土木工程本科實驗教學創(chuàng)新平臺建設(shè)

摘要：東南大學土木工程實驗中心2008年底獲批成為國家級土建類實驗教學示范中心，文章介紹了東南大學土木工程實驗教學中心在實驗教學體系建設(shè)、實驗教學方法及手段等方面的建設(shè)經(jīng)驗和所取得的成效，探討了土木工程本科實驗教學創(chuàng)新平臺建設(shè)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：土木工程專業(yè)；實驗教學；創(chuàng)新訓練

中圖分類號：G642423 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2909（2013）02-0114-04

伴隨著知識經(jīng)濟時代的到來，在綜合國力競爭中，創(chuàng)新性人才被越來越多的國家視為戰(zhàn)略性資源和決定性因素。創(chuàng)新性人才是在先天稟賦、后天環(huán)境、教育影響和個人努力中成長起來的，其中教育的作用集中體現(xiàn)在促進學生的創(chuàng)造性發(fā)展上。創(chuàng)造性發(fā)展，在掌握大量理論知識的基礎(chǔ)上，通過實踐才能真正實現(xiàn)^[1]。

高校實驗教學在創(chuàng)新性人才培養(yǎng)中的作用，主要是促進大學生創(chuàng)造性的發(fā)展，形成大學生創(chuàng)新能力。實驗教學在激發(fā)學生創(chuàng)新意識，拓展學生創(chuàng)新思維，增長學生創(chuàng)新技能，涵養(yǎng)學生創(chuàng)新品格等方面的作用，是其他任何教學形式所不能替代的^[1]。

東南大學土木工程實驗教學中心現(xiàn)有專職人員34人，實驗用房面積12 000 m2，面向全校18個專業(yè)，每年為3 000余名在校生開設(shè)10門實驗課程，并于2008年底被評為國家級實驗教學示范中心建設(shè)單位。

一、實驗教學改革與體系建設(shè)

（一）實驗教學改革思路及方案

土木工程實驗教學平臺屬于校級大類學科基礎(chǔ)實驗平臺，主要面向全校的工程建設(shè)類本科專業(yè)。改革思路是：根據(jù)土木工程領(lǐng)域創(chuàng)新性人才的整體培養(yǎng)目標確定了實驗教學體系在培養(yǎng)過程中的總體功能要求；通過功能分析確立了系統(tǒng)內(nèi)部的層次結(jié)構(gòu)和組成要素；由總體功能目標對各層次結(jié)構(gòu)和組成環(huán)節(jié)提出子功能要求；根據(jù)子功能要求確定外部環(huán)境（理論知識基礎(chǔ)和實驗條件），進而制訂各實驗環(huán)節(jié)的教學大綱。

（二）實驗教學體系建設(shè)

以創(chuàng)新意識激發(fā)為先導，以創(chuàng)新思維拓展為重點，以創(chuàng)新技能培養(yǎng)為主線，以創(chuàng)新品格形成為目的，緊密結(jié)合土木工程實際和卓越工程師培養(yǎng)的要求，東南大學土木工程實驗教學中心構(gòu)建了課內(nèi)外一體的實驗教學體系：（1）課程教學體系。按照公共基礎(chǔ)實驗、專業(yè)基礎(chǔ)實驗、專業(yè)實驗三個模塊構(gòu)建實驗教學課程體系。（2）課外創(chuàng)新訓練平臺。通過大學生創(chuàng)新實驗計劃、教師科研項目、學科競賽等多種渠道開展學生的創(chuàng)新性訓練，構(gòu)建開放、創(chuàng)新的大學生科研訓練平臺。（3） 實驗項目層次。按照基礎(chǔ)型實驗→提高型（綜合型、設(shè)計型）實驗→研究型、創(chuàng)新型實驗三個層次建設(shè)實驗內(nèi)容。

