渐进式土木工程专业实践教学改革——以河南工程学院为例

段敬民， 皇 民， 高 远

(河南工程学院 土木工程学院， 河南 郑州 451191)

2020年，河南省遴选包括河南工程学院在内的10所高等院校作为应用型本科“示范校”。以此为契机，河南工程学院按照一条主线(以高层次应用型人才培养为主线)、二个育人环境(学校和企业)、三个教育体系(通识教育体系、专业基础教育体系、专业教育体系)、四个结合(学校教育与企业教育相结合、课堂教学与实践能力要求相结合、课程设置与企业标准相结合、学习与工作相结合)的建设思路，构建了学校“3+1”的应用型人才培养方案。学校设立行业学院、人才创新班、企业冠名班等特色模块，强化实践教学和学生创新能力培养。学校要求理工类实践学分不少于总学分的25%，其中创新学分2个学分，同时制订了《创新创业实践学分认定办法》，其中包括学科竞赛、科技活动、科技成果、技能证书或职业资格证书、创业、开放性实验室等6项内容。

土木工程专业是实践性较强的学科[1-2]。而作为激发学生动手和创新能力的土木工程实践课程，则成为了本学科教学改革的重点。河南工程学院一直在推进开放性实验室建设，并已成为教学改革的一个亮点。开放性实验[3]鼓励学生主动参与专业实验、虚拟仿真等实践性较强的教学创新等活动，激发学生的主动性与创造性，学生在解决各类问题的过程中，完成实践课程的学习[4]。将实践课程与开放性实验相结合，则可使学生主动与求知的双重教学目标[5]。另外，实践课程与开放性实验相结合可发挥河南工程学院的自身经验优势，同时也符合建设应用型本科“示范校”的政策要求。因此，基于开放性实验的土木工程专业实践课程的改革探索具有十分重要的意义。

为实现这一目标，本文以土木工程实验课程为研究对象，探讨将实践课程与开放性实验室相结合的教学体系以及其改革成效，以期为高水平应用型大学的建设提供支撑与借鉴。

1 土木工程专业实践课程存在的问题

土木工程实践课程作为提升学生实践能力以及认知理论知识的教学手段，应得到高水平应用型大学等侧重实践能力培养的高校的重视。然而，以土木工程实验课为例，目前部分土木工程专业实践课程仍存在学时不足、教学质量不佳、与工程实际脱节等问题。

目前，不少应用型高校依旧把理论教学作为主要教学目标与任务，实践课程的学时一再被压缩。如，河南工程学院教学改革前，大学三年级整个学年的实践类课程不足20个学时。由于学时少，实践课的教学体系不尽完备，导致教学内容与目标不能完全实现。学生在较短时间内无法亲自上手操作实验仪器；教师仅通过演示实验，让学生观摩实验流程。这就导致学生的参与度降低、学习积极性与主动性减弱，甚至影响学生对实践类课程的学习态度，形成“看热闹”、“应付作业”等不良的学风[6]。

其次，实践类课程普遍存在教学成效不理想问题。该问题是由实践类课程被压缩衍生而来。实践类课程种类及学时减少，使得教学内容被压缩或者被迫进行填鸭式教学，在一定程度导致教学趣味性降低；动手实践环节也随之减少。这些都影响了学生的学习积极性[7]。学生从主观意识上对土木实践类课程不够重视，也带来管理上的诸多问题。

由于实践课程的压缩，很难保障基础教学内容及时更新，会造成教学内容与当前工程实际的脱节。如土力学实验，不少高校多年的教学内容始终为含水率测定、干密度测定、直剪实验及固结实验等，较少涉及当前工程实际中常见的室内外实验内容，如地基静荷载试验、蠕变实验等。因此，学生在工程应用方面必然存在缺陷，无法满足土木工程企业的用人需求，也不符合培养高水平应用型人才的教育目标。

这些问题在不同程度上均会影响实践类课程的高效开展。因此，有必要系统性探索并进行土木实践类课程体系的改革，以求不断满足企业与高校的发展要求。

2 渐进式土木实践类课程体系与实践

外业实训与室内外实验是土木工程实践类课程的主体内容，也形成了土木工程实践类课程的主要特点，即要求学生有较好的动手能力、较高的主动性等。基于这一课程特点，构建了与开放性实验相结合的土木实践类课程体系。

