高校土木工程专业实验课程改革探索

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0引言

应用型本科是以培养高层次应用型和技能型人才为目标的高等教育形式[1]。而地方高校培养人才的根本任务是以社会需求为导向，注重发展学生的实践能力及创新能力，培养行业和市场需要的应用型人才，以服务区域经济发展[2]。因此，应用型地方高校的土木工程专业应主动对接区域经济和建筑市场、土建企业对设计、施工和管理等人才的数量需求和技术要求，培养理论专业知识扎实全面、实践能力完备的高质量技能人才。作为土木工程专业人才培养方案的重要组成部分以及实现应用型土建人才培养目标的重要工具，实验教学是激发本专业学生创新精神、提高学生动手能力、培养学生协作意识、加强学生工程应用能力的关键手段和环节。本文结合滨州学院建筑工程学院的实际，探讨传统实验教学现状，以加强学生创新协作意识和动手操作技能为目的，对实验教学内容进行整合和优化，形成了适合应用型地方高校土木工程专业人才培养目标的实验教学方法。

1传统实验教学现状

目前国内高校通常将相关实验分为“基本”“设计”和“综合”三个层次，以构筑土木工程实验教学体系。绝大多数高校可以开出材料力学、结构力学、土木工程材料、钢筋混凝土等常规实验项目，满足土建专业学生基本的实验实践需求。但是对于应用型地方高校的土木工程专业，实验教学仍然存在以下无法轻视的问题。

1.1实验类专职教员短缺，实操业务水平有待提高

工程类实验实践具有专业性强、危险性高的特点，因而对指导教师提出了较高的技术和责任要求。为了保证师生安全和教学质量，需要将学生拆分成小班和小组分次授课，使得实际开出学时翻倍。如万能试验机的相关实验操作危险系数较高，为保障安全的实验室操作空间，常常采用同时指导8～10人/次的授课方式，即一个30人的班级需要开课3～4次，对教师指导和实验管理的工作量要求较大。目前绝大部分应用型地方高校的师资还在建设完善中，专职实验教员尤为紧缺，实验教师通常由理论教师兼任。工作量繁重使得专业教师难以两顾，有些教师本身的实际操作并不规范，培训学习机会较少，实验教学水平进阶缓慢，无法保障实验项目的高质量开出。

1.2以演示型实验项目为主，学生难以获得实操和巩固机会

由于实验设备和实验学时的限制，以及对耗材成本和实验空间的考虑，目前结构力学和混凝土结构设计等课程的实验常以基本演示性实验为主。尤其是当设备台套数或者实验耗材不能满足所有学生亲自动手实验的条件时，常常采用教师演示、学生记录实验数据或者组长操作、组员共享数据的方式完成实验项目。实验项目通常安排在相关理论章节完成后分散开展，或者理论课全部结束后集中进行。虽然意图“趁热打铁”，但这样无法保障学生进行足够时间的操作实践和巩固强化。此外，学生对实验项目的认识仅仅停留在照本宣科、比照实验教材简单操作的层面，容易造成“走马观花”和“过目即忘”的不良实践学习效果。

1.3考核方式单一，学生重视理论成绩、轻视实验动手能力

由于师资与生源的比例不足，实验课程的考核常常仅由出勤率、课堂操作表现和实验报告按比例组成。即使能够安排考试，往往也只是片面反映学生对实验内容、理论机理和操作步骤的记忆程度，无法促进学生对实验原理的深入理解、对实验仪器的熟练操作和对特殊情况的灵活应对。由于分组操作以及考核方式的限制，大多数学生更加重视各专业课程理论知识的学习而轻视实验课程，认为只要背过实验机理、记得操作步骤、会处理实验数据就可以了，甚至把实验课当成“休息”和“开小差”的“水课”。学生对实验课程的积极性和参与度低，很难提高实际动手操作能力，这与应用型人才的培养目标差距较大。

1.4教学资源和手段有限，创新不足，脱离行业

现状和工程实际地方高校对实践教学资源的建设仍处于探索阶段，教学内容较为保守陈旧，通常为传统的基础实验仪器，更新缓慢。设计性实验占比较少，学生只要根据教师指定的实验方法和实验指导书的操作步骤进行操作、读数、记录和简单处理，不需要提前阅读大量资料进行实验方案设计，不利于培养学生发现问题的观察能力、分析问题的逻辑思维和解决问题的工程意识。实践和经验是土木工程专业的两大法宝，用人单位对于学生的实践和经验都有着较高的要求。但目前的实验教学几乎没有根据区域经济要求和行业发展现状开发新的综合性实验内容，往往脱离区域生产和建设实际，不利于学生专业综合能力的养成。总之，目前国内应用型地方高校的实验教学存在重理论、轻实践，教学体系传统而保守的通病。综合设计性和创新开放性实验项目不足；仅针对理论教学内容而开出的实验项目单一且过时；实验教学手段呆板，以书本为中心、课堂为重心、教师为核心[3]；学科领域的最新知识及成果无法体现，不利于开拓学生的专业视野，难以满足应用型专门人才的培养要求。

