面向卓越工程師的土木工程專業(yè)實驗教學(xué)方法研究

張婷婷, 王寶民, 陳廷國, 任立春, 高 欣

(1. 大連理工大學(xué) 建設(shè)工程學(xué)部, 遼寧 大連 116024;2. 大連理工大學(xué) 教務(wù)處, 遼寧 大連 116024)

面向卓越工程師的土木工程專業(yè)實驗教學(xué)方法研究

張婷婷1, 王寶民1, 陳廷國1, 任立春2, 高 欣2

(1. 大連理工大學(xué) 建設(shè)工程學(xué)部, 遼寧 大連 116024;2. 大連理工大學(xué) 教務(wù)處, 遼寧 大連 116024)

教育部為培養(yǎng)高等院校學(xué)生的工程素養(yǎng)、創(chuàng)新能力和人文素養(yǎng),提出了“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”。對于研究型大學(xué),如何利用學(xué)校的強勢學(xué)科和工程研究資源,突破和創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容和方法,是一個重要的課題。分析了卓越工程師計劃需要解決的具體問題,并以土木工程專業(yè)為例,提出了幾種適合土木工程專業(yè)實驗教學(xué)的教學(xué)方法。

卓越工程師; 土木工程專業(yè); 實驗教學(xué)方法

1 研究型大學(xué)與卓越工程師教育培養(yǎng)計劃

“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”(簡稱“卓越計劃”)是教育部貫徹落實《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》實施的高等教育重大計劃,旨在培養(yǎng)造就一大批卓越工程師后備人才,為建設(shè)創(chuàng)新型國家,實現(xiàn)工業(yè)化和現(xiàn)代化奠定堅實的人力資源基礎(chǔ)。根據(jù)教育部《關(guān)于實施卓越工程師教育培養(yǎng)計劃的若干意見》(教高[2011]1號),“卓越計劃”的實施是為了樹立全面發(fā)展和多樣化的人才觀念,樹立主動服務(wù)國家戰(zhàn)略要求、主動服務(wù)行業(yè)企業(yè)需求的觀念,改革和創(chuàng)新工程教育人才培養(yǎng)模式,創(chuàng)立高校與行業(yè)企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)人才的新機制,著力提高學(xué)生服務(wù)國家和人民的社會責(zé)任感、勇于探索的創(chuàng)新精神和善于解決問題的實踐能力[1]。

“卓越計劃”是一項教育教學(xué)改革工程,在實施“卓越計劃”過程中需要找到一個行之有效的載體、切入點和最終落腳點。與“卓越計劃”相適應(yīng)和匹配的培養(yǎng)體系最終要落實到具體的課程建設(shè)和教學(xué)活動上,對應(yīng)的教學(xué)效果對卓越工程師人才培養(yǎng)目標的實現(xiàn)起著舉足輕重的作用。

目前我國高校有研究型、研究教學(xué)型、教學(xué)研究型和本科教學(xué)型等類型,不同類型高校的人才培養(yǎng)層次也不相同,在實施卓越工程師教育教學(xué)改革中的特點因之有所不同。

作為研究型大學(xué),如何利用其優(yōu)勢學(xué)科和大型工程科研資源,以“卓越計劃”為引導(dǎo),在理論教學(xué)和實踐教學(xué)上進行合理的知識體系構(gòu)建和教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法的改革并有所突破,對提高學(xué)生的工程應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力和人文素養(yǎng)有重要意義[2]。

2 “卓越計劃”重點需要解決的問題

在“卓越計劃”的實施中,培養(yǎng)計劃應(yīng)實行“工程教育不斷線、創(chuàng)新實踐不斷線、企業(yè)合作不斷線”的課程配置體系,改革傳統(tǒng)的專業(yè)知識結(jié)構(gòu),加大實踐環(huán)節(jié)和企業(yè)學(xué)習(xí)的內(nèi)容,注重工程系統(tǒng)的思維訓(xùn)練[3-4]。培養(yǎng)方案將繼承工程教育的優(yōu)良傳統(tǒng),以行業(yè)企業(yè)需求為導(dǎo)向,以工程實際為背景,以工程技術(shù)為主線,凝練人才培養(yǎng)目標,調(diào)整現(xiàn)有課程體系,深化校企合作人才培養(yǎng)模式改革,加強實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)建設(shè),做到目標明確、措施得當(dāng)、保障有力。

