng)、MTS擬動力伺服加載系統(tǒng)等，可以開展各種結構構件、高層結構、復雜結構等大型試驗。擬利用現(xiàn)有科研設施優(yōu)勢為本科實踐教學服務，搭建科研反哺教學的實踐教學平臺，主要包括以下三個方面。

（1）結合科研試驗開展本科實驗課程教學。將部分工程背景強、理論背景比較典型的科研試驗轉化為本科教學實驗或結合虛擬仿真中心建設，轉化為本科教學演示實驗。例如：結構連續(xù)倒塌虛擬仿真實驗、西安鐘樓振動虛擬仿真實驗、西安小雁塔抗震性能虛擬仿真實驗、村鎮(zhèn)房屋抗震性能虛擬仿真實驗等。

（2）科研試驗項目向本科生開放。充分利用大學本科生科研訓練（SSRT）計劃項目，盡可能多吸收本科生參與，提高本科生對科研試驗、科學研究的興趣，培養(yǎng)其創(chuàng)新意識，提升工程素養(yǎng)。近兩年土木工程專業(yè)向本科生開放科研試驗項目共計20項，參與學生100余人。

（3）廢舊科研儀器改造后用于教學實驗，有效節(jié)約資金。 將相對陳舊、不能滿足科研要求的科研儀器和設備直接或改造后用于教學實驗。同時，將一些科研試驗后損壞不嚴重、沒有安全隱患的實驗模型，用于本科教學實驗或本科教學演示實驗。例如：將結構實驗室的小型振動臺用于本科生結構動力特性實驗。

（三）充分利用學校（院）現(xiàn)有教學資源，搭建土木工程專業(yè)工程計算教學平臺

熟練運用各種設計、計算和分析手段開展專業(yè)實踐，是土木工程專業(yè)學生的培養(yǎng)目標之一。擬充分利用學校現(xiàn)有教學資源，必要時購置部分教學設備，建立土木工程專業(yè)工程計算實訓平臺。通過該實訓平臺實現(xiàn)對建筑結構、橋梁結構、地下結構設計和計算的全過程實訓，提高學生的計算、設計和分析能力。工程計算教學平臺建設主要包括三個方面。

（1）工程計算教學要求。以掌握初步設計能力為基本要求;教學課時一般為1個月，必要時可以延長至2個月，要求學生了解結構設計的基本環(huán)節(jié)，能熟練地掌握至少一種結構專業(yè)設計計算程序或軟件;初步具備結構設計方案制定、結構布置和結構分析的能力。

（2）工程計算教學平臺工作環(huán)境。目前，學校已有計算中心和信息網(wǎng)絡中心（計算機1500余臺），“金土木軟件教學培訓基地、飛時達軟件教學培訓基地等教學資源，擁有SAP2000、ETABS、SAFES、CETION BUILDER等工程設計軟件，以及土方計算繪圖軟件TFT、RVCAD等。借助國家級虛擬仿真實驗教學中心建設的東風，充分利用學校（院）現(xiàn)有網(wǎng)絡、設計計算方面的教學資源，安排專門的教學場所和教室，配置了相關設計計算設備。工程計算教學場所仿照一般設計院進行布置，室內(nèi)除講課的電子設施外，還配有參考圖紙、標準圖、設計規(guī)范和必要的參考書。

（3）工程計算教學內(nèi)容。根據(jù)專業(yè)方向的不同，土木工程專業(yè)工程計算教學內(nèi)容可分為五個子平臺，即結構構件受力性能計算教學平臺、建筑結構受力性能計算教學平臺、道路結構受力性能計算教學平臺、橋梁結構動態(tài)力學效應計算教學平臺、地下結構受力性能計算教學平臺。相關的教學內(nèi)容可分為看圖與設計計算、有關規(guī)范和專業(yè)程序學習、設計實例三大模塊。

對于看圖與設計計算模塊，按如下順序進行教學安排。選取有代表性的3套建筑結構施工圖，要求學生每次獨立閱讀一份施工圖紙，然后參觀，反復進行，直到學生徹底明白。再邀請原設計人員作專題講座，撰寫學習心得報告。如學生沒有學過平面整體表示法制圖規(guī)則，會出現(xiàn)看不懂結構圖等問題。因此，平法制圖規(guī)則由教師組織看圖、參觀、學習和輔導答疑。指導教師可以是專任教師，也可以是設計院的技術人員。要求學生通過這一階段的練習，對建筑結構設計留下深刻印象，在頭腦中形成一個清晰的建筑結構參考樣板。

對于規(guī)范和專業(yè)程序模塊，在開展相關教學內(nèi)容安排時應遵循以下三項基本要求。學習規(guī)范時，以高層建筑結構設計為主，并結合設計計算程序的運用進行講解。規(guī)范和程序講解穿插進行，使學生對規(guī)范在程序中的實現(xiàn)模式有更深刻的理解。設計計算程序的講解要理論聯(lián)系實際，以典型實例配合。講解時，選用專用程序，典型算例可選用學生比較熟悉的實際工程，例如，學校的工科大樓、逸夫樓和家屬樓等多高層建筑。對于建筑結構，學生應從結構布置、模型建立、計算分析、結果正確性、合理性的校核等方面全面掌握。

在設計實例教學模塊中，設計實例應是綜合性設計，包括結構方案、結構布置、結構分析和繪置施工圖等。但結構方案不宜過于復雜，可來自于任課教師的自編方案，也可利用實際工程的結構方案。每個方案都要提出設計任務書。在教學時，可由設計院的技術人員承擔部分工程的指導工作。

