土木工程專業(yè)虛實結(jié)合實驗教學(xué)虛擬教研室建設(shè)探索＊

李 波 康愛紅 吳正光 張 垚

（1.揚州大學(xué)建筑科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 揚州 225127；2.揚州大學(xué)城市規(guī)劃與發(fā)展研究院，江蘇 揚州 225127）

土木工程是一門理論與實踐相結(jié)合的學(xué)科，全國約188 所大學(xué)開設(shè)了土木工程專業(yè)。土木工程實驗課程是本專業(yè)的必修課程，是提升學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的重要途徑[1]。隨著高等教育數(shù)字化發(fā)展的推進，虛擬仿真實驗教學(xué)項目得到了快速發(fā)展并發(fā)揮了巨大的作用，對于培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)、動手能力、團隊精神等均具有重要意義[2]。然而，學(xué)生的學(xué)習(xí)方式、學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)形態(tài)也隨著發(fā)生了巨大的重構(gòu)。在此背景下，“土木工程專業(yè)虛實結(jié)合實驗教學(xué)虛擬教研室”應(yīng)運而生。該教研室的設(shè)立，旨在促進土木工程實驗課程的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，推動教師教研形態(tài)改革[3]。基于“虛實結(jié)合、能實不虛”的原則，結(jié)合揚州大學(xué)及其他高校已建國家級、省級土木類虛擬仿真實驗項目資源，規(guī)劃與建設(shè)土木工程專業(yè)實體實驗與虛擬仿真實驗相結(jié)合的實驗教學(xué)體系，通過合理分工實驗課程“虛實結(jié)合”內(nèi)容，有效運用混合式、探索式等多維度教學(xué)方法，規(guī)范考核體系，改革實驗教學(xué)方式。教研室的設(shè)立有助于將信息技術(shù)深化與教育教學(xué)深度融合，為教師高頻次、高質(zhì)量、創(chuàng)新性開展教研活動提供平臺[4]，為全面提升土木工程實驗教學(xué)質(zhì)量增強底部支撐。

1 虛擬教研室的組建基礎(chǔ)

1.1 具有名師名課支撐

虛擬教研室負責(zé)人康愛紅教授為國家級一流本科課程、省級一流虛擬仿真課程負責(zé)人，江蘇省333 第二層培養(yǎng)對象，江蘇省“青藍工程”優(yōu)秀教學(xué)團隊帶頭人，江蘇省高等教育教學(xué)成果二等獎獲得者，揚州大學(xué)“課程思政”先進教學(xué)團隊、課程思政示范課程負責(zé)人。負責(zé)人具有良好的引領(lǐng)輻射能力。

揚州大學(xué)土木工程專業(yè)于2016年通過工程教育專業(yè)認證，且入選國家一流本科專業(yè)建設(shè)點，擁有國家級一流本科課程1 門，國家級虛擬仿真實驗教學(xué)項目1項，江蘇省虛擬仿真實驗一流課程2 項等，搭建了江蘇省工程研究中心、江蘇省產(chǎn)教融合型品牌專業(yè)等創(chuàng)新平臺。以上成果為虛擬教研室建設(shè)提供了強有力的工作基礎(chǔ)。

1.2 具有資深專家加盟

虛擬教研室與華南理工大學(xué)、廣州大學(xué)、東南大學(xué)、長安大學(xué)、長沙理工大學(xué)等土木工程資深專家聯(lián)合共建。通過分享和合作科研，盤活了優(yōu)秀教學(xué)名師、一流課程、先進教學(xué)案例、專業(yè)建設(shè)經(jīng)驗等資源，提升了課程質(zhì)量。此外，校外專家的加盟也為課程推廣提供了堅實基礎(chǔ)。

1.3 前期工作基礎(chǔ)良好

江蘇省高等教育教改立項研究課題《土木工程專業(yè)虛實結(jié)合實驗教學(xué)與評價體系研究》（2019JSJG643）的研究成果為本教研室的構(gòu)建提供了有力支撐。人員結(jié)構(gòu)合理，含教學(xué)名師、校外資深專家、青年講師、系統(tǒng)維護人員等。經(jīng)費保障充足，每年從“土木工程國家一流本科專業(yè)建設(shè)點”“土木工程江蘇省十四五重點學(xué)科”“本科專業(yè)品牌化建設(shè)與提升工程項目”“建筑工程基礎(chǔ)綜合教學(xué)實驗中心”等國省級建設(shè)項目，以及揚州大學(xué)實驗室建設(shè)經(jīng)費等經(jīng)費中劃撥專款，教研室的深化建設(shè)與完善。

2 虛擬教研室的建設(shè)目標(biāo)

本虛擬教研室基于新工科建設(shè)背景，堅持為黨育人、為國育才，以提高土木工程專業(yè)學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)、實踐能力和創(chuàng)新能力為核心，創(chuàng)新“智能+”時代基層教學(xué)組織的實驗教學(xué)模式改革，探索教育信息化在土木工程人才實踐教學(xué)中的新模式，提高本科生的培養(yǎng)質(zhì)量。其建設(shè)目標(biāo)主要包括以下三點：

