面向武陵山片區的土木工程專業實驗教學平臺的構建

龍自立

摘 要： 吉首大學土木工程專業開設于2011年，是武陵山片區最典型的硬工科專業之一。盡管實驗教學面臨一些困難，但已經形成了完整的實驗教學平臺體系，構建了四大平臺、三種層次、十二個模塊的體系，并利用實驗平臺取得了很好的學科競賽成績。

關鍵詞： 土木工程 武陵山片區 實驗教學平臺

武陵山片區包括湖北、湖南、重慶、貴州四省市交界地區的11個地（市、州）、71個縣（市、區）。是國家中東部與西部的交界區，具有承東啟西的區位優勢，是國家西部大開發的前沿地帶，同時是區域重要發展承接區、國家扶貧攻堅示范區和跨省協作創新區。在武陵山片區中，吉首大學、湖北民族學院（恩施）是《武陵山片區區域發展與扶貧攻堅規劃（2011-2020年）》確定的重點建設高校。由于湖北民族學院沒有設置土木工程專業，故而，吉首大學土木工程專業成為該片區最典型的硬工科專業之一。

1.武陵山片區土木實驗教學現狀

吉首大學作為武陵山片區內唯一一所湖南省省屬綜合性大學，是《武陵山片區區域發展與扶貧攻堅規劃》確定的重點建設高校，肩負著服務地方經濟建設的神圣責任。近年來，學校實施轉型發展戰略，由原先偏文科性質的學校轉向綜合性大學發展。土木工程專業設立及迅速發展得益于學校轉型發展的大戰略。吉首大學土木工程專業設立于2011年。雖然設立時間較晚，但專業發展朝氣蓬勃。然而，土木實驗教學在發展中仍面臨不少問題和挑戰，主要有以下幾點。

（1）實驗教學基礎薄弱，一切從零開始。

由于吉首大學首次開設土木工程專業，在此之前，整個武陵山片區缺乏土木辦學經驗。實驗教學基礎較弱，包括人才培養方案的編寫、實驗儀器設備的購置、實驗項目內容的制定等，一切從零開始，完全由教師們邊借鑒、邊學習、邊摸索，逐步累積經驗。因此，實驗教學體系不夠成熟，實驗平臺需要不斷修正和改進。

（2）缺乏專業實驗指導老師。

武陵山片區位于偏僻的“老、少、邊、窮”地區，很難留住人才。連許多本地的優秀土木人才都聚往發達地區。故而，學校的土木專業實驗指導教師非常匱乏，只能由理論課教師承擔實驗教學任務，增加了教師負擔。由于普通教師對實驗儀器不熟悉，往往在操作過程中出現錯誤和儀器損壞現象。同時，使許多專業實驗教學依附于理論教學，課時偏少，難以形成獨立的實驗教學體系。

（3）實驗教學尚未達到為地方建設服務的規模和水平。

武陵山片區經濟正迅猛發展，許多地方大興土木，如修路、修房子、修橋梁等。由于地勢復雜，工程浩大，許多該片區許多工程技術都需要利用實驗數據做支撐。吉首大學雖然位于該片區核心位置，但由于土木專業辦學較晚，起步較低，尚未形成實驗教學為地方建設服務的規模和水平，促使許多工程項目負責人舍近求遠，到發達地區的高水平院校進行相關實驗。

（4）實驗教學尚未形成特色。

由于實驗教學依附于理論教學體系而存在，加之課時量偏少，學生對實驗教學重視程度不夠，少部分學生在實驗過程中敷衍了事，沒有認真完成，沒有達到實驗目的。個別課程的實驗項目驗證型實驗較多，綜合和創新性實驗項目不夠。整體而言，實驗教學尚未形成自己的明確風格和特色。

2.土木工程實驗教學平臺

土木工程屬硬工科學科，必須理論聯系實踐，注重學生實踐能力培養，增強基礎實驗課程和專業實驗課程教學效果，構建具有前瞻性、可操作性的土木工程專業系列實驗教學平臺。為此，學校不斷加大對土木工程實驗教學平臺的建設力度，至今已經投入了近一千萬元。

（1）土木工程實驗教學平臺構成。

土木工程實驗教學平臺的構成既要考慮到人才培養的需要，又要結合各學校實驗室建設的特點科學構建。實驗平臺的相關實驗內容要按專業需要設置將其系列化，各門課程相互融合，不斷更新項目內容。

我校土木工程實驗教學平臺包括四部分：基礎實驗室、專業實驗室、規劃與設計實驗室、虛擬現實與模型制作實驗室。

土木工程基礎實驗室包括大學物理分室和基礎力學實驗設備。建筑面積80平方米，設備總值40萬元。主要承擔《大學物理》、《材料力學》等課程的實驗教學。土木工程專業實驗室包括建筑材料實驗室、工程結構實驗室、土力學實驗室、檢測實驗室、流體力學實驗室、材料力學實驗室。規劃與設計基礎實驗室包括工程制圖實驗室、測量實驗室、計算機輔助設計實驗室等。虛擬現實與模型制作實驗室主要用來設計、制作、演示各類結構模型。

