以人才需求为导向的“建筑结构试验”课程教学探讨

徐杰，姜晓峰，朱岗山，王启辰，孙雅丹

（1.天津大学中国地震局地震工程综合模拟与城乡抗震韧性重点实验室，天津 300350；2.天津大学滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室，天津 300350；3.天津大学建筑工程学院，天津 300350）

2020年2月，教育部办公厅发布的《第二批新工科研究与实践项目指南》中，针对新工科提出了“面向未来、谋划未来、引领未来，持续深化创新型、综合化、全周期、开放式的工程人才培养”的新理念[1，2]。高等学校实践性试验教学对培养学生理论联系实际的能力具有十分重要的作用。同时，高校专业试验室建设对促进学校各专业教学改革，提高教学科研水平也具有重要作用[2]。天津大学开设的“建筑结构试验”是土木工程专业学生的一门理论性、实操性和系统性较强的专业基础课，由试验理论和试验操作两部分组成。本文介绍了天津大学结构试验教学团队通过对课程教学的探索，建立了“四阶段+三理念+两探索+一讨论”的教学方案，从而为行业企业、科研院所和工程单位培养复合型、创新型和应用型人才。

1 教学方案设计

“建筑结构试验”是土木工程专业重要的专业基础课程，作为大学生在本科学习阶段接受综合能力训练的重要环节之一，本教学团队在设计教学过程时，深入研究各知识点与教学因素间的内在联系，厘清它们的关系，找准两者间的内在契合点，而后依照专业知识内容逻辑体系，以专业知识为依托，注入思政元素，以无缝衔接方式，建立起“一个核心+两项探索+三维目标+四个阶段”为培养方案的课程设计，如图1所示。

图1 课程设计方案

2 用人单位需求分析

首先我们要了解用人单位的需求，因为这个问题决定了人才培养的类型，进而确定人才培养方案。通过对近三年的土木工程学生的就业去向进行了调研，结果显示土木类的毕业生的就业主要有三个方向，即科研院所、工程单位和机关企业。其中科研院所即为毕业后继续进一步学习的学生，主要包括考研和出国留学两类，基本都占到了50%以上，工程单位是指毕业后进入和土木专业相关的单位，包括施工单位和设计院等，另一部分学生为行业企业，主要指毕业后从事的工作和所学的专业没有直接的关系，比如公务员、选调生和其他企业等。

3 人才类型分析

土木类毕业生的主要毕业去向分为三个大的方向，即科研类、工程类和企业类。工作性质不同，对人才的要求也不尽相同。科研对创新能力要求较高，工程类对应用型的人才要求较高，而企业行业则对人才的综合能力要求比较高。基于此，我们重点要培养复合型、创新型、应用型人才，其关系图如图2所示。

图2 用人单位和人才类型关系图

4 “四阶段+三理念+两探索+一讨论”

从课程设计可以看出，用人单位需求和人才类型是前提，而培养人的关键在于怎么培养人。本课程设计了“四阶段+三理念+两探索+一讨论”的培养方案。

4.1 四个阶段

为了更好地体现全过程育人，本课程在原有的理论教学和试验教学的基础上增加了实践教学和科研教学两个阶段，各个阶段的内容如下：

（1）理论教学。主要是对试验的基本知识进行理论讲授，比如说“电阻应变片”“电阻应变仪”等一些测量设备的工作原理，讲解的目的就是让学生不是简单地知道仪器的操作，更应该掌握仪器工作的原理，这样才能从根本上掌握设备的使用，也为试验数据的处理奠定基础。

（2）试验教学。在掌握理论的前提下，开展试验室试验，从而加深理论知识的理解，锻炼学生科学的试验思维。

（3）实践教学。实践教学环节的重点在于“应用”，这个阶段的设计主要是考虑到课堂教学和实际工程应用还是有一定差距，因此在该环节会依托实际工程案例进行教学，从而打通课堂知识和试验室试验与实际应用的关卡。

