土木工程專業綜合性設計性實驗教學模式探討與實踐

摘要：結合中原工學院土木工程專業卓越工程培養計劃對實驗教學的具體要求，針對現有土木工程專業實驗教學在培養學生能力與綜合素質方面的缺陷，首先整合現有課程，構建了土木工程專業核心課程體系，進而對實驗教學采取綜合性、設計性實驗教學模式進行了改革。提出了土木工程專業綜合性、設計性實驗模式改革的方法。實踐表明，這種改革對提高學生的工程實踐能力、創新能力和獨立工作能力具有很好的促進作用。

關鍵詞：土木工程；綜合性實驗；設計性實驗；實驗教學

作者簡介：祝彥知（1965-），男，河南虞城人，中原工學院建筑工程學院院長，教授。（河南 鄭州 450007）程楠（1967-），女，河南周口人，鄭州大學信息工程學院，副教授。（河南 鄭州 450001）

基金項目：本文系2010年度河南省教育科學“十一五”規劃課題（課題編號：[2010]-JKGHAZ-0099）、2010年度中原工學院校級重點教學改革與研究項目（項目編號：中工教[2010]27號）的研究成果。

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）05-0174-02

按照全國高等學校土木工程學科專業指導委員會編制的《土木工程專業本科指導性專業規范》對土木工程專業人才培養方案中的培養目標的總體要求，[1]畢業生應掌握土木工程學科的基本理論和專業知識，經過工程師的基本訓練，能夠勝任房屋建筑、道路橋梁、隧道、鐵道、地基基礎等各類工程的技術與管理工作，成為具有扎實的基礎理論、寬廣的專業知識，較強的工程實踐能力、創新能力和獨立工作能力的高級專門人才。

土木工程專業是一個實踐性非常強的專業，學生需要在在校期間不斷通過實驗與實踐教學增強其動手能力和創新能力。[2]土木工程專業實驗教學內容主要包括土木工程材料實驗、材料力學實驗、流體力學實驗、巖土力學實驗、地基基礎實驗及混凝土結構實驗等實驗教學內容。實驗內容涉及面廣，內容較為復雜，綜合性較強。但現行的土木工程專業教學中各門課程自成體系，實驗內容也多是依附于理論教學，內容單一，幾乎都是驗證性實驗，尤其對后續專業課程的有機銜接考慮不勻，設計性、綜合性、研究性實驗較少，很難適應專業合并后“大土木”的教學要求，極大地影響了土木工程專業學生專業知識面和相關知識的積累。

土木工程專業實驗教學體系的合理構建無疑關系到土木工程專業人才培養質量。而建立科學化的實驗教學體系則應該遵循人類認識事物的客觀規律，應該符合人類認識事物的思維過程，應注重學生綜合素質的提高、個性能力的增強及創新精神的培養與提高。基于這一原則，學院依據“土木工程專業省級專業綜合改革試點專業”、“土木工程校級特色專業”和“土木工程專業校級卓越工程師教育培養計劃”的培養目標，對現行的土木工程專業實驗科目、實驗內容、實驗方法進行了全面改革。主要改革模式如下：

一、實驗課程改革模式

根據中原工學院土木工程專業卓越工程師教育培養方案的具體要求，土木工程專業很多課程含有實驗教學內容。在本次綜合性、設計性實驗改革實踐中，針對實驗課程模式進行了如下改革：

1.設置專業核心課程

專業核心課程是土木工程專業學生必修的專業課程。學院利用“河南省專業綜合改革試點專業”項目資金和“校級卓越工程師計劃試點專業”培養計劃改革的機會，針對土木工程專業培養計劃進行大膽修訂。共設置“土木工程制圖”、“土木工程測量”、“理論力學”、“材料力學”、“結構力學”、“土木工程材料”、“土力學與基礎工程”、“混凝土結構”、“鋼結構”、“房屋建筑學”、“土木工程施工”、“工程結構抗震設計”等12門核心課程。通過核心課程的學習，使得土木工程專業學生具備一般性和專門性的工程技術知識，并掌握土木工程學科的基本理論。

