地方大學精品土木工程專業實驗室建設探究

張菊輝, 彭 斌

(上海理工大學 環境與建筑學院， 上海 200093)

0 引 言

土木工程專業一直是上海市的緊缺專業，《上海中長期科學和技術發展規劃綱要》(2006-2020年)[1]中將城市基礎設施安全明確列為重點發展領域。在當前交通、人口和環境壓力持續加大、基礎設施頻繁大規模更新、城市安全問題日益突出的條件下，傳統土木工程學科的內涵和外延正發生深刻變革，社會對土木工程專業人才的培養方式提出了更高的要求[2]，并對具有過硬實踐技能的建筑與土木工程專業人才提出了強烈需求。土木工程專業實驗室的主要功能是讓學生了解本專業基礎實驗知識和技能，并承擔培養學生的創新意識、實踐動手能力、綜合分析和解決工程實踐問題的能力，以及科研探索能力的重任，發揮其理論教學不可替代的重要作用[3]。但實驗室建設是一項系統工程，需要與專業發展的總體戰略一致，突出學科發展的地方特色或行業特色[4-5]。因此，適逢土木工程專業本科專業自主評估，結合土木工程專業教學評估的結果，通過對上海各市屬高校土木工程專業實驗室建設的綜合對比，闡述高水平地方大學為打造精品本科進行土木工程專業實驗室建設的必要性，并從多方面探索專業實驗室的建設思路，從而推進我校土木工程專業的特色建設，并為推動我校在該領域的創新研究提供必要的硬件保證。

1 實驗室建設的背景

在上海市新一輪的城市發展規劃中[6]，未來城市建設發展重點聚焦于城市功能的提升與完善，以更好地促進人口、就業、城鎮均衡協調發展，為邁向全球城市奠定良好基礎條件。因此，社會對建筑與土木工程人才數量與質量的需求進一步提高，上海市屬高校的建筑土木工程類專業將在其中發揮重要作用，獲得一個重要的發展機遇，能夠更好地與985高校和專科院校一起，形成系統、層次完整的建筑土木工程專業人才培養體系，以適應行業發展的多方面需求。作為地方理工科院校，我校一直以把培養滿足本區域經濟建設與社會發展需求的人才作為重要目標[7]。圍繞我校“培養具有國際視野和創新能力的工程型、應用型、管理型高素質人才”的基本辦學理念，在“厚基礎、寬口徑、重素質”的人才培養模式下[8]，我系“土木工程”的專業定位為掌握土木工程學科的基本理論和基本知識，主要學習工業與民用建筑結構、地下結構和城市道路等市政結構的設計理論與設計方法，學習土木工程的施工技術與組織管理，并進行科學研究的基本訓練，使學生具備從事土木工程項目建設可行性論證、工程項目規劃與設計及施工與運行管理等基本能力。

建系20年來，我校土木工程系在上海市屬高校中學科水平領先、多年來本科和研究生就業率均在全校名列前茅，培養的學生獲得了用人單位一致好評，土木工程專業建設成效顯著：① 現有土木工程一級學科碩士學位授予權和建筑與土木工程工程碩士學位授予權，包括結構工程、巖土工程、橋梁與隧道工程、防災減災與工程防護工程、市政工程5個二級學科碩士點。現有專職教師26人，其中教授4人，副教授11人，具有博士學位的教師(含在讀博士)占教師總數的92%，海外博士3人。② 科學研究取得顯著成果，近年來先后主持國家自然基金重點課題及面上課題14項、國家支撐計劃課題、教育部課題、上海市科委重點課題及人才計劃課題等縱向課題近20項，發表的國內外期刊論文被SCI/EI收錄60余篇，申請發明專利、實用新型專利20余項，獲得省部級二等獎以上科技獎5項。③ 國際化辦學效果顯著，我校中德環境巖土與地質工程研究中心已入選為德國政府重點推薦的德國大學生(含碩士生和博士生)和教師海外實習、進修與國際交流基地。2016年12月通過土木工程和建筑與土木工程學位點合格評估，被評為優秀；2017年4月份通過專業自主評估，專家組結論為優秀。