（4）科研教学。科研教学环节的重点在于“创新”，这个阶段的设计主要是为了让学生更好地利用试验思维和试验手段进行创新性活动，比如“大创”竞赛等，从而开发学生创新思维和解决实际问题能力。

4.2 三个理念

（1）践行“国家需求为导向”的培养理念，增强学生的社会责任感和使命感。

以国家需求为导向，这里以振动台试验为例进行举例。首先通过介绍我国桥梁建设取得的巨大成就，比如港珠澳大桥的建设等，从而引出跨海大桥的抗震问题，这个问题该如何解决呢？传统的抗震试验即振动台试验，但是目前的振动台试验的条件能否解决？这些解决我国抗震试验研究的重大需求，虽然我国的振动台技术有了长足的进步，但是还需要一些关键条件进行补充，比如水下试验台、大型试验台等，增强学生的社会责任感和使命感。

（2）践行“开放创新为手段”的培养理念，开发学生创新思维和解决实际问题能力。

以“开放创新为手段”是指在需求引导的前提下，给学生充分的空间去思考，让学生分组来考虑如何解决现有的试验条件限制。通过学生的现状总结和奇思妙想的方案，解决目前的问题。这样可以开发学生创新思维和解决实际问题的能力，进而培养学生实事求是的科学态度和不断探索的科学精神，增强学生对土木工程专业的兴趣，激发学生的学习热情，培育学生投身祖国工程建设的意愿，树立科学发展观，实现教书育人的目的。

（3）践行“大国重器为引领”的培养理念，激发学生的自信。

以“大国重器为引领”是指通过我国在该领域的巨大成就，激发学生的中国自信和科技发展自信。比如通过天津大学建设的世界上第一台“双子台水下振动台”与世界振动台发展的对比讲解，激发学生对母校的热爱，通过“十三五”国家重大科技基础设施“大型地震工程综合模拟试验设施”等大国重器的介绍，彰显我国试验技术等世界领先地位，提升学生的科技自信和自豪感。

4.3 两项探索

（1）“以学生为中心”的模式探索。

教学模式是创新教育的主要载体和渠道。在研究现有教学模式的基础上，借助雨课堂和翻转课堂[3-5]，将理论教学与实践教学有机结合，突出“以人为本，素质教育”的主旨，提出了“以学生为中心”的教学模式。该教学模式带动了教学内容的改革和教学质量的提高，在培养学生应用及创新能力方面已初见成效，为创新型人才培养奠定了扎实的基础。

（2）虚拟仿真试验教学的平台探索。

虚拟仿真实验教学是在新时代高等教育内涵式发展背景下，实验教学主动适应新技术变革，提升学生的创新精神和实践能力，培养卓越拔尖人才的重要举措[6]。基于此，本课程开发了“梁式构件受力全过程虚拟仿真”试验平台，该虚拟仿真实验既不消耗实验器材,也不受场地等外界条件制约，还可重复操作，能够有效提升学生学习的主观能动性，启发学生的创新性思维。

4.4 一个讨论

为了树立学生正确的科研精神和价值观，本课程设置了“数据真实-科研诚信-为人诚信”的讨论环节，提升学生的文化素养、道德修养，坚定学生理想信念，切实提升立德树人的成效。试验的重要输出就是试验数据，如何处理试验数据非常重要。通过“数据真实-科研诚信-为人诚信”的讨论环节，从而让学生树立实事求是的科研态度，进而由科研诚信引导学生为人诚信。

5 结语

高等学校实践性试验教学对培养学生理论联系实际的能力具有十分重要的作用。同时高校专业试验室建设对促进学校各专业教学改革、提高教学科研水平也具有重要作用。本研究通过对“建筑结构试验”课程教学的探索，对人才类型、培养方案和用人单位需求三个方面的分析，明确了科研院所、工程单位和机关企业为主的工作单位，建立了“四阶段+三理念+两探索+一讨论”的课程培养方案，从而培养复合型、创新型和应用型人才。该课程的尝试可为其他试验类课程提供借鉴和参考。