2实验课程改革建设思路

针对上述问题，滨州学院土木工程专业开设一门独立的“土木工程综合试验”课程（以下简称“综合试验”），将该专业本科阶段涉及的建筑材料、材料力学、结构力学、混凝土、钢结构原理等课程中的相关试验串联起来，加入结构竞赛、力学竞赛和创新创业计划的训练题目，并融入现实工程问题和学科前沿成果，设计一系列以设计性和综合性为主且保证学生操作学时的实验项目，并建设包括教学大纲、教材、教学视频、虚拟仿真平台、讲义等一整套实验教学资源。

2.1实验项目选取

“综合试验”课程的项目选取，在保证巩固常规专业实验的基础上，增加设计性和综合性实验项目，且三大类实验都有必做项目和选做项目，以满足不同层次学生的专业巩固、能力提高和创新培养的要求。如充分依托“结构设计竞赛”“力学竞赛”等学科竞赛和“创新创业训练计划”“实验创新训练大赛”等创新研究项目开发新的综合性实验项目，通过结合新材料、新技术、新方法等行业前沿或依据附近区域实际工程情况的开发设计性实验项目，拓展土木工程实践教学的广度和深度。基本力学、材料性能等验证性实验，混凝土结构设计、结构力学等综合性、分析性实验，结构设计竞赛、创新训练项目、实际工程鉴定与检测等设计性、科研性实验项目等，将依照从简单到复杂的原则依次开展。

2.2逻辑顺序梳理

紧跟在各自理论课程后面的实验内容分散独立，实验原理常常缺乏相互联系，无法形成系统性的实验教学体系。“综合试验”的内容设置，注重实验内容的丰富性、系统性和科学性，尽量保证各实验项目新颖实用[4]。安排项目顺序时，遵循各课程知识体系的逻辑顺序和互相依存关系，以保证知识体系的连贯和完整。项目设置要符合学生的认知规律，逐步深入，最终达到高屋建瓴地掌握专业系统知识的目的。如果能将各实验项目由点串成线或者面，学生也比较容易掌握各实验的精髓，有利于学生系统性思维的养成，当学生在未来工作中遇到相关的实践问题时，可以在实验体系中快速定位、类比分析并找到解决方案。

2.3考核方式完善

改革传统考核方式，将学生在动手实操和实验技能等方面的表现作为重点考察目标。考核指标覆盖实验前的准备和实验后的分析研讨，从而全面评价学生综合掌握和运用知识的能力，有利于管理和监督学生完整参与实验全过程，培养学生发现、分析和独立解决问题的能力。如实验前可通过移动终端教学方式，推送提前预习资料后，安排线上自测，测试题目以实验原理考核和操作细节规范等为主；实验过程中，教师观察和记录学生的实操技能，并给出评定等级或分值；实验后，应对学生提交的实验数据分析过程进行分组评定，重视分析和计算的过程分值，适当降低结果分值；实验完成后，可要求学生通过移动终端完成相关习题和实验心得，总结自己在实验中的经验和教训；由于日常实验前后已实现对实验理论部分的常态考核，期末考试时则以考察动手实操为主，学生抽选实验项目，在规定的准备时间后，开卷或闭卷完成实验操作。

3实验课程改革探索与实践

3.1基本性实验

基本性实验包括材料力学的金属材料拉伸、压缩、弯曲和冲击试验，混凝土结构原理中的回弹、无损检测等理论简单、操作方便的试验项目。试验前学生自学操作视频进行预习；课上在指导教师简单讲解原理和仪器操作演示后，学生分组动手试验；教师旁观指导，并根据每位或每组学生的操作表现赋分记录。此外，还可以将翻转课堂引入基本性实验的教学中，如每次实验安排一个主讲小组担任“助教”的角色。在实验课准备阶段，教师首先考查该小组成员的预习和自习成果，要求该组学生动手操作实验并指出注意事项，不足之处由教师指正和完善；正式实验开始阶段，该组成员代替教师进行原理和步骤讲解，并且边操作边讲授注意事项；实验过程中，该组成员以“督导”身份进入各组，指导各组学生进行实验并给出操作评价。这种“翻转课堂”模式，不但可以调动全体学生在适当压力任务下的积极性和潜力，还可以解决教师在指导过程中“分身乏术”和无法“眼观六路”的窘境。基本性实验着重于培养和巩固应用型人才的基础知识和基本操作能力。

