土木工程实验教学体系的构建

段晓牧 夏军武 杨建平

摘 要：文章针对目前高校实验教学体系存在的主要问题和土木工程专业对人才培养的要求。以中国矿业大学土木工程专业为例，以专业定位和培养目标为指导，以学生创新能力培养为目标，构建“一主线、两平台、三层次、多渠道”的土木工程专业实验教学体系，并简要阐述土木工程专业实验教学体系的实践成果。

关键词：实验教学；土木工程；高校

中图分类号：G640 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2018）03-0074-03

高等学校是培养未来社会建设人才的基地，是培养具有创新精神和创新人才的摇篮。实验教学体系作为高等学校工程实践教育的主要环节和手段，是实现高等教育培养目标和基本要求的重要保障[1-2]，对适应我国高等教育“宽口径、厚基础、复合型”的培养要求，培养创新型人才具有重要作用。[3-4]

中国矿业大学土木工程专业2011年提出产、学、研、用合作培养创新实践型本科生模式[5]，充分整合学院实验教学资源，强化实验教学环节，更新实验教学内容，构建以培养学生创新能力为目标的土木工程专业实验教学体系。本文结合中国矿业大学土木工程专业实验教学体系改革与实践，探讨在当今世界土木工程专业面临更严峻考验的时代，如何构建高等教育土木工程专业实验教学体系，破除“育人”与“用人”的壁垒，以满足社会对创新人才的需要。[6]

一、土木工程专业实验教学体系的构建思路

实验教学不仅能培养学生的实践能力，更能直接培养学生的创新意识和创新能力，全面体现学生的工程应用能力和科技创新精神[7-8]，因此构建以培养创新型土木工程科技人才为核心的实验教学体系成为土木工程专业教学改革的重中之重，是土木工程专业建设高层次创新型工程科技人才培养基地的关键。[9]

中国矿业大学土木工程专业立足于矿业大学之根本，依托本专业学科优势资源平台，按照高等学校特色专业、江苏省高等学校品牌专业和江苏省“十二五”重点专业建设要求，以“突出优势、强化特色、创新机制、打造品牌”为目标，确立中国矿业大学土木工程专业的专业定位为：以深部岩土力学与地下工程建设为专业特色，旨在培养矿山建设工程、工业与民用建筑工程、城市地下工程、交通土建工程和防灾减灾与防护工程的高级专门人才，致力于将本专业建设成国际知名、国内一流、特色鲜明、多专业方向协调发展的品牌专业。

在此基础之上，根据中国矿业大学土木工程专业培养目标和行业发展需要，在实验体系建设方面，中国矿业大学土木工程专业以准确把握科技与生产实际所需要的本专业的技术、能力和素质为导向，以调整实验教学内容，优化实验教学过程，提高实验教学条件，改善实验教学方法为手段，坚持理论教学和实验教学协调发展[10]，提出构建“一主线、两平台、三层次、多渠道”的实验教学体系，总体构建框架如图1所示：“一主线”即坚持“以创新型培养为导向，以素质教育、能力培养为主线”的全过程培养模式；“两平台”指依托于中国矿业大学土木工程专业1个国家级（深部岩土与地下工程国家重点实验室）和1个省级实验平台（江苏省环境灾变与结构可靠性重点实验室），整合实验教学资源，构建学科综合实验教学平台——建筑与土木工程实验中心，建设开放式实验室，增加开放实验，加强实验仪器设备的统筹建设和科学管理，实现实验资源共享与建设；“三层次”即将土木工程专业实验课程的设置分为基础实验训练、专业综合实验训练及创新实验训练3个部分，构成了多层次、立体化、自由度递增的实验教学内容体系，人才培养模式从传统继承教育向发展创新教育的方向转变[11]；“多渠道”是指在实验教学过程中应充分利用多媒体教学、翻转课堂、互联网等多种现代技术手段，大力推进实验教学方式、方法改革，同时加强实验教学队伍建设，完善实验室管理制度。实现以多元的实验教学模式为手段，以制度建设为基石，以实验教师队伍建设为保障，促进新型实验教学体系建設及实验研究水平的完善和提高。[12]

