土木工程創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練平臺(tái)建設(shè)的思考

王秋萍 秦世強(qiáng)

[摘 要] 土木工程創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練平臺(tái)有助于大學(xué)生開展實(shí)踐項(xiàng)目，有利于培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的卓越工程師。分析土木工程實(shí)踐教學(xué)體系及實(shí)踐訓(xùn)練平臺(tái)存在的問題，提出實(shí)踐教學(xué)體系的改革方法和課外創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練平臺(tái)建設(shè)的思路，構(gòu)建多層次的創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練平臺(tái)，進(jìn)一步提高大學(xué)生創(chuàng)新能力、工程應(yīng)用能力，同時(shí)保證大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練的可持續(xù)性。

[關(guān)鍵詞] 實(shí)踐教學(xué)體系;創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練平臺(tái);土木工程

[基金項(xiàng)目] 2019年度武漢理工大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目“土木工程創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練平臺(tái)的建設(shè)與運(yùn)行管理模式研究”（w20190082）

[作者簡介] 王秋萍（1986—），女，貴州畢節(jié)人，碩士，武漢理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院實(shí)驗(yàn)師，主要從事道路與橋梁工程實(shí)驗(yàn)研究;秦世強(qiáng)（1987—），男，安徽合肥人，博士，武漢理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院副教授，主要從事橋梁工程教學(xué)與科研。

[中圖分類號(hào)] G642.0? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? [文章編號(hào)] 1674-9324（2021）17-0014-04? ? [收稿日期] 2020-10-20

2010年教育部開始實(shí)施“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”（以下簡稱“卓越計(jì)劃”），培養(yǎng)模式強(qiáng)調(diào)“行業(yè)指導(dǎo)、校企合作、分類實(shí)施、形式多樣”的原則，目的是為了培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力、工程能力和適應(yīng)能力的高質(zhì)量工程技術(shù)人才。隨著社會(huì)的發(fā)展，工程技術(shù)人才的創(chuàng)新能力被越來越多企業(yè)視為戰(zhàn)略性資源和決定性因素。近年來，為深入貫徹國務(wù)院辦公廳《關(guān)于深化高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實(shí)施意見》精神，各高校積極建設(shè)大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練平臺(tái)，并在各類創(chuàng)新訓(xùn)練活動(dòng)中取得卓越的成績[1-3]。

武漢理工大學(xué)土木工程專業(yè)是教育部第二批“卓越計(jì)劃”試點(diǎn)專業(yè)。為了培養(yǎng)具備創(chuàng)新性、專業(yè)性的復(fù)合型人才，學(xué)校在土木建筑學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心基礎(chǔ)上建立大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐教育基地，該基地目前主要服務(wù)于大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽，但近幾年在全國競(jìng)賽中取得的成績并不理想?，F(xiàn)就土木工程實(shí)踐教學(xué)體系、實(shí)踐訓(xùn)練平臺(tái)存在的問題進(jìn)行分析，并探討土木工程創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練平臺(tái)的建設(shè)方案。

一、土木工程實(shí)踐教學(xué)體系存在的問題

“卓越計(jì)劃”要求培養(yǎng)能夠綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)解決工程實(shí)際問題的工程師，重點(diǎn)在于工程實(shí)踐、設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。目前的土木工程實(shí)踐教學(xué)體系（見表1），沒有達(dá)到“卓越計(jì)劃”實(shí)踐教學(xué)的要求。

（一）校內(nèi)實(shí)踐教學(xué)體系不完善

校內(nèi)實(shí)踐教學(xué)體系中實(shí)驗(yàn)課大部分為基礎(chǔ)類實(shí)驗(yàn)、專業(yè)基礎(chǔ)類實(shí)驗(yàn)，專業(yè)類實(shí)驗(yàn)較少。基礎(chǔ)類實(shí)驗(yàn)和專業(yè)基礎(chǔ)類實(shí)驗(yàn)有助于學(xué)生理解和掌握抽象的理論知識(shí)。但是在實(shí)際工程中，更注重的是如何應(yīng)用理論知識(shí)解決實(shí)際復(fù)雜工程問題的能力，而這種能力的培養(yǎng)恰恰是專業(yè)類實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目標(biāo)。教學(xué)體系缺乏對(duì)學(xué)生系統(tǒng)的工程實(shí)踐的培養(yǎng)，學(xué)生很難有獨(dú)立承擔(dān)和解決工程問題的能力。

