面向新形勢的土木工程基礎實驗教學課程建設

黃正均，劉 鈺，張 棟，陳倩男，張 磊

（北京科技大學 土木與資源工程學院，北京 100083）

引言

當前，在工程教育認證、“雙一流”、新工科及“雙萬計劃”等要求下，以及以專業為志愿的“新高考”招生形勢下，突出以學生為中心，以創新為動力，以應用型人才培養為目標的專業教學改革迫在眉睫，實驗教學部分也是其中的重點建設內容。

土木工程是一門實踐性很強的綜合性學科。高等學校土木工程專業指導規范提出，要更加重視學生的實踐能力，突出“三個創新”培養，將試驗等實踐環節作為知識傳授、技能訓練和創新培養的載體。能力與創新的前提即為激發興趣，以學生興趣為中心，目標即為培養具備工程應用能力的人才。因此，必須強調“以學生興趣為中心，以能力培養和工程應用為目標”的培養方案和建設要求，將“興趣、能力、應用”為核心理念的課程建設思路融入實驗實踐教學改革建設當中。

一、建設背景

（一）國家社會教育發展新形勢的需要

《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》的要求提出，要強化實踐教學環節，全面實施本科教學質量與教學改革。我國從2013年正式加入“華盛頓協議”開始，全面推進工程教育專業認證工作，其中我校土木專業分別于2016年6月、2019年5月通過首評和復評現場考察，專業認證給學科專業發展帶來了新的要求和機遇，也對實驗教學工作提出更高要求。

2017年以來，國家積極推進新工科、“雙一流”建設。新工科建設的要求是為未來新興產業和新經濟培養實踐能力強、創新能力強，具備國際競爭力的高素質復合型人才。其中特別突出了實踐能力和創新能力。此外，“雙一流”“雙萬計劃”建設也要求要“堅持以學生為中心，促進學生全面發展，有效激發學生學習興趣和潛能，增強創新精神、實踐能力和社會責任感”，對實驗實踐教學提出了新的要求。

（二）土木工程行業不斷發展對實踐教學和人才培養的新要求

近年來，隨著國家社會經濟的快速發展，一大批國家級規劃區和重大項目得以批復實施，如粵港澳大灣區建設、京津冀、副中心建設、冬奧會工程等。其對土木工程行業提出了許多新機遇和挑戰，促使各專業領域新技術、新理論的不斷推陳出新，如新型建筑材料、填海建造等，都與土力學和地基基礎、建筑材料等領域的基礎理論和實驗技術密切相關。因此，高校土木工程專業的人才培養，理應圍繞行業的新發展和新需求進行相應的教學與人才培養改革，培養更多具備扎實專業基礎知識和較強創新實踐能力的專業人才，以面向國家建設和行業發展所出現的新技術、新工藝等需求。

（三）我校土木工程專業建設和發展的要求

圍繞兩次工程教育專業認證，我校土木工程專業明確了自己的定位和培養目標，即立足首都，面向全國，服務于建筑、交通、礦業及城鎮基礎設施建設，培養基礎扎實、專業面寬，具有實踐能力和創新精神的應用研究型工程技術人才，建設特色突出，國內一流和國際知名的土木工程專業。其中也特別突出了實踐能力和創新精神培養，以及應用研究型工程技術人才，即表明必須對實驗教學內容、方法等實踐教學體系進行改革建設。同時，雖然我校土木專業通過了兩次專業認證，但在現場考察過程中，專家組都提出“實驗實踐教學有待進一步提高，實驗多為基礎實驗類內容，缺乏綜合性、創新性實驗項目，建議加強實驗教學改革工作”。此外，我校土木工程專業于2020年獲批國家一流本科專業。因此，針對專業認證和一流本科專業建設，必須對專業實驗教學內容等持續改進建設，以提高教學質量和人才培養能力。

此外，土木工程基礎實驗為我校土木工程專業獨立設置的專業基礎實驗課程，主要為土力學和建筑材料兩個學科方向。課程除原有土工和建材方向的基礎試驗內容外，還需增加綜合、創新試驗項目。本文即結合課程教學要求和我校土木工程專業定位，以及土木行業發展中出現的新技術、新工藝等，同時考慮國家社會發展和高等教育改革中面臨的新形勢、新要求，對該實驗教學課程內容體系進行全面梳理建設。

二、建設內容

（一）梳理實驗項目，完善教學內容

課程在2017版教學計劃修訂時，在原有內容的基礎上進行了相應調整，除土力學和建材基礎試驗外，新增6學時的綜合創新試驗，但具體內容當時并未確定，初步計劃為砂漿配合比設計或混凝土配合比設計試驗。在2019年秋季學期首次執行該計劃前，考慮到2017—2019年我校土木專業的實際情況，和前期學生調研反饋意見，將綜合實驗由單一固定的建材類砂漿配合比設計試驗，結合北方地區在工程建設過程中地基處理所面臨的實際需求，新增土工類土工擊實及強度設計試驗綜合實驗項目，增加了學生對內容的可選性和學習方向的多樣性。學生在選擇綜合實驗方向時，完全以學生興趣為主，任其自由選擇，保證內容有人選即授課。此外，結合實驗室新增進口GDS非飽和土三軸儀等先進設備，新增非飽和土三軸試驗、混凝土老化和凍融試驗為創新試驗項目講解、演示。