2.1 渐进式土木实践类课程体系

该体系是将土木工程的实践类课程划分为两个阶段。第一阶段为基础阶段，学生以小组形式开展验证类的实践或实验内容，该阶段帮助学生熟悉实践内容与流程。在该阶段，教师除指导学生常规的实践或操作外，会给出一个与之相关的科学问题，即开放性实验的题目。学生在学习、操作基本实践知识的基础上，有侧重地练习与随后开放性实验相关的实践内容，并主动思考、构思研究内容与研究方案。第二阶段为创新性实践阶段。教师与学生分组讨论并确定已构思的开放性实践方案。据此方案开展实践研究，形成有探索性、创新性及应用性的开放性实践成果。此土木工程实践课程体系的框架图如图1所示。

2.2 渐进式实践类课程体系特点

渐进式实践教学将常规实践课程与启发式教学相融合，形成具有逐步递进、教研结合、形式灵活、反馈评价全面、贴合工程需求等特点的课程体系。该课程体系可较大程度培养学生的应用动手能力，并初步形成学生的科学探究能力。

(1) 逐步递进。本实践教学体系包含基础与创新两个教学阶段。学生掌握了常规实践理论与方法后，逐步过渡到具有自主性与创新性的开放性实验。所谓“逐步递进”指两实践阶段的内容或方法存在内在联系，且两阶段的实践教学内容彼此包含、有机结合。如图1所示，在基础实践阶段的教学过程中，将会结合开放性实验引入相关科学问题。学生不仅可熟练掌握基础阶段的知识，同时会在科学问题与教师的引导下，发现常规实践方法、仪器或流程等的特征或限制，初步形成对后续科学问题的解决思路。而在创新性实践阶段，将结合开放性科学问题，形成研究内容与创新性的实践方法。最终得到开放性实践成果，并提炼应用性成果。因此，本实践教学体系可逐步帮助学生形成较为完整的实践能力，并逐步培养学生对复杂问题的探究能力。

图1 土木工程实践教学体系Fig. 1 Civil engineering practice teaching system

(2) 教研结合。开放性实验具有显著的研究性质。将开放性实验与常规实践教学相结合，即在基础的实践教学过程中嵌入开放性实验内容。学生在实践过程中会潜移默化地学习并掌握初步的科研能力。例如，怎样基于工程实际提出具有研究价值的科学问题；根据所提问题如何合理制定研究方案；以及如何提炼具有应用性价值的实践成果等。学生以小组形式在实践时自主地发现问题、解决困难。学生通过反复尝试与纠错，有助于形成科学性的实践经验。同时，教师除教授基础内容外，将全程参与指导学生的开放性实验，并及时帮助学生将所学知识应用于实际，从而形成了教学与研究交叉融通的实践课程体系。该教学改革对推动高水平应用型大学的建设，对具备研究能力的应用型人才培养均有较大的促进作用。

(3) 形式灵活。渐进式土木实践类课程体系包含基础实践与开放性实验两个环节，每个环节均采用小组形式开展。教师可根据不同组别安排教学与开放性实验的教学与指导工作的时间及地点，从而起到灵活教学的效果。同时，由于采用小组形式开展实践教学，可降低对实践器材数量等的要求。例如开展土工实践课程，固结仪、三轴仪等实验仪器数量有限，若采用小组形式开展实践教学，既能保障小组成员均能参与实验过程，动手实践能力得到充分锻炼，同时实验仪器又能得到充分应用，节约了实践教学的硬件与经费。

(4) 反馈评价全面。由于采用小组形式开展实践教学，教师在基础阶段与开放性实验阶段可及时全面地指导学生并反馈学生存在的问题，不同于与传统实践方式，每个小组的学生人数约为10人左右，实践过程中教师有精力认真指导并与学生开展充分互动，在及时反馈问题的过程中，教师可对学生实践能力、动手能力、创新能力做出比较全面的评价。如，河南工程学院学生在进行土木工程实习时，教师会结合学生专业及合作企业，有针对性地指导学生在不同工程项目及所处的开放性实验室开展观摩与实操实习，并邀请企业专家与学生进行实操互动，包括常见的工程内容与前瞻性的问题等。实习期间，教师对学生的参与程度、观察分析能力、实操能力及创新能力做出“三加一”的评价。这种评价方法有利于发掘学生的专业潜力，同时也有助于学生及时掌握企业的用人要求。

