以创新能力为核心的土木工程实践教学方法与平台改革探索

方焘 薛凯喜

摘  要：高等学校工科类专业试验教学是整个培养过程中的重要环节，但通常实验教学存在任务繁重、教学手段与方法单一等问题。文章阐述了以创新能力为核心的土木工程实践教学五种教学方法，进而从加强资源整合，构建高水平土木工程学科实验教学平台;加强交通土建实验基地建设;建立面向本科生开放的科研平台;联合科研院所、地方企业、行业部门，共建服务地方经济的实验教学基地;实验室管理体制改革，完善实验室运行机制等五个方面提出试验教学平台在体制与管理等方面进行的规范化管理措施和改革探索。实验中心规划、探索与实践为培养适应区域经济建设与社会发展需要的、具有较强竞争能力的高素质创新性人才创造条件，相关经验可以作为土木工程实践教学的参考。

关键词：创新能力;土木工程;实践教学方法;平台改革

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2019）21-0041-04

Abstract： Experimental teaching of engineering majors in colleges and universities is an important link in the whole process of training， but there are usually many problems in laboratory teaching， such as heavy tasks， single teaching methods and teaching means. This paper expounds five teaching methods of civil engineering practice teaching with innovation ability as the core to strengthen the integration of resources： setting up a high-level civil engineering experimental teaching platform; Establishing a scientific research platform open to undergraduates; Cooperating with scientific research institutes， local enterprises and industrial departments to build an experimental teaching base serving local economy; carrying out the reform of laboratory management system and improving the operating mechanism of laboratory. Experimental center planning， exploration and practice create conditions for cultivating high-quality and innovative talents with strong competitiveness that meet the need of regional economic construction and social development. Relevant experience can serve as a reference for civil engineering practice teaching.

Keywords： creative ability; Civil Engineering; practical teaching methods; reform of platform

一、概述

土木工程試验教学是培养学生动手与创新能力的重要环节，教学方法的改革与创新是培养学生创新能力的重要手段，平台建设是实验教学质量的重要保障。张华[1]指出近年来学生的创新能力逐渐得到重视，培养学生的创新能力就能够更好地培养出实践型人才，以创新能力为核心的土木工程实践教学是当前高校土木工程教学专业的重要目标，提出通过构建科学完善的教学体系，培养学生的创新能力。门进杰[2]围绕土木工程专业的人才培养目标，依托各级各类教学改革和教学质量工程项目，开展了相关研究与实践。研究成果为该校土木工程专业建设水平和人才培养质量的提高起到了至关重要的作用。彭贝[3]认为实验教学是土木工程专业教育的重要组成部分，在分析当前土木工程实验教育存在的问题的基础上，以培养大学生创新精神和实践能力为目标，以提升实验教学层次为出发点，提出丰富实验内容、增加实验学时，改进教学手段，建设开放实验平台三个教改思路。李强[4]认为土木工程具有很强的实践性，在人才培养中实验教学不可缺少，必须注重实验室建设，有必要对实验室进行必要的改革。李耀庄[5]结合中南大学土木工程实验教学示范中心的建设和实践，提出了“一体化、三层次”实验教学体系、“模块式、开放型”实验教学平台、“三位一体四结合”实验教学模式以及“三段六式”的实验教学方法。李彬彬[6]分析西安建筑科技大学国家级土木工程实验教学示范中心的建设情况，构建了“一个中心，四个教学区”的发展格局，坚持实验优质资源统筹和开放共享，以“四结合”（结合学科优势资源、结合地域研究特色、结合学生创新能力培养以及结合虚拟实验技术教学）作为发展思路，挖掘和拓展特色实验教学资源。该中心实行“三并”运行管理机制（统筹管理和自身发展并行、特色引领和传统基础并行、开放共享和共建示范并行），深化、探索和创新实验教学管理模式和运行机制，提高实验教学的创新发展和内涵水平，使中心实现了可持续发展。李彬彬[7]以东南大学土木工程虚拟仿真实验教学中心的教学资源建设为例，构建了一个多层次、模块化的虚拟仿真实验教学资源体系，服务于本科土建类专业人才能力培养的构建理念。介绍了“三层次、四模块、五结合”的实验教学体系，并侧重于对“四模块”的虚拟仿真实验的实验实例。徐明，熊宏齐[8]以虚拟仿真实验教学信息技术在教育领域发挥着重要作用，是教育信息化的重要组成部分，介绍虚拟仿真实验教学如何在高校土建类专业人才培养过程中发挥其特长与优势，以及东南大学在构建多层次、模块化的虚拟仿真实验教学体系，服务于本科土建类专业人才能力培养的构建理念。孟二从，余亚琳[9]认为，参与式教学是一种新的教学理念，可以有效避免传统木工程实验教学中出现的重理论轻实验、理论教学相对沉闷、实验模式相对固定、从面到点教育相对缺乏等问题，其有显著的应用意义。

