土木工程創新實踐訓練平臺建設的思考

王秋萍 秦世強

[摘 要] 土木工程創新實踐訓練平臺有助于大學生開展實踐項目，有利于培養具有創新能力的卓越工程師。分析土木工程實踐教學體系及實踐訓練平臺存在的問題，提出實踐教學體系的改革方法和課外創新實踐訓練平臺建設的思路，構建多層次的創新實踐訓練平臺，進一步提高大學生創新能力、工程應用能力，同時保證大學生創新實踐訓練的可持續性。

[關鍵詞] 實踐教學體系;創新實踐訓練平臺;土木工程

[基金項目] 2019年度武漢理工大學教學研究項目“土木工程創新實踐訓練平臺的建設與運行管理模式研究”（w20190082）

[作者簡介] 王秋萍（1986—），女，貴州畢節人，碩士，武漢理工大學土木工程與建筑學院實驗師，主要從事道路與橋梁工程實驗研究;秦世強（1987—），男，安徽合肥人，博士，武漢理工大學土木工程與建筑學院副教授，主要從事橋梁工程教學與科研。

[中圖分類號] G642.0? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2021）17-0014-04? ? [收稿日期] 2020-10-20

2010年教育部開始實施“卓越工程師教育培養計劃”（以下簡稱“卓越計劃”），培養模式強調“行業指導、校企合作、分類實施、形式多樣”的原則，目的是為了培養具有創新能力、工程能力和適應能力的高質量工程技術人才。隨著社會的發展，工程技術人才的創新能力被越來越多企業視為戰略性資源和決定性因素。近年來，為深入貫徹國務院辦公廳《關于深化高等學校創新創業教育改革的實施意見》精神，各高校積極建設大學生創新實踐訓練平臺，并在各類創新訓練活動中取得卓越的成績[1-3]。

武漢理工大學土木工程專業是教育部第二批“卓越計劃”試點專業。為了培養具備創新性、專業性的復合型人才，學校在土木建筑學科實驗教學中心基礎上建立大學生創新實踐教育基地，該基地目前主要服務于大學生結構設計競賽，但近幾年在全國競賽中取得的成績并不理想。現就土木工程實踐教學體系、實踐訓練平臺存在的問題進行分析，并探討土木工程創新實踐訓練平臺的建設方案。

一、土木工程實踐教學體系存在的問題

“卓越計劃”要求培養能夠綜合運用所學專業知識解決工程實際問題的工程師，重點在于工程實踐、設計和創新能力的培養。目前的土木工程實踐教學體系（見表1），沒有達到“卓越計劃”實踐教學的要求。

（一）校內實踐教學體系不完善

校內實踐教學體系中實驗課大部分為基礎類實驗、專業基礎類實驗，專業類實驗較少。基礎類實驗和專業基礎類實驗有助于學生理解和掌握抽象的理論知識。但是在實際工程中，更注重的是如何應用理論知識解決實際復雜工程問題的能力，而這種能力的培養恰恰是專業類實驗的教學目標。教學體系缺乏對學生系統的工程實踐的培養，學生很難有獨立承擔和解決工程問題的能力。

（二）校外實踐教學達不到“卓越”目標

據調研，一方面課程設計內容往往參照以往題目來做，其中部分命題由從未參與過實際工程項目的任課老師設計，導致學生所做的設計大部分脫離了實際工程項目;另一方面，課程設計參考的是使用多年的教材，導致設計方案陳舊，沒有根據行業最新規范進行調整。無法培養學生實際工作中的設計能力，達不到“卓越”目標。現場實踐大部分是由教師或學生自己聯系施工單位進行，考慮到學生安全問題，企業對此積極性不高。其次實習期較短無法看到施工全過程，而工程建設的周期較長、工序復雜，學生能了解的施工工序很有限，很難達到教學目的[4]。

二、實踐訓練平臺功能不完善

目前實踐訓練平臺僅限于線下的實踐訓練，平臺面積太小，儀器設備不足，指導老師資源短缺，嚴重影響了學生創新訓練活動的開展。土木工程專業在實際應用中少不了各類軟件的輔助，學生對軟件的學習需要借助虛擬仿真計算平臺，現有的線下實踐平臺不能滿足學生開展各類軟件學習的需求。

三、創新實踐訓練平臺建設的思考

土木工程專業實踐教學改革應根據“卓越計劃”人才培養目標的要求，以創新意識激發為先導，以創新思維拓展為重點，以創新技能培養為主線，以創新品格形成為目的，設置課內外一體的實踐教學體系[5]。

（一）改革實踐教學體系

針對土木工程專業學生未來從事的設計、施工、檢測等工作，以開放形式面向土木工程專業學生開設相應的專業實驗，通過專業課程實驗、大型綜合實驗、課程設計等綜合實踐環節，培養學生發現問題、提出問題、分析問題、解決問題的能力，從而增強綜合判斷意識與能力，提高專業競爭力。

