科研與教學(xué)相融合的土木工程專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式探究

孟二從 傘磊 余亞琳

[摘要]科研與教學(xué)相融合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的科研興趣、提升學(xué)生的動(dòng)手操作能力及解決實(shí)際問題能力具有很大的作用。論文通過對(duì)西南大學(xué)土木工程專業(yè)部分課程實(shí)行科研與教學(xué)相融合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式情況及效果進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，分析這種教學(xué)模式對(duì)于土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)效果的提升作用，以期為相關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究與創(chuàng)新實(shí)踐提供參考。

[關(guān)鍵詞]科研與教學(xué)融合;土木工程專業(yè)課程;實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

[中圖分類號(hào)]G420 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]2095-3437（2020）05-0065-03

土木工程是指運(yùn)用數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)知識(shí)，力學(xué)、材料等技術(shù)科學(xué)知識(shí)以及土木工程方面的工程技術(shù)知識(shí)來研究、設(shè)計(jì)、修建各種建筑物和構(gòu)筑物的一門學(xué)科。土木工程專業(yè)是工程應(yīng)用背景明顯的一門專業(yè)，因而，在教學(xué)過程中強(qiáng)調(diào)專業(yè)理論基礎(chǔ)的同時(shí)，也應(yīng)更加注重實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的提高，用以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是土木工程專業(yè)教學(xué)計(jì)劃的重要組成部分，是對(duì)課堂知識(shí)的直觀認(rèn)識(shí)，也是連接知識(shí)與實(shí)踐、實(shí)踐與創(chuàng)新并使理論知識(shí)向?qū)嵺`能力轉(zhuǎn)化的重要橋梁。實(shí)驗(yàn)教育對(duì)提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際能力、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力方面有著理論教學(xué)不可替代的特殊作用。因此，提升土木工程專業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，對(duì)于培養(yǎng)我國(guó)未來優(yōu)秀的土木工程師具有至關(guān)重要的作用。

一、西南大學(xué)土木工程專業(yè)概況

西南大學(xué)（下文也稱我校）土木工程專業(yè)起源于20世紀(jì)80年代的“農(nóng)業(yè)建筑工程”專科專業(yè)和20世紀(jì)90年代的“農(nóng)業(yè)建筑環(huán)境與能源工程”本科專業(yè)，1992年開始招收“建筑工程”專科生，2003年開始招收“土木工程”本科生。該專業(yè)按建筑工程、道橋工程等方向進(jìn)行人才培養(yǎng)，丘陵山區(qū)建筑和道橋、新農(nóng)村建設(shè)等是我校土木工程專業(yè)的特色和優(yōu)勢(shì)。

西南大學(xué)土木工程專業(yè)培養(yǎng)方案要求學(xué)生經(jīng)過4年專業(yè)培養(yǎng)后，應(yīng)具備“能夠基于土木工程學(xué)科相關(guān)原理，并采用科學(xué)方法對(duì)土木工程領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題進(jìn)行研究，包括設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析與解釋數(shù)據(jù)，并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論”等要求，這就要求我們一定要重視土木工程專業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

目前，西南大學(xué)土木工程專業(yè)已擁有可滿足本科基本教學(xué)需要的土木工程材料、結(jié)構(gòu)、測(cè)量、力學(xué)等教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，但在教學(xué)的過程中也發(fā)現(xiàn)了很多問題，如實(shí)驗(yàn)教學(xué)中部分教師與學(xué)生重理論輕實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)類型多驗(yàn)證少設(shè)計(jì)以及實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ较鄬?duì)固定等問題。