(1) 教學(xué)內(nèi)容和知識體系與卓越工程師人才培養(yǎng)脫節(jié)的問題。

(2) 課堂與實踐教學(xué)方法和手段與卓越工程師人才培養(yǎng)不匹配的問題。

(3) 教師缺乏工程師背景的問題。

(4) 企業(yè)在卓越工程師人才培養(yǎng)中,尤其在課程教學(xué)中的參與度及作用薄弱問題。

(5) 土木工程專業(yè)教材建設(shè)機制與卓越工程師教育不匹配的問題。

3 土木工程專業(yè)主干課程實驗特點及社會需求

根據(jù)《高等學(xué)校土木工程本科指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范》(2011年),“鋼筋混凝土”、“建筑材料”(或“土木工程材料”)、“土力學(xué)與地基基礎(chǔ)”等主干課是土木工程專業(yè)重要核心課程,其實驗主要分驗證性、設(shè)計性和研究性3種類型。驗證性實驗需要學(xué)生通過基本實驗操作來驗證性質(zhì)、現(xiàn)象、特征等;設(shè)計性實驗需要學(xué)生通過設(shè)計、計算及多次實驗操作、修改,最終得出成果;研究性實驗可以培養(yǎng)學(xué)生進行科學(xué)研究的能力。這些專業(yè)實驗多具有實踐性、綜合性和應(yīng)用性強的特點,對培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際能力、動手能力、工程應(yīng)用和創(chuàng)新能力有著非常大的促進作用和效果,是土木卓越工程師人才培養(yǎng)中的重要內(nèi)容之一。

在科技進步的背景下,工程技術(shù)得到了拓展和創(chuàng)新,社會對土木工程專業(yè)畢業(yè)生的要求也趨向重動手能力、重技術(shù)、重創(chuàng)新能力。為了適應(yīng)多樣化、現(xiàn)代化和科技化的行業(yè)發(fā)展特點[5-6],研究型大學(xué)充分開展工程實驗和實踐教學(xué)也是大勢所趨。

Q陳老您好，3歲9個月男孩，今年小班，剛?cè)雸@很順利，每天都很開心。這周起情緒波動，哭著不要去幼兒園。在談心時他說在幼兒園午睡要自己穿脫衣褲，自己穿得不好會穿反，睡的時間太短沒睡夠。這兩天在開導(dǎo)他，示范穿脫衣褲的方法，安慰他，但他心理壓力還是很大。請教陳老，我該從何著手讓他度過這段時期呢？

4 研究型大學(xué)土木工程專業(yè)實驗教學(xué)方法設(shè)計

大連理工大學(xué)作為“985工程”大學(xué),目標是建設(shè)成為國際知名的研究型大學(xué),也是首批實施“卓越計劃”的高校,并在2012年研究完成基于卓越工程師計劃的新一輪培養(yǎng)方案。大連理工大學(xué)土木工程專業(yè)是國家首批卓越工程師教育培養(yǎng)計劃專業(yè),已經(jīng)研究并完成大連理工大學(xué)教學(xué)改革基金課題重大項目“土建類卓越工程師教育培養(yǎng)體系研究與國家級工程實踐教育中心建設(shè)”,完善了土木工程專業(yè)培養(yǎng)方案和具有國際視野的土木工程國際班培養(yǎng)方案,批準建立了2個國家級工程實踐教育中心。