（二）校外實(shí)踐教學(xué)達(dá)不到“卓越”目標(biāo)

據(jù)調(diào)研，一方面課程設(shè)計(jì)內(nèi)容往往參照以往題目來做，其中部分命題由從未參與過實(shí)際工程項(xiàng)目的任課老師設(shè)計(jì)，導(dǎo)致學(xué)生所做的設(shè)計(jì)大部分脫離了實(shí)際工程項(xiàng)目;另一方面，課程設(shè)計(jì)參考的是使用多年的教材，導(dǎo)致設(shè)計(jì)方案陳舊，沒有根據(jù)行業(yè)最新規(guī)范進(jìn)行調(diào)整。無法培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際工作中的設(shè)計(jì)能力，達(dá)不到“卓越”目標(biāo)?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐大部分是由教師或?qū)W生自己聯(lián)系施工單位進(jìn)行，考慮到學(xué)生安全問題，企業(yè)對(duì)此積極性不高。其次實(shí)習(xí)期較短無法看到施工全過程，而工程建設(shè)的周期較長、工序復(fù)雜，學(xué)生能了解的施工工序很有限，很難達(dá)到教學(xué)目的[4]。

二、實(shí)踐訓(xùn)練平臺(tái)功能不完善

目前實(shí)踐訓(xùn)練平臺(tái)僅限于線下的實(shí)踐訓(xùn)練，平臺(tái)面積太小，儀器設(shè)備不足，指導(dǎo)老師資源短缺，嚴(yán)重影響了學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練活動(dòng)的開展。土木工程專業(yè)在實(shí)際應(yīng)用中少不了各類軟件的輔助，學(xué)生對(duì)軟件的學(xué)習(xí)需要借助虛擬仿真計(jì)算平臺(tái)，現(xiàn)有的線下實(shí)踐平臺(tái)不能滿足學(xué)生開展各類軟件學(xué)習(xí)的需求。

三、創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練平臺(tái)建設(shè)的思考

土木工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革應(yīng)根據(jù)“卓越計(jì)劃”人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求，以創(chuàng)新意識(shí)激發(fā)為先導(dǎo)，以創(chuàng)新思維拓展為重點(diǎn)，以創(chuàng)新技能培養(yǎng)為主線，以創(chuàng)新品格形成為目的，設(shè)置課內(nèi)外一體的實(shí)踐教學(xué)體系[5]。