1. 三個模塊的課程教學體系

根據(jù)專業(yè)教學的整體培養(yǎng)目標，確定土建類專業(yè)的實驗課程體系由三個模塊組成。第一模塊（基礎(chǔ)實驗模塊）包括工程力學和水力學課程實驗，面向土建類專業(yè)和其他工程建設(shè)類專業(yè)實驗教學。該模塊側(cè)重訓練學生專業(yè)素質(zhì)所必須的力學類核心基礎(chǔ)課程的相關(guān)知識、基本方法、基本技能，為專業(yè)學習和專業(yè)實踐訓練奠定堅實基礎(chǔ)。同時，該模塊教學內(nèi)容也是機械動力、材料化工、交通類相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)實驗課程體系的重要組成部分。第二模塊（專業(yè)基礎(chǔ)實驗模塊）包括土力學實驗、土木工程材料實驗、工程結(jié)構(gòu)設(shè)計原理實驗，面向土建類專業(yè)和其他工程建設(shè)類專業(yè)實驗教學。該模塊通過規(guī)范、系統(tǒng)的基礎(chǔ)課程實驗訓練，讓學生養(yǎng)成嚴謹、細致的科學工作作風和科研動手能力；通過進一步掌握實驗設(shè)計、裝置準備、數(shù)據(jù)采集、結(jié)果分析等方法，了解科學創(chuàng)新的基本過程，增強工程創(chuàng)新意識。第三模塊（專業(yè)實驗模塊）包括土木工程結(jié)構(gòu)試驗與檢測、路基路面試驗檢測、地下結(jié)構(gòu)工程試驗檢測、現(xiàn)代施工技術(shù)與預應力技術(shù)實驗、土木工程拓展實驗及工程信息管理實驗等，面向土建類專業(yè)實驗教學。該模塊通過專業(yè)課程實驗、大型綜合實驗、課程設(shè)計等綜合實踐環(huán)節(jié)，注重培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題、解決問題的能力，從而增強綜合判斷意識與能力，增強工程與技術(shù)素養(yǎng) [2]。

2.課外創(chuàng)新訓練平臺

課外科研訓練環(huán)節(jié)的設(shè)立主要是為了培養(yǎng)學生主動發(fā)現(xiàn)問題并運用所學知識自主解決問題的能力。這些實驗或?qū)嵺`沒有特定的對應理論課程，但是在實際操作過程中可能運用到學生所有學過和沒有學過的課內(nèi)、課外知識。實驗中心不為學生完成課外科研訓練設(shè)定具體的實驗項目和大綱，允許學生充分發(fā)揮其主觀能動性，自主提出實驗項目，制定實驗方案和目標，利用實驗中心的實驗設(shè)備和師資力量開展實驗研究。

課外科研訓練環(huán)節(jié)，強調(diào)學生是主體，是研究課題的實踐者。實驗中心在其中的主要作用是為學生提供開放的實驗環(huán)境、實驗設(shè)備，在學生的實踐過程中提供相應的技能指導和理論引導。

3. 三個層次的實驗項目

每一門課程的實驗教學項目按照基本型、提高型（綜合設(shè)計型）和創(chuàng)新型的三個層次進行分類與建設(shè)。其中，基本型實驗是實驗課程的基礎(chǔ)，所有學生必須完成；提高型（綜合設(shè)計型）實驗的內(nèi)容適當超出大綱的要求，學生應在教材基礎(chǔ)上參考其他資料，可以在開設(shè)的范圍內(nèi)限定選擇完成部分項目；創(chuàng)新型實驗項目中，學生的自由度和知識綜合程度更高，學生可以某一主題為背景，自主設(shè)計實驗方案和實驗目標，并進行實驗，這一類實驗多為自由選做實驗，適合學有余力的學生進一步研究和探索。