專家在肯定土木工程專業近年取得的成績的同時，對本專業存在的主要問題和不足也進行了總結，特別提到本專業的結構與建材實驗室面積極其不足，相關專業教學儀器數量及功能不能滿足正常教學需求，極大制約了土木工程學科的發展。應重點加大實驗室投入，按要求配置實驗室儀器及用房面積，為本科生實驗教學服務。

2 現有實驗條件

土木工程實驗中心經過多年的建設，已建成包括建筑材料實驗室、力學性能實驗室、土力學實驗室、建筑結構實驗室、靜三軸實驗室、動三軸實驗室和結構振動實驗室在內的實驗系統，現有實驗室用房及面積見表1。從表1可以看出，我系實驗室的建設主要體現在以下3個方向：結構工程、建筑材料以及巖土工程。

表1 現有實驗室用房和面積

按照培養方案，本專業開設有《結構實驗》《建筑材料實驗》和《土力學實驗》等實驗課程，分別對應于《結構力學》《建筑材料》和《土力學》等理論課程。實驗課程和理論課程分別單獨開設，單獨給定成績和學分。所有實驗都必須在本專業所擁有的實驗室內完成。《結構力學》和《建筑材料》作為土木工程專業的必修專業基礎課，其對應的實驗課程《結構實驗》和《建筑材料實驗》意義重大。

土木工程專業每屆本科生約150人，但現有結構試驗室和建筑材料實驗室面積不到200 m2。現有試驗設備包括：50 t結構試驗反力墻(遠低于一般結構承載要求)；SHT4106微機控制電液伺服萬能試驗機(1 000 kN)；SHT4106G微機控制電液伺服鋼絞線試驗機(1 000 kN)；YAW4206微機控制電液伺服壓力試驗機(2 000 kN)；60通道智能應變采集儀；多通道結構動測系統(SW26100加速度傳感器、DH610低頻傳感器、891Ⅱ0.5～200 Hz拾振器、INV306智能信號采集系統)等，僅能初步滿足土木工程結構在靜載和動載下的結構性能測試；還購置了ZKJ5000電動抗折試驗機、混凝土凍融試驗機、自動混凝土硫酸鹽干濕循環試驗機等，能夠初步測試土木工程材料在環境作用下的耐久性能。但總體而言，由于資金、場地、設備等條件的限制，我系現有的實驗條件對于滿足基本的本科實驗教學要求都非常緊張。

3 市屬高校土木工程專業實驗室建設對比

目前上海市屬高校中，開設土木工程專業的有上海大學、上海師范大學、上海應用技術大學以及我校等。在實驗室建設方面，上海大學目前已建成1 500 m2的實驗室，擁有結構實驗室、巖土實驗室、建材實驗室、測量實驗室和仿真模擬實驗室。上海師范大學屬于師范類院校，該校土木工程專業招生規模少于我校，學科點授權也晚于我校，但該院正在創建土木工程實驗教學示范中心，并于2006年建成具有國際先進水平的大型結構多功能中心實驗室。配有美國MTS土木結構電液伺服試驗系統、液壓模擬地震波振動臺1套、1 500 kN作動器2臺、500 kN作動器2臺、8 m×7 m反力墻，硬件水平很高。此外，還有美國DMS公司的SIGLAB數字信號采集分析系統、4 m×4 m振動試驗臺、美國NI可擴展64通道數字信號采集系統及高精度傳感系統等軟硬件設施、全球衛星定位系統GPS、裂縫測定儀、混凝土鋼筋影像儀等 150 多臺(套)試驗儀器和設備；另建有建筑材料綜合實驗室、土力學與地基基礎實驗室、土木工程結構CAD實驗室、工程測量實驗室、工程制圖等專業實驗室，各實驗室均裝備了較先進的儀器設備。實驗室建筑面積達6 000 m2，能很好地滿足實驗教學及科研的需求。基本完成了土木工程學科專業成套實驗室的建設。因其完備及先進的試驗設備，吸引許多兄弟院校、行業、企業來到該院進行合作試驗。另外，上海應用技術大學土木與建筑工程系[9]成立晚于我校，當前尚無一級學科授權點，但該院實驗中心擁有一級實驗室6個，二級實驗分室29個，建筑面積約3 000 m2，儀器設備總值為4 500余萬元，其中擁有大精設備3 000余萬元。實驗中心以本科實驗教學為主，能夠承擔學院各學科的技術基礎和專業課程的實驗教學，同時積極創造條件，為大學生“科技創新”和教師的科研工作提供條件和便利。