(5) 贴合工程需求。由于开放性实验项目是为了解决某一工程问题提出的。因此，其天然就同工程实际存在紧密联系。学生在经过基础阶段的实践训练后，逐步过渡到与工程实际相结合的实践阶段。如河南工程学院长期同某装配式建筑研发公司开展多项“产教融合”项目。建筑工程专业学生的材料力学实验、结构力学实验和毕业实习等实践课程均与该企业有深度合作。在开放性实验阶段，学生可接触到装配式建筑材料、设计、施工等方面需进一步解决的问题；更能直接参与部分项目的研究活动，并可结合企业需求培养学生相关的实践能力，为顺利就业、成为高水平应用型人才打下坚实基础。

2.3 渐进式土木实践类课程体系实践

每学年，河南工程学院各学院申请到的校级及以上级别的开放性实验室约为10～15项。每项开放性实验均基于理论及生产实践确定课题，符合培养应用性人才的目标。创新实践阶段，因将开放性实验与实践课程相结合，每个课题可有20～30名学生(将近一个班)参与。这些实践课题涵盖大部分土木工程学科专业。学生可以班级为单位选择符合自己专业特点的课题，开展后续实践内容。学生在教师的指导下，自主选择实践课题，讨论实践方案，开展实践内容，总结与提炼实践成果；这样可充分调动学生的学习积极与主动性，同时激发学生在具体实践过程中发现问题与解决问题的能力。此外，将实践课程与开放性实验相结合，也解决了实验、实训等学时不够的问题；促使学生在课余时间也能积极投入到实践课题当中。

目前，该模式已在河南工程学院实行了近4年，不少学生通过创新性实践课程形成了自己的成果。其中，发表中文核心论文5篇。如2019级土木工程专业蔺世豪与王浩南在教师指导下发表了《冻融循环下BFRP筋与混凝土黏结滑移本构模型》(发表于《混凝土》杂志2021年第8期)；张佳祥、毛庆超与元江浩发表了《冻融循环下玄武岩纤维增强复材混凝土的断裂损伤及软化本构关系》(发表于《工业建筑》杂志2021年第8期)；毛庆超与王佳凯发表了《不同衬砌刚度下山岭双洞隧道地震动力响应分析》(发表于《工业建筑》杂志2021年第7期)。这些研究成果均是依托实践类课程通过开展各类实验或理论研究而形成的。可见在激发学生实践与创新等能力方面，渐进式土木实践类课程具有显著效果。

此外，河南工程学院近年来获得国家级与省级学科竞赛个人或团体奖近30项。这些奖项说明：近年来，经工程制图实训、建模实训等开放性实验项目的培训，学生与教师获得的各类竞赛成果丰硕。此类学科竞赛常依托企业提供的课题、设备或场地开展训练。学生基于当前较为成熟的建筑施工图及模型进行实践练习，在提高竞赛水平的同时，又满足相关企业对当前高水平专业人才的需求，提高了专业就业率与就业质量。

基于渐进式土木实践类课程体系，每学年学生完成毕业论文或设计近50余篇。学生的毕业论文及设计取材于当前的工程实际，部分则直接取材至工程研究项目。在学生完成毕业内容的同时，用人企业也对学生进行了考察与锻炼。如2016级工程造价部分专业学生就业后得到了包括山西国基集团有限公司、远大集团等诸多企业的认可。

以上实践成果表明，渐进式实践教学体系能够不断激发学生的自主学习与探究能力，改善了实践的教学质量，大部分企业与学生对这一教学体系予以了充分认可。

3 结语

本文聚焦高水平应用型大学实践类课程的教学改革，为解决土木工程专业实践教学中学生积极性不高、教学学时不足、教学效果不理想等问题，提出了基于开放性实验的土木工程专业实践课程体系，使得基础实践与创新性实践有机结合起来，形成基础实践夯实学生基本能力，创新性实践激发学生自主能力，提炼实践成果增强学生独立能力。多年实践证明，此实践教学体系能整体提升学生的实践类专业水平，值得在土木工程专业的实践教学环节进行推广。