工程教育認(rèn)證背景下巖土系列實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)體系改革與實(shí)踐

陳榕 郝冬雪 高宇聰 周璐

摘要：通過(guò)對(duì)工程教育認(rèn)證工作開展和建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，介紹了東北電力大學(xué)巖土工程在實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)方面的探索和實(shí)踐。以培養(yǎng)學(xué)生綜合實(shí)踐能力為導(dǎo)向，對(duì)巖土工程課程實(shí)踐教學(xué)體系進(jìn)行優(yōu)化和重構(gòu)，在提升基礎(chǔ)實(shí)踐教學(xué)基礎(chǔ)上，大力開展綜合性、創(chuàng)新性實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。同時(shí)，進(jìn)一步加強(qiáng)課外科研實(shí)踐，有效提高學(xué)生基本科學(xué)素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感、創(chuàng)新精神，提升學(xué)生社會(huì)實(shí)踐能力。

中圖分類號(hào)：G6420 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? 文章編號(hào)：1005-2909（2021）06-0175-06

工程教育專業(yè)認(rèn)證是國(guó)際通行的工程教育質(zhì)量保障制度，是實(shí)現(xiàn)工程教育國(guó)際互認(rèn)和工程師資格國(guó)際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)[1-3]。工程教育專業(yè)認(rèn)證要求學(xué)生具有扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)，較強(qiáng)的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，從而達(dá)到解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力的目標(biāo)。實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)，也是提高學(xué)生社會(huì)職業(yè)素養(yǎng)和就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的重要途徑[4-5]。

一、巖土工程課程實(shí)踐教學(xué)存在的問(wèn)題

隨著工程教育認(rèn)證的推廣和普及，東北電力大學(xué)巖土工程系列課程在實(shí)踐教學(xué)方面做了許多有益的改革，并取得了一系列的成效，但仍存在以下幾方面問(wèn)題。

（1）實(shí)踐教學(xué)課時(shí)偏少。自引入工程認(rèn)證理念，土木工程專業(yè)培養(yǎng)方案幾經(jīng)調(diào)整，實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)課時(shí)已有較大提高，但可用于學(xué)生實(shí)踐的學(xué)時(shí)仍顯不足，公共課、理論課仍占據(jù)較大的學(xué)時(shí)比重。

（2）實(shí)踐教學(xué)設(shè)備及方案設(shè)計(jì)落后。隨著工程技術(shù)的快速更新，許多實(shí)驗(yàn)設(shè)備參數(shù)及精度已無(wú)法滿足當(dāng)前工程需求，無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)代工程師的培養(yǎng)[6]。

（3）部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置相對(duì)獨(dú)立，涉及知識(shí)點(diǎn)較為單一，關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)，不利于學(xué)生系統(tǒng)思維的培養(yǎng);部分試驗(yàn)方法仍沿用老舊規(guī)范，十幾年甚至幾十年未變;部分實(shí)踐活動(dòng)缺乏層次性，認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、教學(xué)實(shí)習(xí)和畢業(yè)實(shí)習(xí)間沒有明顯的區(qū)別。

（4）實(shí)踐課程建設(shè)相對(duì)滯后。在課程安排上，基礎(chǔ)性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)偏多，沒有系統(tǒng)地把解決復(fù)雜工程問(wèn)題融入實(shí)踐教學(xué)中，創(chuàng)新性、綜合性不夠。探究式、研究式教學(xué)方法未得到較好的應(yīng)用，學(xué)生難以發(fā)揮學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。

（5）綜合型教學(xué)人員不足。從實(shí)踐教師隊(duì)伍的質(zhì)量來(lái)看，具有工程背景又有學(xué)術(shù)水平的綜合型教師不足。師資隊(duì)伍力量薄弱，導(dǎo)致實(shí)踐教學(xué)水平層次低，不利于學(xué)生能力的培養(yǎng)。

針對(duì)上述問(wèn)題，以培養(yǎng)具有解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力為前提，大力發(fā)掘我校巖土工程研究所的人才、項(xiàng)目、設(shè)備及場(chǎng)地資源，對(duì)現(xiàn)有實(shí)踐教學(xué)體系等進(jìn)行優(yōu)化和完善。

二、巖土工程課程實(shí)踐教學(xué)體系優(yōu)化舉措

（一）以科研項(xiàng)目作為課堂教學(xué)及實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)案例

