基于模擬創新實踐平臺的土木工程專業實習機制

謝欽

摘要：土木工程是一門強調實踐性和應用性的工程學科，教學過程中十分重視實習、實踐環節對學生專業技能的培養。本文分析了土木工程專業在實習教學中存在的問題，然后介紹基于土木工程模擬創新實踐平臺的實習教學新模式，為土木工程專業實現“習而學”的工程教育理念提供了參考和借鑒經驗。

關鍵詞：土木工程；教學實踐；模擬創新實踐

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）24-0029-02

強調實踐性和應用性是土木工程專業的重要特征，不僅需要從業者擁有扎實的理論知識儲備，還要求具備較強的動手實踐能力。在土木工程專業的本科教學過程中，教學實踐是十分重要的一個環節，也是實現“習而學”工程教育理念的重要途徑。通過“習”的工程實踐，使“學”的理論知識得到應用，培養學生的動手實踐、分析處理問題和應用創新等能力。

一、現有實習教學中存在的問題

教學實踐貫穿了土木工程專業本科四年的教學全過程，并起到了不可替代的重要作用。目前土木工程的教學實踐主要分為課程實習和專業實習兩大類，其中課程實習（包括測量實習、力學實驗和工程地質等）主要是結合所學專業課程知識，訓練學生的實際動手能力，實踐過程中以任課老師集中指導和學生實際操作為主。課程實習一般在校園內的實習基地開展，學生在任課教師的指導下完成相關實習活動，由于是在學校和教師主導下進行，因此課程實習的學習情況和實習效果能得到有效控制。專業實習（包括生產實習和畢業實習）主要是對學生進行工程應用能力和專業綜合能力訓練，一般安排學生分散進入企業進行生產實踐，由企業工程技術人員擔任實習指導教師，學校教師則不定期到現場進行檢查和指導。在實習結束后，學校教師根據學生提交的實習報告，給出最終的專業實習成績。專業實習更多依賴于企業，且實踐基地的建設情況對實習質量的影響尤其重要。目前，在專業實習的組織和安排過程中常受一些因素的限制，最終影響了學生實習的質量，下面以土木工程專業在實習中常遇到的問題為例進行說明和分析。

1.實習地點確定困難。無論是設計單位還是施工企業，受辦公條件和場地的限制，單一企業能接收的學生數量十分有限，通常最多為3—5人，因此專業實習通常需要將學生分散后派往不同企業。但當學生數量較多時，學校建立的實踐基地通常難以滿足需求，因此常常需要專業教師通過自己行業的人脈關系聯系實習地點，這不僅消耗了教師大量的精力和資源，不具有可持續性，并且聯系的實習企業也通常不具備相關指導經驗，實習內容隨意性較大。正式由于這些現實問題導致專業實習不僅組織困難，而且教學效果難以達到預期。

2.企業參與教學實踐的積極性不高，投入實習的資源較少。盡管在目前全國土木行業高速發展和對相關專業技術人員需求旺盛的背景下，部分人才競爭力較弱的中小企業為爭取畢業生進入公司，會主動與學校取得聯系，合作建立實習、實踐基地，為學生提供相應的專業技術指導。但多數學生僅將實習企業作為學習平臺，在畢業后大多選擇進入其他心儀的大型企業，而真正通過實踐學習留在實習企業的學生并不多。上述現狀導致企業在為學生提供實踐機會的過程中往往是單向付出，回報較少，最終降低了企業參與教學實踐的積極性。此外，由于學校的實習經費有限，為學生提供實習場地的企業難以獲得相應回報和額外收入，因此對于教學實習投入的資源和人力也較少。

3.實踐基地流動性較大，不利于統一管理。由于土木工程專業的特殊性，項目的建設都具有周期性特征，建設工地在項目建成后就會撤離，因此即使學校與企業建立了長期合作關系，但要將實習、實踐基地建成集吃住練為一體的固定教學點也面臨許多困難，這也造成土木工程專業的教學實踐基地缺乏穩定性，管理難度較大。同樣，隨著建設項目的流動，校外實習指導教師也會進行相應的替換，無法建立相對穩定的校外指導教師隊伍。校外實習指導教師教學經驗的缺乏以及教學素質的參差不齊，也導致了學生實習質量難以保證。

