拓展專業視野　培養創新意識

尹博民　林慶榮　靳東來　李浩杰　劉浩宇　史友進

摘要：大學生創新訓練項目、開放實驗室項目在培養大學生綜合素質方面發揮著重要作用。在大學生創新訓練項目和開放實驗室項目中學習混凝土細觀力學知識，進行混凝土數值建模實驗，能夠促進土木工程專業學生的創新思維能力發展，對學生的未來發展有重要價值，土木工程專業有必要開設混凝土細觀力學選修課。

關鍵詞：混凝土;數值建模;選修課;創新訓練;開放實驗室

大學生創新創業訓練項目是大學生參與科學研究、參加社會實踐的一項有益的活動，其主要目的在于強化大學生創新能力和創業能力的訓練，培養適應國家建設需要的創新人才。開放實驗室是高等學校實驗創新的一個新舉措，給學生提供了自主進行實驗的平臺。我們在大學生創新訓練項目和開放實驗室項目中學習混凝土細觀力學知識，進行混凝土數值建模實驗，拓寬了視野，培養了創新思維能力，收獲頗豐。

一、混凝土細觀力學在土木工程專業學生未來發展方面的價值

1、發展的相關性

混凝土在工程建設中是用量最大的建筑材料。傳統的混凝土的力學研究多是建立在試驗的基礎上，用多種宏觀參數進行預測。混凝土在細觀層次上屬于多相復合材料，對混凝土材料進行細觀層次的破壞分析，可以更清晰地把握混凝土材料的工程情況。土木工程專業學生的未來發展方向與信息、建模、創新創意、新型混凝土等因素有關，而混凝土細觀力學的研究方向大多集中于骨料及硬化水泥砂漿兩相。這一研究方向使得土木工程學生在未來的學習道路上可以將所學的專業知識用于具體的對象。

2、細觀思維價值

在尺度上，混凝土的研究可分為宏觀、細觀、微觀三類。其中細觀尺度范圍介于0.0001cm到0.1cm之間。所以，土木工程學生在不借助工程儀器時，是難以領悟其中的學問的。運用細觀力學理論，通過計算機模擬，分析混凝土材料內部缺陷，突破了學生傳統理念“眼見為實”的局限性，啟發了學生在細觀世界的想象能力，有利于土木工程專業學生創新能力的培養和對工程中細節的把控。

3、創業導向價值

新工科新時代的出現為當下的土木工程學生在就業、創業方面提供一定的方向導向價值，包括“互聯網+”“網絡強國”“一帶一路”等。而混凝土細觀力學對學生創新潛能的啟發作用要大于傳統學科，因為傳統的學科往往有上百年的歷史底蘊，在此基礎上做出創新對于本科學生有相當大的難度。而混凝土細觀力學中，其構建多方面模型的創新上手難度相對較小，其創新成果的運用對象明確，因而可以提高土木工程專業學生個人的能力，在未來就業、創業的方向上給予指引，也可以為企業對混凝土性能改善具體需求提供幫助，增加學生的創業創造資本。

二、混凝土數值建模實驗實踐能夠促進創新思維能力發展

1、混凝土數值建模對matlab的運用起到激發創新思維與跨學科知識相互聯系的作用

隨著電腦軟件的發展，matlab軟件的具象性、編程錯誤處理直觀性、多維圖像坐標的準確性、數據處理的多樣性等都十分切合土木工程學生在學習混凝土細觀力學時所需的工具。并且在矩陣的計算、函數的運用與分析、概率論與數理統計中的應用、計算具象操作等功能都與高等數學息息相關，有利于學生強化高等數學中理論知識的運用，啟發學生的想象力進而激發學生的創新思維。

2、創新思維能力的良性發展需要理論與實踐相結合為前提

學生的創新思維能力在各個方面的發展都起到突破性的作用，但其弊端可能使學生的創新思維能力演變為空想能力，所以在學生創新思維能力的發展中需要以一項具體活動來確保良性發展，混凝土數值建模實驗實踐則是土木工程學生創新思維能力良性發展的選擇之一。

3、有利于培養“厚基礎、寬口徑”的土木工程專業人才

隨著國家對基礎建設的大力投入，土木工程專業人才要培養 “厚基礎、寬口徑”并且獨具特色的人才，需要在課程設置上不斷進行變革。專業選修課是土木工程專業的重要教學內容，成功的專業選修課能深化學生的專業理論知識，拓展學生的專業視野，在培養學生興趣愛好的同時培養學生的創新意識，培養學生創新思維能力，達到培養“厚基礎、寬口徑”土木工程專業人才的培養目標。

三、開放實驗室項目對大學生創新訓練項目的作用

1、創新訓練項目的意義

隨著高等教育的普及，近幾年我國大學生畢業就業問題愈加激烈，高校教育在一定程度上滿足不了社會需求，多數家長認為孩子上大學是為了找好工作，雖然這種想法普遍性極大，但不可錯將普遍想法當成最終目的。在有限的時間里，我國高校教育迫切需要將切合我國人才需求的想法潛移默化的灌輸到家長的腦海中，而創新訓練項目的重要意義之一，便是改變國人對于高等教育的觀念，上大學在提供就業機會的同時也給孩子創造了創新創業機會以及各方面的隱性成長。