4.1 開發(fā)工程虛擬實驗

這種實驗教學(xué)模式適用于一些驗證性的實驗。驗證性實驗可以深化對專業(yè)理論知識的理解,多數(shù)簡單易懂,為學(xué)生創(chuàng)新思維與能力的培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。但這部分只是有一定的獨立性,邏輯聯(lián)系不緊密,實驗過程中留給學(xué)生發(fā)揮的空間不足,實驗結(jié)果雷同,不易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[7]。同時,土木工程專業(yè)的基礎(chǔ)驗證性實驗類型比較多,而實驗課的課時又有限,為了解決節(jié)省時間和空間的問題,在計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高度發(fā)展的情況下,由教師開發(fā)出相應(yīng)的虛擬實驗軟件和平臺供學(xué)生使用,將實驗過程虛擬化、圖形化,并借助多媒體技術(shù)來充分展示,既可以使實驗更直觀,也可以彌補學(xué)生實際操作時可能有實驗現(xiàn)象未被觀察到的問題。

工科課程虛擬實驗既增加了課程的趣味性,也靈活地解決了在重視綜合性實驗而不得不適當(dāng)壓縮驗證性實驗數(shù)量的問題。比如建筑材料課程中的水泥、砂石性質(zhì)實驗,土力學(xué)與地基基礎(chǔ)中的土的物理性質(zhì)實驗、鋼筋混凝土課程中的鋼筋混凝土簡支梁受彎性能實驗,都可以設(shè)計成虛擬實驗。

4.2 開發(fā)綜合設(shè)計性實驗

綜合設(shè)計性實驗要求學(xué)生根據(jù)課程資料,完成實驗的構(gòu)想、設(shè)計、驗證、撰寫報告的過程,教師可以給出實驗的整體框架和思路,在實驗實施過程中給予引導(dǎo)和指導(dǎo),使學(xué)生真正處于教學(xué)的中心位置,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思想和創(chuàng)新能力。這種實驗一般是分小組進行,還可以培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作精神[8]。

4.3 結(jié)合多課程的綜合性和設(shè)計性實驗

土木工程專業(yè)主干課程具有相關(guān)性,為了加強各課程之間的聯(lián)系,將知識“由點到線,由線到面”有機地組合,可以將多門課程的重點實驗內(nèi)容進行整合設(shè)計,增加實驗的設(shè)計性、綜合性和先進性,這樣做既有利于學(xué)生對各課程內(nèi)容的全面理解,增加學(xué)生對整個學(xué)科的認識,同時也可以更好地培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、綜合分析能力和創(chuàng)新能力。這種想法已在一些院校得到了實現(xiàn),比如中原工程學(xué)院已完成了“鋼筋混凝土梁綜合性實驗”、“巖土工程勘察綜合性實驗”等綜合性實驗,“混凝土配合比與拉壓彈性模量測試”等設(shè)計性實驗的設(shè)計[9]。“結(jié)構(gòu)試驗”中的“簡支梁在靜載作用下的試驗”綜合了“混凝土配合比設(shè)計”、“鋼筋配置”和“靜載試驗”的內(nèi)容[10]。

4.4 鼓勵學(xué)生參與教師科研項目

教師可根據(jù)教學(xué)內(nèi)容將自己的科研課題轉(zhuǎn)化為科研項目提供給學(xué)生,使教學(xué)與科研相互促進。教師吸收學(xué)生參與實際科研課題,充當(dāng)科研助手,讓學(xué)生有機會了解科研過程,學(xué)會數(shù)據(jù)采集方法和實驗技術(shù),懂得利用網(wǎng)絡(luò)電子資源收集文獻資料,培養(yǎng)學(xué)生初步的探索性研究能力[11],訓(xùn)練學(xué)生初步的科研能力[12]。

4.5 鼓勵學(xué)生參與實際工程實習(xí)并撰寫小論文

培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)是“卓越計劃”中重點要解決的問題之一。研究型大學(xué)還應(yīng)鼓勵并組織學(xué)生參與到實際工程中實習(xí),并給出一些課題供學(xué)生選擇,通過工程實際中的問題來深刻理解和運用所學(xué)知識,且能夠接觸到最新的工程技術(shù)、規(guī)范規(guī)程及行業(yè)標準等,有利于學(xué)生畢業(yè)后更快進入工作角色。