二、土木工程模擬創新實踐平臺的構建

要實現“習而學”的工程教育理念，需要為學生提供可對土木工程真實過程中各環節進行重復的實踐平臺。為此，貴州理工學院依托全國雙創示范平臺和貴州省省級雙創示范基地，構建面向土木工程專業的模擬創新實踐平臺，為學生的專業實踐提供了保障，目前實踐平臺包含已建和在建子平臺共3個。

1.模擬制作平臺。學生基于該平臺可根據提供的材料依據施工流程組裝成不同的結構體系，從而實現對土木工程施工階段的模擬。其中，大一、大二學生由于還未進入主要專業課程學習，因此主要采用鐵絲、木片和硬紙板等常見手工材料制作結構模型；大三、大四的同學在學習土木工程材料和土木工程施工等相關專業課程后，可基于工程材料制備相應的結構或構件模型，例如混凝土結構模型或由短鋼筋和鋼材組成的鋼結構模型。

2.模擬加載平臺。學生基于該平臺可對荷載作用下結構的性能進行學習和研究，從而實現對結構試驗環節的模擬。隨著社會的發展進步，為滿足人們對結構性能和功能的多樣性要求，各種新材料、新型結構體系和創新施工方式不斷涌現。而在實際工程中對于這些新技術，首先需要制作結構或構件的縮尺試件，然后通過不同類型的加載試驗（例如構件的疲勞試驗，結構的抗震試驗、大跨結構或高層結構的風洞試驗等）對結構體系和技術措施的可靠性和安全性進行驗證，并對關鍵參數的取值進行優化，最后新技術才能運用于實際工程。但一般的土木工程的試驗儀器通常體積較大且價格昂貴，還需要受過專業培訓的人員進行專人操作，因此并不適用于面向本科生的專業實踐。在建設模擬加載平臺時，可專門采購或自制一些體積較小，價格較低且易于操作的加載設備，例如用于結構抗震試驗的小型振動加載臺、用于結構風洞試驗的變頻鼓風機系統和用于模擬橋梁結構移動荷載的遙控載重車加載系統。

3.模擬設計平臺。學生基于該平臺可對自己所學的理論知識和工程概念進行綜合檢驗，也是對結構設計環節的模擬。目前，土木工程專業本科生普遍由于工程概念和理論知識的架構體系構建不夠完善，因此對于結構分析和設計的能力較弱，盡管學校已開設不同結構體系的設計原理和設計方法相關課程，但學生普遍僅能解答課后習題，而對結構的分析和設計缺乏整體把握的能力。而貴州理工學院通過多次開展結構競賽，讓學生在給定工程背景的條件下，應用有限元分析軟件對結構在特定荷載下的力學性能進行分析，或應用PKPM、YJK等設計軟件并結合相關規范完成結構的設計，再利用CAD、天正和探索者等制圖軟件繪制結構施工圖。此外，針對已逐步成為未來土木工程發展趨勢的建筑信息模型（BIM），貴州理工學院也逐步引入Revit等相關設計軟件，并安排軟件開發和推廣的技術人員走進校園，為老師和同學提供相應的指導，通過組織同學參加全國BIM建模大賽，既取得了不錯的成績，也增強了與其他院校的交流。同學通過模擬設計平臺，逐步建立對結構分析和設計的整體概念，將所學專業知識進行了有效的整合，有利于提升學生在未來職場中的競爭力。

三、結語

教學實踐是土木工程專業教學過程中一個十分重要的環節。傳統依賴于企業的專業實習受多種因素的限制，學生的實踐學習效果難以達到預期目標。而貴州理工學院依托全國雙創示范平臺和貴州省省級雙創示范基地建立的模擬創新實踐平臺，為學生的實踐學習提供了新途徑，也為土木工程專業實現“習而學”的工程教育理念提供了參考和借鑒經驗。

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