2、開放實驗室項目的意義及其與自由、民主思想理念

各地方高校實驗創新的具體措施在于開放實驗室這一新模式，開放實驗室項目的意義也在于此。進行開放式實驗，教師給學生提供學習資源，學生先預習老師提供的材料，實驗過程中首先由學生提出問題，與教師進行面對面的交流，在教師的指導下解決問題，加強了學生與老師之間的交流，使得學生可以更主動地消化知識，積累經驗。

習近平主席提出全人類共同價值觀時講到：和平與發展是我們的共同事業，公平正義是我們的共同理想，民主自由是我們的共同追求，多樣性是人類文明的魅力所在，更是世界的活力和動力源泉。開放實驗室項目既滿足自由民主的思想理念又增加創造出更多多樣性的可能，激發學生們的學術素質與綜合實踐能力。

3、開放實驗室項目對培育大學生創新訓練能力的作用

開放實驗室項目給學生提供了自主學習的平臺。在開放實驗室項目中，學生擁有自由發揮的環境，在實驗過程中能夠主動掌控整個實驗過程;可以通過改變實驗條件，關注、追蹤研究熱點，開發新的實驗項目，達到鍛煉動手能力的目的。獨立分析和解決實驗中遇到的問題，能有效啟發學生的創新理念與創業欲望，有利于學生進行為何而學、學有何用、用有何價值的思考，可以增強學生的自主判斷能力，合理規劃自己的未來發展方向。

四、土木工程專業開設混凝土細觀力學選修課的必要性

1、混凝土細觀力學選修課與土木學生所學知識聯系密切

混凝土細觀力學是需要學生將試驗、理論分析、數值運算這三方面結合運用。其中，試驗與開放性實驗室項目是相輔相成的，若開放實驗室項目進展順利，則滿足土木學生學習混凝土細觀力學中試驗這方面的需求。在理論分析方面，我校設定理論力學，材料力學，結構力學，高等數學，工程化學等學科都展現出培養土木工程專業學生理論分析的能力。混凝土細觀力學則將化學，物理，數學中理論分析思維具體到混凝土中運用，使土木學生將各各力學的基礎知識運用與混凝土實驗，實現理論與實踐相結合的思想并且構建了跨學科交流平臺，促進該學科綜合能力的提升。

2、混凝土細觀力學選修課順應新工科新時代潮流趨勢

新工科背景下，土木工程專業學生迫切需要具備較強的實踐能力。給予土木學生更多與實踐相關的選修課是有必要的、有意義的、有效果的。同時，隨著電腦科學技術的不斷發展，越來越多與工程相關的軟件需要土木工程專業學生去了解、學習、運用?；炷良氂^力學與matlab的結合學習既滿足了學生了解新軟件的功能，又可以將復雜且繁瑣的數學運算以編程的形式巧妙的得出結果，可視化數據幫助學生理解計算結果，得到解決工程問題的啟發。在這個信息資源重要且海量的時代，傳統的紙制實驗報告記錄難以滿足當下社會對于信息資源的需求，計算機模擬實驗既能實現無紙化模擬實驗，又能加強土木工程專業學生對信息資源的分辨能力、處理能力、儲存能力、運用能力，可謂一舉多得。

3、混凝土細觀力學選修課能全方位促進教學科研實驗一體化

開放實驗室強調在內容、方法和手段上對傳統實驗項目進行全方位的改革，使實驗課程具有啟發性和趣味性。教師在開放實驗項目中將自己的科研成果進行教學轉化，有利于提高教學改革的效果;依托教師的科研項目，學生可以參加科學研究，發展學生的科研能力。MATLAB語言簡單，編程容易，在計算方法、建模仿真等方面對土木工程專業的學生幫助很大?；炷潦墙ㄖ袠I使用最為廣泛的建筑材料，土木工程專業的許多專業課都與混凝土有關。在開放實驗室項目中學習混凝土細觀力學的有關知識，學生掌握了MATLAB編程方法，可以融會貫通到土木工程專業多門專業課，全方位促進教學科研實驗一體化。

五、結語

在學習“混凝土細觀力學”的過程中，我們對“拓展專業視野，培養創新意識”的理念有了深刻的了解，但真正要達到“拓展專業視野，培養創新意識”的層面，需要教師與學生共同配合、相互信任與尊重，同時也需要高校發展自由、民主的理念，使各種因素相互作用，順應信息時代資源的發展趨勢，并促使土木工程學生將所學的專業知識用于更加具體的對象，將抽象的理論知識運用于具象的計算機軟件和實踐操作。同時，加強高校與社會的交流，培養新工科，新時代人才，重視學生的思想方向和精神需求以及跨學科之間的聯系與運用，多種相關選修課的設定，開放實驗室制度的落實等具體措施需要時間的沉淀，時間的檢驗。進而，“拓展專業視野，培養創新意識”的普遍性得以實現，大學生學習體驗更加充實。

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基金項目：江蘇省大學生創新創業訓練計劃項目重點項目（202112056007Z）

作者簡介：尹博民（2001-），男，廣東惠州人，漢族，本科生，主要研究方向為鋼筋混凝土結構。

通訊作者：史友進（1960-），男，江蘇海安人，漢族，教授，博士，主要研究方向為混凝土細觀力學等。