拓展專業(yè)視野　培養(yǎng)創(chuàng)新意識

尹博民　林慶榮　靳東來　李浩杰　劉浩宇　史友進(jìn)

摘要：大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目、開放實驗室項目在培養(yǎng)大學(xué)生綜合素質(zhì)方面發(fā)揮著重要作用。在大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目和開放實驗室項目中學(xué)習(xí)混凝土細(xì)觀力學(xué)知識，進(jìn)行混凝土數(shù)值建模實驗，能夠促進(jìn)土木工程專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力發(fā)展，對學(xué)生的未來發(fā)展有重要價值，土木工程專業(yè)有必要開設(shè)混凝土細(xì)觀力學(xué)選修課。

關(guān)鍵詞：混凝土;數(shù)值建模;選修課;創(chuàng)新訓(xùn)練;開放實驗室

大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目是大學(xué)生參與科學(xué)研究、參加社會實踐的一項有益的活動，其主要目的在于強(qiáng)化大學(xué)生創(chuàng)新能力和創(chuàng)業(yè)能力的訓(xùn)練，培養(yǎng)適應(yīng)國家建設(shè)需要的創(chuàng)新人才。開放實驗室是高等學(xué)校實驗創(chuàng)新的一個新舉措，給學(xué)生提供了自主進(jìn)行實驗的平臺。我們在大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目和開放實驗室項目中學(xué)習(xí)混凝土細(xì)觀力學(xué)知識，進(jìn)行混凝土數(shù)值建模實驗，拓寬了視野，培養(yǎng)了創(chuàng)新思維能力，收獲頗豐。

一、混凝土細(xì)觀力學(xué)在土木工程專業(yè)學(xué)生未來發(fā)展方面的價值

1、發(fā)展的相關(guān)性

混凝土在工程建設(shè)中是用量最大的建筑材料。傳統(tǒng)的混凝土的力學(xué)研究多是建立在試驗的基礎(chǔ)上，用多種宏觀參數(shù)進(jìn)行預(yù)測?；炷猎诩?xì)觀層次上屬于多相復(fù)合材料，對混凝土材料進(jìn)行細(xì)觀層次的破壞分析，可以更清晰地把握混凝土材料的工程情況。土木工程專業(yè)學(xué)生的未來發(fā)展方向與信息、建模、創(chuàng)新創(chuàng)意、新型混凝土等因素有關(guān)，而混凝土細(xì)觀力學(xué)的研究方向大多集中于骨料及硬化水泥砂漿兩相。這一研究方向使得土木工程學(xué)生在未來的學(xué)習(xí)道路上可以將所學(xué)的專業(yè)知識用于具體的對象。

2、細(xì)觀思維價值

在尺度上，混凝土的研究可分為宏觀、細(xì)觀、微觀三類。其中細(xì)觀尺度范圍介于0.0001cm到0.1cm之間。所以，土木工程學(xué)生在不借助工程儀器時，是難以領(lǐng)悟其中的學(xué)問的。運用細(xì)觀力學(xué)理論，通過計算機(jī)模擬，分析混凝土材料內(nèi)部缺陷，突破了學(xué)生傳統(tǒng)理念“眼見為實”的局限性，啟發(fā)了學(xué)生在細(xì)觀世界的想象能力，有利于土木工程專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和對工程中細(xì)節(jié)的把控。

3、創(chuàng)業(yè)導(dǎo)向價值

新工科新時代的出現(xiàn)為當(dāng)下的土木工程學(xué)生在就業(yè)、創(chuàng)業(yè)方面提供一定的方向?qū)騼r值，包括“互聯(lián)網(wǎng)+”“網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國”“一帶一路”等。而混凝土細(xì)觀力學(xué)對學(xué)生創(chuàng)新潛能的啟發(fā)作用要大于傳統(tǒng)學(xué)科，因為傳統(tǒng)的學(xué)科往往有上百年的歷史底蘊，在此基礎(chǔ)上做出創(chuàng)新對于本科學(xué)生有相當(dāng)大的難度。而混凝土細(xì)觀力學(xué)中，其構(gòu)建多方面模型的創(chuàng)新上手難度相對較小，其創(chuàng)新成果的運用對象明確，因而可以提高土木工程專業(yè)學(xué)生個人的能力，在未來就業(yè)、創(chuàng)業(yè)的方向上給予指引，也可以為企業(yè)對混凝土性能改善具體需求提供幫助，增加學(xué)生的創(chuàng)業(yè)創(chuàng)造資本。

二、混凝土數(shù)值建模實驗實踐能夠促進(jìn)創(chuàng)新思維能力發(fā)展

1、混凝土數(shù)值建模對matlab的運用起到激發(fā)創(chuàng)新思維與跨學(xué)科知識相互聯(lián)系的作用

隨著電腦軟件的發(fā)展，matlab軟件的具象性、編程錯誤處理直觀性、多維圖像坐標(biāo)的準(zhǔn)確性、數(shù)據(jù)處理的多樣性等都十分切合土木工程學(xué)生在學(xué)習(xí)混凝土細(xì)觀力學(xué)時所需的工具。并且在矩陣的計算、函數(shù)的運用與分析、概率論與數(shù)理統(tǒng)計中的應(yīng)用、計算具象操作等功能都與高等數(shù)學(xué)息息相關(guān)，有利于學(xué)生強(qiáng)化高等數(shù)學(xué)中理論知識的運用，啟發(fā)學(xué)生的想象力進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

