漸進(jìn)式土木工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革
——以河南工程學(xué)院為例

段敬民， 皇 民， 高 遠(yuǎn)

(河南工程學(xué)院 土木工程學(xué)院， 河南 鄭州 451191)

2020年，河南省遴選包括河南工程學(xué)院在內(nèi)的10所高等院校作為應(yīng)用型本科“示范校”。以此為契機(jī)，河南工程學(xué)院按照一條主線(以高層次應(yīng)用型人才培養(yǎng)為主線)、二個(gè)育人環(huán)境(學(xué)校和企業(yè))、三個(gè)教育體系(通識(shí)教育體系、專業(yè)基礎(chǔ)教育體系、專業(yè)教育體系)、四個(gè)結(jié)合(學(xué)校教育與企業(yè)教育相結(jié)合、課堂教學(xué)與實(shí)踐能力要求相結(jié)合、課程設(shè)置與企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合、學(xué)習(xí)與工作相結(jié)合)的建設(shè)思路，構(gòu)建了學(xué)校“3+1”的應(yīng)用型人才培養(yǎng)方案。學(xué)校設(shè)立行業(yè)學(xué)院、人才創(chuàng)新班、企業(yè)冠名班等特色模塊，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)和學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)。學(xué)校要求理工類實(shí)踐學(xué)分不少于總學(xué)分的25%，其中創(chuàng)新學(xué)分2個(gè)學(xué)分，同時(shí)制訂了《創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐學(xué)分認(rèn)定辦法》，其中包括學(xué)科競賽、科技活動(dòng)、科技成果、技能證書或職業(yè)資格證書、創(chuàng)業(yè)、開放性實(shí)驗(yàn)室等6項(xiàng)內(nèi)容。

土木工程專業(yè)是實(shí)踐性較強(qiáng)的學(xué)科[1-2]。而作為激發(fā)學(xué)生動(dòng)手和創(chuàng)新能力的土木工程實(shí)踐課程，則成為了本學(xué)科教學(xué)改革的重點(diǎn)。河南工程學(xué)院一直在推進(jìn)開放性實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，并已成為教學(xué)改革的一個(gè)亮點(diǎn)。開放性實(shí)驗(yàn)[3]鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)參與專業(yè)實(shí)驗(yàn)、虛擬仿真等實(shí)踐性較強(qiáng)的教學(xué)創(chuàng)新等活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性與創(chuàng)造性，學(xué)生在解決各類問題的過程中，完成實(shí)踐課程的學(xué)習(xí)[4]。將實(shí)踐課程與開放性實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，則可使學(xué)生主動(dòng)與求知的雙重教學(xué)目標(biāo)[5]。另外，實(shí)踐課程與開放性實(shí)驗(yàn)相結(jié)合可發(fā)揮河南工程學(xué)院的自身經(jīng)驗(yàn)優(yōu)勢，同時(shí)也符合建設(shè)應(yīng)用型本科“示范校”的政策要求。因此，基于開放性實(shí)驗(yàn)的土木工程專業(yè)實(shí)踐課程的改革探索具有十分重要的意義。

為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，本文以土木工程實(shí)驗(yàn)課程為研究對(duì)象，探討將實(shí)踐課程與開放性實(shí)驗(yàn)室相結(jié)合的教學(xué)體系以及其改革成效，以期為高水平應(yīng)用型大學(xué)的建設(shè)提供支撐與借鑒。

1 土木工程專業(yè)實(shí)踐課程存在的問題

土木工程實(shí)踐課程作為提升學(xué)生實(shí)踐能力以及認(rèn)知理論知識(shí)的教學(xué)手段，應(yīng)得到高水平應(yīng)用型大學(xué)等側(cè)重實(shí)踐能力培養(yǎng)的高校的重視。然而，以土木工程實(shí)驗(yàn)課為例，目前部分土木工程專業(yè)實(shí)踐課程仍存在學(xué)時(shí)不足、教學(xué)質(zhì)量不佳、與工程實(shí)際脫節(jié)等問題。