將重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室所承接的工程項(xiàng)目作為課堂理論教學(xué)及實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)中具體案例，基于企業(yè)的實(shí)際需求，對(duì)所涉及的理論知識(shí)和專業(yè)技能進(jìn)行重點(diǎn)講授和強(qiáng)化。對(duì)所承接的縱向和橫向課題，由專業(yè)教師提出具體工程問(wèn)題，并引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，鼓勵(lì)學(xué)生參與到具體的科研課題中，完成一些簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)工作。將理論知識(shí)與科研問(wèn)題相結(jié)合，使學(xué)生能夠掌握科學(xué)研究的分析方法，培養(yǎng)學(xué)生從事專業(yè)實(shí)際工作和研究工作的初步能力。

如對(duì)“復(fù)合加載模式下輸電線路掏挖基礎(chǔ)地基破壞模式及承載特性研究”等國(guó)家及省部級(jí)項(xiàng)目中部分科研內(nèi)容進(jìn)行拆解，其中所包含知識(shí)體系拆分成單一的理論知識(shí)，按照難易程度，分年級(jí)、分層次的融入工程地質(zhì)、土力學(xué)和基礎(chǔ)工程等課程中。同時(shí)，基于巖土工程研究所承接的“淮南—南京—上海1000kV特高壓交流工程擠擴(kuò)支盤樁試驗(yàn)研究”等橫向課題分析，在基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)中持續(xù)引入項(xiàng)目中的試驗(yàn)視頻和圖片，讓本科生通過(guò)試驗(yàn)視頻和圖片了解特高壓輸電塔的新型基礎(chǔ)形式。針對(duì)擠擴(kuò)支盤樁的研發(fā)和承載力試驗(yàn)的系列數(shù)據(jù)，與課堂上講授的基礎(chǔ)復(fù)合加載模型承載力計(jì)算和穩(wěn)定性驗(yàn)算的知識(shí)相互印證，并在隨后幾年巖土類課程中逐漸推廣該舉措，具體如表1所示。

（二）依托項(xiàng)目資源，完善實(shí)驗(yàn)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

借助科研項(xiàng)目資金投入，對(duì)現(xiàn)有巖土類教學(xué)設(shè)備進(jìn)行合理更新和補(bǔ)充，形成手動(dòng)到自動(dòng)、低精度到高精度的實(shí)驗(yàn)設(shè)備梯隊(duì)。在講解實(shí)驗(yàn)原理時(shí)，采用手動(dòng)設(shè)備;在實(shí)驗(yàn)操作中，采用自動(dòng)設(shè)備;在結(jié)果分析時(shí)，采用高精度科研設(shè)備進(jìn)行校核。

積極探索以培養(yǎng)工程能力為宗旨的教學(xué)模式，試圖從復(fù)雜工程問(wèn)題入手，把問(wèn)題分解成若干個(gè)實(shí)驗(yàn)相關(guān)項(xiàng)目，化難為簡(jiǎn)，化整為零，進(jìn)而設(shè)計(jì)出具有可操作性的綜合性實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在做這些項(xiàng)目時(shí)自然會(huì)體會(huì)到它們的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，進(jìn)而提高學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)還解決了實(shí)際的工程應(yīng)用問(wèn)題，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)起到了一定的激勵(lì)作用。在為學(xué)生提供了學(xué)習(xí)新技能與知識(shí)機(jī)會(huì)的同時(shí)，又使學(xué)生通過(guò)相應(yīng)的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，促進(jìn)工程意識(shí)的培養(yǎng)和工程應(yīng)用能力的提高。

（三）優(yōu)化現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，提高實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)比例

根據(jù)我校土木工程專業(yè)的修訂培養(yǎng)方案，主動(dòng)調(diào)整巖土類課程的教學(xué)計(jì)劃，對(duì)理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，將理論內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相重合的知識(shí)點(diǎn)，統(tǒng)一放入實(shí)驗(yàn)課環(huán)節(jié)進(jìn)行講授，以此提高學(xué)生的直觀認(rèn)識(shí)。在總課時(shí)不變的情況下，最大限度增加實(shí)踐教學(xué)的課時(shí)比重，并及時(shí)調(diào)整課程結(jié)構(gòu)。

同時(shí)，對(duì)現(xiàn)有土力學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)化整合設(shè)計(jì)，以往每次實(shí)驗(yàn)僅對(duì)某個(gè)土壤指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，割裂了各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目間的聯(lián)系。部分土力學(xué)實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)操作過(guò)程過(guò)長(zhǎng)，如比重實(shí)驗(yàn)、壓縮實(shí)驗(yàn)和直剪實(shí)驗(yàn)等，常將操作步驟進(jìn)行簡(jiǎn)化，選擇快速固結(jié)和快剪等方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。由于受實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)所限，其土樣的制備工作等往往由實(shí)驗(yàn)老師提前準(zhǔn)備好，學(xué)生沒有機(jī)會(huì)參與和了解每個(gè)實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程。