（4）轉變實踐教學運作模式，搭建新型“校企協(xié)作”實踐教學平臺

企業(yè)以生產(chǎn)忙和安全問題等為理由，不愿意接收實習學生到其企業(yè)開展專業(yè)實踐。這其中有國家政策層面的原因，而更主要的還是目前的校企聯(lián)合實踐教學運作模式不夠暢通。校企合作深度不夠，缺乏交流和溝通等是大多數(shù)實踐教學基地空有其名的根本原因。

擬結合國家級工程實踐教育中心和其他實踐教學基地建設，與企業(yè)深度合作、廣泛交流、用心溝通，搭建新型“校企協(xié)作”實踐教學平臺，主要包括以下內(nèi)容。

搭建新型“校企協(xié)作”實踐教學工作小組。由院長、主管教學副院長、專業(yè)負責人等組成工作小組，負責“校企協(xié)作”實踐教學平臺的運作。

加強并落實“校企協(xié)作”深度，實現(xiàn)企業(yè)參與學校實踐教學與學校優(yōu)先推薦企業(yè)所需的優(yōu)秀畢業(yè)生掛鉤，與學校優(yōu)先安排宣講活動掛鉤等。繼續(xù)推進與大型綜合企業(yè)的全方位合作，包括“訂單式”人才培養(yǎng)模式、“3+1”實習（實訓）模式、產(chǎn)學研合作模式、創(chuàng)業(yè)（就業(yè)）實訓基地、校企合作基金等。

充分利用科研實力、科研設施優(yōu)勢，與企業(yè)加強協(xié)作，利用“產(chǎn)研”協(xié)作優(yōu)勢帶動“產(chǎn)學”協(xié)作的深度。在與企業(yè)開展“產(chǎn)研”合作的同時，充分利用高校作為科學研究和人才培養(yǎng)的重要知識場所，以高素質的專業(yè)人才來完成企業(yè)在不同市場需求下的人才儲備。

廣泛交流、用心溝通，吸引企業(yè)參與學校的其他教學活動。例如：各種創(chuàng)新競賽的冠名宣傳，教學研討會、學術研討會的協(xié)作與宣傳等。

結合新型“校企協(xié)作”實踐教學平臺，實現(xiàn)從“以企業(yè)為中心”“以教師為中心”向“以學生為中心”轉變。將以“教”和“講”為中心的實踐教學理論體系，轉變?yōu)榛趯W生的“學”和“問”為導向的新型實踐教學模式，全面提升學生的實踐創(chuàng)新能力。

（5）秉承優(yōu)良傳統(tǒng)，優(yōu)化師資力量，搭建土木工程專業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺

學校土木工程專業(yè)長期以來一直重視各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐活動。例如：連續(xù)10屆參加全國大學生結構設計競賽，連續(xù)舉辦12屆校級大學生結構設計競賽（專業(yè)組、趣味組），以及國家大學生創(chuàng)新性實驗計劃、本科生科研訓練（SSRT）計劃等，也取得了不俗的成績。但從過程和結果來看，均與學校土木工程學科地位不符，分析原因，主要還是缺乏系統(tǒng)的組織和專業(yè)的指導。

擬優(yōu)化師資力量，搭建土木工程專業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺，主要包括：（1）組織成立土木工程專業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺工作小組。由院長、主管學生工作的副院長、專業(yè)負責人、學工辦輔導員、教學管理人員等組成工作小組，負責創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺的運作。（2） 組織成立土木工程專業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺指導教師專家?guī)?。聘請中青年教師作為?chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽活動的指導教師。各指導教師有責任對學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動進行指導。實施“啟程計劃系列活動”，邀請校友、學院教師、學院領導圍繞“科技創(chuàng)新與土木工程未來發(fā)展”“如何更好地開展學風建設和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)工作”等主題作專題報告、座談等。（3）提供專門的辦公室，作為各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動訓練、討論和活動的場所，并劃撥專項經(jīng)費給予支持。持續(xù)開展“春暖花開、職為你來”“模擬簡歷面試”“無領導小組討論”等就業(yè)創(chuàng)業(yè)指導系列活動。

需要說明的是，本科培養(yǎng)是一個系統(tǒng)工程，學生的工程素質、實踐能力培養(yǎng)必須寓于教育教學全過程;因此，在建設工程實訓平臺的同時，還需要在土木工程專業(yè)學生的培養(yǎng)過程中不斷總結并完善。

三、結語

從實踐教學項目、實驗設備和裝置的研制與開發(fā)、企業(yè)參與實踐的積極性、學生主動參與實踐的積極性、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動的組織和專業(yè)指導等方面，詳細分析了土木工程專業(yè)在實踐教學過程中存在的問題?；谔岢龅耐聊竟こ虒I(yè)工程實訓平臺的建設理念，從五個方面闡述了實訓平臺的建設方案。根據(jù)土木工程專業(yè)教學內(nèi)容的層次關系，構建了遞進式實驗教學平臺。從科研項目、科研儀器等方面，充分利用科研優(yōu)勢，搭建了“科研反哺教學”的實踐教學平臺;充分利用學校（院）現(xiàn)有的虛擬網(wǎng)絡和設計計算方面的教學資源，搭建了土木工程專業(yè)工程計算教學平臺;從管理運行機制、互惠互利合作方式等方面，與企業(yè)深度合作，搭建新型“校企協(xié)作”實踐教學平臺;加強組織、優(yōu)化師資力量，搭建了土木工程專業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺。研究成果可大大提高學校土木工程專業(yè)的辦學質量和水平，也為國內(nèi)同類院校提供了借鑒。

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