土木工程專業(yè)虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)虛擬教研室建設(shè)探索＊

李 波 康愛(ài)紅 吳正光 張 垚

（1.揚(yáng)州大學(xué)建筑科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225127；2.揚(yáng)州大學(xué)城市規(guī)劃與發(fā)展研究院，江蘇 揚(yáng)州 225127）

土木工程是一門理論與實(shí)踐相結(jié)合的學(xué)科，全國(guó)約188 所大學(xué)開(kāi)設(shè)了土木工程專業(yè)。土木工程實(shí)驗(yàn)課程是本專業(yè)的必修課程，是提升學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的重要途徑[1]。隨著高等教育數(shù)字化發(fā)展的推進(jìn)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目得到了快速發(fā)展并發(fā)揮了巨大的作用，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)、動(dòng)手能力、團(tuán)隊(duì)精神等均具有重要意義[2]。然而，學(xué)生的學(xué)習(xí)方式、學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)形態(tài)也隨著發(fā)生了巨大的重構(gòu)。在此背景下，“土木工程專業(yè)虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)虛擬教研室”應(yīng)運(yùn)而生。該教研室的設(shè)立，旨在促進(jìn)土木工程實(shí)驗(yàn)課程的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，推動(dòng)教師教研形態(tài)改革[3]?；凇疤搶?shí)結(jié)合、能實(shí)不虛”的原則，結(jié)合揚(yáng)州大學(xué)及其他高校已建國(guó)家級(jí)、省級(jí)土木類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目資源，規(guī)劃與建設(shè)土木工程專業(yè)實(shí)體實(shí)驗(yàn)與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，通過(guò)合理分工實(shí)驗(yàn)課程“虛實(shí)結(jié)合”內(nèi)容，有效運(yùn)用混合式、探索式等多維度教學(xué)方法，規(guī)范考核體系，改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式。教研室的設(shè)立有助于將信息技術(shù)深化與教育教學(xué)深度融合，為教師高頻次、高質(zhì)量、創(chuàng)新性開(kāi)展教研活動(dòng)提供平臺(tái)[4]，為全面提升土木工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量增強(qiáng)底部支撐。

1 虛擬教研室的組建基礎(chǔ)

1.1 具有名師名課支撐

虛擬教研室負(fù)責(zé)人康愛(ài)紅教授為國(guó)家級(jí)一流本科課程、省級(jí)一流虛擬仿真課程負(fù)責(zé)人，江蘇省333 第二層培養(yǎng)對(duì)象，江蘇省“青藍(lán)工程”優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊(duì)帶頭人，江蘇省高等教育教學(xué)成果二等獎(jiǎng)獲得者，揚(yáng)州大學(xué)“課程思政”先進(jìn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)、課程思政示范課程負(fù)責(zé)人。負(fù)責(zé)人具有良好的引領(lǐng)輻射能力。

揚(yáng)州大學(xué)土木工程專業(yè)于2016年通過(guò)工程教育專業(yè)認(rèn)證，且入選國(guó)家一流本科專業(yè)建設(shè)點(diǎn)，擁有國(guó)家級(jí)一流本科課程1 門，國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目1項(xiàng)，江蘇省虛擬仿真實(shí)驗(yàn)一流課程2 項(xiàng)等，搭建了江蘇省工程研究中心、江蘇省產(chǎn)教融合型品牌專業(yè)等創(chuàng)新平臺(tái)。以上成果為虛擬教研室建設(shè)提供了強(qiáng)有力的工作基礎(chǔ)。

1.2 具有資深專家加盟

虛擬教研室與華南理工大學(xué)、廣州大學(xué)、東南大學(xué)、長(zhǎng)安大學(xué)、長(zhǎng)沙理工大學(xué)等土木工程資深專家聯(lián)合共建。通過(guò)分享和合作科研，盤(pán)活了優(yōu)秀教學(xué)名師、一流課程、先進(jìn)教學(xué)案例、專業(yè)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)等資源，提升了課程質(zhì)量。此外，校外專家的加盟也為課程推廣提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1.3 前期工作基礎(chǔ)良好

江蘇省高等教育教改立項(xiàng)研究課題《土木工程專業(yè)虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)與評(píng)價(jià)體系研究》（2019JSJG643）的研究成果為本教研室的構(gòu)建提供了有力支撐。人員結(jié)構(gòu)合理，含教學(xué)名師、校外資深專家、青年講師、系統(tǒng)維護(hù)人員等。經(jīng)費(fèi)保障充足，每年從“土木工程國(guó)家一流本科專業(yè)建設(shè)點(diǎn)”“土木工程江蘇省十四五重點(diǎn)學(xué)科”“本科專業(yè)品牌化建設(shè)與提升工程項(xiàng)目”“建筑工程基礎(chǔ)綜合教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心”等國(guó)省級(jí)建設(shè)項(xiàng)目，以及揚(yáng)州大學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)經(jīng)費(fèi)等經(jīng)費(fèi)中劃撥?？睿萄惺业纳罨ㄔO(shè)與完善。

2 虛擬教研室的建設(shè)目標(biāo)

