拓展专业视野 培养创新意识

尹博民　林庆荣　靳东来　李浩杰　刘浩宇　史友进

摘要：大学生创新训练项目、开放实验室项目在培养大学生综合素质方面发挥着重要作用。在大学生创新训练项目和开放实验室项目中学习混凝土细观力学知识，进行混凝土数值建模实验，能够促进土木工程专业学生的创新思维能力发展，对学生的未来发展有重要价值，土木工程专业有必要开设混凝土细观力学选修课。

关键词：混凝土;数值建模;选修课;创新训练;开放实验室

大学生创新创业训练项目是大学生参与科学研究、参加社会实践的一项有益的活动，其主要目的在于强化大学生创新能力和创业能力的训练，培养适应国家建设需要的创新人才。开放实验室是高等学校实验创新的一个新举措，给学生提供了自主进行实验的平台。我们在大学生创新训练项目和开放实验室项目中学习混凝土细观力学知识，进行混凝土数值建模实验，拓宽了视野，培养了创新思维能力，收获颇丰。

一、混凝土细观力学在土木工程专业学生未来发展方面的价值

1、发展的相关性

混凝土在工程建设中是用量最大的建筑材料。传统的混凝土的力学研究多是建立在试验的基础上，用多种宏观参数进行预测。混凝土在细观层次上属于多相复合材料，对混凝土材料进行细观层次的破坏分析，可以更清晰地把握混凝土材料的工程情况。土木工程专业学生的未来发展方向与信息、建模、创新创意、新型混凝土等因素有关，而混凝土细观力学的研究方向大多集中于骨料及硬化水泥砂浆两相。这一研究方向使得土木工程学生在未来的学习道路上可以将所学的专业知识用于具体的对象。

2、细观思维价值

在尺度上，混凝土的研究可分为宏观、细观、微观三类。其中细观尺度范围介于0.0001cm到0.1cm之间。所以，土木工程学生在不借助工程仪器时，是难以领悟其中的学问的。运用细观力学理论，通过计算机模拟，分析混凝土材料内部缺陷，突破了学生传统理念“眼见为实”的局限性，啟发了学生在细观世界的想象能力，有利于土木工程专业学生创新能力的培养和对工程中细节的把控。

3、创业导向价值

新工科新时代的出现为当下的土木工程学生在就业、创业方面提供一定的方向导向价值，包括“互联网+”“网络强国”“一带一路”等。而混凝土细观力学对学生创新潜能的启发作用要大于传统学科，因为传统的学科往往有上百年的历史底蕴，在此基础上做出创新对于本科学生有相当大的难度。而混凝土细观力学中，其构建多方面模型的创新上手难度相对较小，其创新成果的运用对象明确，因而可以提高土木工程专业学生个人的能力，在未来就业、创业的方向上给予指引，也可以为企业对混凝土性能改善具体需求提供帮助，增加学生的创业创造资本。

二、混凝土数值建模实验实践能够促进创新思维能力发展

1、混凝土数值建模对matlab的运用起到激发创新思维与跨学科知识相互联系的作用

随着电脑软件的发展，matlab软件的具象性、编程错误处理直观性、多维图像坐标的准确性、数据处理的多样性等都十分切合土木工程学生在学习混凝土细观力学时所需的工具。并且在矩阵的计算、函数的运用与分析、概率论与数理统计中的应用、计算具象操作等功能都与高等数学息息相关，有利于学生强化高等数学中理论知识的运用，启发学生的想象力进而激发学生的创新思维。

2、创新思维能力的良性发展需要理论与实践相结合为前提

学生的创新思维能力在各个方面的发展都起到突破性的作用，但其弊端可能使学生的创新思维能力演变为空想能力，所以在学生创新思维能力的发展中需要以一项具体活动来确保良性发展，混凝土数值建模实验实践则是土木工程学生创新思维能力良性发展的选择之一。

3、有利于培养“厚基础、宽口径”的土木工程专业人才

随着国家对基础建设的大力投入，土木工程专业人才要培养 “厚基础、宽口径”并且独具特色的人才，需要在课程设置上不断进行变革。专业选修课是土木工程专业的重要教学内容，成功的专业选修课能深化学生的专业理论知识，拓展学生的专业视野，在培养学生兴趣爱好的同时培养学生的创新意识，培养学生创新思维能力，达到培养“厚基础、宽口径”土木工程专业人才的培养目标。

三、开放实验室项目对大学生创新训练项目的作用

1、创新训练项目的意义

随着高等教育的普及，近几年我国大学生毕业就业问题愈加激烈，高校教育在一定程度上满足不了社会需求，多数家长认为孩子上大学是为了找好工作，虽然这种想法普遍性极大，但不可错将普遍想法当成最终目的。在有限的时间里，我国高校教育迫切需要将切合我国人才需求的想法潜移默化的灌输到家长的脑海中，而创新训练项目的重要意义之一，便是改变国人对于高等教育的观念，上大学在提供就业机会的同时也给孩子创造了创新创业机会以及各方面的隐性成长。