二、土木工程专业实验教学体系的构建与实践

（一）巩固理论基础，培养创新人才

在土木工程专业定位、培养目标和构建思路的指导下，土木工程专业实验教学体系的构建就此展开。中国矿业大学土木工程专业人才培养采取“4+5”模式，即实施9 学期制，大四上半学年为第7、8 学期，下半学年为第9 学期。学生在基础理论学习之后，可根据自己的学习要求在矿山建设工程、工业与民用建筑工程、交通土建工程、城市地下工程和防灾减灾与防护工程五大课组中选取其一作为主修课组，同时可选修其他课组方向课程。考虑学生的来源和就业需求，学生学习采取一主多辅模式。因此，在土木工程专业实验教学体系构建中，实验教学内容应根据土木工程专业不同专业方向的培养要求，满足多学科交叉的需要，将整个实验教学体系分为三个层次。

1.基础性实验训练：基础性实验训练是根据教学大纲的课程设置要求，与理论课程内容配套，设置通识课程的基础实验，如电工技术与电子技术实验、测量实验、力学类实验等实验训练。基础性实验训练要求学生掌握基础知识、基本理论、基本技能和基本方法。教学内容具有基础性、入门性、规范性特点，教师根据理论过程进行演示或验证，培养学生掌握基础知识，初步提高学生的动手能力。[13]

2.专业综合性实验训练：专业综合性实验训练是土木工程专业大类和相关专业的基础性实验，如土木工程材料实验、结构设计原理实验、土工实验等等。该层次实验训练的主要目的是要求学生能够结合理论课程的授课内容，掌握土木工程专业的基础实验技能，并深化对理论课程内容的理解，增强学生的综合实验能力。在实验过程中，我们要求学生在实验前结合理论课程的授课内容，对实验中涉及的基础知识和实验原理进行预习，并撰写实验预习报告；在实验中，以学生的实际操作为主，并增加综合设计性实验内容，使得学生能够将理论内容融入实验操作中；在实验进行后，学生针对各自的实验结果撰写实验报告，并对实验数据进行分析。这样的方式，极大地增强了学生实验的主动性，不仅巩固了理论基础知识，也极大地拓宽视野，增强学生提出问题、分析问题和解决问题的能力。[14]

3.创新性实验训练：创新性实验训练是结合创新基金、学科竞赛、科研课题等设置的开放性实验项目，引导学生按自己的专业方向自主选题、团队合作研究的方式开展创新研究，使得学生能够及时跟踪学科发展动向，掌握最新实验方法，对学生的发散思维培养，提高应变能力具有很强的推动作用。中国矿业大学土木工程专业近5年学生参与大学生创新试验、训练和科研计划、大学生科技竞赛以及教师的科研课题等实践活动荣获各级大学生创新计划179 项，其中国家级大学生创新计划32项，省级19 项，成果显著。

（二）模式翻转课堂、多媒体与互联网等多种教学手段

为改变原有实验内容陈旧、教学模式单一的现状，在教学方式方法的改革中，将翻转课堂、多媒体和互联网等多种教学模式引入实验教学中[15]，包括实验原理、操作技术和仪器教学实验，让学生提前通过新媒体观看视频，然后带着问题走进实验室，再与教师讨论。在实验过程中，也采用多媒体的授课方式，再次向学生展示实验操作的过程和注意事项，积极拓展课堂实验教学的有效空间，提高教学实效。

在实验教学方法方面，我们也改变原有的灌输式教学方法，采用启发式、讨论式的教学方法。在每次的实验结束后均设置了思考题目，学生根据实验的结论与思考题目结合，进行总结和作答，以此激发学生探寻知识与实验技术的热情，引导学生去分析和思考观察到的实验现象，激发他们独立解决问题的愿望，使他们的实践能力得到培养。

（三）整合实验教学资源，搭建综合实验教学平台

实验教学平台建设是实验教学改革的基础，中国矿业大学力学与土木工程学院分别牵头组建土建类人才国家级工程实践教育中心、土木类专业创新实践教育中心；省级协同创新中心包括老工业基地资源利用与生态修复协同创新中心和建筑节能与建造技术工程技术中心2个；省级科研平台包括土木工程环境灾变与结构可靠性重点实验室、深厚表土冻结及深井建设工程技术研究中心与建筑节能工程技术研究中心3个，扩张了实验教学的广度。