綜上對比可以看出，盡管我校土木工程專業在上海市屬高校中學科水平、人才培養的規模和水平仍保持領先，但兄弟院校已把實驗室的建設作為土木工程專業建設和人才培養方面的重中之重。相比之下，我校作為高水平地方大學建設高校、市屬重點高校和最早擁有土木工程一級學科碩士點的高校，現有的實驗室規模和設備對于滿足正常本科生教學需求已經較為緊張。因此，完善我系土木工程專業實驗室建設對于我校在上海市屬高校中保持土木工程學科優勢和專業特色必不可少、對于完成我校高水平地方大學建設任務具有重要的意義。

4 土木工程專業實驗室建設思路

4.1 實驗室建設要與學科發展重點方向相結合

我系高水平地方大學精品土木工程專業實驗室的建設，需要與學科的發展緊密結合，結合我系土木工程專業的特色建設進行。建成的土木工程專業實驗室，主要負責土木工程專業本科生的實驗教學工作，此外還是大學生創新創業訓練能力的培養基地以及土木工程的科普基地，并為科研、研究生課題研究和社會提供技術服務工作。我系土木工程專業學科特色主要體現在3個方向：結構工程、巖土工程、綠色建筑與節能材料。因此，實驗室的研究方向不需要面面俱到，可以從上述3個方向著重建設。在常規的教學實驗室基礎上，以學科特色為導向，科學地設定科研實驗室的建設思路與規劃[4]，堅持穩定高水平實驗室的主要研究方向，占領該學科領域的制高點，以高起點、高投入、高要求地建設實驗室[10]，從而為學科發展提供動力，增強活力，帶動學科水平全面提升。

4.2 構建實驗室教學新體系

實驗室教學體系主要分為2個層次，即基礎實驗和拓展實驗(見圖1)。由課內外兩個大模塊組成。基礎實驗，即課內實驗，主要面向土木類專業2～3年級本科生，包含結構原理實驗、結構材料實驗以及土力學實驗。課外實驗，則主要包括3大類：① 大學生創新創業訓練項目實驗；② 結構創新實驗；③ 教師的科研項目實驗。通過實驗教學，使學生掌握、理解并消化核心課程知識，提高應用知識解決問題與分析問題的能力，以及大學生的創新能力。

圖1 實驗室教學體系構成

4.3 加強實驗室隊伍建設

高水平土木工程專業實驗室建設的成功，關鍵取決于要有一支核心骨干相對穩定、學術水平高、實踐經驗豐富、勇于創新的實驗室隊伍[11-13]。該實驗室隊伍的組成需要在職稱、學歷、年齡結構等方面合理規劃，總體上需包含理論課教師、實驗教師與實驗技術人員。首要任務是選拔配備好實驗室主任。土木工程專業實驗室中先進設備多，實驗教學和科研任務重，涉及人員及工作面廣，應選配學術水平較高、年富力強、具有實踐與管理能力的同志(最好是教授)擔任實驗室主任。由實驗室主任把握實驗教學發展方向，構建以課程教學、科研以及學科建設三位一體的發展模式，帶動實踐教學，全面提升實踐教學質量。同時，本著“引進與培養并重，競爭與激勵兼顧”的原則[11]，結合教學、科研工作的需要，積極引進、選留具有碩士、博士學位的人員充實實驗技術隊伍。

