土木工程专业虚实结合实验教学虚拟教研室建设探索＊

李 波 康爱红 吴正光 张 垚

（1.扬州大学建筑科学与工程学院，江苏 扬州 225127；2.扬州大学城市规划与发展研究院，江苏 扬州 225127）

土木工程是一门理论与实践相结合的学科，全国约188 所大学开设了土木工程专业。土木工程实验课程是本专业的必修课程，是提升学生实践能力和创新能力的重要途径[1]。随着高等教育数字化发展的推进，虚拟仿真实验教学项目得到了快速发展并发挥了巨大的作用，对于培养学生的专业素养、动手能力、团队精神等均具有重要意义[2]。然而，学生的学习方式、学习内容、学习能力、学习形态也随着发生了巨大的重构。在此背景下，“土木工程专业虚实结合实验教学虚拟教研室”应运而生。该教研室的设立，旨在促进土木工程实验课程的数字化转型，推动教师教研形态改革[3]。基于“虚实结合、能实不虚”的原则，结合扬州大学及其他高校已建国家级、省级土木类虚拟仿真实验项目资源，规划与建设土木工程专业实体实验与虚拟仿真实验相结合的实验教学体系，通过合理分工实验课程“虚实结合”内容，有效运用混合式、探索式等多维度教学方法，规范考核体系，改革实验教学方式。教研室的设立有助于将信息技术深化与教育教学深度融合，为教师高频次、高质量、创新性开展教研活动提供平台[4]，为全面提升土木工程实验教学质量增强底部支撑。

1 虚拟教研室的组建基础

1.1 具有名师名课支撑

虚拟教研室负责人康爱红教授为国家级一流本科课程、省级一流虚拟仿真课程负责人，江苏省333 第二层培养对象，江苏省“青蓝工程”优秀教学团队带头人，江苏省高等教育教学成果二等奖获得者，扬州大学“课程思政”先进教学团队、课程思政示范课程负责人。负责人具有良好的引领辐射能力。

扬州大学土木工程专业于2016年通过工程教育专业认证，且入选国家一流本科专业建设点，拥有国家级一流本科课程1 门，国家级虚拟仿真实验教学项目1项，江苏省虚拟仿真实验一流课程2 项等，搭建了江苏省工程研究中心、江苏省产教融合型品牌专业等创新平台。以上成果为虚拟教研室建设提供了强有力的工作基础。

1.2 具有资深专家加盟

虚拟教研室与华南理工大学、广州大学、东南大学、长安大学、长沙理工大学等土木工程资深专家联合共建。通过分享和合作科研，盘活了优秀教学名师、一流课程、先进教学案例、专业建设经验等资源，提升了课程质量。此外，校外专家的加盟也为课程推广提供了坚实基础。

1.3 前期工作基础良好

江苏省高等教育教改立项研究课题《土木工程专业虚实结合实验教学与评价体系研究》（2019JSJG643）的研究成果为本教研室的构建提供了有力支撑。人员结构合理，含教学名师、校外资深专家、青年讲师、系统维护人员等。经费保障充足，每年从“土木工程国家一流本科专业建设点”“土木工程江苏省十四五重点学科”“本科专业品牌化建设与提升工程项目”“建筑工程基础综合教学实验中心”等国省级建设项目，以及扬州大学实验室建设经费等经费中划拨专款，教研室的深化建设与完善。

2 虚拟教研室的建设目标

本虚拟教研室基于新工科建设背景，坚持为党育人、为国育才，以提高土木工程专业学生的专业素养、实践能力和创新能力为核心，创新“智能+”时代基层教学组织的实验教学模式改革，探索教育信息化在土木工程人才实践教学中的新模式，提高本科生的培养质量。其建设目标主要包括以下三点：

2.1 组织建设目标

教研室成员的群体认同是建设教研室发展共同体的基础[5]，虚拟教研室的建设需要基于土木工程专业虚实结合实验教学的特征和要求，持续开展创新实验教研课题、跟进实验教学方法、共享优质虚拟资源、同频教学能力培训等活动，从而实现实验教学老师的共同进步与发展。因此，其组织建设目标是促进实验教师个人教学能力的提升与教研室整体进步的同步发展。通过轮值教研室主任方式，加强与共建单位的沟通交流，形成共建合力，以建成国家级一流虚拟教研室为目标，在全国的土木工程专业高校中形成开放、灵活、便捷的虚实结合实验教研平台。

2.2 资源建设目标

目前，国家虚拟仿真实验教学课程共享实验平台中已经认定了国家级虚拟仿真实验教学项目34 个，收录了省级一流课程54 个，此外，还带动了大量其他省级、校级虚拟仿真资源建设。为了提升虚拟资源在实验教学中的作用，通过共享国家级、省级、校级等土木类虚拟仿真实验项目线上资源[6]，引领教研室成员参与教学资源共建，共商共议，制定适合于各高校人才培养定位的土木工程实验教学方案，从而提高土木类实验课程的教学质量。

2.3 教师团队建设目标

在数字化转型的浪潮下，本虚拟教研室拟联合全国不同地域的多所高校，突破土木类实验教学过程中的时空、人、物等方面的限制，开展线上线下相结合、虚拟实验与实体实验相结合的教学研究与实践活动，打造一只面向“新工科”发展的土木工程实验教学团队，最终服务于教学、服务于专业建设、服务于学生，让学生受益。