2.1 組織建設(shè)目標(biāo)

教研室成員的群體認同是建設(shè)教研室發(fā)展共同體的基礎(chǔ)[5]，虛擬教研室的建設(shè)需要基于土木工程專業(yè)虛實結(jié)合實驗教學(xué)的特征和要求，持續(xù)開展創(chuàng)新實驗教研課題、跟進實驗教學(xué)方法、共享優(yōu)質(zhì)虛擬資源、同頻教學(xué)能力培訓(xùn)等活動，從而實現(xiàn)實驗教學(xué)老師的共同進步與發(fā)展。因此，其組織建設(shè)目標(biāo)是促進實驗教師個人教學(xué)能力的提升與教研室整體進步的同步發(fā)展。通過輪值教研室主任方式，加強與共建單位的溝通交流，形成共建合力，以建成國家級一流虛擬教研室為目標(biāo)，在全國的土木工程專業(yè)高校中形成開放、靈活、便捷的虛實結(jié)合實驗教研平臺。

2.2 資源建設(shè)目標(biāo)

目前，國家虛擬仿真實驗教學(xué)課程共享實驗平臺中已經(jīng)認定了國家級虛擬仿真實驗教學(xué)項目34 個，收錄了省級一流課程54 個，此外，還帶動了大量其他省級、校級虛擬仿真資源建設(shè)。為了提升虛擬資源在實驗教學(xué)中的作用，通過共享國家級、省級、校級等土木類虛擬仿真實驗項目線上資源[6]，引領(lǐng)教研室成員參與教學(xué)資源共建，共商共議，制定適合于各高校人才培養(yǎng)定位的土木工程實驗教學(xué)方案，從而提高土木類實驗課程的教學(xué)質(zhì)量。

2.3 教師團隊建設(shè)目標(biāo)

在數(shù)字化轉(zhuǎn)型的浪潮下，本虛擬教研室擬聯(lián)合全國不同地域的多所高校，突破土木類實驗教學(xué)過程中的時空、人、物等方面的限制，開展線上線下相結(jié)合、虛擬實驗與實體實驗相結(jié)合的教學(xué)研究與實踐活動，打造一只面向“新工科”發(fā)展的土木工程實驗教學(xué)團隊，最終服務(wù)于教學(xué)、服務(wù)于專業(yè)建設(shè)、服務(wù)于學(xué)生，讓學(xué)生受益。

3 虛擬教研室的建設(shè)內(nèi)容

本虛擬教研室將圍繞交流平臺建設(shè)、虛實結(jié)合實驗教研創(chuàng)新、教學(xué)資源建設(shè)與共享、教學(xué)方法研究、教學(xué)能力提升等方面開展建設(shè)[5]。虛擬教研室建設(shè)實施路線如圖1所示。

圖1 虛擬教研室建設(shè)實施路線示意圖

3.1 虛擬教研室平臺建設(shè)

基于土木工程專業(yè)虛實結(jié)合實驗教學(xué)改革虛擬教研室的建設(shè)目標(biāo)，利用教育部推薦的平臺，構(gòu)建了教研室功能架構(gòu)，包含門戶、教學(xué)實施、教研活動、資源管理等模塊，見圖2。每個模塊均有相應(yīng)子功能模塊，例如，資源管理模塊涵蓋了課程大綱、教案、資源庫等；教學(xué)教研模塊包括了在線研討、試講、教學(xué)觀摩、直播等；教學(xué)實施模塊則包括了在線教學(xué)和質(zhì)量評價等；門戶模塊主要是成果、課程評審、檔案等信息與資料。

圖2 虛擬教研室平臺功能架構(gòu)示意圖

3.2 虛擬教研室組織建設(shè)

采取以下措施創(chuàng)新虛擬教研室的教研形態(tài)，以在成員間形成實驗教學(xué)共同體的使命。通過校企共建的方式形成多元化的師資成員，建設(shè)的虛擬教研室既包含了土木類的實驗教學(xué)名師，又擁有企業(yè)界的“能工巧匠”，從而推動了高校教師與行業(yè)工程師的教學(xué)融合。采用“輪值主任”制度，使得各個高校的主要教師主動參與，發(fā)揮群體領(lǐng)導(dǎo)的作用，從而大大提升各個成員的參與度與活躍度[5]。

3.3 虛擬教研室資源建設(shè)