二、土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程群

目前，西南大學(xué)土木工程專業(yè)按大類學(xué)科招生，招生規(guī)模約120人/年，大類基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)結(jié)束后，學(xué)生自愿選擇專業(yè)方向進(jìn)行專業(yè)基礎(chǔ)和專業(yè)課程學(xué)習(xí)。對(duì)于課程類型的設(shè)置，在西南大學(xué)2018年土木工程專業(yè)培養(yǎng)方案中有3種類型，即傳統(tǒng)的理論講授課、實(shí)驗(yàn)課及實(shí)踐課。相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程并非完全由實(shí)驗(yàn)教學(xué)構(gòu)成，以土木工程材料課程為例，其總學(xué)時(shí)為63學(xué)時(shí)，其中理論教學(xué)為36學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)為27學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)占該門課程總學(xué)時(shí)的43%。在本文中，為避免混淆，對(duì)于該類既有理論教學(xué)又有實(shí)驗(yàn)教學(xué)的課程，統(tǒng)一歸類為實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程。我校土木工程專業(yè)目前主要按“建筑工程”及“道橋工程”這兩個(gè)方向進(jìn)行人才培養(yǎng)，而無論哪個(gè)方向的培養(yǎng)，都有許多的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程，如圖1所示。

三、土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

（一）國(guó)內(nèi)部分土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

國(guó)內(nèi)外很多土木類高校目前在實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效果上存在或多或少的問題。比如中南林業(yè)科技大學(xué)馮新對(duì)該校土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，該校土木工程所有實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)基本上是以實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為主，綜合性、設(shè)計(jì)性和研究創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目相對(duì)較少，這就不利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力。東南大學(xué)朱萬紅對(duì)180名本科生進(jìn)行了土木工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的調(diào)查，結(jié)果表明在參加試驗(yàn)實(shí)踐情況選項(xiàng)中僅有30.23%的學(xué)生參與了所有的試驗(yàn);在小組成員安排與實(shí)驗(yàn)效果的評(píng)價(jià)中，有52.91%的學(xué)生認(rèn)為實(shí)驗(yàn)小組成員較多，自己幾乎沒有動(dòng)手的機(jī)會(huì)，有25%的學(xué)生認(rèn)為自己基本沒有收獲;而在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室感覺選項(xiàng)中，有39.53%的學(xué)生不知道如何下手，47.67%的學(xué)生是看人家怎么做自己就怎么做，僅有5.81%的學(xué)生知道每一個(gè)步驟。吉林建筑大學(xué)白莉?qū)υ撔＝ㄖh(huán)境與設(shè)備實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心進(jìn)行調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，該校實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要是根據(jù)理論教學(xué)進(jìn)度穿插于課程教學(xué)之間，時(shí)間上比較零散，沒有形成一個(gè)系統(tǒng)完整的培養(yǎng)體系，實(shí)驗(yàn)教學(xué)缺乏整體規(guī)劃，嚴(yán)重制約了學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的提升。

（二）西南大學(xué)土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

我校土木工程本科專業(yè)自2003年才開始招生，與國(guó)內(nèi)外其他土木工程院校相比，起步較晚，存在的實(shí)驗(yàn)教學(xué)問題相對(duì)較多，總體而言有以下幾方面的典型問題。

其一，我校土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程大多分為理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩部分，在該類課程教學(xué)過程中，部分教師與學(xué)生往往只注重理論部分而輕視實(shí)驗(yàn)部分。與此同時(shí)，土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程往往涉及多方面知識(shí)內(nèi)容，這就導(dǎo)致學(xué)生在有限的時(shí)間里，對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)只是泛泛了解，無法掌握相關(guān)實(shí)驗(yàn)知識(shí)的內(nèi)在本質(zhì)，因而常出現(xiàn)從面到點(diǎn)的教育缺乏問題。

其二，我校土木工程專業(yè)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室所做實(shí)驗(yàn)相對(duì)較為固定，很少有自主選擇權(quán)利，因而無法發(fā)揮其主觀能動(dòng)性。同時(shí)，學(xué)生所做實(shí)驗(yàn)大多是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，而設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)所占比例較小，比如土木工程材料實(shí)驗(yàn)，此二者的比例為9：1，這就不利于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和綜合創(chuàng)新的能力。