3 虚拟教研室的建设内容

本虚拟教研室将围绕交流平台建设、虚实结合实验教研创新、教学资源建设与共享、教学方法研究、教学能力提升等方面开展建设[5]。虚拟教研室建设实施路线如图1所示。

图1 虚拟教研室建设实施路线示意图

3.1 虚拟教研室平台建设

基于土木工程专业虚实结合实验教学改革虚拟教研室的建设目标，利用教育部推荐的平台，构建了教研室功能架构，包含门户、教学实施、教研活动、资源管理等模块，见图2。每个模块均有相应子功能模块，例如，资源管理模块涵盖了课程大纲、教案、资源库等；教学教研模块包括了在线研讨、试讲、教学观摩、直播等；教学实施模块则包括了在线教学和质量评价等；门户模块主要是成果、课程评审、档案等信息与资料。

图2 虚拟教研室平台功能架构示意图

3.2 虚拟教研室组织建设

采取以下措施创新虚拟教研室的教研形态，以在成员间形成实验教学共同体的使命。通过校企共建的方式形成多元化的师资成员，建设的虚拟教研室既包含了土木类的实验教学名师，又拥有企业界的“能工巧匠”，从而推动了高校教师与行业工程师的教学融合。采用“轮值主任”制度，使得各个高校的主要教师主动参与，发挥群体领导的作用，从而大大提升各个成员的参与度与活跃度[5]。

3.3 虚拟教研室资源建设

共建、共享线上教学资源是虚拟教研室的基本任务，资源建设采取的措施如下。

构建虚实结合实验教学体系：依据土木工程专业中验证性实验、设计性实验、综合性实验等不同实验类别的特点，设计虚拟仿真实验教学资源和实体实验的结合方式，提出了基础实验和专业实验的虚实结合的任务分工，以更为灵活、生动及高效的方式，实现课程结构的综合性和学生全员、全过程沉浸式参与。目前，已采纳扬州大学建工学院自建虚拟仿真项目18 项，以及其他国家级和省级高水平虚拟仿真项目15项。

强化资源共建共享：基于各高校土木工程专业的人才培养定位和实验条件，制定土木工程虚实结合实验课程教学大纲，并据此共同编制相关教学资源库，例如虚实结合实验教学指导书、虚实结合实验报告、虚实结合实验评价体系等。所有的资源都汇聚在交流平台上共享，通过不断整合发展，形成区域性甚至全国性的土木类虚实结合实验教学资源库。

3.4 虚拟教研室教研创新

为培养具备实践能力、创新能力和团队精神的土木工程相关领域的复合型高级工程技术人才，针对土木类虚实结合实验内容，强化了以学生为中心的教学方法，将自主式学习、驱动式、混合式和探究式等教学方法应用于虚拟仿真实验教学中，并综合采用了观察法、比较法、自主设计法、控制变量法等实验方法，使学生全面掌握土木工程专业基础实验和专业实验的知识点，理解复杂条件下土木工程专业知识。

3.5 虚拟教研室师资培训

通过共享校际导师制，开展“一对一”“一对多”以及“多对一”的老教师与产业工程师对于青年教师的教学指导，并通过虚拟仿真实验项目的实施，助力青年教师教学能力提升，实现虚实结合实验教学方法的发扬与创新。此外，通过开展实验教学名师示范课、集体备课、虚实结合实验教学信息反馈等活动，定期讨论，解惑答疑，共同提高。

4 特色与创新

4.1 以立德树人为己任，立足培养新工科土木人才

土木工程专业本身蕴含丰富的立德树人思想。本虚拟教研室立足于土木类实验课程的定位，开展专题教研活动，系统挖掘了实验过程中的科学严谨、吃苦耐劳、精益求精、去伪存真等思政元素，并将其润物细无声地贯穿整个教学过程。

4.2 构建土木工程专业实验教学课程体系，实现课程升级

基于“虚实结合、能实不虚”的资源建设原则、以学生为中心的教学方法和信息化教学手段，在“仿真实验+实物实验”融合的教学模式中培养学生的专业素养、实践能力和创新能力，改革与创新实验教学模式，驱动教育信息化应用模式创新，提高学生的培养质量。

4.3 强化产学研用一体化，全方位提高教师水平

根据土木工程专业注重实践的特色，依托合作单位实现优势资源的协作共享强化产学研用，在工程项目中提升教师的实践能力；并从代表性实践工程的新材料、新技术、新工艺、新机制、新设备等方面，创新教师思维，科研反哺教学。

5 结语

本文结合土木工程专业虚实结合虚拟教研室的建立过程，介绍了其构建思路和实施途径。虚拟教研室充分融合了本校、兄弟高校以及其他实验教学资源，有效弥补了实体教研室的局限性，为不同地区实验教学的教师提供了“思想融汇”的平台，对于促进土木类实验教学的数字化发展具有重要意义。虚拟教研室的建立刚刚开始，土木类实验教学的改革与创新方兴未艾，各个高校均需基于自身的人才培养定位，因地制宜地开展虚实结合的实验教学大纲改革与实践，为师资实验教学能力提升和实践创新型人才培养提供条件。