基于上述問(wèn)題，將以往按理論課程進(jìn)度分散設(shè)置的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目變?yōu)榧虚_設(shè)，在原有7個(gè)小實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目基礎(chǔ)上，增加液塑限聯(lián)合測(cè)定實(shí)驗(yàn)、顆粒篩分實(shí)驗(yàn)和擊實(shí)實(shí)驗(yàn)，將10個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目按關(guān)聯(lián)度分為3組，如表2所示。每組實(shí)驗(yàn)在某一時(shí)段內(nèi)集中進(jìn)行，以4學(xué)時(shí)為實(shí)驗(yàn)基本時(shí)段（上午或下午），共計(jì)12學(xué)時(shí)。具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是：將天然含水率、液限含水率、塑限含水率與比重實(shí)驗(yàn)進(jìn)行整合;將光電聯(lián)合測(cè)定實(shí)驗(yàn)、顆粒篩分實(shí)驗(yàn)與固結(jié)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行整合;將滲透實(shí)驗(yàn)、擊實(shí)實(shí)驗(yàn)整合到直剪實(shí)驗(yàn)中。既有效地利用了比重實(shí)驗(yàn)、固結(jié)實(shí)驗(yàn)和直剪試驗(yàn)過(guò)程中等待時(shí)間，又讓學(xué)生了解了土力學(xué)試驗(yàn)之間的內(nèi)在聯(lián)系，進(jìn)一步提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的效果和質(zhì)量。

（四）開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目

實(shí)驗(yàn)室開放是工程學(xué)科人才培養(yǎng)的重要途徑[7]。對(duì)于大型科研實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，實(shí)驗(yàn)室集中組織同學(xué)進(jìn)行有序參觀，并安排部分同學(xué)參與簡(jiǎn)易操作。對(duì)于重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室中易損、昂貴儀器的使用和操作，會(huì)定時(shí)、定期地組織設(shè)備管理人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)演示，使本科生有機(jī)會(huì)了解、使用先進(jìn)的儀器與設(shè)備，擴(kuò)充學(xué)生的知識(shí)視野和提高專業(yè)實(shí)踐能力，有效促進(jìn)大學(xué)生積極申報(bào)各級(jí)各類的大學(xué)生創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目?；趯?shí)驗(yàn)室開放式管理制度，學(xué)生可根據(jù)需求在周末和節(jié)假日到這些開放實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)練習(xí)和科研探索，在教師的指導(dǎo)下完成大學(xué)生課外科技創(chuàng)新項(xiàng)目，或直接參與指導(dǎo)教師的各類科研項(xiàng)目研究中。此外，實(shí)驗(yàn)室還積極探索了一些開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，例如土力學(xué)實(shí)驗(yàn)室借助2015年購(gòu)置的進(jìn)口無(wú)繩靜力觸探設(shè)備，開設(shè)了基于靜力觸探技術(shù)的校園地層勘探實(shí)訓(xùn)，如圖1所示。

基于上述舉措，近年來(lái)實(shí)驗(yàn)室先后開展了多項(xiàng)國(guó)家級(jí)及省級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目，具體如表3所示，項(xiàng)目均源自各指導(dǎo)老師的國(guó)家自然科學(xué)基金或校企合作的橫向課題。學(xué)生在該類項(xiàng)目中的興致比常規(guī)實(shí)驗(yàn)課要高得多，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和科研素質(zhì)都得到明顯提高，使學(xué)生的學(xué)習(xí)由被動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)，進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造思維。

（五）積極新建校內(nèi)實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)場(chǎng)所

實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)是土木工程學(xué)科實(shí)踐教學(xué)的重要手段。許多企業(yè)考慮到安全因素，往往不允許實(shí)習(xí)學(xué)生進(jìn)行實(shí)際操作，甚至不愿意接待，使得提供給學(xué)生的實(shí)習(xí)設(shè)備和動(dòng)手機(jī)會(huì)十分有限，無(wú)助于學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)。以東北電力大學(xué)土木工程學(xué)科重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為后盾，依托實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有設(shè)備和場(chǎng)地條件，為本科生提供校內(nèi)實(shí)習(xí)和實(shí)訓(xùn)場(chǎng)所，同時(shí)可將乘車、住宿等費(fèi)用轉(zhuǎn)化為購(gòu)買實(shí)習(xí)器材、設(shè)備的經(jīng)費(fèi)，為專業(yè)發(fā)展積累資金，在一定程度上緩解了辦學(xué)經(jīng)費(fèi)緊張的問(wèn)題。