二、 實驗教學方法與手段

中心提出了“以創(chuàng)新意識激發(fā)為先導，以創(chuàng)新思維拓展為重點，以創(chuàng)新技能培養(yǎng)為主線，以創(chuàng)新品格形成為目的，緊密結(jié)合土木工程實際和卓越工程師培養(yǎng)要求，構(gòu)建課內(nèi)外一體的實驗教學體系”的建設(shè)目標。為實現(xiàn)這一目標，主要采取了以下實驗教學方法和手段。

（一） 實驗教學體系漸進化

每一個實驗科目，要求學生完成必做基礎(chǔ)實驗內(nèi)容外，結(jié)合理論課程的教學內(nèi)容，利用實驗中心開設(shè)的選做實驗項目，由學生按照自己的興趣和能力選做一部分難度較大的實驗來提高學習能力和實驗動手能力。在此基礎(chǔ)上鼓勵學生將實驗室內(nèi)所學基本技能應用到實際工程中，解決實際問題。例如：斜拉索是斜拉橋一個十分重要的組成部分，其受力狀況和承載能力直接影響整橋的安全儲備。對于斜拉索索力的測量現(xiàn)在最常用的是頻率法——基于索力和索振動頻率之間存在的對應關(guān)系進行測量。首先在本科階段第一層次工程力學基礎(chǔ)實驗中開設(shè)振動基本參數(shù)的測量原理實驗，使學生掌握基本的振動參數(shù)測量技能；然后在第二層次綜合設(shè)計型實驗中，讓學生采用前面所學的基本振動參數(shù)測量技能測試拉索中的拉力與其頻率之間的關(guān)系，讓學生自己通過分析找出索力與索的振動頻率之間的關(guān)系；最后，在第三層次創(chuàng)新研究型實驗中，讓學生在實際工程中，采用前面已分析總結(jié)的索力與索自振頻率之間的關(guān)系來分析斜拉橋斜拉索的索力，從而掌握斜拉橋健康評估的基本方法。在整個實驗教學體系的建立中，均按照基礎(chǔ)型實驗、提高型（綜合設(shè)計性）實驗和創(chuàng)新型實驗的模式組織實驗項目，而整個實驗教學過程也體現(xiàn)由基礎(chǔ)到提高再到綜合創(chuàng)新的訓練過程，最終目的是讓學生掌握如何應用課堂所學方法來解決工程中的實際問題。

（二）課外創(chuàng)新訓練途徑的多樣化

實驗中心為學生進行課外創(chuàng)新訓練提供了很多途徑。

（1）在實驗中心參加自主立項的國家級、省級、校級及院（系）四級大學生創(chuàng)新性實驗計劃項目。近兩年，通過學校及學院專項經(jīng)費資助，學生自主立項課外科研項目130項，年均60項以上。這些項目包括院級和校級101項，國家級大學生創(chuàng)新性實驗計劃項目20項，參加自主立項課外科研項目的研究人員約500人次。實驗中心通過安排教師進行指導，開放實驗場所、設(shè)備，為這些課題的研究提供了平臺。

（2）利用實驗中心的實驗條件參加國家級、省級、校級結(jié)構(gòu)設(shè)計、力學等學科競賽。學校開展一年一度的力學競賽、材料力學實驗競賽、結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新競賽等學科競賽活動。其中，材料力學實驗競賽、結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新競賽由學生自由組隊并提出設(shè)計方案，實驗中心組成專家委員會，面向所有參賽者對所有方案進行評選，選擇創(chuàng)新性較強的方案進行重點資助，對完成情況較好的命題推薦參加省、地區(qū)和全國比賽。通過點評，所有參賽學生了解自己與他人方案的優(yōu)點、缺點和改進方向，不僅有利于提高學生的方案設(shè)計水平，而且很大程度上激勵了他們的學習興趣。

5年來，獲得省部級以上各類競賽獎勵的150人次，其中國家級的力學、結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽一等獎10余人次。