共建、共享線上教學(xué)資源是虛擬教研室的基本任務(wù)，資源建設(shè)采取的措施如下。

構(gòu)建虛實結(jié)合實驗教學(xué)體系：依據(jù)土木工程專業(yè)中驗證性實驗、設(shè)計性實驗、綜合性實驗等不同實驗類別的特點，設(shè)計虛擬仿真實驗教學(xué)資源和實體實驗的結(jié)合方式，提出了基礎(chǔ)實驗和專業(yè)實驗的虛實結(jié)合的任務(wù)分工，以更為靈活、生動及高效的方式，實現(xiàn)課程結(jié)構(gòu)的綜合性和學(xué)生全員、全過程沉浸式參與。目前，已采納揚州大學(xué)建工學(xué)院自建虛擬仿真項目18 項，以及其他國家級和省級高水平虛擬仿真項目15項。

強化資源共建共享：基于各高校土木工程專業(yè)的人才培養(yǎng)定位和實驗條件，制定土木工程虛實結(jié)合實驗課程教學(xué)大綱，并據(jù)此共同編制相關(guān)教學(xué)資源庫，例如虛實結(jié)合實驗教學(xué)指導(dǎo)書、虛實結(jié)合實驗報告、虛實結(jié)合實驗評價體系等。所有的資源都匯聚在交流平臺上共享，通過不斷整合發(fā)展，形成區(qū)域性甚至全國性的土木類虛實結(jié)合實驗教學(xué)資源庫。

3.4 虛擬教研室教研創(chuàng)新

為培養(yǎng)具備實踐能力、創(chuàng)新能力和團隊精神的土木工程相關(guān)領(lǐng)域的復(fù)合型高級工程技術(shù)人才，針對土木類虛實結(jié)合實驗內(nèi)容，強化了以學(xué)生為中心的教學(xué)方法，將自主式學(xué)習(xí)、驅(qū)動式、混合式和探究式等教學(xué)方法應(yīng)用于虛擬仿真實驗教學(xué)中，并綜合采用了觀察法、比較法、自主設(shè)計法、控制變量法等實驗方法，使學(xué)生全面掌握土木工程專業(yè)基礎(chǔ)實驗和專業(yè)實驗的知識點，理解復(fù)雜條件下土木工程專業(yè)知識。

3.5 虛擬教研室?guī)熧Y培訓(xùn)

通過共享校際導(dǎo)師制，開展“一對一”“一對多”以及“多對一”的老教師與產(chǎn)業(yè)工程師對于青年教師的教學(xué)指導(dǎo)，并通過虛擬仿真實驗項目的實施，助力青年教師教學(xué)能力提升，實現(xiàn)虛實結(jié)合實驗教學(xué)方法的發(fā)揚與創(chuàng)新。此外，通過開展實驗教學(xué)名師示范課、集體備課、虛實結(jié)合實驗教學(xué)信息反饋等活動，定期討論，解惑答疑，共同提高。

4 特色與創(chuàng)新

4.1 以立德樹人為己任，立足培養(yǎng)新工科土木人才

土木工程專業(yè)本身蘊含豐富的立德樹人思想。本虛擬教研室立足于土木類實驗課程的定位，開展專題教研活動，系統(tǒng)挖掘了實驗過程中的科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、吃苦耐勞、精益求精、去偽存真等思政元素，并將其潤物細無聲地貫穿整個教學(xué)過程。

4.2 構(gòu)建土木工程專業(yè)實驗教學(xué)課程體系，實現(xiàn)課程升級

基于“虛實結(jié)合、能實不虛”的資源建設(shè)原則、以學(xué)生為中心的教學(xué)方法和信息化教學(xué)手段，在“仿真實驗+實物實驗”融合的教學(xué)模式中培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)、實踐能力和創(chuàng)新能力，改革與創(chuàng)新實驗教學(xué)模式，驅(qū)動教育信息化應(yīng)用模式創(chuàng)新，提高學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量。

4.3 強化產(chǎn)學(xué)研用一體化，全方位提高教師水平

根據(jù)土木工程專業(yè)注重實踐的特色，依托合作單位實現(xiàn)優(yōu)勢資源的協(xié)作共享強化產(chǎn)學(xué)研用，在工程項目中提升教師的實踐能力；并從代表性實踐工程的新材料、新技術(shù)、新工藝、新機制、新設(shè)備等方面，創(chuàng)新教師思維，科研反哺教學(xué)。

5 結(jié)語

本文結(jié)合土木工程專業(yè)虛實結(jié)合虛擬教研室的建立過程，介紹了其構(gòu)建思路和實施途徑。虛擬教研室充分融合了本校、兄弟高校以及其他實驗教學(xué)資源，有效彌補了實體教研室的局限性，為不同地區(qū)實驗教學(xué)的教師提供了“思想融匯”的平臺，對于促進土木類實驗教學(xué)的數(shù)字化發(fā)展具有重要意義。虛擬教研室的建立剛剛開始，土木類實驗教學(xué)的改革與創(chuàng)新方興未艾，各個高校均需基于自身的人才培養(yǎng)定位，因地制宜地開展虛實結(jié)合的實驗教學(xué)大綱改革與實踐，為師資實驗教學(xué)能力提升和實踐創(chuàng)新型人才培養(yǎng)提供條件。