土木工程本科實驗教學創新平臺建設

摘要：東南大學土木工程實驗中心2008年底獲批成為國家級土建類實驗教學示范中心，文章介紹了東南大學土木工程實驗教學中心在實驗教學體系建設、實驗教學方法及手段等方面的建設經驗和所取得的成效，探討了土木工程本科實驗教學創新平臺建設的發展方向。

關鍵詞：土木工程專業；實驗教學；創新訓練

中圖分類號：G642423 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2909（2013）02-0114-04

伴隨著知識經濟時代的到來，在綜合國力競爭中，創新性人才被越來越多的國家視為戰略性資源和決定性因素。創新性人才是在先天稟賦、后天環境、教育影響和個人努力中成長起來的，其中教育的作用集中體現在促進學生的創造性發展上。創造性發展，在掌握大量理論知識的基礎上，通過實踐才能真正實現^[1]。

高校實驗教學在創新性人才培養中的作用，主要是促進大學生創造性的發展，形成大學生創新能力。實驗教學在激發學生創新意識，拓展學生創新思維，增長學生創新技能，涵養學生創新品格等方面的作用，是其他任何教學形式所不能替代的^[1]。

東南大學土木工程實驗教學中心現有專職人員34人，實驗用房面積12 000 m2，面向全校18個專業，每年為3 000余名在校生開設10門實驗課程，并于2008年底被評為國家級實驗教學示范中心建設單位。

一、實驗教學改革與體系建設

（一）實驗教學改革思路及方案

土木工程實驗教學平臺屬于校級大類學科基礎實驗平臺，主要面向全校的工程建設類本科專業。改革思路是：根據土木工程領域創新性人才的整體培養目標確定了實驗教學體系在培養過程中的總體功能要求；通過功能分析確立了系統內部的層次結構和組成要素；由總體功能目標對各層次結構和組成環節提出子功能要求；根據子功能要求確定外部環境（理論知識基礎和實驗條件），進而制訂各實驗環節的教學大綱。

（二）實驗教學體系建設

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，緊密結合土木工程實際和卓越工程師培養的要求，東南大學土木工程實驗教學中心構建了課內外一體的實驗教學體系：（1）課程教學體系。按照公共基礎實驗、專業基礎實驗、專業實驗三個模塊構建實驗教學課程體系。（2）課外創新訓練平臺。通過大學生創新實驗計劃、教師科研項目、學科競賽等多種渠道開展學生的創新性訓練，構建開放、創新的大學生科研訓練平臺。（3） 實驗項目層次。按照基礎型實驗→提高型（綜合型、設計型）實驗→研究型、創新型實驗三個層次建設實驗內容。

1. 三個模塊的課程教學體系

根據專業教學的整體培養目標，確定土建類專業的實驗課程體系由三個模塊組成。第一模塊（基礎實驗模塊）包括工程力學和水力學課程實驗，面向土建類專業和其他工程建設類專業實驗教學。該模塊側重訓練學生專業素質所必須的力學類核心基礎課程的相關知識、基本方法、基本技能，為專業學習和專業實踐訓練奠定堅實基礎。同時，該模塊教學內容也是機械動力、材料化工、交通類相關專業基礎實驗課程體系的重要組成部分。第二模塊（專業基礎實驗模塊）包括土力學實驗、土木工程材料實驗、工程結構設計原理實驗，面向土建類專業和其他工程建設類專業實驗教學。該模塊通過規范、系統的基礎課程實驗訓練，讓學生養成嚴謹、細致的科學工作作風和科研動手能力；通過進一步掌握實驗設計、裝置準備、數據采集、結果分析等方法，了解科學創新的基本過程，增強工程創新意識。第三模塊（專業實驗模塊）包括土木工程結構試驗與檢測、路基路面試驗檢測、地下結構工程試驗檢測、現代施工技術與預應力技術實驗、土木工程拓展實驗及工程信息管理實驗等，面向土建類專業實驗教學。該模塊通過專業課程實驗、大型綜合實驗、課程設計等綜合實踐環節，注重培養學生發現問題、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，增強工程與技術素養 [2]。

2.課外創新訓練平臺

課外科研訓練環節的設立主要是為了培養學生主動發現問題并運用所學知識自主解決問題的能力。這些實驗或實踐沒有特定的對應理論課程，但是在實際操作過程中可能運用到學生所有學過和沒有學過的課內、課外知識。實驗中心不為學生完成課外科研訓練設定具體的實驗項目和大綱，允許學生充分發揮其主觀能動性，自主提出實驗項目，制定實驗方案和目標，利用實驗中心的實驗設備和師資力量開展實驗研究。