论文以创新能力为核心，以土木工程实验教学中心建设为依托，提出并实践了一系列的试验教学方法，同时对试验依托的平台建设改革提出了相关措施。

二、创新实验教学方法

中心坚持以培养优秀人才、提高服务质量、增强示范效果为先导，以创新实验教学体系为核心，以改革管理体制和运行机制为基础，以提高学生实验能力、培养学生创新精神和科研实践能力为目标，坚持教学与科研相结合，坚持实验教学研究与改革，以国家需求为导向，建立科学的土木工程实验教学体系、创新人才培养模式和教学管理机制，全面推动土木工程专业实验教学的创新。在传统实验教学基础上，提出了以下五种创新实验教学方法。

（一）竞赛引导的创新实验教学

为培养学生的竞争意识和创新能力，中心构建了校级、省级、国家级、国际级“四级”创新实验竞赛的激励机制，以开放性实验室和第二课堂为载体，将竞赛穿插于实验教学和课外实践。并有针对性的将实验竞赛纳入课程管理，依托竞赛设计创新实验课程。

（二）科研创新驱动的实验教学

中心以省高水平学科、省示范性硕士点、教育部工程研究中心、省高水平实验室等科研优势平台为依托，采取从科研项目中凝练创新性实验、结合科研项目的研究性实验毕业论文、结合科研项目的大学生创新实验等模式。积极促进科研与实验教学互动，形成独具特色的科研创新驱动的实验教学法。

（三）面向工程实践的实验教学

在整个办学历程中中心形成了“重实践”的实验教学传统，培育了“强化工程意识、注重专业实践”的教学理念。以中心为支撑成立的工程质量检测有限公司、建筑设计研究院为学生工程实践提供了良好的平台。

中心积极鼓励老师带领学生参与实际工程项目，在实践中培养学生的工程责任意识、质量意识、安全意识。学生积极参与地方与行业内重大工程的施工方案制定和工程检测服务，使学生掌握的基础知识和实验技能在工程实践中获得了系统地应用。中心与省内和行业内一大批企业与单位采用“互聘互派模式”进行战略合作，建立了20余个校外工程实践教学基地。聘请校外专家担任实验教学指导老师，选派优秀学生赴校外工程实践基地进行工程实践的锻炼、进行毕业设计;同时合作单位聘请中心教师担任技术顾问，并选派工程技术人员来我中心接受技术培训。

在全方位、多层次的工程实践中，学生的专业实验能力、综合实践能力获得极大地提高，得到合作单位的一致好评，许多学生在实践中与合作单位签约工作。

（四）信息网络化的开放性实验教学

中心利用多媒体课件、录像与动画视频、虚拟仿真实验及实际操作实验等多种形式进行实验教学，积极开展第二课堂，进行实验教学的信息化与网络化。中心积极进行实验中心网站、实验管理系统、系列精品课程、实验教学课件与视频、虚拟仿真实验、网络互动等融合，共同形成了土木工程实验教学的开放性信息网络化教学平台。学生可自主进行实验教学的预约、预习、虚拟仿真、讨论交流等环节。中心老师组织学生进行了10多套计算机虚拟仿真实验系统开发。中心老师领衔研发的“土木工程材料仿真实验室”，在第七届全国多媒体课件大赛中从1244件作品中脱颖而出进入30强，荣获一等奖;中心老师领衔历经15年研发的工程量计算大型商业软件“维锦真三维算量计算软件”，被全国大部分省份相关企业采用。信息网络化的开放实验教学方法的使用，可大量地节省人力物力、重复实验过程、提高教学效果。