（一）改革實(shí)踐教學(xué)體系

針對(duì)土木工程專業(yè)學(xué)生未來從事的設(shè)計(jì)、施工、檢測(cè)等工作，以開放形式面向土木工程專業(yè)學(xué)生開設(shè)相應(yīng)的專業(yè)實(shí)驗(yàn)，通過專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)、大型綜合實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)等綜合實(shí)踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題、解決問題的能力，從而增強(qiáng)綜合判斷意識(shí)與能力，提高專業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)體系由計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和專業(yè)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)三大模塊組成，見圖1。計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)K包含了土木工程專業(yè)常用的一些設(shè)計(jì)軟件，目前大部分設(shè)計(jì)院較常用的如用于橋梁工程設(shè)計(jì)的Midas Civil、橋梁博士等，用于結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)的PKPM、SAP2000等，用于局部分析的ANSYS、近幾年比較熱門的BIM等。開設(shè)計(jì)算仿真實(shí)驗(yàn)課，有利于鼓勵(lì)學(xué)生積極自主地學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)及相關(guān)軟件，完成簡單的結(jié)構(gòu)靜力、抗震、抗風(fēng)等方面的內(nèi)力分析，可極大地提高土木工程專業(yè)學(xué)生的工程應(yīng)用能力和專業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)K包含了土木工程專業(yè)中橋梁、隧道、結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)等工程的施工工序。模塊為土木工程施工實(shí)習(xí)課提供全新的教學(xué)環(huán)境，通過人機(jī)互動(dòng)學(xué)生可自行安排施工現(xiàn)場(chǎng)、模擬施工順序從而了解施工全過程，解決施工實(shí)習(xí)因施工周期長而不能全程參與的問題，彌補(bǔ)校外實(shí)踐教學(xué)達(dá)不到教學(xué)目標(biāo)的不足。另外施工工序可短時(shí)內(nèi)重復(fù)學(xué)習(xí)，也可以加深學(xué)生對(duì)施工工序的認(rèn)知，對(duì)重要知識(shí)點(diǎn)掌握得更牢固。

本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)K包含針對(duì)已有傳統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)所開發(fā)的虛擬實(shí)驗(yàn)，如鋼筋混凝土梁柱實(shí)驗(yàn)、鋼結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)等。這類傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)因?yàn)橘M(fèi)用開支大、構(gòu)件制作周期長、實(shí)驗(yàn)安排難度較大，難以對(duì)大批量本科學(xué)生進(jìn)行開放教學(xué)。通過虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)學(xué)生可在網(wǎng)上通過交互操作獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)，或自主設(shè)計(jì)并完成綜合性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，形成線上線下教學(xué)相結(jié)合的智能化、個(gè)性化、虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式，激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣的同時(shí)還可以極大地提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能。

考慮到大型儀器設(shè)備價(jià)格昂貴，操作過程復(fù)雜，設(shè)備使用難度大，目前結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的大型儀器設(shè)備只對(duì)科研實(shí)驗(yàn)開放，且只能由實(shí)驗(yàn)室專業(yè)人員操作。為了讓學(xué)生以及更多進(jìn)行科研實(shí)驗(yàn)的教師學(xué)習(xí)設(shè)備的操作，可開發(fā)相應(yīng)實(shí)驗(yàn)?zāi)K以便于師生學(xué)習(xí)和熟練掌握設(shè)備操作方法。大型儀器實(shí)驗(yàn)?zāi)K將結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室已有的大型儀器如反力墻、振動(dòng)臺(tái)等，結(jié)合計(jì)算機(jī)模擬、動(dòng)畫模擬和人機(jī)交互等手段，通過虛擬加載構(gòu)件虛擬仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境和虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)程。學(xué)生通過此模塊學(xué)習(xí)大型儀器設(shè)備的操作方法，提高學(xué)生科研能力、專業(yè)實(shí)踐能力和動(dòng)手能力，另一方面也有助于學(xué)院科研的發(fā)展。

專業(yè)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K包含了公路、橋梁、結(jié)構(gòu)、地基等土木工程的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，這類實(shí)驗(yàn)緊密聯(lián)系實(shí)際工程中的檢測(cè)項(xiàng)目，讓學(xué)生了解最新的檢測(cè)手段，學(xué)習(xí)最常用的檢測(cè)儀器使用方法，有助于提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力和動(dòng)手能力。

（二）課外創(chuàng)新訓(xùn)練平臺(tái)建設(shè)

通過大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃、教師科研項(xiàng)目、學(xué)科競(jìng)賽等方式開展創(chuàng)新性訓(xùn)練，構(gòu)建開放、創(chuàng)新的大學(xué)生科研訓(xùn)練平臺(tái)和創(chuàng)新大賽平臺(tái)。課外創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)由科研實(shí)踐平臺(tái)和創(chuàng)新大賽平臺(tái)組成，見圖2。

