土木工程专业实验教学改革的探索与实践

蒋田勇，田仲初

(长沙理工大学　土木与建筑学院，湖南　长沙　410114)



土木工程专业实验教学改革的探索与实践

蒋田勇，田仲初

(长沙理工大学土木与建筑学院，湖南长沙410114)

以工程实践能力培养为主线，结合科学研究和工程实践，建立两模块四层次的实验教学体系；改革实验教学的方法，调动教与学的积极性，提高实验教学质量；全面开展信息化平台建设，提升实验教学和管理的网络化和智能化；交流实验教学改革成果，具有广泛的推广应用价值。

土木工程；实验教学；改革

实验教学是实践教学的重要组成部分，是培养学生掌握基本科学实验方法与技能、提高科学素养、动手能力与创新能力的主要手段之一，在培养创新型人才中有着不可替代的作用[1-3]。教育部为了进一步推动高等学校实验教学改革，启动了评审、建设以及验收国家级实验教学示范中心项目[4]。长沙理工大学土木工程专业国家级实验教学示范中心(以下简称实验中心)针对实验教学中存在的一些不足现象，例如实验课学时偏少；学生实验时严格按照实验指导书上的方法、内容、步骤进行，学生完全不必动脑思考；每组学生人数多，动手机会少；学生只重视理论，轻视实验等，进行一系列实验教学改革的探索和实践，整合和共享优质实验教学资源，以期达到提升学校办学水平和教育质量以及培养学生的动手能力、实践能力和创新能力的目的[5-6]。本文从以下五个方面对土木实验教学改革进行探讨与实践。

一 、建立两模块四层次实验教学体系

根据现代土木工程建设的发展趋势及其对工程应用型、创新型人才的需求，实验中心坚持“注重基础实验，强化工程实践，结合科研生产，激励技术创新”的实验教学理念，建立以工程实践能力培养为主线，融知识传授、能力培养、素质提高为一体且协调发展的两模块四层次的实验教学体系。两模块四层次的实验教学体系拥有“专业基础实验模块+专业实验模块”两个模块；涉及“基础训练实验-综合设计实验-工程实践实验-研究创新实验”四层次；形成了从低到高、从基础到前沿、从校内到工程现场、从接受知识型到培养创新能力型的逐级提高的实验项目链。为了实施大土木高级应用型专门人才素质培养，实验中心重视对学生基本技能的训练，根据土木工程专业学生培养的特点，将土木工程各专业方向共同的专业基础实验整合，统筹规划为一门专业基础实验课程即土木工程专业基础实验。课程内容涵盖建筑材料实验、工程结构基本构件实验、土力学与工程地质实验、测量实验等专业基础课，以此作为土木工程各专业方向共享的专业基础实验训练平台。

根据实验教学体系改革方案，按照“独立设课，单独考核，分段实施”的原则，开设了《土木工程专业基础实验》和《土木工程专业实验》两门实验课程，涵盖路基路面工程、桥梁工程、结构设计原理、建筑材料、道路勘测设计、工程测量学、土力学、岩土工程、建筑结构、隧道工程等课程的相关实验教学任务。实验项目分为“基础训练”“综合设计”“工程实践”“研究创新”等四种类型。土木工程专业基础实验课程的必修实验项目主要以“基础训练型”的实验项目为主。专业实验课程主要以“综合设计型”“研究创新型”为主，同时增加了“工程实践型”实验。总计开出专业基础实验项目和专业实验项目共97项，其中“综合设计型”“研究创新型”和 “工程实践型”项目占实验项目总数的88%。

充分体现实验教学体系的实验项目具有以下特点：(1)实验教学与理论教学统筹协调。 土木工程是理论性和实践性都很强的学科。根据土木工程实验特点，将学生能力的培养贯穿于整个实验教学过程中，特别是培养学生的基础理论知识综合运用能力和解决工程实际问题的能力。一方面通过实验内容的精心设计来阐释基础理论知识，加深学生对理论知识的理解；另一方面在实验中体现理论的指导作用，培养学生对理论课的学习兴趣，达到实验教学与理论教学的互为补充、协调发展。(2)基础训练与工程实践能力培养并举。根据土木工程专业本科生的知识结构和能力结构的特点，重视专业基础公共训练平台的作用，强调建筑材料、土力学与工程地质、工程结构基本构件、测量实验等基础知识和基本技能的训练。同时，通过改造、更新实验内容和实验方法，特别是在专业实验课程中大量增加综合性、设计性、创新性实验项目，突出工程实践能力和创新能力的培养。(3)综合性实验与综合应用能力和谐统一。在专业基础实验和专业实验项目中均考虑设置一定数量的综合设计性实验项目，将传统的分散的相关基本知识点综合，设计成一个较大的实验项目，从而将原本相对独立的基本知识点贯穿起来，使学生了解各基本知识点之间的有机联系，增强学生的综合应用能力，同时也节省了实验学时。(4)实验内容与科研、检测服务紧密结合。实验中心成员承担着大量的国家级、省部级重大科研项目及横向课题，将道路、桥梁等土木工程领域的先进技术手段和实验方法应用于实验教学，开发、研制一批反映现代土木工程技术，具有长沙理工大学土木工程特色的研究创新性实验。同时，由于长沙理工大学为全国高校中为数不多的交通部“公路工程试验检测甲级资质”单位，工程检测项目的数量和类型众多，以此为依托，开设了工程实践性实验，即学生可以参加中心承担的实际工程检测试验任务，由老师现场指导，并根据参与工作的程度分步骤分层次考核。