目前，不少應(yīng)用型高校依舊把理論教學(xué)作為主要教學(xué)目標(biāo)與任務(wù)，實(shí)踐課程的學(xué)時(shí)一再被壓縮。如，河南工程學(xué)院教學(xué)改革前，大學(xué)三年級(jí)整個(gè)學(xué)年的實(shí)踐類課程不足20個(gè)學(xué)時(shí)。由于學(xué)時(shí)少，實(shí)踐課的教學(xué)體系不盡完備，導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容與目標(biāo)不能完全實(shí)現(xiàn)。學(xué)生在較短時(shí)間內(nèi)無法親自上手操作實(shí)驗(yàn)儀器；教師僅通過演示實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生觀摩實(shí)驗(yàn)流程。這就導(dǎo)致學(xué)生的參與度降低、學(xué)習(xí)積極性與主動(dòng)性減弱，甚至影響學(xué)生對(duì)實(shí)踐類課程的學(xué)習(xí)態(tài)度，形成“看熱鬧”、“應(yīng)付作業(yè)”等不良的學(xué)風(fēng)[6]。

其次，實(shí)踐類課程普遍存在教學(xué)成效不理想問題。該問題是由實(shí)踐類課程被壓縮衍生而來。實(shí)踐類課程種類及學(xué)時(shí)減少，使得教學(xué)內(nèi)容被壓縮或者被迫進(jìn)行填鴨式教學(xué)，在一定程度導(dǎo)致教學(xué)趣味性降低；動(dòng)手實(shí)踐環(huán)節(jié)也隨之減少。這些都影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性[7]。學(xué)生從主觀意識(shí)上對(duì)土木實(shí)踐類課程不夠重視，也帶來管理上的諸多問題。

由于實(shí)踐課程的壓縮，很難保障基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容及時(shí)更新，會(huì)造成教學(xué)內(nèi)容與當(dāng)前工程實(shí)際的脫節(jié)。如土力學(xué)實(shí)驗(yàn)，不少高校多年的教學(xué)內(nèi)容始終為含水率測定、干密度測定、直剪實(shí)驗(yàn)及固結(jié)實(shí)驗(yàn)等，較少涉及當(dāng)前工程實(shí)際中常見的室內(nèi)外實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，如地基靜荷載試驗(yàn)、蠕變實(shí)驗(yàn)等。因此，學(xué)生在工程應(yīng)用方面必然存在缺陷，無法滿足土木工程企業(yè)的用人需求，也不符合培養(yǎng)高水平應(yīng)用型人才的教育目標(biāo)。

這些問題在不同程度上均會(huì)影響實(shí)踐類課程的高效開展。因此，有必要系統(tǒng)性探索并進(jìn)行土木實(shí)踐類課程體系的改革，以求不斷滿足企業(yè)與高校的發(fā)展要求。

2 漸進(jìn)式土木實(shí)踐類課程體系與實(shí)踐

外業(yè)實(shí)訓(xùn)與室內(nèi)外實(shí)驗(yàn)是土木工程實(shí)踐類課程的主體內(nèi)容，也形成了土木工程實(shí)踐類課程的主要特點(diǎn)，即要求學(xué)生有較好的動(dòng)手能力、較高的主動(dòng)性等。基于這一課程特點(diǎn)，構(gòu)建了與開放性實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的土木實(shí)踐類課程體系。

2.1 漸進(jìn)式土木實(shí)踐類課程體系

該體系是將土木工程的實(shí)踐類課程劃分為兩個(gè)階段。第一階段為基礎(chǔ)階段，學(xué)生以小組形式開展驗(yàn)證類的實(shí)踐或?qū)嶒?yàn)內(nèi)容，該階段幫助學(xué)生熟悉實(shí)踐內(nèi)容與流程。在該階段，教師除指導(dǎo)學(xué)生常規(guī)的實(shí)踐或操作外，會(huì)給出一個(gè)與之相關(guān)的科學(xué)問題，即開放性實(shí)驗(yàn)的題目。學(xué)生在學(xué)習(xí)、操作基本實(shí)踐知識(shí)的基礎(chǔ)上，有側(cè)重地練習(xí)與隨后開放性實(shí)驗(yàn)相關(guān)的實(shí)踐內(nèi)容，并主動(dòng)思考、構(gòu)思研究內(nèi)容與研究方案。第二階段為創(chuàng)新性實(shí)踐階段。教師與學(xué)生分組討論并確定已構(gòu)思的開放性實(shí)踐方案。據(jù)此方案開展實(shí)踐研究，形成有探索性、創(chuàng)新性及應(yīng)用性的開放性實(shí)踐成果。此土木工程實(shí)踐課程體系的框架圖如圖1所示。