（3）鼓勵學生在實驗中心參與研究生實驗和教師的科研項目。土木工程學院教師每年完成國家、省部級科研項目數(shù)十項，同時很多教師參加了國內(nèi)重點工程的科技攻關(guān)。每年約有80名以上的研究生在實驗中心開展科研實驗項目。實驗中心鼓勵本科生參加實驗中心的研究生實驗項目，實驗中心在開放式管理平臺中每周公布下周將要進行的研究生實驗項目名稱、目的、方案和本科生參與需求，學生自由報名參加。由于這些實驗研究本身具有創(chuàng)新性，開拓了學生的視野，提高了學生解決實際工程問題的能力。

（三） 實驗教學手段的多樣化

針對不同層次的實驗內(nèi)容采用不同的教學組織形式、教師指導方式和不同的考核辦法。

基本型實驗，學生通過課程網(wǎng)絡(luò)平臺選擇實驗時間，分組，并預習實驗指導書內(nèi)容。學生在預習基礎(chǔ)上獨立操作，完成實驗報告。教師完成實驗準備工作，實驗過程中不講解，僅答疑。根據(jù)實驗報告的完整性、數(shù)據(jù)的準確性和結(jié)論的合理性評定學生成績。

提高型實驗，學生首先根據(jù)選定的實驗項目提交相應的實驗方案，包括試件（樣）設(shè)計、測試參數(shù)、測試方法和測試手段；經(jīng)指導小組審查通過后預約實驗時間，自行進行實驗準備和實驗操作，并完成分析報告，教師提供試驗設(shè)計指導。根據(jù)理論分析的正確性、實驗方法的先進性和實驗數(shù)據(jù)的可靠性評定學生成績。

創(chuàng)新型實驗，學生提交申請報告，通過答辯確定是否立項。同意立項后實驗室根據(jù)項目要求提供實驗條件及安排指導教師，學生自主完成實驗后撰寫研究報告。根據(jù)研究成果的創(chuàng)新性、科學性和實用性評定學生成績。

（四） 實驗課程管理的開放化

實驗中心實現(xiàn)以學生為本的開放管理制度。每一門實驗課程均安排必做實驗項目和選做實驗項目，便于學生按照自己能力、興趣和目標自我調(diào)整。實驗室全天向?qū)W生開放，學生可以在允許的時間范圍內(nèi)通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)向?qū)嶒炇姨岢鲱A約和申請，自由選擇時間進行課內(nèi)實驗和自主實驗。同時，制定完善的校內(nèi)和校外開放制度，承接跨專業(yè)、跨學科和跨學校學生提出的實驗申請。

三、 平臺發(fā)展規(guī)劃

（一）國際化土木工程本科實驗教學創(chuàng)新平臺的建設(shè)

堅持開放辦學戰(zhàn)略，不斷加強國際合作與交流，努力提高國際化辦學水平是東南大學十二五期間的重要發(fā)展戰(zhàn)略。在十二五期間，將努力推進國際化土木工程本科實驗教學改革。

在條件相對成熟的材料力學、結(jié)構(gòu)力學、水力學、結(jié)構(gòu)設(shè)計原理實驗等實驗課程或?qū)嶒烅椖恐杏羞x擇地編寫雙語實驗教學大綱、雙語實驗指導書、雙語實驗教材等，爭取開設(shè)10～15個雙語實驗教學項目。

與國外知名大學合作，有計劃選聘國外大學教師參與本科實驗教學，同時選派具有博士學位的年輕教師去國外大學進行短期培訓和進修。

（二）堅持課堂教學與工程實際緊密結(jié)合

目前，教育部要求“面向工業(yè)界、面向世界、面向未來，培養(yǎng)卓越工程師后備人才”，并于今年啟動了“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”。該計劃具有三個特點：一是行業(yè)企業(yè)深度參與培養(yǎng)過程；二是學校按通用標準和行業(yè)標準培養(yǎng)工程人才；三是強化培養(yǎng)學生的工程能力和創(chuàng)新能力。因此有必要拓寬視野，尋求合作，深化與科研、工程、社會應用的聯(lián)系，完善工程實踐國際化人才培養(yǎng)環(huán)境。