其三，我校土木工程專業(yè)部分實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)儀器過于老舊，有些還是20世紀(jì)所購(gòu)置的，部分儀器在實(shí)際工程中已被淘汰，無法滿足最新的工程應(yīng)用。與此同時(shí)，部分先進(jìn)的科研儀器又長(zhǎng)期處于閑置狀態(tài)，沒有得到有效的利用，比如土木工程結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室先進(jìn)的MTS液壓伺服作動(dòng)器就長(zhǎng)期處于空置狀態(tài)，其有效利用率不高。

其四，我校土木工程專業(yè)部分實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)評(píng)價(jià)機(jī)制較為單一，主要以學(xué)生實(shí)驗(yàn)課程期末考試成績(jī)以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告中試驗(yàn)結(jié)果和理論值的吻合情況作為學(xué)生實(shí)驗(yàn)效果的評(píng)價(jià)依據(jù)，而對(duì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程的動(dòng)手操作情況、團(tuán)隊(duì)配合效果以及分析和解決問題的能力等方面的考慮則相對(duì)較少。

四、科研與教學(xué)相融合的土木工程專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式探索

西南大學(xué)土建系為解決目前在土木工程專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的相關(guān)問題，在部分實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)過程中融人了科研與教學(xué)相融合的教學(xué)理念，取得了良好的效果。

（一）科研與教學(xué)相融合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的構(gòu)建

基于探究式教學(xué)、建構(gòu)主義學(xué)習(xí)等理論，針對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的“重理論輕實(shí)驗(yàn)、從面到點(diǎn)的教育相對(duì)缺乏”的問題，西南大學(xué)土木工程專業(yè)在部分課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，緊密圍繞教學(xué)一科研共同體的構(gòu)建，從新工科背景下創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的視角出發(fā)，以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，構(gòu)建科研與教學(xué)相融合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。

比如在“土木工程試驗(yàn)”的理論教學(xué)過程中，教師在理論授課的同時(shí)便會(huì)強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)的重要性，要求學(xué)生做到理論知識(shí)學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)操作并重。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，教師將其科研項(xiàng)目與本科實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行融合，并以專題報(bào)告形式對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行介紹，將科研項(xiàng)目里的相關(guān)實(shí)驗(yàn)任務(wù)（和本科教學(xué)有密切關(guān)聯(lián)的部分）分配給學(xué)生。課后要求學(xué)生以小組形式進(jìn)行相關(guān)的文獻(xiàn)調(diào)研與試驗(yàn)設(shè)計(jì)工作，積極開展討論與交流，每個(gè)小組獨(dú)立完成試件的制作與加載測(cè)試以及數(shù)據(jù)分析的過程，從而使學(xué)生有效掌握相關(guān)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵知識(shí)。

（二）科研與教學(xué)相融合的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ絻?yōu)化

針對(duì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室所做實(shí)驗(yàn)相對(duì)固定，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)多而設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)少的問題，部分課程的任課教師在其實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的模式及實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行了優(yōu)化，把新技術(shù)、新器件和科研成果引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，適當(dāng)減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，增加綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的比重，并確定合理的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的比例。將工程應(yīng)用前景較廣和可操作性較強(qiáng)的科研項(xiàng)目與科研成果及時(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中給予學(xué)生自主選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的權(quán)利。

比如在“土木工程材料”實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，除必須完成的相關(guān)實(shí)驗(yàn)外，還附加部分選做實(shí)驗(yàn)，該部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目由教師根據(jù)課程大綱并結(jié)合最新的科研動(dòng)態(tài)與工程前沿選定，學(xué)生可根據(jù)自身的興趣愛好選擇其中的幾項(xiàng)來完成。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的安排上，通過對(duì)學(xué)生的問卷調(diào)查，將驗(yàn)證性試驗(yàn)和設(shè)計(jì)性試驗(yàn)的比例調(diào)整為4：1，從而保證在有限的教學(xué)時(shí)間里，能夠充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，增強(qiáng)其主體意識(shí)。