課外科研訓練環節，強調學生是主體，是研究課題的實踐者。實驗中心在其中的主要作用是為學生提供開放的實驗環境、實驗設備，在學生的實踐過程中提供相應的技能指導和理論引導。

3. 三個層次的實驗項目

每一門課程的實驗教學項目按照基本型、提高型（綜合設計型）和創新型的三個層次進行分類與建設。其中，基本型實驗是實驗課程的基礎，所有學生必須完成；提高型（綜合設計型）實驗的內容適當超出大綱的要求，學生應在教材基礎上參考其他資料，可以在開設的范圍內限定選擇完成部分項目；創新型實驗項目中，學生的自由度和知識綜合程度更高，學生可以某一主題為背景，自主設計實驗方案和實驗目標，并進行實驗，這一類實驗多為自由選做實驗，適合學有余力的學生進一步研究和探索。

二、 實驗教學方法與手段

中心提出了“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，緊密結合土木工程實際和卓越工程師培養要求，構建課內外一體的實驗教學體系”的建設目標。為實現這一目標，主要采取了以下實驗教學方法和手段。

（一） 實驗教學體系漸進化

每一個實驗科目，要求學生完成必做基礎實驗內容外，結合理論課程的教學內容，利用實驗中心開設的選做實驗項目，由學生按照自己的興趣和能力選做一部分難度較大的實驗來提高學習能力和實驗動手能力。在此基礎上鼓勵學生將實驗室內所學基本技能應用到實際工程中，解決實際問題。例如：斜拉索是斜拉橋一個十分重要的組成部分，其受力狀況和承載能力直接影響整橋的安全儲備。對于斜拉索索力的測量現在最常用的是頻率法——基于索力和索振動頻率之間存在的對應關系進行測量。首先在本科階段第一層次工程力學基礎實驗中開設振動基本參數的測量原理實驗，使學生掌握基本的振動參數測量技能；然后在第二層次綜合設計型實驗中，讓學生采用前面所學的基本振動參數測量技能測試拉索中的拉力與其頻率之間的關系，讓學生自己通過分析找出索力與索的振動頻率之間的關系；最后，在第三層次創新研究型實驗中，讓學生在實際工程中，采用前面已分析總結的索力與索自振頻率之間的關系來分析斜拉橋斜拉索的索力，從而掌握斜拉橋健康評估的基本方法。在整個實驗教學體系的建立中，均按照基礎型實驗、提高型（綜合設計性）實驗和創新型實驗的模式組織實驗項目，而整個實驗教學過程也體現由基礎到提高再到綜合創新的訓練過程，最終目的是讓學生掌握如何應用課堂所學方法來解決工程中的實際問題。

（二）課外創新訓練途徑的多樣化

實驗中心為學生進行課外創新訓練提供了很多途徑。

（1）在實驗中心參加自主立項的國家級、省級、校級及院（系）四級大學生創新性實驗計劃項目。近兩年，通過學校及學院專項經費資助，學生自主立項課外科研項目130項，年均60項以上。這些項目包括院級和校級101項，國家級大學生創新性實驗計劃項目20項，參加自主立項課外科研項目的研究人員約500人次。實驗中心通過安排教師進行指導，開放實驗場所、設備，為這些課題的研究提供了平臺。

（2）利用實驗中心的實驗條件參加國家級、省級、校級結構設計、力學等學科競賽。學校開展一年一度的力學競賽、材料力學實驗競賽、結構設計競賽、結構創新競賽等學科競賽活動。其中，材料力學實驗競賽、結構設計競賽、結構創新競賽由學生自由組隊并提出設計方案，實驗中心組成專家委員會，面向所有參賽者對所有方案進行評選，選擇創新性較強的方案進行重點資助，對完成情況較好的命題推薦參加省、地區和全國比賽。通過點評，所有參賽學生了解自己與他人方案的優點、缺點和改進方向，不僅有利于提高學生的方案設計水平，而且很大程度上激勵了他們的學習興趣。

5年來，獲得省部級以上各類競賽獎勵的150人次，其中國家級的力學、結構設計大賽一等獎10余人次。

（3）鼓勵學生在實驗中心參與研究生實驗和教師的科研項目。土木工程學院教師每年完成國家、省部級科研項目數十項，同時很多教師參加了國內重點工程的科技攻關。每年約有80名以上的研究生在實驗中心開展科研實驗項目。實驗中心鼓勵本科生參加實驗中心的研究生實驗項目，實驗中心在開放式管理平臺中每周公布下周將要進行的研究生實驗項目名稱、目的、方案和本科生參與需求，學生自由報名參加。由于這些實驗研究本身具有創新性，開拓了學生的視野，提高了學生解決實際工程問題的能力。