二、改革实验教学方法,调动教与学的积极性

(一)引进先进实验技术，支撑教学方法改革

土木工程专业实验教学中心按照“实验技术先进、实验方法标准、仪器设备适用”的原则，在教学实验项目设置、仪器设备配置等方面，符合工程实际要求，反映现代科学技术的发展趋势。有效地帮助学生建立规范化实验(测试)的概念，使学生通过实验掌握先进仪器设备使用的技能和学习现代实验技术的基本知识，完成实验教学任务，达到培养科学精神和创新能力、提高分析问题解决问题的综合能力的目的。在实验仪器配置方面，一方面大批量地添置高性价比的实验装置，使学生实验时严格做到1人/组；另一方面，有针对性地购置先进的实验仪器，使实验室的测试手段处于世界领先水平，为学生提供了开阔视野的基本平台。此外，充分利用计算机技术的发展，在桥梁工程、结构工程实验教学中采用多点数据采集系统和分析处理软件等先进的实验手段，使实验数据采集与处理自动化，并结合学科建设，建设了拥有大型工程软件的数值仿真实验室，改善了实验教学中心的教学科研条件，支撑了土木工程专业实验 “理论-实践-建模-实验-数值分析”的教学改革。

(二)灵活应用并实践多种实验教学方法

坚持“育人为本”“学生主体”，实现实验时间开放、内容开放、仪器设备开放，鼓励学生自主实验，教学互动成为主导教学模式，针对不同的学生能力差异采用差异化教学，采用因材施教的教学方法。土木工程实验教学灵活应用并实践多种实验教学方法，充分调动学生的积极性，有利于学生创造能力和独立工作能力的培养。

教学互动是贯穿于土木工程系列专业实验教学的主导教学模式。在教学过程中广泛实行实验前、实验中和实验后三个阶段分别设置“师生互动，引导学生积极思考，使学生由被动学习变为主动寻知求学”的教学环节。土木工程实验教学的自主实验模式以鼓励自填实验课表、自选实验项目、自定实验内容、自拟实验方案、自带实验课题为基本特征。学生在修学土木工程系列实验时，享有充分的自主学习权利，可以根据自身学科专业特点和个人兴趣选择不同的专题，学习基本要求以外的不同测试方法。指导教师在指导同一个实验项目时，要求所有学生达到教学大纲的基本要求，而学生实验技能和动手能力存在差异，因此同时采取集中教学与个别指导相结合的教学方法，最大程度地调动学生的学习积极性。

(三)改革实验教学考核方法，提高教学质量

改革实验教学考核方法，积极探索实验考核方式的改革，有利于激发学生实验兴趣，提高学生实验能力和综合素质，提高实验教学质量。因此，实验教学考核方法的改革是实验教学方法改革的重要组成部分。实验中心对不同学科、不同专业的学生，建立了配套的实验考核制度，采用不同的考核方法，使考核方法具有科学性和合理性。

(1)对于土木工程专业学生，实验课程考核采取灵活多变的考核方式，以全面考查学生的知识掌握情况、动手能力和创新意识，主要的考核方式有：①平时成绩占20%；实验报告占40%，期末考试占40%。②平时成绩与工程实践项目、创新型实验相结合，其中平时成绩占20%-30%，实验报告或小论文占70%-80%。

(2)对于非土木专业学生，采取平时成绩与实验报告相结合的考核方式。平时成绩根据出勤情况、操作表现和实验完成质量等综合评定，再结合学生实验报告给出实验总成绩。

三、提升实验教学的网络化和智能化

为了提升实验中心的整体管理水平，实现实验课程整体规划、教学资源共享、教学运行宏观监控，实验室管理规范透明的建设目标，实验中心建立了网络化实验教学、网络化实验室管理和网络化实验教学资源共享平台，实现实验教学、学生自主实验全过程的网络管理。基于校园网平台的“实验教学管理系统”，为土木工程专业实验教学资源的最优化配置与利用提供了条件，打破校内、校外界限，对高校、科研院所、企业社会全面开放，实现资源充分共享，实现网上辅助教学和实验室网络化、智能化的管理。