2、开放实验室项目的意义及其与自由、民主思想理念

各地方高校实验创新的具体措施在于开放实验室这一新模式，开放实验室项目的意义也在于此。进行开放式实验，教师给学生提供学习资源，学生先预习老师提供的材料，实验过程中首先由学生提出问题，与教师进行面对面的交流，在教师的指导下解决问题，加强了学生与老师之间的交流，使得学生可以更主动地消化知识，积累经验。

习近平主席提出全人类共同价值观时讲到：和平与发展是我们的共同事业，公平正义是我们的共同理想，民主自由是我们的共同追求，多样性是人类文明的魅力所在，更是世界的活力和动力源泉。开放实验室项目既满足自由民主的思想理念又增加创造出更多多样性的可能，激发学生们的学术素质与综合实践能力。

3、开放实验室项目对培育大学生创新训练能力的作用

开放实验室项目给学生提供了自主学习的平台。在开放实验室项目中，学生拥有自由发挥的环境，在实验过程中能够主动掌控整个实验过程;可以通过改变实验条件，关注、追踪研究热点，开发新的实验项目，达到锻炼动手能力的目的。独立分析和解决实验中遇到的问题，能有效启发学生的创新理念与创业欲望，有利于学生进行为何而学、学有何用、用有何价值的思考，可以增强学生的自主判断能力，合理规划自己的未来发展方向。

四、土木工程专业开设混凝土细观力学选修课的必要性

1、混凝土细观力学选修课与土木学生所学知识联系密切

混凝土细观力学是需要学生将试验、理论分析、数值运算这三方面结合运用。其中，试验与开放性实验室项目是相辅相成的，若开放实验室项目进展顺利，则满足土木学生学习混凝土细观力学中试验这方面的需求。在理论分析方面，我校设定理论力学，材料力学，结构力学，高等数学，工程化学等学科都展现出培养土木工程专业学生理论分析的能力。混凝土细观力学则将化学，物理，数学中理论分析思维具体到混凝土中运用，使土木学生将各各力学的基础知识运用与混凝土实验，实现理论与实践相结合的思想并且构建了跨学科交流平台，促进该学科综合能力的提升。

2、混凝土细观力学选修课顺应新工科新时代潮流趋势

新工科背景下，土木工程专业学生迫切需要具备较强的实践能力。给予土木学生更多与实践相关的选修课是有必要的、有意义的、有效果的。同时，随着电脑科学技术的不断发展，越来越多与工程相关的软件需要土木工程专业学生去了解、学习、运用。混凝土细观力学与matlab的结合学习既满足了学生了解新软件的功能，又可以将复杂且繁琐的数学运算以编程的形式巧妙的得出结果，可视化数据帮助学生理解计算结果，得到解决工程问题的启发。在这个信息资源重要且海量的时代，传统的纸制实验报告记录难以满足当下社会对于信息资源的需求，计算机模拟实验既能实现無纸化模拟实验，又能加强土木工程专业学生对信息资源的分辨能力、处理能力、储存能力、运用能力，可谓一举多得。

3、混凝土细观力学选修课能全方位促进教学科研实验一体化

开放实验室强调在内容、方法和手段上对传统实验项目进行全方位的改革，使实验课程具有启发性和趣味性。教师在开放实验项目中将自己的科研成果进行教学转化，有利于提高教学改革的效果;依托教师的科研项目，学生可以参加科学研究，发展学生的科研能力。MATLAB语言简单，编程容易，在计算方法、建模仿真等方面对土木工程专业的学生帮助很大。混凝土是建筑行业使用最为广泛的建筑材料，土木工程专业的许多专业课都与混凝土有关。在开放实验室项目中学习混凝土细观力学的有关知识，学生掌握了MATLAB编程方法，可以融会贯通到土木工程专业多门专业课，全方位促进教学科研实验一体化。

五、结语

在学习“混凝土细观力学”的过程中，我们对“拓展专业视野，培养创新意识”的理念有了深刻的了解，但真正要达到“拓展专业视野，培养创新意识”的层面，需要教师与学生共同配合、相互信任与尊重，同时也需要高校发展自由、民主的理念，使各种因素相互作用，顺应信息时代资源的发展趋势，并促使土木工程学生将所学的专业知识用于更加具体的对象，将抽象的理论知识运用于具象的计算机软件和实践操作。同时，加强高校与社会的交流，培养新工科，新时代人才，重视学生的思想方向和精神需求以及跨学科之间的联系与运用，多种相关选修课的设定，开放实验室制度的落实等具体措施需要时间的沉淀，时间的检验。进而，“拓展专业视野，培养创新意识”的普遍性得以实现，大学生学习体验更加充实。

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基金项目：江苏省大学生创新创业训练计划项目重点项目（202112056007Z）

作者简介：尹博民（2001-），男，广东惠州人，汉族，本科生，主要研究方向为钢筋混凝土结构。

通讯作者：史友进（1960-），男，江苏海安人，汉族，教授，博士，主要研究方向为混凝土细观力学等。