（三）制定符合科研與教學(xué)相融合理念的實(shí)驗(yàn)室管理辦法

針對(duì)實(shí)驗(yàn)室部分實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器過于老舊，部分科研儀器未被充分利用的問題，西南大學(xué)土木工程專業(yè)在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)之上，本著立足現(xiàn)狀、著眼發(fā)展、統(tǒng)籌規(guī)劃、合理布局、優(yōu)化配置的原則，淘汰相關(guān)過于老舊的實(shí)驗(yàn)儀器，促使實(shí)驗(yàn)教學(xué)緊跟科研與工程發(fā)展的前沿;找準(zhǔn)科研與教學(xué)的結(jié)合點(diǎn)，將部分閑置的科研儀器應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，從而提高設(shè)備的利用率，促進(jìn)了教學(xué)與科研工作的共同發(fā)展。同時(shí)根據(jù)實(shí)驗(yàn)室年度規(guī)劃，合理制訂實(shí)驗(yàn)室對(duì)學(xué)生的開放計(jì)劃，實(shí)行綜合開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)制度，充分優(yōu)化實(shí)驗(yàn)室的資源配置，引導(dǎo)學(xué)生自主探索，整合所學(xué)內(nèi)容，進(jìn)而融會(huì)貫通所學(xué)專業(yè)知識(shí)，培養(yǎng)探究能力和提高創(chuàng)新思維能力。

（四）建立科學(xué)的評(píng)價(jià)機(jī)制

針對(duì)土木工程專業(yè)相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)評(píng)價(jià)機(jī)制較為單一的問題，西南大學(xué)部分實(shí)驗(yàn)課程在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)機(jī)制基礎(chǔ)之上，根據(jù)科研與教學(xué)相融合的教學(xué)理念，綜合考慮教師、學(xué)生、教學(xué)活動(dòng)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)環(huán)境等因素的影響，制定以學(xué)生發(fā)展為根本、以多元化為特征、以指導(dǎo)和激勵(lì)為原則的更加科學(xué)合理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)機(jī)制。

比如在“土木工程材料”的教學(xué)評(píng)價(jià)過程中，對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)不再僅僅注重其期末考試的卷面成績(jī)，還注重學(xué)生平時(shí)參與實(shí)驗(yàn)的過程，評(píng)價(jià)的方式力求多元化。學(xué)生在完成教師布置的組內(nèi)實(shí)驗(yàn)討論時(shí)，讓學(xué)生進(jìn)行自評(píng)與互評(píng)：通過自評(píng)，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到自己的不足，同時(shí)對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)過程及其不足之處做出改進(jìn)與反思;通過互評(píng)，可讓學(xué)生看到自己與別人的差距。學(xué)生之間的評(píng)價(jià)與打分，也作為學(xué)生最終成績(jī)的一部分。同時(shí)綜合學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程的參與情況與完成效果，并結(jié)合其期末考試成績(jī)來對(duì)學(xué)生的課程學(xué)習(xí)做出科學(xué)合理的評(píng)價(jià)。

五、科研與教學(xué)相融合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的應(yīng)用效果及推廣意義

實(shí)行科研與教學(xué)相融合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，對(duì)實(shí)驗(yàn)室而言，可以使實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備得到充分利用，起到物盡其用的作用;對(duì)教師而言，教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)及與學(xué)生的討論交流過程之中，可不斷提升自己的教學(xué)素養(yǎng)及理論水平;對(duì)學(xué)生而言，有利于提高學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性，激發(fā)其發(fā)散性與創(chuàng)造性思維，發(fā)揮其個(gè)性與特長(zhǎng)，提升其工程實(shí)踐及創(chuàng)新能力。在此過程中，學(xué)生也更易接觸到學(xué)科前沿及工程實(shí)際問題，這對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的科研興趣、優(yōu)化其知識(shí)結(jié)構(gòu)及提升其解決實(shí)際工程問題的能力很有幫助。可見，土木工程專業(yè)實(shí)行科研與教學(xué)相融合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式具有明顯的應(yīng)用效果與推廣意義。