至此，課程內容共含土工類試驗項目13個、建材類20個，總計33個試驗項目，且各方向綜合類項目均由4～5個試驗項目綜合組成（既有基礎類，也有新增項）。同時，兩個方向均各增加2個創新試驗項目。

（二）結合分組要求和實際情況，構建多層次分組教學方式

我校土木專業每年招收4個班級約130名學生，由于受學校目前實驗場所限制，實驗場地略顯不足（人多地少），同時專任指導教師人數也偏少（僅有3人）。因此，為嚴格滿足分組人數（一般為3～5或5～7人/組）和人人動手的要求，采用分批、分組、分次的“三分教學”方式開展教學。具體方案為：首先根據整個教學內容的試驗項目數，每次組合幾個同類或相關的試驗項目作為一次教學課堂；其次以每個班級為一批，大約30人；最后每批再根據試驗項目復雜程度和耗時不同，進行大、小組綜合分組教學。

同時，根據課程相關學科理論課堂和教學內容具體情況，采用先土力學，后建筑材料，再綜合試驗的教學進度計劃安排。同時，對各方向試驗項目分別根據材料、性質指標等分類組合，采用平行進行、交替互換的方式開展教學，最大限度利用師資、場地和設備條件，實現在滿足分組人數和人人動手的要求下，按質按量完成全部課程教學。

（三）補充教學實驗設備，靈活運用實驗場地和師資

2019年課程執行前，經過梳理現有實驗設備并對照擬開展試驗項目，對相關教學設備進行了補充完善，包括2臺WMD-300電子萬能試驗機，2臺電動擊實儀，以及手動、電動脫模器各2套，砂漿分層度筒和稠度儀各4套，累計新增課程教學有關設備20多臺（套），從設備上滿足課程教學要求。

此外，重新規劃、調整教學所需實驗場地。形成以土力學、建材實驗室和結構實驗室為主要場所，同時新增非飽和土工實驗室等創新實驗場所和室外臨時拌料區等共計5個專業實驗室和室外教學場地，保證滿足至少每批次（1個班級）不同項目、不同分組的空間要求。

同時，由于試驗項目多、人數多、學時少，加上分組要求高，實驗室現有師資略顯不足。故返聘近幾年剛退休、教學經驗豐富的老教師，以及在土力學和建材方向各引入2名試驗經驗豐富的研究生，協助專職實驗教師進行輔助教學，保證實驗教學過程中每組具有1名指導教師的指導要求。

（四）補充完善課程指導教材

課程原有土力學和建筑材料基礎試驗部分有專門的校內講義，但對新增的綜合試驗和創新試驗部分基本沒有涉及，外部也基本沒有完全符合內容要求的參考教材。因此，課程開始教學前，實驗室及時補充編制了對應的綜合試驗指導方案，以及創新試驗內容介紹，保證教學工作的正常進行。此外，依托學?！笆濉币巹澖滩慕ㄔO項目，成功出版課程正式教材《土木工程基礎試驗指導》，并于2020年秋季學期正常投入課程教學。

（五）課程考核方式和質量評價建設

課程為獨立設置的實驗教學課程，計劃學時24學時，故需設置合理的課程考核方式。結合課程實際情況，采用“平時考勤+過程評價+實驗報告”的方式進行考核。具體方案為：結合課程安排6～7次課內教學，賦予平時成績共30分（每次課5分），以考勤加上實驗教學過程中組內互評相結合的方式進行，即考勤占2分，組內評價3分，由指導教師和小組內同學間根據協作試驗操作過程中的表現互相打分。實驗報告以土力學、建筑材料和綜合試驗三部分組成，根據試驗項目數的不同，分別賦予25分、35分、10分，基本上每個試驗項目根據復雜程度為1～2分，由專業指導教師根據完成情況給予成績。

此外，結合學校網上評課，以及學院和實驗中心的教學督導舉措，對整個課程教學過程采取不定期督導檢查，建立了課程教學質量評價保障機制。

三、建設成效及存在問題

目前，課程已執行教學3學年，每學年均為4個班級、4個批次，每次29～31人。根據前述建設內容，完成2017—2019三個年級的課程教學任務。課程結束后，經過考核和調查統計，課程教學效果均為良好，期末學生網課評價滿意度達95%以上，基本達到改革建設目的。

當然，課程教學經過3次實施，目前也存在部分問題。如學生對綜合試驗方向所涉知識和工程應用并不十分了解，導致出現選課人數嚴重不均衡；實驗設備也出現偶發性故障；實驗場所過于分散、空間不足，需進一步優化及加強實驗環境和安全等。因此，還將繼續改革課程教學體系，不斷完善、持續改進，提高課程教學質量和學生實踐能力。

結語

土力學和建筑材料實驗是土木工程專業的專業基礎實驗教學內容，也是培養具有實踐和創新能力的工程應用人才的基本要求之一。本文結合工程教育專業認證、新工科、“雙一流”等專業建設要求，以及我校土木工程專業定位和培養目標，完善優化課程教學內容體系。以學生興趣和能力培養為核心，增加綜合創新性試驗內容；采用多層分組的教學方式優化教學過程，并對課程考核方式進行探索改進。同時，也為今后課程教學質量的持續改進明確了方向和思路。