2.2 漸進(jìn)式實(shí)踐類課程體系特點(diǎn)

漸進(jìn)式實(shí)踐教學(xué)將常規(guī)實(shí)踐課程與啟發(fā)式教學(xué)相融合，形成具有逐步遞進(jìn)、教研結(jié)合、形式靈活、反饋評(píng)價(jià)全面、貼合工程需求等特點(diǎn)的課程體系。該課程體系可較大程度培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用動(dòng)手能力，并初步形成學(xué)生的科學(xué)探究能力。

(1) 逐步遞進(jìn)。本實(shí)踐教學(xué)體系包含基礎(chǔ)與創(chuàng)新兩個(gè)教學(xué)階段。學(xué)生掌握了常規(guī)實(shí)踐理論與方法后，逐步過渡到具有自主性與創(chuàng)新性的開放性實(shí)驗(yàn)。所謂“逐步遞進(jìn)”指兩實(shí)踐階段的內(nèi)容或方法存在內(nèi)在聯(lián)系，且兩階段的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容彼此包含、有機(jī)結(jié)合。如圖1所示，在基礎(chǔ)實(shí)踐階段的教學(xué)過程中，將會(huì)結(jié)合開放性實(shí)驗(yàn)引入相關(guān)科學(xué)問題。學(xué)生不僅可熟練掌握基礎(chǔ)階段的知識(shí)，同時(shí)會(huì)在科學(xué)問題與教師的引導(dǎo)下，發(fā)現(xiàn)常規(guī)實(shí)踐方法、儀器或流程等的特征或限制，初步形成對(duì)后續(xù)科學(xué)問題的解決思路。而在創(chuàng)新性實(shí)踐階段，將結(jié)合開放性科學(xué)問題，形成研究內(nèi)容與創(chuàng)新性的實(shí)踐方法。最終得到開放性實(shí)踐成果，并提煉應(yīng)用性成果。因此，本實(shí)踐教學(xué)體系可逐步幫助學(xué)生形成較為完整的實(shí)踐能力，并逐步培養(yǎng)學(xué)生對(duì)復(fù)雜問題的探究能力。

圖1 土木工程實(shí)踐教學(xué)體系Fig. 1 Civil engineering practice teaching system

(2) 教研結(jié)合。開放性實(shí)驗(yàn)具有顯著的研究性質(zhì)。將開放性實(shí)驗(yàn)與常規(guī)實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，即在基礎(chǔ)的實(shí)踐教學(xué)過程中嵌入開放性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。學(xué)生在實(shí)踐過程中會(huì)潛移默化地學(xué)習(xí)并掌握初步的科研能力。例如，怎樣基于工程實(shí)際提出具有研究價(jià)值的科學(xué)問題；根據(jù)所提問題如何合理制定研究方案；以及如何提煉具有應(yīng)用性價(jià)值的實(shí)踐成果等。學(xué)生以小組形式在實(shí)踐時(shí)自主地發(fā)現(xiàn)問題、解決困難。學(xué)生通過反復(fù)嘗試與糾錯(cuò)，有助于形成科學(xué)性的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，教師除教授基礎(chǔ)內(nèi)容外，將全程參與指導(dǎo)學(xué)生的開放性實(shí)驗(yàn)，并及時(shí)幫助學(xué)生將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際，從而形成了教學(xué)與研究交叉融通的實(shí)踐課程體系。該教學(xué)改革對(duì)推動(dòng)高水平應(yīng)用型大學(xué)的建設(shè)，對(duì)具備研究能力的應(yīng)用型人才培養(yǎng)均有較大的促進(jìn)作用。

(3) 形式靈活。漸進(jìn)式土木實(shí)踐類課程體系包含基礎(chǔ)實(shí)踐與開放性實(shí)驗(yàn)兩個(gè)環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)均采用小組形式開展。教師可根據(jù)不同組別安排教學(xué)與開放性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)與指導(dǎo)工作的時(shí)間及地點(diǎn)，從而起到靈活教學(xué)的效果。同時(shí)，由于采用小組形式開展實(shí)踐教學(xué)，可降低對(duì)實(shí)踐器材數(shù)量等的要求。例如開展土工實(shí)踐課程，固結(jié)儀、三軸儀等實(shí)驗(yàn)儀器數(shù)量有限，若采用小組形式開展實(shí)踐教學(xué)，既能保障小組成員均能參與實(shí)驗(yàn)過程，動(dòng)手實(shí)踐能力得到充分鍛煉，同時(shí)實(shí)驗(yàn)儀器又能得到充分應(yīng)用，節(jié)約了實(shí)踐教學(xué)的硬件與經(jīng)費(fèi)。