目前力学与土木工程学院各类实验用房约12.6 万m2，实验仪器设备26905台套，资产总值达到5.8 亿元。学院同时加强实验室仪器设备的统筹建设和科学管理，极大地减少仪器设备的重复购买和闲置现象，以提高实验室的质量和效率。学院同时加大了实验室投入力度，为满足本科生的实验教学要求，更新了大批的实验设备，并加大对实验教学仪器设备、场地、教学课件等物力资源的全方位开放力度。建筑与土木工程实验中心各个实验室全部配备门禁系统，学生可根据自己的意愿提出实验申请，通过预约、授权后，选择自己的课余时间进行实验，为学生自主学习、自主实验和创新活动创造有利的条件。

另外，实验教学体系利用协同单位的技术平台进行指定课题的研究，与协助单位开展项目研究，所做的研究工作可作为专题或创新性试验项目，试验内容更加丰富，实践性更强，既开阔了视野，又锻炼了学生分析、解决问题的能力。

（四）完善实验室管理制度，建设双师型教师队伍

随着中国矿业大学土木工程各专业方向实验室资源整合，实验室的各项管理制度得到进一步完善。在实验室师资队伍建设方面，学院注重人才的引进和培养力度，目前，建筑与土木工程实验中心共有实验教师32人，实验技术人员10人，其中教授11人，副教授15人，博士生导师12人，硕士生导师20人，硕士学位8人，其中36人具备专业领域事件背景，在校属企业任职或承担横向项目。教师中有50余人次获各类省部级以上学术和荣誉称号80余项，包括孙越崎科技能源大奖、孙越崎青年科技奖、江苏省“六大人才高峰”高层次人才、省部级“青蓝工程”跨世纪学术带头人、国家有突出贡献的中青年专家、政府特殊津贴获得者、教育部优秀青年骨干教师奖励、江苏省“333人才工程”培养对象、部级拔尖人才、省优秀青年骨干教师，已形成一支学位、职称和年龄结构合理的实验教学队伍。

土木工程专业属于工程类学科，实验教学对提高学生的综合素质、培养创新精神和工程实践能力有着理论教学不可替代的作用。坚持理论教学与实验教学相辅相成、协调发展，强化实验教学和创新教学，以实验教学方法改革和课程建设为前提，以创新型实验平台為基础，以科研成果和先进技术为支撑，对构建土木工程专业实验教学体系具有重要意义。

参考文献：

[1]邹广平，夏兴有，张学义.深化实验室内涵建设 促进实验室可持续发展[J].实验室研究与探索，2012，（10）.

[2]刘一飞，张景华，俞海洋.实施大学生创新性实验计划，构建基于能力培养的创新人才培养体系实践与探索[J].实验技术与管理，2012，（7）.

[3]国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）[M].北京：人民出版社，2010.

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[5]吕恒林，吴元周.加强实验室开放管理 培养创新实践型本科生[J].实验技术与管理，2016，（3）.

[6]李丽娟，刘勇健，吴炎海等.以创新能力为核心的土木工程实践教学体系[J].实验室研究与探索，2015，（4）.

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[9]王文奇，刘保县，宗莲松等.基于学生综合能力培养的工科创新型实验探索与实践[J].实验技术与管理，2015，（9）.

[10]赵晓丹，吴春华，周振等.构建以培养创新型科技人才的实践教学体系[J].实验室研究与探索，2015，（11）.

[11]付坤，周晓勤，凌振宝等.基于创新人才培养的高校工科类专业新常态实践教学探索[J].实验技术与管理，2015，（10）.

[12]陈支武，张德容.完善实践教学体系培养应用型创新人才[J].实验室研究与探索，2012，（8）.

[13]王丽，周玲，尹丽丹等.创新型实践教学在大学生能力培养中的作用[J].实验室研究与探索，2013，（3）.

[14]王芳，李平，郭兴启.依托实验教学中心平台 促进第二课堂的发展[J].中国现代教育装备，2011，（11）.

[15]陈晓非.翻转课堂教学模式研究[D].武汉：华中师范大学，2014.