科研實(shí)踐平臺(tái)中的學(xué)生自擬科研課題平臺(tái)允許學(xué)生自擬科研課題，不設(shè)定具體的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和大綱，充分發(fā)揮其主觀能動(dòng)性。學(xué)生自主提出實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目提交申請(qǐng)報(bào)告，制定實(shí)驗(yàn)方案和目標(biāo)，通過答辯確定是否立項(xiàng)。立項(xiàng)后由平臺(tái)提供實(shí)驗(yàn)條件及安排指導(dǎo)老師，學(xué)生自主完成實(shí)驗(yàn)后撰寫研究報(bào)告。根據(jù)研究成果的創(chuàng)新性、科學(xué)性和實(shí)用性評(píng)定學(xué)生成績。

教師可以在科研實(shí)踐平臺(tái)發(fā)布自己的科研項(xiàng)目，學(xué)生在該平臺(tái)可報(bào)名參與自己感興趣的科研項(xiàng)目，雙向選擇后進(jìn)行科研實(shí)驗(yàn)。教師與學(xué)生通過平臺(tái)在科研項(xiàng)目中增強(qiáng)了師生互動(dòng)，加強(qiáng)了對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識(shí)及科研創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

創(chuàng)新大賽平臺(tái)主要是為參賽學(xué)生提供模型制作環(huán)境、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、計(jì)算軟件以及師資力量，讓參賽學(xué)生能順利開展創(chuàng)新研究。以培養(yǎng)創(chuàng)新人才為目的，通過創(chuàng)新大賽平臺(tái)積極引導(dǎo)學(xué)生參加國家級(jí)、省級(jí)競(jìng)賽。學(xué)生在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，通過自主選題、查閱文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、開展實(shí)驗(yàn)、撰寫論文或報(bào)告全過程，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)和科研創(chuàng)新能力。

（三）改善實(shí)踐訓(xùn)練平臺(tái)條件

創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練平臺(tái)的建設(shè)以改革后的實(shí)踐教學(xué)體系為依托，服務(wù)于大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練項(xiàng)目，為學(xué)生提供虛擬平臺(tái)和實(shí)體平臺(tái)。

1.虛擬平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)室已有的計(jì)算機(jī)臺(tái)套數(shù)少，專業(yè)計(jì)算軟件種類不全且已有軟件端口不夠，機(jī)房面積小，目前僅能滿足已有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的上機(jī)課。建議專門開辟新機(jī)房作為計(jì)算機(jī)仿真中心，提供如橋梁博士軟件、Midas、Ansys、Pkpm、Sap2000等常用結(jié)構(gòu)分析軟件，根據(jù)學(xué)生在創(chuàng)新實(shí)踐及競(jìng)賽活動(dòng)中經(jīng)常碰到的結(jié)構(gòu)分析問題，設(shè)立相應(yīng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽項(xiàng)目。通過實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的訓(xùn)練，鼓勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)及相關(guān)軟件。另外建設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，為已有虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目提供場(chǎng)地和設(shè)備。

2.實(shí)體平臺(tái)。為了鼓勵(lì)更多的學(xué)生積極參與創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目，應(yīng)適當(dāng)增加實(shí)體平臺(tái)的場(chǎng)地面積以容納更多學(xué)生。實(shí)體平臺(tái)場(chǎng)地應(yīng)注重功能分區(qū)，如科研實(shí)驗(yàn)區(qū)、模型制作區(qū)、辦公區(qū)、討論區(qū)、會(huì)議區(qū)等，便于學(xué)生自主開展創(chuàng)新活動(dòng)。創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練平臺(tái)是依托土木建筑學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建立的，為了充分利用實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的儀器資源，應(yīng)建立儀器共享平臺(tái)，參與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練項(xiàng)目的學(xué)生經(jīng)相關(guān)培訓(xùn)合格后可自主使用實(shí)驗(yàn)中心的儀器。另外在創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練平臺(tái)配置小型化、系統(tǒng)化設(shè)備。