（三）創(chuàng)新實驗課程開放管理模式

實現(xiàn)實驗教學日志、實驗時間、實驗項目的遠程登記，采取現(xiàn)場刷卡（校園一卡通）的開放實驗室管理模式。加強資源共享，建立開放的實驗中心設(shè)備動態(tài)管理系統(tǒng)，讓學生實時掌握實驗室設(shè)備的使用情況，方便實驗設(shè)備的開放。網(wǎng)上提供實驗中心主要設(shè)備的性能指標、使用說明書、操作手冊等，方便學生使用。提供現(xiàn)場答疑、網(wǎng)上答疑、電話答疑等多種渠道，及時、準確地回答試驗中學生遇到的各種問題。

平臺建設(shè)的目標是：通過對現(xiàn)有實驗教學體系的改革和創(chuàng)新，以創(chuàng)新意識培養(yǎng)為先導，以學生能力培養(yǎng)為主線，以加強學生設(shè)計能力培養(yǎng)和工程實踐訓練為重點，構(gòu)建課內(nèi)外一體的創(chuàng)新型國際化土木工程本科實驗教學平臺，滿足學生自主研學和創(chuàng)新實踐的需求。

參考文獻：

[1]鄭家茂，熊宏齊.開放創(chuàng)新——實驗教學新模式[M].北京：高等教育出版社，2009.

[2]邱洪興，吳京，王恒華，等.土木工程實驗教學示范中心建設(shè)與實踐[J].實驗室研究與探索，2009，28（9）：83-87.

[3]余魅，習友寶.建設(shè)國家級實驗教學示范中心構(gòu)件創(chuàng)新人才培養(yǎng)平臺[J].實驗技術(shù)與管理，2006，23（12）：10-11.

[4]嚴薇，袁云松.強化實驗室建設(shè)過程管理，推動實驗教學示范中心建設(shè)[J].實驗技術(shù)與管理，2009，26（5）：105-107.

[5]陸慶，邢建川，侯孟書，等.分層次實驗教學模式的探索[J].實驗技術(shù)與管理，2009，26（3）：186-188.

[6]孫歡，賈功利，侯其考.建設(shè)熱能與動力工程實驗教學中心的探索與實踐[J].實驗技術(shù)與管理，2010，27（8）：125-127.

[7]劉宏，肖發(fā)遠，黃朝志.實驗教學示范中心建設(shè)的探索與實踐[J].實驗室研究與探索，2010，29（11）：84-86.

[8]蔡曉君，竇艷濤，劉湘晨，等.以工程能力培養(yǎng)為核心構(gòu)建多元化實踐教學體系[J].實驗室研究與探索，2010，29（11）：87-89.

[9]趙希文，吳菊花，燕杰.大學生創(chuàng)新能力訓練體系與方法[J].實驗室研究與探索，2010，29（10）：67-69.

[10]沈秀，張黎，戎紅仁，等. 普通本科學校實驗教學中心的建設(shè)與思考[J].實驗技術(shù)與管理，2011，28（2）：120-122.

Construction of experimental teaching innovation platform of civil engineering for undergraduate

XU Ming， ZONG Zhouhong， XIAO Shizhe， QIU Hongxing， WU Jing

（College of Civil Engineering， Southeast University， Nanjing 210096， P. R. China）

Abstract：Laboratory center of civil engineering in Southeast University became national experimental teaching demonstration center in 2008. This paper introduced the experimental teaching system and experimental teaching methods of civil engineering laboratory center in Southeast University， and discussed the developmental directions of civil engineering experimental teaching and innovation platform.

Keywords：civil engineering specialty； experimental teaching； innovation training