(4) 反饋評(píng)價(jià)全面。由于采用小組形式開展實(shí)踐教學(xué)，教師在基礎(chǔ)階段與開放性實(shí)驗(yàn)階段可及時(shí)全面地指導(dǎo)學(xué)生并反饋學(xué)生存在的問題，不同于與傳統(tǒng)實(shí)踐方式，每個(gè)小組的學(xué)生人數(shù)約為10人左右，實(shí)踐過程中教師有精力認(rèn)真指導(dǎo)并與學(xué)生開展充分互動(dòng)，在及時(shí)反饋問題的過程中，教師可對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力、動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力做出比較全面的評(píng)價(jià)。如，河南工程學(xué)院學(xué)生在進(jìn)行土木工程實(shí)習(xí)時(shí)，教師會(huì)結(jié)合學(xué)生專業(yè)及合作企業(yè)，有針對(duì)性地指導(dǎo)學(xué)生在不同工程項(xiàng)目及所處的開放性實(shí)驗(yàn)室開展觀摩與實(shí)操實(shí)習(xí)，并邀請企業(yè)專家與學(xué)生進(jìn)行實(shí)操互動(dòng)，包括常見的工程內(nèi)容與前瞻性的問題等。實(shí)習(xí)期間，教師對(duì)學(xué)生的參與程度、觀察分析能力、實(shí)操能力及創(chuàng)新能力做出“三加一”的評(píng)價(jià)。這種評(píng)價(jià)方法有利于發(fā)掘?qū)W生的專業(yè)潛力，同時(shí)也有助于學(xué)生及時(shí)掌握企業(yè)的用人要求。

(5) 貼合工程需求。由于開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是為了解決某一工程問題提出的。因此，其天然就同工程實(shí)際存在緊密聯(lián)系。學(xué)生在經(jīng)過基礎(chǔ)階段的實(shí)踐訓(xùn)練后，逐步過渡到與工程實(shí)際相結(jié)合的實(shí)踐階段。如河南工程學(xué)院長期同某裝配式建筑研發(fā)公司開展多項(xiàng)“產(chǎn)教融合”項(xiàng)目。建筑工程專業(yè)學(xué)生的材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)、結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)和畢業(yè)實(shí)習(xí)等實(shí)踐課程均與該企業(yè)有深度合作。在開放性實(shí)驗(yàn)階段，學(xué)生可接觸到裝配式建筑材料、設(shè)計(jì)、施工等方面需進(jìn)一步解決的問題；更能直接參與部分項(xiàng)目的研究活動(dòng)，并可結(jié)合企業(yè)需求培養(yǎng)學(xué)生相關(guān)的實(shí)踐能力，為順利就業(yè)、成為高水平應(yīng)用型人才打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2.3 漸進(jìn)式土木實(shí)踐類課程體系實(shí)踐

每學(xué)年，河南工程學(xué)院各學(xué)院申請到的校級(jí)及以上級(jí)別的開放性實(shí)驗(yàn)室約為10～15項(xiàng)。每項(xiàng)開放性實(shí)驗(yàn)均基于理論及生產(chǎn)實(shí)踐確定課題，符合培養(yǎng)應(yīng)用性人才的目標(biāo)。創(chuàng)新實(shí)踐階段，因?qū)㈤_放性實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐課程相結(jié)合，每個(gè)課題可有20～30名學(xué)生(將近一個(gè)班)參與。這些實(shí)踐課題涵蓋大部分土木工程學(xué)科專業(yè)。學(xué)生可以班級(jí)為單位選擇符合自己專業(yè)特點(diǎn)的課題，開展后續(xù)實(shí)踐內(nèi)容。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，自主選擇實(shí)踐課題，討論實(shí)踐方案，開展實(shí)踐內(nèi)容，總結(jié)與提煉實(shí)踐成果；這樣可充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極與主動(dòng)性，同時(shí)激發(fā)學(xué)生在具體實(shí)踐過程中發(fā)現(xiàn)問題與解決問題的能力。此外，將實(shí)踐課程與開放性實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，也解決了實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)等學(xué)時(shí)不夠的問題；促使學(xué)生在課余時(shí)間也能積極投入到實(shí)踐課題當(dāng)中。