2.結合卓越工程師培養目標，建立實驗教學平臺

學院緊緊圍繞中原工學院“土木工程專業卓越工程師教育培養計劃”的培養目標，并總結近幾年的教學研究成果，在實踐教學體系建設上提出了獨具特色的建設理念，突出了分層次、分階段的培養模式。圍繞理論教學、實踐教學和科學研究三位一體的教學模式，以實驗課程體系、教學內容、教學方法和手段的改革為依據，建成與中原工學院建筑工程學院學科特色相匹配、適應高素質創新人才培養、本研共享、由三個層次組成的實驗平臺。

（1）土木工程專業低年級學生基礎實驗平臺。通過集中投入的方式建成整合材料力學、流體力學、土木工程測量及土木工程材料等實驗內容的工程基礎實驗室，構成全院共享的公共基礎實驗平臺，并對全院土木工程、工程管理等專業一、二年級本科生實驗教學和創新實踐活動開放。

（2）土木工程專業高年級學生綜合實驗專用平臺。以土木工程專業高年級學生和研究生學科實驗教學共享為原則，結合土木工程專業的實際，重點建設工程結構、巖土力學及數值仿真實驗室，為土木工程專業三、四年級本科生實驗教學、課程設計實踐、畢業設計（論文）實踐、創新實踐以及研究生專業技能訓練服務。

（3）土木工程專業本科生及研究生創新實驗高端平臺。以專款投入、專項建設的方式已經建成由地基基礎檢測與加固、巖土動力學、土體流變、疲勞與沖擊等實驗室組成的服務于中原工學院建筑工程學院土木工程省一級重點學科、土木工程一級學科碩士點以及建筑與土木工程專業碩士學位點的研究實驗平臺。同時，通過實驗室創新項目立項等舉措，將逐步建立面向土木工程專業高年級本科生開發的機制，營造面向土木工程專業本科生綜合性、設計性實驗教學、研究生研究學習共享的高端實驗硬件平臺。

3.圍繞核心課程體系進行綜合性、設計性實驗課程改革與實踐

在中原工學院土木工程專業核心課程體系當中，其材料力學實驗、土力學實驗、土木工程材料實驗和混凝土結構等實驗內容分別分布在“材料力學”、“土力學”、“土木工程材料”、“混凝土結構”等課程中，而且各自在課程理論教學完成后，隨課程開設，由任課教師和實驗室教師共同負責指導實驗教學。

在本次土木工程專業綜合性、設計性實驗教學模式改革過程中，具體改革方式如下：首先，將專業主干課程體系中的材料力學實驗、土力學實驗、土木工程材料實驗和混凝土結構實驗等實驗教學內容從各門課程中獨立出來。其次，組織建筑工程學院20多名富有經驗的教授、博士共同編寫了中原工學院《土木工程專業綜合性、設計性實驗教學大綱》和《土木工程專業綜合性、設計性實驗指導書》，共遴選了鋼筋混凝土梁綜合性實驗、巖土工程勘察綜合性實驗等11個綜合性實驗項目，以及鋼筋混凝土短柱疲勞承載力實驗、混凝土配合比與拉壓彈性模量測試等9個設計性實驗項目。再次，自土木工程專業2008級學生開始，分別在每學期期中或者期末獨立安排兩個試驗周，對土木工程專業所有的綜合性、設計性實驗項目進行開放。最后，學生可自主選擇2～3個綜合性、設計性實驗項目，但學生自主選擇的設計性、綜合性實驗項目必須經過綜合性、設計性實驗指導教師批準（要求能覆蓋土木工程專業主干課程體系的全部實驗教學內容）。然后學生可以在指導教師的指導下完成綜合性、設計性實驗項目。

二、畢業設計（論文）改革模式

為了充分提高中原工學院土木工程專業畢業生的培養質量，從土木工程專業2008級學生開始，學院有意在畢業設計（論文）培養環節加大綜合性、設計性實驗的比重。在土木工程專業畢業設計（論文）模式改革方面，學院采取的具體做法包括以下幾個方面：[3]

第一，于2011年制訂了《建筑工程學院校企聯合指導畢業設計管理和實施辦法》、《建筑工程學院教師指導設計性、綜合性及科研性實驗獎勵辦法》、《建筑工程學院實驗室開放管理辦法》等具體管理措施，以求制度先行，充分調動教師與企業聯合指導畢業生以及指導學生綜合性、設計性實驗的積極性。