創新實踐教學體系由計算機仿真實驗、虛擬仿真實驗和專業檢測實驗三大模塊組成，見圖1。計算機仿真實驗模塊包含了土木工程專業常用的一些設計軟件，目前大部分設計院較常用的如用于橋梁工程設計的Midas Civil、橋梁博士等，用于結構工程設計的PKPM、SAP2000等，用于局部分析的ANSYS、近幾年比較熱門的BIM等。開設計算仿真實驗課，有利于鼓勵學生積極自主地學習專業知識及相關軟件，完成簡單的結構靜力、抗震、抗風等方面的內力分析，可極大地提高土木工程專業學生的工程應用能力和專業競爭力。

虛擬仿真實驗模塊包含了土木工程專業中橋梁、隧道、結構、基礎等工程的施工工序。模塊為土木工程施工實習課提供全新的教學環境，通過人機互動學生可自行安排施工現場、模擬施工順序從而了解施工全過程，解決施工實習因施工周期長而不能全程參與的問題，彌補校外實踐教學達不到教學目標的不足。另外施工工序可短時內重復學習，也可以加深學生對施工工序的認知，對重要知識點掌握得更牢固。

本科教學實驗模塊包含針對已有傳統教學實驗所開發的虛擬實驗，如鋼筋混凝土梁柱實驗、鋼結構實驗等。這類傳統實驗因為費用開支大、構件制作周期長、實驗安排難度較大，難以對大批量本科學生進行開放教學。通過虛擬實驗平臺學生可在網上通過交互操作獨立完成實驗，或自主設計并完成綜合性創新實驗，形成線上線下教學相結合的智能化、個性化、虛實結合的實驗教學新模式，激發學生實驗興趣的同時還可以極大地提高學生的實驗操作技能。

考慮到大型儀器設備價格昂貴，操作過程復雜，設備使用難度大，目前結構實驗室內的大型儀器設備只對科研實驗開放，且只能由實驗室專業人員操作。為了讓學生以及更多進行科研實驗的教師學習設備的操作，可開發相應實驗模塊以便于師生學習和熟練掌握設備操作方法。大型儀器實驗模塊將結構實驗室已有的大型儀器如反力墻、振動臺等，結合計算機模擬、動畫模擬和人機交互等手段，通過虛擬加載構件虛擬仿真實驗環境和虛擬實驗進程。學生通過此模塊學習大型儀器設備的操作方法，提高學生科研能力、專業實踐能力和動手能力，另一方面也有助于學院科研的發展。

專業檢測實驗模塊包含了公路、橋梁、結構、地基等土木工程的檢測實驗，這類實驗緊密聯系實際工程中的檢測項目，讓學生了解最新的檢測手段，學習最常用的檢測儀器使用方法，有助于提高學生的工程實踐能力和動手能力。

（二）課外創新訓練平臺建設

通過大學生創新訓練計劃、教師科研項目、學科競賽等方式開展創新性訓練，構建開放、創新的大學生科研訓練平臺和創新大賽平臺。課外創新實踐平臺由科研實踐平臺和創新大賽平臺組成，見圖2。

科研實踐平臺中的學生自擬科研課題平臺允許學生自擬科研課題，不設定具體的實驗項目和大綱，充分發揮其主觀能動性。學生自主提出實驗項目提交申請報告，制定實驗方案和目標，通過答辯確定是否立項。立項后由平臺提供實驗條件及安排指導老師，學生自主完成實驗后撰寫研究報告。根據研究成果的創新性、科學性和實用性評定學生成績。

教師可以在科研實踐平臺發布自己的科研項目，學生在該平臺可報名參與自己感興趣的科研項目，雙向選擇后進行科研實驗。教師與學生通過平臺在科研項目中增強了師生互動，加強了對學生自主學習意識及科研創新實踐能力的培養。

創新大賽平臺主要是為參賽學生提供模型制作環境、實驗設備、計算軟件以及師資力量，讓參賽學生能順利開展創新研究。以培養創新人才為目的，通過創新大賽平臺積極引導學生參加國家級、省級競賽。學生在指導教師的指導下，通過自主選題、查閱文獻、設計實驗方案、開展實驗、撰寫論文或報告全過程，提高學生自主學習和科研創新能力。