3.2综合性实验

例如，将分散于各理论—实验型专业课程中的试验项目整合，形成综合试验项目“混凝土梁的制作与加载”。学生需要先根据“土木工程材料”课程中传统的混凝土配合比试验的要求，进行骨料材料性能测试，计算和设计混凝土配合比，并据此进行反复验证和调整；然后根据“材料力学”中金属材料性能试验测定钢筋的屈服强度和拉伸强度等参数；接着根据所得各项参数，利用“混凝土结构原理”知识设计给定尺寸梁的配筋，并动手支模板、浇混凝土、养护梁；最后，养护完成的各梁用于梁的加载试验。该综合性实验先后串联三门课程的六个项目，使学生在梳理各门课知识网络的同时，体验工程实际的应用形式，锻炼实操技能和团队合作的能力。考核除关注各组的实际操作之外，试验过程中的分工配合、知识讨论、思考创新等都应纳入赋分点。此类实验突出体现了对应用型人才知识综合运用能力及解决实际问题能力的重视和培养。

3.3设计性实验

设计性实验的目标是充分激发学生的创新潜能，引导学生独立思考、分析和解决问题，如图1所示。比如可以借鉴结构设计竞赛的模式，要求学生利用给定材料（如白卡纸、竹皮、白胶、丝线等）制作满足规定要求的模型并加载成功。按照模型的荷载质量比和变形情况进行评分，同时，适当考虑计算书和分析过程。此类项目趣味性和观赏性较强，可以极大调动学生的热情，激发奇思妙想，并将所学的专业知识学以致用，融会贯通。此外，让学生将行业热点和学术前沿、教师的科研课题等纳入设计性实验的选题库中，要求以小组为单位，选择一个感兴趣的题目，根据实验室现有仪器（或教师在选题后给出建议仪器）设计一个可操作的实验。要求学生将实验目的具体化，详细描述实验原理和操作步骤，然后将整个操作过程边讲授边操作地展示给教师和其他学生，进行实验课的“翻转课堂”，期间教师负责督导和保护。此类设计性实验可以真正锻炼学生的分析能力和理论联系实际的能力，充分锻炼学生独立撰写实验报告的能力以及知行合一的能力。可以说，设计性实验集中展现了对应用型人才的创新意识和设计潜能的开发。

4实验课程改革实施效果

“综合试验”涵盖专业内绝大多数核心课程的试验项目，打破了课程间的壁垒。对任课教师来说，该实验课独立于理论课单独成课，便于掌握授课节奏，减轻备课压力，能够消除与理论课教师的衔接差异和信息不对称；对学生来说，长时间对实验课程保持兴趣，有利于在整个学期的教学阶段不断进行思考和操作实践，真正领悟实验方法和原理，同时梳理巩固专业知识；对专业培养目标来说，考虑学科竞赛和大学生创新训练计划、学科前沿科研项目的实验需求，把竞赛与创新的受众面扩大到所有专业学生，有利于提高学生的创新和科研能力，帮助学校和教师挑选出参与竞赛与科研的种子选手。课程改革实施以来，已有20余项国家级、省级竞赛获奖，数百项校级和省级创新训练项目立项，参与教师纵横向课题的学生达60余人。为地方建筑业输送了大批高质量应用型建设人才，毕业生就业率高达95%以上，用人单位对毕业生的反馈良好。

5结束语

以为地方经济培养应用型人才为目标，立足于实验项目创新，设置以综合性和设计性实验为主的土木工程综合试验。该实验课独立成课，把多门专业实践环节整合安排，满足时间和空间合理性，并将结构竞赛、大学生创新训练项目、现实工程问题和学科前沿成果等融入其中，既是一门综合性创新实验实践课程和提高型专业技术，又是一座连接土木工程理论与实际工程问题的桥梁。

6参考文献

[1]蒋建清,曹国辉,陈东海,等.应用型地方高校土木工程虚拟仿真实验教学中心建设探索[J].实验室研究与探索,2018,37(2):144-149.

[2]岳峰丽,陈克,蔡玲,等.面向应用型人才培养的实践教学体系改革及平台建设[J].大学教育,2019(9):137-139.

[3]戴文战.新世纪高等教育教学改革研究与实践[M].杭州:浙江大学出版社,2004.

[4]苗淑杰.大学生实验课举足轻重[J].科教导刊,2015(16):10-11.

作者:陈璐 郎东莹 单位:滨州学院