（三） 實驗教學手段的多樣化

針對不同層次的實驗內容采用不同的教學組織形式、教師指導方式和不同的考核辦法。

基本型實驗，學生通過課程網絡平臺選擇實驗時間，分組，并預習實驗指導書內容。學生在預習基礎上獨立操作，完成實驗報告。教師完成實驗準備工作，實驗過程中不講解，僅答疑。根據實驗報告的完整性、數據的準確性和結論的合理性評定學生成績。

提高型實驗，學生首先根據選定的實驗項目提交相應的實驗方案，包括試件（樣）設計、測試參數、測試方法和測試手段；經指導小組審查通過后預約實驗時間，自行進行實驗準備和實驗操作，并完成分析報告，教師提供試驗設計指導。根據理論分析的正確性、實驗方法的先進性和實驗數據的可靠性評定學生成績。

創新型實驗，學生提交申請報告，通過答辯確定是否立項。同意立項后實驗室根據項目要求提供實驗條件及安排指導教師，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。

（四） 實驗課程管理的開放化

實驗中心實現以學生為本的開放管理制度。每一門實驗課程均安排必做實驗項目和選做實驗項目，便于學生按照自己能力、興趣和目標自我調整。實驗室全天向學生開放，學生可以在允許的時間范圍內通過網絡系統向實驗室提出預約和申請，自由選擇時間進行課內實驗和自主實驗。同時，制定完善的校內和校外開放制度，承接跨專業、跨學科和跨學校學生提出的實驗申請。

三、 平臺發展規劃

（一）國際化土木工程本科實驗教學創新平臺的建設

堅持開放辦學戰略，不斷加強國際合作與交流，努力提高國際化辦學水平是東南大學十二五期間的重要發展戰略。在十二五期間，將努力推進國際化土木工程本科實驗教學改革。

在條件相對成熟的材料力學、結構力學、水力學、結構設計原理實驗等實驗課程或實驗項目中有選擇地編寫雙語實驗教學大綱、雙語實驗指導書、雙語實驗教材等，爭取開設10～15個雙語實驗教學項目。

與國外知名大學合作，有計劃選聘國外大學教師參與本科實驗教學，同時選派具有博士學位的年輕教師去國外大學進行短期培訓和進修。

（二）堅持課堂教學與工程實際緊密結合

目前，教育部要求“面向工業界、面向世界、面向未來，培養卓越工程師后備人才”，并于今年啟動了“卓越工程師教育培養計劃”。該計劃具有三個特點：一是行業企業深度參與培養過程；二是學校按通用標準和行業標準培養工程人才；三是強化培養學生的工程能力和創新能力。因此有必要拓寬視野，尋求合作，深化與科研、工程、社會應用的聯系，完善工程實踐國際化人才培養環境。

（三）創新實驗課程開放管理模式

實現實驗教學日志、實驗時間、實驗項目的遠程登記，采取現場刷卡（校園一卡通）的開放實驗室管理模式。加強資源共享，建立開放的實驗中心設備動態管理系統，讓學生實時掌握實驗室設備的使用情況，方便實驗設備的開放。網上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。提供現場答疑、網上答疑、電話答疑等多種渠道，及時、準確地回答試驗中學生遇到的各種問題。

平臺建設的目標是：通過對現有實驗教學體系的改革和創新，以創新意識培養為先導，以學生能力培養為主線，以加強學生設計能力培養和工程實踐訓練為重點，構建課內外一體的創新型國際化土木工程本科實驗教學平臺，滿足學生自主研學和創新實踐的需求。

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Construction of experimental teaching innovation platform of civil engineering for undergraduate

XU Ming， ZONG Zhouhong， XIAO Shizhe， QIU Hongxing， WU Jing

（College of Civil Engineering， Southeast University， Nanjing 210096， P. R. China）

Abstract：Laboratory center of civil engineering in Southeast University became national experimental teaching demonstration center in 2008. This paper introduced the experimental teaching system and experimental teaching methods of civil engineering laboratory center in Southeast University， and discussed the developmental directions of civil engineering experimental teaching and innovation platform.

Keywords：civil engineering specialty； experimental teaching； innovation training