1.建立网上选课系统数据库。网上选课系统包含实验中心开设的全部实验课程和创新性实验课程，实验教学管理系统拥有实验中心开发的全部实验教学课件，初步实现了网络助研助学功能，学生可在任何时间、地点，通过网络实现自主学习和交流。

2.丰富网络实验教学资源。土木工程专业实验教学管理系统拥有丰富的网上教学资源，提供多门课程的课程大纲、电子教案、多媒体课件、习题、网上实验、知识扩展、相关链接、网上提问、网上答疑、资料下载等，为学生进行课内外学习提供了重要的辅助手段。同时，还提供了网上发布教学信息、网上登录成绩和查询成绩等服务。该教学网络资源库由实验中心所有教师共同建设维护，并不断更新课程资源库。

3.实现实验项目网上预约。实验教学的各项内容，包括每个实验室的实验设备、实验内容、实验技术和要求等，均在网上公开，实现数据共享，通过实验项目查询系统查询。此后，学生可通过自主开发的开放实验项目网上预约系统在网上预约实验项目和时间，提交实验报告。最终可以达到学生能够根据自己的兴趣有目的地在网上实现实验课的预约，提高了资源的利用率和教学效果。

4.实现网上辅助教学和网络化、智能化管理。网上信息平台的建设实现了实验现场教学与数字化教学相结合，实现实验教学的课前预习、现场实验、课后复习为一体的有限学时与无限学习相结合。依托目前普及的高速互联网络，节约大量人力、物力成本。不断优化版面结构、补充教学资源信息、扩充使用功能，目前已在实验教学中发挥了优质资源的延伸作用，提高资源的使用效益，并逐步实现了多媒体化、网络化和信息化管理，为本科生实验提供了最有利的条件。

四、 结语

土木工程专业实验教学是高等学校土木工程专业教学计划中的基本内容之一，同理论课一样应放在同等重要位置上。实验中心通过一系列的改革，建立两模块四层次实验教学体系，改革实验教学方法,调动教与学的积极性，提升实验教学的网络化和智能化水平，充分地调动了教师和学生的积极性，发挥了实验教学的示范辐射作用。

1.实验教学改革成果推广到兄弟院校。与厦门理工学院、湖南理工学院、以及中南林业科技大学等建立了土木工程实验教学资源共享机制，实现了实验教学队伍讲课交流、实验教学场地信息共享、实验教学设备信息共享。实验中心建设的自制教学设备、实验教材等在兄弟院校得到推广应用。

2.积极参与全国土木工程学术活动，交流实验教学改革成果。实验中心不断派教师访问国内名校，同时也接待了厦门理工学院、湖南理工学院、中南林业科技大学等10多所国内高校的土木工程实验室教师参观访问。实验中心教师出国短期进修、考察、参加国际会议达近40人次。

3.教学资源向社会开放，成为技术咨询服务和人才培训的重要基地。实验中心为湖南省多条高速公路提供技术咨询服务。实验中心开展工程测量职业技能考核工作，建设期间有800多人通过考核，获得了国家劳动部门认定的工程测量职业技能中级证书，进一步扩大了实验中心示范辐射作用。

(责任编辑：徐建平)

[1]班明霞，苏刊，李宗富. 土木工程专业实验教学及实验室建设探索[J]. 高等建筑教育, 2007(16):87-89.

[2]白文辉，梁超锋，孙斌祥，等. 基于应用型人才培养的土木工程专业实验教学改革思考[J]. 高等建筑教育, 2009, 18(6):25-27.

[3]王学庆. 土木工程专业实验教学内容及方法改革研究[J]. 安徽工业大学学报(社会科学版), 2014,31(1):110-111.

[4]黄凯，凌辉, 潘懋. 北京大学国家级地球科学实验教学示范中心的建设与实践[J]. 实验技术与管理，2014，31(12):1-5.

[5]黄丽婷，熊世树，李黎．土木工程结构实验室实教学改革探讨[J]．实验科学与技术，2006(6)：44-47.

[6]李琮琦,肖鹏,张靖静. 土木工程专业本科系列实验教学平台的构建[J]. 结构工程师,2011(27)：215-218.

Exploration and Practice of Experimental Teaching Reformation of Civil Engineering

JIANG Tian-yong，TIAN Zhong-chu

(Changsha University of Science and Technology, Changsha 410114, China)

Taking the practice engineering ability of training as major purpose, combining with the practice engineering and scientific research, setting up the experimental teaching system of two modules and four levels. Practising the new method of experimental teaching. Mobilizing the enthusiasm of teaching and learning, promoting the teaching quality. Carrying out a comprehensive information platform；improving the intelligence and network of experimental teaching and management. Communicating the experimental teaching reformation achievements, it shows that experimental teaching has extensive application value.

civil engineering;experimental teaching;reformation

G482;G642

A

1671-9719(2016)5-0045-03

蒋田勇(1978-)，男，湖南宜章人，副教授，博士，研究方向为实验教学和改革。

2016-03-10

2016-03-26