（四）創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練平臺(tái)的運(yùn)行管理模式

目前學(xué)院各個(gè)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室人員不足，為創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室配置專職教師進(jìn)行管理不太現(xiàn)實(shí)，因此創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練平臺(tái)的日常運(yùn)行可采取學(xué)生自主管理模式。在專業(yè)實(shí)驗(yàn)室老師兼職管理的前提下，組建學(xué)生管理團(tuán)隊(duì)以維持和保障實(shí)驗(yàn)室的日常運(yùn)行。在解決學(xué)院實(shí)驗(yàn)室專職教師人員不足的同時(shí)，還能激發(fā)學(xué)生的主體責(zé)任意識(shí)、有助于培養(yǎng)學(xué)生的管理能力。

建立信息化的管理模式。①創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室采取現(xiàn)場(chǎng)刷卡模式，學(xué)生需在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)預(yù)約，在預(yù)約的時(shí)間段內(nèi)獲得授權(quán)才能進(jìn)入。實(shí)驗(yàn)教學(xué)日志、實(shí)驗(yàn)時(shí)間、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目采取遠(yuǎn)程管理。②建立開放的實(shí)驗(yàn)設(shè)備共享平臺(tái)，學(xué)生可實(shí)時(shí)掌握實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的使用情況，以便于實(shí)驗(yàn)設(shè)備的共享。共享平臺(tái)提供實(shí)驗(yàn)中心主要設(shè)備的性能指標(biāo)、使用說明書、操作手冊(cè)等，方便學(xué)生使用。③創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室提供現(xiàn)場(chǎng)答疑，每周安排特定時(shí)間讓老師和學(xué)生進(jìn)行討論，另外在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)設(shè)置專門的答疑板塊供師生討論，通過多種渠道及時(shí)、準(zhǔn)確地為學(xué)生解答實(shí)驗(yàn)中遇到的各種問題。

四、結(jié)語

本文立足于土木工程專業(yè)創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練平臺(tái)的建設(shè)，結(jié)合武漢理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院實(shí)際情況和專業(yè)學(xué)科特點(diǎn)，從培養(yǎng)具備創(chuàng)新性和專業(yè)性的復(fù)合型人才出發(fā)，建立基于“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)體系，完善大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐教育基地平臺(tái)，建立“虛實(shí)結(jié)合、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)”的創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練實(shí)體平臺(tái)和虛擬平臺(tái)。從培養(yǎng)學(xué)生的主體責(zé)任意識(shí)、管理能力出發(fā)，建立學(xué)生為主體的信息化創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練平臺(tái)運(yùn)行管理模式，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練平臺(tái)的規(guī)范管理，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的良性互動(dòng)。加強(qiáng)對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識(shí)及科研創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)，在科研項(xiàng)目中增強(qiáng)了師生互動(dòng)，形成了濃厚的科研氛圍，有利于土木專業(yè)學(xué)科建設(shè)，全面提高學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理水平和效率，培養(yǎng)符合社會(huì)需求，具備創(chuàng)新能力，專業(yè)實(shí)力強(qiáng)的土木工程專業(yè)復(fù)合型人才。

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Reflections on the Construction of Civil Engineering Innovation and Practice Training Platform

WANG Qiu-ping， QIN Shi-qiang

（School of Civil Engineering and Architecture， Wuhan University of Technology， Wuhan， Hubei 430070， China）

Abstract： Civil engineering innovation and practice training platform is helpful for college students to carry out practice projects，and it is also conductive to cultivating excellent engineers with innovation ability. This paper analyzes the existing problems of the practice teaching system and the practice training platform of civil engineering， and puts forward the reform methods of the practice teaching system and the ideas of the construction of the extracurricular innovation and practice training platform. The construction of multi-level innovation and practice training platform can further improve college students innovation ability and engineering application ability， and ensure the sustainability of college students' innovation and practice training.

Key words： practice teaching system; innovation and practice training platform; civil engineering