（三）改善實踐訓練平臺條件

創新實踐訓練平臺的建設以改革后的實踐教學體系為依托，服務于大學生創新實踐訓練項目，為學生提供虛擬平臺和實體平臺。

1.虛擬平臺。實驗室已有的計算機臺套數少，專業計算軟件種類不全且已有軟件端口不夠，機房面積小，目前僅能滿足已有實驗項目的上機課。建議專門開辟新機房作為計算機仿真中心，提供如橋梁博士軟件、Midas、Ansys、Pkpm、Sap2000等常用結構分析軟件，根據學生在創新實踐及競賽活動中經常碰到的結構分析問題，設立相應虛擬仿真實驗競賽項目。通過實驗項目的訓練，鼓勵學生自主學習專業知識及相關軟件。另外建設虛擬實驗教學中心，為已有虛擬實驗教學項目提供場地和設備。

2.實體平臺。為了鼓勵更多的學生積極參與創新實踐項目，應適當增加實體平臺的場地面積以容納更多學生。實體平臺場地應注重功能分區，如科研實驗區、模型制作區、辦公區、討論區、會議區等，便于學生自主開展創新活動。創新實踐訓練平臺是依托土木建筑學科實驗教學中心建立的，為了充分利用實驗教學中心的儀器資源，應建立儀器共享平臺，參與創新實驗訓練項目的學生經相關培訓合格后可自主使用實驗中心的儀器。另外在創新實踐訓練平臺配置小型化、系統化設備。

（四）創新實踐訓練平臺的運行管理模式

目前學院各個專業實驗室人員不足，為創新實驗室配置專職教師進行管理不太現實，因此創新實踐訓練平臺的日常運行可采取學生自主管理模式。在專業實驗室老師兼職管理的前提下，組建學生管理團隊以維持和保障實驗室的日常運行。在解決學院實驗室專職教師人員不足的同時，還能激發學生的主體責任意識、有助于培養學生的管理能力。

建立信息化的管理模式。①創新實驗室采取現場刷卡模式，學生需在創新實驗網絡平臺預約，在預約的時間段內獲得授權才能進入。實驗教學日志、實驗時間、實驗項目采取遠程管理。②建立開放的實驗設備共享平臺，學生可實時掌握實驗室設備的使用情況，以便于實驗設備的共享。共享平臺提供實驗中心主要設備的性能指標、使用說明書、操作手冊等，方便學生使用。③創新實驗室提供現場答疑，每周安排特定時間讓老師和學生進行討論，另外在創新實驗室網絡平臺設置專門的答疑板塊供師生討論，通過多種渠道及時、準確地為學生解答實驗中遇到的各種問題。

四、結語

本文立足于土木工程專業創新實踐訓練平臺的建設，結合武漢理工大學土木工程與建筑學院實際情況和專業學科特點，從培養具備創新性和專業性的復合型人才出發，建立基于“卓越工程師教育培養計劃”的創新實踐教學體系，完善大學生創新實踐教育基地平臺，建立“虛實結合、優勢互補”的創新實踐訓練實體平臺和虛擬平臺。從培養學生的主體責任意識、管理能力出發，建立學生為主體的信息化創新實踐訓練平臺運行管理模式，實現創新實踐訓練平臺的規范管理，實現教與學的良性互動。加強對學生自主學習意識及科研創新實踐能力的培養，在科研項目中增強了師生互動，形成了濃厚的科研氛圍，有利于土木專業學科建設，全面提高學院實驗教學管理水平和效率，培養符合社會需求，具備創新能力，專業實力強的土木工程專業復合型人才。

參考文獻

[1]孫家瑛.土木工程專業“卓越工程師教育培養計劃”人才培養模式改革探討[J].教育教學論壇，2014（15）：3-4.

[2]石春香.交通土建專業卓越工程師人才培養模式研究

[J].高等建筑教育，2012，21（5）：21-24.

[3]李雋，劉宏偉.基于卓越工程師培養計劃的土木工程專業實踐教學模式探討[J].林區教學，2016（8）：1-2.

[4]胡朝英，黃海燕，龍立焱.土木工程卓越工程師培養實踐教學體系的建設[J].教育教學論壇，2016（38）：269-270.

[5]徐明，宗周紅，肖士者，等.土木工程本科實驗教學創新平臺建設[J].高等建筑教育，2013，22（2）：114-117.

Reflections on the Construction of Civil Engineering Innovation and Practice Training Platform

WANG Qiu-ping， QIN Shi-qiang

（School of Civil Engineering and Architecture， Wuhan University of Technology， Wuhan， Hubei 430070， China）

Abstract： Civil engineering innovation and practice training platform is helpful for college students to carry out practice projects，and it is also conductive to cultivating excellent engineers with innovation ability. This paper analyzes the existing problems of the practice teaching system and the practice training platform of civil engineering， and puts forward the reform methods of the practice teaching system and the ideas of the construction of the extracurricular innovation and practice training platform. The construction of multi-level innovation and practice training platform can further improve college students innovation ability and engineering application ability， and ensure the sustainability of college students' innovation and practice training.

Key words： practice teaching system; innovation and practice training platform; civil engineering