面向新形势的土木工程基础实验教学课程建设

黄正均，刘 钰，张 栋，陈倩男，张 磊

（北京科技大学 土木与资源工程学院，北京 100083）

引言

当前，在工程教育认证、“双一流”、新工科及“双万计划”等要求下，以及以专业为志愿的“新高考”招生形势下，突出以学生为中心，以创新为动力，以应用型人才培养为目标的专业教学改革迫在眉睫，实验教学部分也是其中的重点建设内容。

土木工程是一门实践性很强的综合性学科。高等学校土木工程专业指导规范提出，要更加重视学生的实践能力，突出“三个创新”培养，将试验等实践环节作为知识传授、技能训练和创新培养的载体。能力与创新的前提即为激发兴趣，以学生兴趣为中心，目标即为培养具备工程应用能力的人才。因此，必须强调“以学生兴趣为中心，以能力培养和工程应用为目标”的培养方案和建设要求，将“兴趣、能力、应用”为核心理念的课程建设思路融入实验实践教学改革建设当中。

一、建设背景

（一）国家社会教育发展新形势的需要

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》的要求提出，要强化实践教学环节，全面实施本科教学质量与教学改革。我国从2013年正式加入“华盛顿协议”开始，全面推进工程教育专业认证工作，其中我校土木专业分别于2016年6月、2019年5月通过首评和复评现场考察，专业认证给学科专业发展带来了新的要求和机遇，也对实验教学工作提出更高要求。

2017年以来，国家积极推进新工科、“双一流”建设。新工科建设的要求是为未来新兴产业和新经济培养实践能力强、创新能力强，具备国际竞争力的高素质复合型人才。其中特别突出了实践能力和创新能力。此外，“双一流”“双万计划”建设也要求要“坚持以学生为中心，促进学生全面发展，有效激发学生学习兴趣和潜能，增强创新精神、实践能力和社会责任感”，对实验实践教学提出了新的要求。

（二）土木工程行业不断发展对实践教学和人才培养的新要求

近年来，随着国家社会经济的快速发展，一大批国家级规划区和重大项目得以批复实施，如粤港澳大湾区建设、京津冀、副中心建设、冬奥会工程等。其对土木工程行业提出了许多新机遇和挑战，促使各专业领域新技术、新理论的不断推陈出新，如新型建筑材料、填海建造等，都与土力学和地基基础、建筑材料等领域的基础理论和实验技术密切相关。因此，高校土木工程专业的人才培养，理应围绕行业的新发展和新需求进行相应的教学与人才培养改革，培养更多具备扎实专业基础知识和较强创新实践能力的专业人才，以面向国家建设和行业发展所出现的新技术、新工艺等需求。

（三）我校土木工程专业建设和发展的要求

围绕两次工程教育专业认证，我校土木工程专业明确了自己的定位和培养目标，即立足首都，面向全国，服务于建筑、交通、矿业及城镇基础设施建设，培养基础扎实、专业面宽，具有实践能力和创新精神的应用研究型工程技术人才，建设特色突出，国内一流和国际知名的土木工程专业。其中也特别突出了实践能力和创新精神培养，以及应用研究型工程技术人才，即表明必须对实验教学内容、方法等实践教学体系进行改革建设。同时，虽然我校土木专业通过了两次专业认证，但在现场考察过程中，专家组都提出“实验实践教学有待进一步提高，实验多为基础实验类内容，缺乏综合性、创新性实验项目，建议加强实验教学改革工作”。此外，我校土木工程专业于2020年获批国家一流本科专业。因此，针对专业认证和一流本科专业建设，必须对专业实验教学内容等持续改进建设，以提高教学质量和人才培养能力。

此外，土木工程基础实验为我校土木工程专业独立设置的专业基础实验课程，主要为土力学和建筑材料两个学科方向。课程除原有土工和建材方向的基础试验内容外，还需增加综合、创新试验项目。本文即结合课程教学要求和我校土木工程专业定位，以及土木行业发展中出现的新技术、新工艺等，同时考虑国家社会发展和高等教育改革中面临的新形势、新要求，对该实验教学课程内容体系进行全面梳理建设。

二、建设内容

（一）梳理实验项目，完善教学内容

课程在2017版教学计划修订时，在原有内容的基础上进行了相应调整，除土力学和建材基础试验外，新增6学时的综合创新试验，但具体内容当时并未确定，初步计划为砂浆配合比设计或混凝土配合比设计试验。在2019年秋季学期首次执行该计划前，考虑到2017—2019年我校土木专业的实际情况，和前期学生调研反馈意见，将综合实验由单一固定的建材类砂浆配合比设计试验，结合北方地区在工程建设过程中地基处理所面临的实际需求，新增土工类土工击实及强度设计试验综合实验项目，增加了学生对内容的可选性和学习方向的多样性。学生在选择综合实验方向时，完全以学生兴趣为主，任其自由选择，保证内容有人选即授课。此外，结合实验室新增进口GDS非饱和土三轴仪等先进设备，新增非饱和土三轴试验、混凝土老化和冻融试验为创新试验项目讲解、演示。