2、創(chuàng)新思維能力的良性發(fā)展需要理論與實踐相結(jié)合為前提

學(xué)生的創(chuàng)新思維能力在各個方面的發(fā)展都起到突破性的作用，但其弊端可能使學(xué)生的創(chuàng)新思維能力演變?yōu)榭障肽芰?，所以在學(xué)生創(chuàng)新思維能力的發(fā)展中需要以一項具體活動來確保良性發(fā)展，混凝土數(shù)值建模實驗實踐則是土木工程學(xué)生創(chuàng)新思維能力良性發(fā)展的選擇之一。

3、有利于培養(yǎng)“厚基礎(chǔ)、寬口徑”的土木工程專業(yè)人才

隨著國家對基礎(chǔ)建設(shè)的大力投入，土木工程專業(yè)人才要培養(yǎng) “厚基礎(chǔ)、寬口徑”并且獨具特色的人才，需要在課程設(shè)置上不斷進(jìn)行變革。專業(yè)選修課是土木工程專業(yè)的重要教學(xué)內(nèi)容，成功的專業(yè)選修課能深化學(xué)生的專業(yè)理論知識，拓展學(xué)生的專業(yè)視野，在培養(yǎng)學(xué)生興趣愛好的同時培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力，達(dá)到培養(yǎng)“厚基礎(chǔ)、寬口徑”土木工程專業(yè)人才的培養(yǎng)目標(biāo)。

三、開放實驗室項目對大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目的作用

1、創(chuàng)新訓(xùn)練項目的意義

隨著高等教育的普及，近幾年我國大學(xué)生畢業(yè)就業(yè)問題愈加激烈，高校教育在一定程度上滿足不了社會需求，多數(shù)家長認(rèn)為孩子上大學(xué)是為了找好工作，雖然這種想法普遍性極大，但不可錯將普遍想法當(dāng)成最終目的。在有限的時間里，我國高校教育迫切需要將切合我國人才需求的想法潛移默化的灌輸?shù)郊议L的腦海中，而創(chuàng)新訓(xùn)練項目的重要意義之一，便是改變國人對于高等教育的觀念，上大學(xué)在提供就業(yè)機(jī)會的同時也給孩子創(chuàng)造了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)機(jī)會以及各方面的隱性成長。

2、開放實驗室項目的意義及其與自由、民主思想理念

各地方高校實驗創(chuàng)新的具體措施在于開放實驗室這一新模式，開放實驗室項目的意義也在于此。進(jìn)行開放式實驗，教師給學(xué)生提供學(xué)習(xí)資源，學(xué)生先預(yù)習(xí)老師提供的材料，實驗過程中首先由學(xué)生提出問題，與教師進(jìn)行面對面的交流，在教師的指導(dǎo)下解決問題，加強(qiáng)了學(xué)生與老師之間的交流，使得學(xué)生可以更主動地消化知識，積累經(jīng)驗。

習(xí)近平主席提出全人類共同價值觀時講到：和平與發(fā)展是我們的共同事業(yè)，公平正義是我們的共同理想，民主自由是我們的共同追求，多樣性是人類文明的魅力所在，更是世界的活力和動力源泉。開放實驗室項目既滿足自由民主的思想理念又增加創(chuàng)造出更多多樣性的可能，激發(fā)學(xué)生們的學(xué)術(shù)素質(zhì)與綜合實踐能力。

3、開放實驗室項目對培育大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練能力的作用

開放實驗室項目給學(xué)生提供了自主學(xué)習(xí)的平臺。在開放實驗室項目中，學(xué)生擁有自由發(fā)揮的環(huán)境，在實驗過程中能夠主動掌控整個實驗過程;可以通過改變實驗條件，關(guān)注、追蹤研究熱點，開發(fā)新的實驗項目，達(dá)到鍛煉動手能力的目的。獨立分析和解決實驗中遇到的問題，能有效啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新理念與創(chuàng)業(yè)欲望，有利于學(xué)生進(jìn)行為何而學(xué)、學(xué)有何用、用有何價值的思考，可以增強(qiáng)學(xué)生的自主判斷能力，合理規(guī)劃自己的未來發(fā)展方向。