目前，該模式已在河南工程學(xué)院實(shí)行了近4年，不少學(xué)生通過創(chuàng)新性實(shí)踐課程形成了自己的成果。其中，發(fā)表中文核心論文5篇。如2019級(jí)土木工程專業(yè)藺世豪與王浩南在教師指導(dǎo)下發(fā)表了《凍融循環(huán)下BFRP筋與混凝土黏結(jié)滑移本構(gòu)模型》(發(fā)表于《混凝土》雜志2021年第8期)；張佳祥、毛慶超與元江浩發(fā)表了《凍融循環(huán)下玄武巖纖維增強(qiáng)復(fù)材混凝土的斷裂損傷及軟化本構(gòu)關(guān)系》(發(fā)表于《工業(yè)建筑》雜志2021年第8期)；毛慶超與王佳凱發(fā)表了《不同襯砌剛度下山嶺雙洞隧道地震動(dòng)力響應(yīng)分析》(發(fā)表于《工業(yè)建筑》雜志2021年第7期)。這些研究成果均是依托實(shí)踐類課程通過開展各類實(shí)驗(yàn)或理論研究而形成的。可見在激發(fā)學(xué)生實(shí)踐與創(chuàng)新等能力方面，漸進(jìn)式土木實(shí)踐類課程具有顯著效果。

此外，河南工程學(xué)院近年來獲得國家級(jí)與省級(jí)學(xué)科競賽個(gè)人或團(tuán)體獎(jiǎng)近30項(xiàng)。這些獎(jiǎng)項(xiàng)說明：近年來，經(jīng)工程制圖實(shí)訓(xùn)、建模實(shí)訓(xùn)等開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的培訓(xùn)，學(xué)生與教師獲得的各類競賽成果豐碩。此類學(xué)科競賽常依托企業(yè)提供的課題、設(shè)備或場地開展訓(xùn)練。學(xué)生基于當(dāng)前較為成熟的建筑施工圖及模型進(jìn)行實(shí)踐練習(xí)，在提高競賽水平的同時(shí)，又滿足相關(guān)企業(yè)對(duì)當(dāng)前高水平專業(yè)人才的需求，提高了專業(yè)就業(yè)率與就業(yè)質(zhì)量。

基于漸進(jìn)式土木實(shí)踐類課程體系，每學(xué)年學(xué)生完成畢業(yè)論文或設(shè)計(jì)近50余篇。學(xué)生的畢業(yè)論文及設(shè)計(jì)取材于當(dāng)前的工程實(shí)際，部分則直接取材至工程研究項(xiàng)目。在學(xué)生完成畢業(yè)內(nèi)容的同時(shí)，用人企業(yè)也對(duì)學(xué)生進(jìn)行了考察與鍛煉。如2016級(jí)工程造價(jià)部分專業(yè)學(xué)生就業(yè)后得到了包括山西國基集團(tuán)有限公司、遠(yuǎn)大集團(tuán)等諸多企業(yè)的認(rèn)可。

以上實(shí)踐成果表明，漸進(jìn)式實(shí)踐教學(xué)體系能夠不斷激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)與探究能力，改善了實(shí)踐的教學(xué)質(zhì)量，大部分企業(yè)與學(xué)生對(duì)這一教學(xué)體系予以了充分認(rèn)可。

3 結(jié)語

本文聚焦高水平應(yīng)用型大學(xué)實(shí)踐類課程的教學(xué)改革，為解決土木工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中學(xué)生積極性不高、教學(xué)學(xué)時(shí)不足、教學(xué)效果不理想等問題，提出了基于開放性實(shí)驗(yàn)的土木工程專業(yè)實(shí)踐課程體系，使得基礎(chǔ)實(shí)踐與創(chuàng)新性實(shí)踐有機(jī)結(jié)合起來，形成基礎(chǔ)實(shí)踐夯實(shí)學(xué)生基本能力，創(chuàng)新性實(shí)踐激發(fā)學(xué)生自主能力，提煉實(shí)踐成果增強(qiáng)學(xué)生獨(dú)立能力。多年實(shí)踐證明，此實(shí)踐教學(xué)體系能整體提升學(xué)生的實(shí)踐類專業(yè)水平，值得在土木工程專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行推廣。