本虛擬教研室基于新工科建設(shè)背景，堅(jiān)持為黨育人、為國(guó)育才，以提高土木工程專業(yè)學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力為核心，創(chuàng)新“智能+”時(shí)代基層教學(xué)組織的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革，探索教育信息化在土木工程人才實(shí)踐教學(xué)中的新模式，提高本科生的培養(yǎng)質(zhì)量。其建設(shè)目標(biāo)主要包括以下三點(diǎn)：

2.1 組織建設(shè)目標(biāo)

教研室成員的群體認(rèn)同是建設(shè)教研室發(fā)展共同體的基礎(chǔ)[5]，虛擬教研室的建設(shè)需要基于土木工程專業(yè)虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特征和要求，持續(xù)開(kāi)展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教研課題、跟進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法、共享優(yōu)質(zhì)虛擬資源、同頻教學(xué)能力培訓(xùn)等活動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)老師的共同進(jìn)步與發(fā)展。因此，其組織建設(shè)目標(biāo)是促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教師個(gè)人教學(xué)能力的提升與教研室整體進(jìn)步的同步發(fā)展。通過(guò)輪值教研室主任方式，加強(qiáng)與共建單位的溝通交流，形成共建合力，以建成國(guó)家級(jí)一流虛擬教研室為目標(biāo)，在全國(guó)的土木工程專業(yè)高校中形成開(kāi)放、靈活、便捷的虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)教研平臺(tái)。

2.2 資源建設(shè)目標(biāo)

目前，國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程共享實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中已經(jīng)認(rèn)定了國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目34 個(gè)，收錄了省級(jí)一流課程54 個(gè)，此外，還帶動(dòng)了大量其他省級(jí)、校級(jí)虛擬仿真資源建設(shè)。為了提升虛擬資源在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的作用，通過(guò)共享國(guó)家級(jí)、省級(jí)、校級(jí)等土木類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目線上資源[6]，引領(lǐng)教研室成員參與教學(xué)資源共建，共商共議，制定適合于各高校人才培養(yǎng)定位的土木工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案，從而提高土木類實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)質(zhì)量。

2.3 教師團(tuán)隊(duì)建設(shè)目標(biāo)

在數(shù)字化轉(zhuǎn)型的浪潮下，本虛擬教研室擬聯(lián)合全國(guó)不同地域的多所高校，突破土木類實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中的時(shí)空、人、物等方面的限制，開(kāi)展線上線下相結(jié)合、虛擬實(shí)驗(yàn)與實(shí)體實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的教學(xué)研究與實(shí)踐活動(dòng)，打造一只面向“新工科”發(fā)展的土木工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)，最終服務(wù)于教學(xué)、服務(wù)于專業(yè)建設(shè)、服務(wù)于學(xué)生，讓學(xué)生受益。

3 虛擬教研室的建設(shè)內(nèi)容

本虛擬教研室將圍繞交流平臺(tái)建設(shè)、虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)教研創(chuàng)新、教學(xué)資源建設(shè)與共享、教學(xué)方法研究、教學(xué)能力提升等方面開(kāi)展建設(shè)[5]。虛擬教研室建設(shè)實(shí)施路線如圖1所示。

圖1 虛擬教研室建設(shè)實(shí)施路線示意圖

3.1 虛擬教研室平臺(tái)建設(shè)

基于土木工程專業(yè)虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革虛擬教研室的建設(shè)目標(biāo)，利用教育部推薦的平臺(tái)，構(gòu)建了教研室功能架構(gòu)，包含門戶、教學(xué)實(shí)施、教研活動(dòng)、資源管理等模塊，見(jiàn)圖2。每個(gè)模塊均有相應(yīng)子功能模塊，例如，資源管理模塊涵蓋了課程大綱、教案、資源庫(kù)等；教學(xué)教研模塊包括了在線研討、試講、教學(xué)觀摩、直播等；教學(xué)實(shí)施模塊則包括了在線教學(xué)和質(zhì)量評(píng)價(jià)等；門戶模塊主要是成果、課程評(píng)審、檔案等信息與資料。

圖2 虛擬教研室平臺(tái)功能架構(gòu)示意圖

3.2 虛擬教研室組織建設(shè)

采取以下措施創(chuàng)新虛擬教研室的教研形態(tài)，以在成員間形成實(shí)驗(yàn)教學(xué)共同體的使命。通過(guò)校企共建的方式形成多元化的師資成員，建設(shè)的虛擬教研室既包含了土木類的實(shí)驗(yàn)教學(xué)名師，又擁有企業(yè)界的“能工巧匠”，從而推動(dòng)了高校教師與行業(yè)工程師的教學(xué)融合。采用“輪值主任”制度，使得各個(gè)高校的主要教師主動(dòng)參與，發(fā)揮群體領(lǐng)導(dǎo)的作用，從而大大提升各個(gè)成員的參與度與活躍度[5]。

3.3 虛擬教研室資源建設(shè)