四、土木工程專業(yè)開設(shè)混凝土細(xì)觀力學(xué)選修課的必要性

1、混凝土細(xì)觀力學(xué)選修課與土木學(xué)生所學(xué)知識聯(lián)系密切

混凝土細(xì)觀力學(xué)是需要學(xué)生將試驗、理論分析、數(shù)值運算這三方面結(jié)合運用。其中，試驗與開放性實驗室項目是相輔相成的，若開放實驗室項目進(jìn)展順利，則滿足土木學(xué)生學(xué)習(xí)混凝土細(xì)觀力學(xué)中試驗這方面的需求。在理論分析方面，我校設(shè)定理論力學(xué)，材料力學(xué)，結(jié)構(gòu)力學(xué)，高等數(shù)學(xué)，工程化學(xué)等學(xué)科都展現(xiàn)出培養(yǎng)土木工程專業(yè)學(xué)生理論分析的能力。混凝土細(xì)觀力學(xué)則將化學(xué)，物理，數(shù)學(xué)中理論分析思維具體到混凝土中運用，使土木學(xué)生將各各力學(xué)的基礎(chǔ)知識運用與混凝土實驗，實現(xiàn)理論與實踐相結(jié)合的思想并且構(gòu)建了跨學(xué)科交流平臺，促進(jìn)該學(xué)科綜合能力的提升。

2、混凝土細(xì)觀力學(xué)選修課順應(yīng)新工科新時代潮流趨勢

新工科背景下，土木工程專業(yè)學(xué)生迫切需要具備較強(qiáng)的實踐能力。給予土木學(xué)生更多與實踐相關(guān)的選修課是有必要的、有意義的、有效果的。同時，隨著電腦科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多與工程相關(guān)的軟件需要土木工程專業(yè)學(xué)生去了解、學(xué)習(xí)、運用?；炷良?xì)觀力學(xué)與matlab的結(jié)合學(xué)習(xí)既滿足了學(xué)生了解新軟件的功能，又可以將復(fù)雜且繁瑣的數(shù)學(xué)運算以編程的形式巧妙的得出結(jié)果，可視化數(shù)據(jù)幫助學(xué)生理解計算結(jié)果，得到解決工程問題的啟發(fā)。在這個信息資源重要且海量的時代，傳統(tǒng)的紙制實驗報告記錄難以滿足當(dāng)下社會對于信息資源的需求，計算機(jī)模擬實驗既能實現(xiàn)無紙化模擬實驗，又能加強(qiáng)土木工程專業(yè)學(xué)生對信息資源的分辨能力、處理能力、儲存能力、運用能力，可謂一舉多得。

3、混凝土細(xì)觀力學(xué)選修課能全方位促進(jìn)教學(xué)科研實驗一體化

開放實驗室強(qiáng)調(diào)在內(nèi)容、方法和手段上對傳統(tǒng)實驗項目進(jìn)行全方位的改革，使實驗課程具有啟發(fā)性和趣味性。教師在開放實驗項目中將自己的科研成果進(jìn)行教學(xué)轉(zhuǎn)化，有利于提高教學(xué)改革的效果;依托教師的科研項目，學(xué)生可以參加科學(xué)研究，發(fā)展學(xué)生的科研能力。MATLAB語言簡單，編程容易，在計算方法、建模仿真等方面對土木工程專業(yè)的學(xué)生幫助很大?；炷潦墙ㄖ袠I(yè)使用最為廣泛的建筑材料，土木工程專業(yè)的許多專業(yè)課都與混凝土有關(guān)。在開放實驗室項目中學(xué)習(xí)混凝土細(xì)觀力學(xué)的有關(guān)知識，學(xué)生掌握了MATLAB編程方法，可以融會貫通到土木工程專業(yè)多門專業(yè)課，全方位促進(jìn)教學(xué)科研實驗一體化。

五、結(jié)語

在學(xué)習(xí)“混凝土細(xì)觀力學(xué)”的過程中，我們對“拓展專業(yè)視野，培養(yǎng)創(chuàng)新意識”的理念有了深刻的了解，但真正要達(dá)到“拓展專業(yè)視野，培養(yǎng)創(chuàng)新意識”的層面，需要教師與學(xué)生共同配合、相互信任與尊重，同時也需要高校發(fā)展自由、民主的理念，使各種因素相互作用，順應(yīng)信息時代資源的發(fā)展趨勢，并促使土木工程學(xué)生將所學(xué)的專業(yè)知識用于更加具體的對象，將抽象的理論知識運用于具象的計算機(jī)軟件和實踐操作。同時，加強(qiáng)高校與社會的交流，培養(yǎng)新工科，新時代人才，重視學(xué)生的思想方向和精神需求以及跨學(xué)科之間的聯(lián)系與運用，多種相關(guān)選修課的設(shè)定，開放實驗室制度的落實等具體措施需要時間的沉淀，時間的檢驗。進(jìn)而，“拓展專業(yè)視野，培養(yǎng)創(chuàng)新意識”的普遍性得以實現(xiàn)，大學(xué)生學(xué)習(xí)體驗更加充實。

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基金項目：江蘇省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目重點項目（202112056007Z）

作者簡介：尹博民（2001-），男，廣東惠州人，漢族，本科生，主要研究方向為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

通訊作者：史友進(jìn)（1960-），男，江蘇海安人，漢族，教授，博士，主要研究方向為混凝土細(xì)觀力學(xué)等。