（五）自主设计与创新性实验教学

创新设计性实验，是发挥学生的自主性与创造性，开创学生创造性思维的一种重要教学方法。中心大力倡导开展设计创新性实验，对一些优秀创新性实验方案进行资助，申报国家专利，制作实验模型，研制仪器产品。在学生参与下，中心老师申报实验装置、实验方法方面的国家发明专利、实用新型专利共22项;制作了钢桁架结构模型、移动荷载下桥梁动力响应实验模型、地基振动的冲击激励装置等30余项。中心自主研制的“酸雨环境下混凝土结构力学实验装置”，与其它单位联合研制的“岩土工程地质力学模型实验装置”、与“电液伺服振动台”在土木工程实验教学中起到了良好的作用。

三、实验教学平台建设规划与探索

（一）加强资源整合，构建高水平土木工程学科实验教学平台

在土木工程省级实验教学示范中心的基础上，通过进一步整合资源，提高实验示范中心功能性，使实验教学中心成为土木工程全方位的系统化、功能化实验中心。依托工程中心建设通过整合资源，将铁路环境振动与噪声教育部工程中心和轨道交通实验基地作为本示范中心建设的一部分，极大地提高我中心的功能性和系统性。依托学科建设，充分利用中央与地方共建的相关政策措施，中心的设备器材以及人力、物力得到了大大的充实。通过进一步梳理实验设备与实验项目以及社会服务之间，将现有设备进行分类管理、资源整合，提高实验设备的利用率，优化实验设备功能性。

进一步改善实验中心环境、完善实验教学体制、提高现有实验室资源使用效益;加强信息化建设，以信息化、数字化技术为手段建设实验教学网络资源系统，实现实验教学资源网络管理和共享。建立网络选课系统、教学资源共享平台、师生在线交流平台;加强虚拟实验室的建设，使学生通过网络系统对土木工程真实案例进行在线浏览和交互操作。丰富实习内容，激发实习兴趣，提高实习效率和效果。

围绕国家中长期资源发展战略目标，进一步整合资源将中心建成集工程材料检测、结构测试分析、道路与桥梁检测、铁路环境噪声控制、轨道交通、工程质量测试与评估于一体的功能齐全、系统完善、开放共享的国家级一流实验教学平台。示范中心结构及功能示意图如图1所示。

中心实验教学平台建设过程中，突出功能化、系统化、多对象、多途径综合性、开放式、服务性、社会性等方面特色。

（二）加强交通土建实验基地建设

交通土建是中心的强势学科。中心在交通土建领域具有非常强的研究基础、并取得显著的研究成果。为了更好地强化优势学科，发挥示范效果，强化科研与实验教学结合，建设交通土建实验基地，轨道交通工程实验基地是多专业共用的综合性工程科研实验基地，集铁道工程、道路工程、车輛工程、交通设备工程、运输管理等交通工程领域于一体。该实验基地应用于交通工程相关专业的教学、科研、实验、培训（实训）及展示，拟建成一个具有本学科特色和开放式的实验室平台，以满足高水平科研需要和应用型创新人才的专业技能训练，以及结合产、学、研的科学研究实验。交通土建实验基地建设能极大地推动交通工程学科科学研究与实验教学的融合，提高产、学、研结合，促进科研成果向实验教学方法孵化。

（三）建立面向本科生开放的科研平台

建立面向本科生的科研平台，提升学生的学习兴趣，激发青少年的创造性思维能力，对实验教学方法的改进、实验设备的改进、实验体制的改革和完善都具有重要意义。本科生通过参加教师的研究项目、大学生创新实验项目、教学实验室开放基金、学生自主科研项目的实验、学生参加相关实验竞赛等方式利用科学研究平台。采取多种形式面对本科生开放，积极创造条件，使实验室的使用效益得以充分发挥。