（2）合理分層實驗教學平臺。

針對學生特點，我校實驗教學平臺分為三個層次：基礎性實驗平臺、綜合性實驗平臺、設計創新性實驗平臺。三類平臺具有一定的內在聯系，即由面到點，由面向全體學生到精英學生，由驗證型向創新型，逐級過渡和深入。

基礎性實驗平臺面向全體土木學生。學生要完成各門課程（專業課和學科基礎課）關鍵的單一驗證型實驗，如大學物理各類實驗、材料力學中鋼筋拉伸實驗、土力學中土的含水率測定等。該類實驗平臺中，實驗內容較淺顯，實驗儀器小而多，實驗步驟較簡單。基礎性實驗主要培養學生的觀察力和動手操作能力，幫助加深學生對課本理論知識的理解。

綜合性實驗平臺針對部分實踐能力強的學生。實施的多為選修性質的實驗項目。綜合性實驗涉及一些大型的、功能復雜的儀器設備，需要專門的實驗教師在旁邊講解和指導。綜合性實驗往往實驗周期長，實驗內容復雜，實驗步驟多，需要學生付出一定的時間、體力和精力。如混凝土力學性能的測定，包含從最初的水泥性質測定（安定性、細度）、配合比的設計、混凝土人工攪拌、坍落度和擴展度的測定、試件養護到最后的抗壓測定等步驟。涉及儀器眾多，有水泥細度負壓篩析儀、煮沸箱、雷氏夾、雷氏夾膨脹值測定儀、水泥凈漿攪拌機、濕氣養護箱、量水器、天平等較小儀器設備，也有大型加載設備。綜合性實驗考驗的是學生對所學知識的融會貫通能力。學生要提前預習，熟悉所有實驗儀器的使用，并清楚實驗全過程。

設計創新性實驗平臺則是為學有余力且愛好鉆研、動手能力強的創新性學生開放的。一般一位指導老師帶3～5名學生，結合教師的科研項目或學科競賽試題進行創新性研究。如綠色生態混凝土配合比設計，自密實混凝土，高性能生態透水混凝土，防爆抗沖擊仿生混凝土材料的研發等。

（3）建立開放式、獨立設置式實驗教學平臺

學校大力抓實驗教學，成立了“實驗室與設備管理中心”，專門負責全校各類實驗室（包括本科生教學實驗室、研究生教學實驗室、學科平臺實驗室、科研平臺實驗室、大學生專業創新訓練中心及重點實驗室等）平臺建設與管理、實驗教學組織與管理、公共共享平臺建設與管理、教學科研大型儀器設備管理和協助負責實驗技術隊伍建設與管理。近期，土木工程專業申請了一批開放式實驗項目和獨立設置式實驗課程。開放式實驗項目如纖維混凝土中不同摻量纖維對其抗壓強度影響的實驗、鋼筋拉伸試驗、Autodesk Revit軟件的初階應用、剪切模量測定實驗、基于小波包方法的梁式結構損傷識別研究等；獨立設置實驗課程如材料力學、土木工程材料等。依托此類實驗項目和課程，激發學生參與實驗的熱情，培養學生的動手實踐能力，同時帶動教師科研項目的深入研究。

3.利用現有實驗平臺取得的成績

近年來，我校利用現有土木工程實驗教學平臺，積極組織學生參加國家級、省級、校級的結構設計、力學、混凝土設計等學科競賽活動，并依托此平臺開展了一批大學生創新性實驗項目，取得了非常不錯的成績，調動了一大批土木專業學生參與實驗、實踐的積極性，提高了學生學以致用的興趣。譬如，2013年，我校土木專業9名學生參加了湖南省第二屆結構設計競賽，取得了1項一等獎、2項二等獎的好成績；2014年，土木專業6名學生參加“蘇博特”杯第三屆全國大學生混凝土材料設計大賽，獲得了實踐技能獎2項；2014年，3名同學參加全國第八屆大學生結構設計競賽，獲得了一等獎1項。此外，土木系老師指導的“防爆抗沖擊仿生混凝土材料的研發”獲得了2014年全國大學生創新性研究項目立項。

參考文獻：

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[3]徐明，宗周紅，肖士者，邱洪興，吳京.土木工程本科實驗教學創新平臺建設[J].高等建筑教育，2013（2）：114-117.

[4]張靖靜，肖鵬，李琮琦.土木工程專業系列實驗教學平臺建設[J].高等建筑教育，2011（6）：133-136.

基金：2014年吉首大學獨立設置實驗課（JDDL2014008）；2014年湖南省普通高等學校暨吉首大學教學改革研究立項項目“面向武陵山片區的土木工程專業實驗教學體系研究與實踐”（No：301）。