共建、共享線上教學(xué)資源是虛擬教研室的基本任務(wù)，資源建設(shè)采取的措施如下。

構(gòu)建虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系：依據(jù)土木工程專業(yè)中驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)等不同實(shí)驗(yàn)類別的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源和實(shí)體實(shí)驗(yàn)的結(jié)合方式，提出了基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和專業(yè)實(shí)驗(yàn)的虛實(shí)結(jié)合的任務(wù)分工，以更為靈活、生動(dòng)及高效的方式，實(shí)現(xiàn)課程結(jié)構(gòu)的綜合性和學(xué)生全員、全過(guò)程沉浸式參與。目前，已采納揚(yáng)州大學(xué)建工學(xué)院自建虛擬仿真項(xiàng)目18 項(xiàng)，以及其他國(guó)家級(jí)和省級(jí)高水平虛擬仿真項(xiàng)目15項(xiàng)。

強(qiáng)化資源共建共享：基于各高校土木工程專業(yè)的人才培養(yǎng)定位和實(shí)驗(yàn)條件，制定土木工程虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)大綱，并據(jù)此共同編制相關(guān)教學(xué)資源庫(kù)，例如虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)書(shū)、虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)報(bào)告、虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)體系等。所有的資源都匯聚在交流平臺(tái)上共享，通過(guò)不斷整合發(fā)展，形成區(qū)域性甚至全國(guó)性的土木類虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源庫(kù)。

3.4 虛擬教研室教研創(chuàng)新

為培養(yǎng)具備實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)精神的土木工程相關(guān)領(lǐng)域的復(fù)合型高級(jí)工程技術(shù)人才，針對(duì)土木類虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，強(qiáng)化了以學(xué)生為中心的教學(xué)方法，將自主式學(xué)習(xí)、驅(qū)動(dòng)式、混合式和探究式等教學(xué)方法應(yīng)用于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，并綜合采用了觀察法、比較法、自主設(shè)計(jì)法、控制變量法等實(shí)驗(yàn)方法，使學(xué)生全面掌握土木工程專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和專業(yè)實(shí)驗(yàn)的知識(shí)點(diǎn)，理解復(fù)雜條件下土木工程專業(yè)知識(shí)。

3.5 虛擬教研室?guī)熧Y培訓(xùn)

通過(guò)共享校際導(dǎo)師制，開(kāi)展“一對(duì)一”“一對(duì)多”以及“多對(duì)一”的老教師與產(chǎn)業(yè)工程師對(duì)于青年教師的教學(xué)指導(dǎo)，并通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)施，助力青年教師教學(xué)能力提升，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的發(fā)揚(yáng)與創(chuàng)新。此外，通過(guò)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)名師示范課、集體備課、虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息反饋等活動(dòng)，定期討論，解惑答疑，共同提高。

4 特色與創(chuàng)新

4.1 以立德樹(shù)人為己任，立足培養(yǎng)新工科土木人才

土木工程專業(yè)本身蘊(yùn)含豐富的立德樹(shù)人思想。本虛擬教研室立足于土木類實(shí)驗(yàn)課程的定位，開(kāi)展專題教研活動(dòng)，系統(tǒng)挖掘了實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、吃苦耐勞、精益求精、去偽存真等思政元素，并將其潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲地貫穿整個(gè)教學(xué)過(guò)程。

4.2 構(gòu)建土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程體系，實(shí)現(xiàn)課程升級(jí)

基于“虛實(shí)結(jié)合、能實(shí)不虛”的資源建設(shè)原則、以學(xué)生為中心的教學(xué)方法和信息化教學(xué)手段，在“仿真實(shí)驗(yàn)+實(shí)物實(shí)驗(yàn)”融合的教學(xué)模式中培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，改革與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，驅(qū)動(dòng)教育信息化應(yīng)用模式創(chuàng)新，提高學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量。

4.3 強(qiáng)化產(chǎn)學(xué)研用一體化，全方位提高教師水平

根據(jù)土木工程專業(yè)注重實(shí)踐的特色，依托合作單位實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)資源的協(xié)作共享強(qiáng)化產(chǎn)學(xué)研用，在工程項(xiàng)目中提升教師的實(shí)踐能力；并從代表性實(shí)踐工程的新材料、新技術(shù)、新工藝、新機(jī)制、新設(shè)備等方面，創(chuàng)新教師思維，科研反哺教學(xué)。

5 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合土木工程專業(yè)虛實(shí)結(jié)合虛擬教研室的建立過(guò)程，介紹了其構(gòu)建思路和實(shí)施途徑。虛擬教研室充分融合了本校、兄弟高校以及其他實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，有效彌補(bǔ)了實(shí)體教研室的局限性，為不同地區(qū)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教師提供了“思想融匯”的平臺(tái)，對(duì)于促進(jìn)土木類實(shí)驗(yàn)教學(xué)的數(shù)字化發(fā)展具有重要意義。虛擬教研室的建立剛剛開(kāi)始，土木類實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與創(chuàng)新方興未艾，各個(gè)高校均需基于自身的人才培養(yǎng)定位，因地制宜地開(kāi)展虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱改革與實(shí)踐，為師資實(shí)驗(yàn)教學(xué)能力提升和實(shí)踐創(chuàng)新型人才培養(yǎng)提供條件。