通过“一拖四”、“专业导师”等方式进行双向选择，将一部分学生吸收到导师的实验室或课题组参与科学研究活动，鼓励学生取得高水平的研究成果。

（四）联合科研院所、地

方企业、行业部门，共建服务地方经济的实验教学基地

紧跟省内土木工程行业的发展形势，充分利用学校、企业、科研单位等各种教育环境和教育资源以及各自在人才培养方面的优势，与相关企业和单位共同建设实验教学基地，通过校企合作共同建立校外实验实践教学基地、开展短期或假期实验教学和培训、建立独立的网络教学实验平台、加强国际合作等方式联合建立实验教学基地。

（五）进行实验室管理体制改革，完善实验室运行机制

按照“统一管理、统筹规划、资源共享、有效利用”的总体原则，打破原有专业基础教学实验室、专业教学实验室分属各教研室的管理格局。实验教学指导委员会由中心主任、院系领导及校内外资深实验教学专家组成，负责实验课程的教学大纲、实验课程的内容和实验项目的审定等工作，使其充分发挥对实验教学的决策和对示范中心的指导作用。中心实行主任负责制、人员聘任制和专兼职人员一体化的综合管理制度。实验教学中心主任和副主任由学校任命，进行学期评估;实验教学中心统一管理实验技术人员，且实行聘任制;根据教学和科研任务，兼职教师参与实验教学和实验研究工作，实施流动式管理机制。

在管理机制中，将重点做好以下四个方面的工作：1. 建立实验室信息化管理运行平台，提高实验设备的运行效率;2. 进一步扩大教学资源的共享和开放，促进大型仪器设备向社会的开放;3. 完善实验室管理规章制度，建立实验室人员考核聘任制度，促进实验教学创新;4. 加强实验教学质量保障体系建设，提高教学质量。为实现实验中心科学化、规范化、标准化、智能化的工作，实验中心将建设成一个高效、全面的开放式人才培养基地。

四、结束语

实验室建设是保障高校实践教学环境顺利有效进行的组织保障，论文从创新实验教学方法，平台改革与创新等方面提出了些切实可行的方法，但是实验室建设与管理涵盖的面广，从理念的更新，到实验室规划、建设，管理措施与制度，管理人员素质的提升等多方面纷繁复杂，故此要想有效提升试验教学的效果，必须以学科建设、教学要求等为立足点，从试验课群体系规划、组织管理、人员管理、设备管理、教学方法和手段信息化及创新等方面提出系统的制度与方法。

本文得到学校、学院领导及中心老师的帮助与指导，致以诚挚感谢。

参考文献：

[1]张华.以创新能力为核心的土木工程实践教学体系[J].课程教育研究，2018（41）：240.

[2]门进杰，史庆轩，钟炜辉，等.土木工程专业改革与建设实践[J].高等建筑教育，2018，27（05）：31-35.

[3]彭贝，杨敬林.土木工程实验教学平台改革探索[J].黑龙江科学，2018，9（21）：44-45.

[4]李强，阎培霖，陈少杰.土木工程实验室建设与改革分析[J].住宅与房地产，2018（25）：233.

[5]李耀庄，王晓光，余志武.土木工程实验教学示范中心建设[J].实验室研究与探索，2014，33（07）：148-151.

[6]李彬彬，苏明周.土木工程实验教学示范中心的运行机制与可持续发展研究[J].实验技术与管理，2015，32（06）：139-142.

[7]徐明，刘艳，陆金钰，等.土木工程虚拟仿真实验教学资源的建设[J].实验技术与管理，2015，32（12）：116-119.

[8]徐明，熊宏齐，吴刚，等.土木工程虚拟仿真实验教学中心建设[J].实验室研究与探索，2016，35（02）：139-142+216.

[9]孟二从，余亚琳，鲍安红，等.参与式教学在土木工程实验课程中的应用[J].西南师范大学学报（自然科学版），2018，43（04）：161-166.

*基金项目：江西省高等学校教学改革研究课题（编号：JXJG-13-5-29）;江西省研究生教改项目（编号：JXYJG-2017-109）

作者簡介：方焘（1976-），男，汉族，安徽安庆人，工学博士，副教授，研究方向：道路与铁道工程专业教学与科研。

*通讯作者：薛凯喜（1981-），男，汉族，山东沂水人，工学博士，副教授，研究方向：岩土工程领域的教学与科研。