為滿足土木工程專業(yè)新增工程地質(zhì)課程的實(shí)習(xí)需求，在現(xiàn)有土力學(xué)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)重新劃分功能區(qū)域，并購(gòu)入2套巖石和礦物標(biāo)本及20套工程地質(zhì)實(shí)習(xí)工具，定制了礦物標(biāo)本的陳列柜，方便學(xué)生近距離觀察。目前，已針對(duì)2019屆和2020屆本科生完成兩輪校內(nèi)實(shí)習(xí)任務(wù)，其中包括“火成巖鑒別”“沉積巖鑒別”“變質(zhì)巖鑒別”和“野外工程地質(zhì)工具學(xué)習(xí)和使用”等四項(xiàng)具體實(shí)習(xí)內(nèi)容。

同時(shí)，針對(duì)校外實(shí)習(xí)中極有可能發(fā)生突發(fā)事件，如實(shí)習(xí)過(guò)程中因?qū)W生注意力分散所導(dǎo)致的人身安全和設(shè)備安全等問(wèn)題情況，建立一定規(guī)模的校內(nèi)實(shí)習(xí)基地變得尤為重要。對(duì)此，我校在東校區(qū)、西校區(qū)和家屬區(qū)內(nèi)劃分若干實(shí)習(xí)區(qū)域，并制定不同的實(shí)習(xí)方案。針對(duì)基礎(chǔ)工程課程，專門建設(shè)了培養(yǎng)大學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)工程施工技術(shù)認(rèn)知的專屬校內(nèi)實(shí)習(xí)場(chǎng)地，如圖2所示。

在近3年時(shí)間里，巖土類課程已建立了一批校內(nèi)實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地，為土木工程學(xué)科的實(shí)習(xí)和實(shí)訓(xùn)操作提供了良好平臺(tái)，也使重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室真正成為培養(yǎng)學(xué)生走向社會(huì)的起點(diǎn)和搖籃。

（六）建設(shè)高質(zhì)量實(shí)踐指導(dǎo)教師隊(duì)伍

選定一些具有博士學(xué)位或工作經(jīng)驗(yàn)的年輕教師對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)，引入學(xué)科前沿新知識(shí)、新理念，鼓勵(lì)年輕教師將科研項(xiàng)目和科技前沿內(nèi)容引入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，開展具有一定前瞻性的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。重點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生完成知識(shí)重組、遷移和再創(chuàng)造過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生的擴(kuò)散性、創(chuàng)新性思維以及嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的動(dòng)手能力，為走上工作崗位時(shí)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

同時(shí)，對(duì)實(shí)習(xí)及實(shí)訓(xùn)教師進(jìn)行培訓(xùn)，優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)方法，在實(shí)踐教學(xué)中積極鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新。對(duì)學(xué)生專業(yè)實(shí)踐的創(chuàng)新方法給予肯定和鼓勵(lì)，提出的新問(wèn)題積極幫助解決;對(duì)于學(xué)生提出的不同看法甚至是錯(cuò)誤的看法，不要馬上予以否定，而是要以討論的方法引導(dǎo)他們發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題。教師在教學(xué)中要時(shí)刻保護(hù)學(xué)生的創(chuàng)新思維，同時(shí)應(yīng)對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)抄襲數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)操作請(qǐng)同學(xué)代勞等行為給予嚴(yán)肅的批評(píng)和制止，以杜絕此類不良風(fēng)氣的存在。

三、結(jié)語(yǔ)

在東北電力大學(xué)巖土系列課程的實(shí)踐教學(xué)改革中，基于多方面舉措，充分發(fā)揮了巖土工程學(xué)科的科研、設(shè)備與人員優(yōu)勢(shì)，圍繞工程認(rèn)證中培養(yǎng)學(xué)生具有解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力的目標(biāo)，鼓勵(lì)本科生參與科學(xué)研究，重視學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展培養(yǎng)了大批合格的高級(jí)應(yīng)用型人才，實(shí)現(xiàn)從培養(yǎng)合格的應(yīng)用型人才到優(yōu)秀應(yīng)用型人才的轉(zhuǎn)變，更好地為地方經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展服務(wù)。

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Abstract： Based on the experience about carrying out engineering education certification， this paper introduces the exploration and practice of experimental teaching system construction for geotechnical engineering specialty in Northeast Electric Power University. To cultivate comprehensive practical ability as the guidance， optimizes and reconstructs practical teaching system of geotechnical engineering courses. Based on the basis practical teaching， intensively develops comprehensive and innovative practical teaching content. At the same time， the students’ basic scientific literacy， social responsibility， innovation spirit can be promoted by further enhancing extracurricular scientific research practices.

Key words： engineering education certification; geotechnical engineering; practical teaching system; teaching reform

（責(zé)任編輯 崔守奎）

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