第二，在畢業設計階段，主要根據學生將來的就業方向，將土木工程專業畢業生劃分為建筑工程、交通土建工程及巖土與地下工程三個培養方向進行畢業設計（論文）模式改革。并且每個方向以實驗為主的畢業設計（論文）選題，其畢業設計（論文）指導教師必須自己有在研的科研項目，并要求由博士學位或者副教授以上職稱的教師擔任畢業設計指導教師。在具體指導學生畢業設計（論文）的過程中，指導教師必須首先結合自身的科研項目，選定3～5個科研性強的設計性、綜合性實驗題目供三個方向的畢業生挑選，且學生一旦選定后不允許再更改題目。

第三，對于選擇校企聯合指導畢業設計（論文）的畢業生，其綜合性、設計性實驗內容由校外指導教師結合生產項目確定，但必須經過校內指導教師審核批準。

第四，畢業生選定以實驗為主的畢業設計（論文）后，必須在畢業設計（論文）導師指導或者在校內與校外畢業設計（論文）指導教師的聯合指導下開展工作，畢業生必須結合導師的科研項目，獨立完成實驗內容設計、實驗操作與數據處理、實驗結果分析，并在導師指導下完成畢業設計（論文）撰寫等過程。

從土木工程2008級學生開始，在學生畢業設計（論文）過程中，先后有11名具有博士學位的教師，結合自身科研項目，指導學生開展科研性強的設計性、綜合性實驗，鍛煉了畢業生的實驗操作能力；同時，充分利用與中原工學院簽約的校內（外）聯合培養基地，先后聘請焦作市政工程建設集團有限公司、河南東方建筑設計有限公司、黃河水利水電科學研究院等單位富有經驗的工程技術人員擔任畢業設計（論文）指導教師，開展聯合指導畢業設計（論文）工作，畢業生普遍感覺進步很大，提高強了畢業生畢業后獨立開展科研工作的能力。

針對土木工程專業綜合性、設計性實驗模式的改革與實踐，中原工學院以及建筑工程學院從政策等方面給予了大力支持。建筑工程學院力學與工程結構實驗中心現為河南省省級實驗教學示范中心。近五年來中原工學院先后投入實驗室建設經費450多萬元，力學與工程結構實驗中心近幾年先后購置了電液伺服動靜疲勞試驗機、巖石三軸試驗系統、土動三軸儀、土體三軸流變試驗儀、混凝土快速凍融試驗系統、多通道電液伺服動力/擬靜力加載系統。建立了工程結構虛擬仿真實驗室，并已經建成為河南省首批10個省級虛擬仿真實驗教學示范中心之一。

中原工學院利用河南省專業綜合改革試點專業和校級特色專業建設專項經費，在學校領導的大力支持下，制定了一系列針對綜合性、設計性實驗改革的規章制度，以保證中原工學院土木工程專業綜合性、設計性實驗改革的效果。

針對土木工程專業綜合性、設計性實驗教學模式的改革與實踐是一項長期而艱巨的工作。在改革過程中，一方面要求嚴格遵循實驗教學的基本規律；另一方面還要根據土木工程專業快速發展的要求，不斷開拓新的實驗項目，創新實驗方法與實驗內容，以求充分發揮土木工程專業學生的主觀能動性，培養出符合中原經濟區建設需要，具有一定創新精神及較強工程實踐能力的復合型高級應用型工程技術人才。

三、結論

通過中原工學院土木工程專業綜合性、設計性實驗教學模式的改革與實踐，使得中原工學院土木工程專業近兩屆畢業生的工程應用能力、創新精神以及畢業生綜合素質得到了明顯提高；明顯拓寬了中原工學院土木工程專業畢業生的專業知識面，近兩年土木工程專業畢業生一次就業率一直穩定在95%以上。

參考文獻：

[1]高等學校土木工程學科專業指導委員會.高等學校土木工程本科指導性專業規范[M].北京：中國建筑工業出版社，2011.

[2]黃發軍，劉紅飛，李嘉，等.土木工程專業開放式實驗教學模式的研究與實踐[J].嘉興學院學報，2010，22（6）.

[3]祝彥知，潘洪科，張春麗.土木工程專業課程設計與畢業設計模式探索[J].高等建筑教育，2009，18（4）.

（責任編輯：孫晴）