至此，课程内容共含土工类试验项目13个、建材类20个，总计33个试验项目，且各方向综合类项目均由4～5个试验项目综合组成（既有基础类，也有新增项）。同时，两个方向均各增加2个创新试验项目。

（二）结合分组要求和实际情况，构建多层次分组教学方式

我校土木专业每年招收4个班级约130名学生，由于受学校目前实验场所限制，实验场地略显不足（人多地少），同时专任指导教师人数也偏少（仅有3人）。因此，为严格满足分组人数（一般为3～5或5～7人/组）和人人动手的要求，采用分批、分组、分次的“三分教学”方式开展教学。具体方案为：首先根据整个教学内容的试验项目数，每次组合几个同类或相关的试验项目作为一次教学课堂；其次以每个班级为一批，大约30人；最后每批再根据试验项目复杂程度和耗时不同，进行大、小组综合分组教学。

同时，根据课程相关学科理论课堂和教学内容具体情况，采用先土力学，后建筑材料，再综合试验的教学进度计划安排。同时，对各方向试验项目分别根据材料、性质指标等分类组合，采用平行进行、交替互换的方式开展教学，最大限度利用师资、场地和设备条件，实现在满足分组人数和人人动手的要求下，按质按量完成全部课程教学。

（三）补充教学实验设备，灵活运用实验场地和师资

2019年课程执行前，经过梳理现有实验设备并对照拟开展试验项目，对相关教学设备进行了补充完善，包括2台WMD-300电子万能试验机，2台电动击实仪，以及手动、电动脱模器各2套，砂浆分层度筒和稠度仪各4套，累计新增课程教学有关设备20多台（套），从设备上满足课程教学要求。

此外，重新规划、调整教学所需实验场地。形成以土力学、建材实验室和结构实验室为主要场所，同时新增非饱和土工实验室等创新实验场所和室外临时拌料区等共计5个专业实验室和室外教学场地，保证满足至少每批次（1个班级）不同项目、不同分组的空间要求。

同时，由于试验项目多、人数多、学时少，加上分组要求高，实验室现有师资略显不足。故返聘近几年刚退休、教学经验丰富的老教师，以及在土力学和建材方向各引入2名试验经验丰富的研究生，协助专职实验教师进行辅助教学，保证实验教学过程中每组具有1名指导教师的指导要求。

（四）补充完善课程指导教材

课程原有土力学和建筑材料基础试验部分有专门的校内讲义，但对新增的综合试验和创新试验部分基本没有涉及，外部也基本没有完全符合内容要求的参考教材。因此，课程开始教学前，实验室及时补充编制了对应的综合试验指导方案，以及创新试验内容介绍，保证教学工作的正常进行。此外，依托学校“十三五”规划教材建设项目，成功出版课程正式教材《土木工程基础试验指导》，并于2020年秋季学期正常投入课程教学。

（五）课程考核方式和质量评价建设

课程为独立设置的实验教学课程，计划学时24学时，故需设置合理的课程考核方式。结合课程实际情况，采用“平时考勤+过程评价+实验报告”的方式进行考核。具体方案为：结合课程安排6～7次课内教学，赋予平时成绩共30分（每次课5分），以考勤加上实验教学过程中组内互评相结合的方式进行，即考勤占2分，组内评价3分，由指导教师和小组内同学间根据协作试验操作过程中的表现互相打分。实验报告以土力学、建筑材料和综合试验三部分组成，根据试验项目数的不同，分别赋予25分、35分、10分，基本上每个试验项目根据复杂程度为1～2分，由专业指导教师根据完成情况给予成绩。

此外，结合学校网上评课，以及学院和实验中心的教学督导举措，对整个课程教学过程采取不定期督导检查，建立了课程教学质量评价保障机制。

三、建设成效及存在问题

目前，课程已执行教学3学年，每学年均为4个班级、4个批次，每次29～31人。根据前述建设内容，完成2017—2019三个年级的课程教学任务。课程结束后，经过考核和调查统计，课程教学效果均为良好，期末学生网课评价满意度达95%以上，基本达到改革建设目的。

当然，课程教学经过3次实施，目前也存在部分问题。如学生对综合试验方向所涉知识和工程应用并不十分了解，导致出现选课人数严重不均衡；实验设备也出现偶发性故障；实验场所过于分散、空间不足，需进一步优化及加强实验环境和安全等。因此，还将继续改革课程教学体系，不断完善、持续改进，提高课程教学质量和学生实践能力。

结语

土力学和建筑材料实验是土木工程专业的专业基础实验教学内容，也是培养具有实践和创新能力的工程应用人才的基本要求之一。本文结合工程教育专业认证、新工科、“双一流”等专业建设要求，以及我校土木工程专业定位和培养目标，完善优化课程教学内容体系。以学生兴趣和能力培养为核心，增加综合创新性试验内容；采用多层分组的教学方式优化教学过程，并对课程考核方式进行探索改进。同时，也为今后课程教学质量的持续改进明确了方向和思路。