4.4 科學規劃、分步實施進行實驗室建設

實驗室的建設不只是單純地購置儀器設備，需要與學科特色、學科發展有機結合[14]。因此，土木工程專業實驗室的建設必須依據學科發展的“十三五”規劃而進行。通過制定翔實、嚴謹的建設方案，使專業實驗室的建設能夠做到科學規劃、分步實施，避免盲目建設與重復采購。在建設方案的規劃內容中，需體現學科發展方向與學科特色，儀器設備購置計劃等[15]。同時，在方案制定的過程中，可以借鑒其他院校的相關經驗，通過調研、請專家、查證資料、進行論證等手段來進行，并盡可能突出學科特色和實力。

5 結 語

作為未來的工程技術人員，土木工程專業培養的畢業生必須具備一定的實踐技能。土木工程專業實驗室，作為培養學生實踐能力和創新精神的重要基地，其建設具有重要意義。在高水平地方大學建設的背景下，為打造土木工程專業精品本科，建設土木工程專業實驗室，有助于形成具有特色的創新研究和教學體系，逐步完善土木工程復合型人才的培養機制，為國家和上海市在戰略性領域的人才培養提供堅實基礎。

參考文獻(References)：

[1] 上海中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020年)[R].上海市人民政府, 2016.

[2] 崔京浩. 土木工程與中國發展[M]． 北京: 水利水電出版社, 2015.

[3] 孫 芳, 劉 鵬, 李殿偉. 高師院校學生實驗能力培養模式的探索[J]. 黑龍江高教研究, 2013 (10): 149-151.

[4] 孫文靜, 崔玉軍. 法國國立路橋學校實驗室管理運行模式及啟示[J]. 實驗室研究與探索, 2017, 36(2): 145-148.

[5] 崔虹云, 尚東昌, 肖仲杰. 高等教育人才培養模式中實踐教學的改革與探索[J]. 黑龍江高教研究, 2014(2): 163-165.

[6] 上海市重大基礎設施建設管理“十三五”專項規劃[R]. 上海市住房和城鄉建設管理委員會, 上海市重大工程建設辦公室, 2016.

[7] 趙艷林,文鴻雁, 朱軍桃. 地方理工科院校人才培養模式改革與實踐[J]. 黑龍江高教研究, 2012(7): 129-131.

[8] 柳炳康. 培養土木工程專業通專結合的復合型人才的探討[J]. 高等建筑教育, 2006, 15(2): 42-44.

[9] 彭大文,丁文勝, 孫雨明. 應用型本科院校土木工程專業特色建設的思考[J]. 高等建筑教育, 2008, 17(4): 1-5.

[10] 崔 鋼. 高水平實驗室建設: 一般地方高校生存和發展的重要舉措[J]. 黑龍江高教研究， 2006(2): 134-136.

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

[12] 錢 波. 基于應用能力培養的工科開放實驗教學體系的構建[J]. 實驗技術與管理, 2010，27(7): 136-138.

[13] 潘長江, 劉 濤, 丁紅燕. 基于協同創新理念推進地方院校省級重點實驗室建設的實踐探究[J].實驗室研究與探索, 2017, 36(4): 236-240.

[14] 卜廣元, 郭振東. 試論高等學校實驗室管理機構的設置和基本職能[J]. 黑龍江高教研究, 1993(3): 40-42.

[15] 呂 春, 張道明, 郭國梁，等. 地方綜合院校新建土木工程專業實驗中心探索與實踐[J]. 實驗室科學, 2014, 17(3): 169-172.