4.6 開展科技創(chuàng)新項目和科技競賽

科技創(chuàng)新項目或科技競賽活動作為課程實驗教學(xué)活動的延伸,所涉及的領(lǐng)域不僅包括課程內(nèi)的知識領(lǐng)域,還可包括學(xué)科前沿[13]。學(xué)生參與到項目完成的整個過程中,完成文獻調(diào)研、制定研究方案和方法、進行實踐操作、數(shù)據(jù)整理和分析、得出實驗結(jié)果等環(huán)節(jié)。混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽、混凝土配合比設(shè)計大賽等競賽已在我校開展多年,得到學(xué)生的廣泛歡迎和認可。

4.7 充分利用校內(nèi)外實驗基地開展實驗教學(xué)活動

依托重點學(xué)科和實驗室建立的校內(nèi)實驗中心和與企業(yè)合作的校外實踐基地展開實驗教學(xué)活動,培養(yǎng)具有工程素養(yǎng)、實踐能力、創(chuàng)新能力的土建類卓越工程師。

5 結(jié)束語

研究型大學(xué)作為“卓越工程師計劃”的重要實施者之一,需要加大對學(xué)生實踐能力、工程素養(yǎng)、科學(xué)研究能力等方面的培養(yǎng)。對于土木工程專業(yè),對專業(yè)主干課實驗內(nèi)容的豐富、改良及整合,設(shè)計新的實驗教學(xué)方法是十分必要的。

References)

[1] 教育部.關(guān)于實施卓越工程師教育培養(yǎng)計劃的若干意見教高[2011]1號[Z].2011.

[2] 大連理工大學(xué).卓越工程師專業(yè)培養(yǎng)計劃(土木工程專業(yè))[Z].2012.

[3] 林健.“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”專業(yè)培養(yǎng)方案研究[J].清華大學(xué)教育研究,2011,32(2):47-55.

[4] 彭熙偉,廖曉鐘,鄒凌霍,等.卓越工程師教育培養(yǎng)探討[J].當(dāng)代教育論壇:管理版,2011(10):78-79.

[5] 胡志天.現(xiàn)代土木工程特點與土木工程專業(yè)人才的培養(yǎng)模式[J].才智,2013(27):95.

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Study on experimental teaching methods of excellent engineer training of Civil Engineering specialty

Zhang Tingting1, Wang Baomin1, Chen Tingguo1, Ren Lichun2, Gao Xin2

(1. Faculty of Infrastructure Engineering,Dalian University of Technology, Dalian 116024, China；2. Academic Administration Office,Dalian University of Technology,Dalian 116024, China)

Program of “Excellent engineer training” was proposed by the Ministry of Education for the training of engineering accomplishment,innovation and humanities of university students.For research universities,it is an important subject that how to take advantages of the advanced disciplines and engineering research resources of the university,and also breakthrough and make innovations on teaching content and methods.Taking Civil Engineering specialty as an example,the specific problems for “Excellent engineer training program” are analyzed and several suitable methods for civil engineering experimental teaching are proposed.

excellent engineer; Civil Engineering specialty; experimental teaching methods

2014- 11- 21 修改日期：2014- 12- 10

住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部高等學(xué)校土木工程學(xué)科專業(yè)指導(dǎo)委員高等教育教學(xué)改革項目土木工程專業(yè)卓越計劃專項(2013036);遼寧省普通高等學(xué)校本科教學(xué)改革研究項目(201217;201221)

張婷婷(1983—),女,山東平度,博士,講師,研究方向為低碳建筑材料

E-mail：tingtingzhang@dlut.edu.cn

王寶民(1972—),男,山東,博士,教授,博士生導(dǎo)師,研究方向為混凝土材料及其耐久性等.

E-mail：wangbm@dlut.edu.cn

N45;G642.0

A

1002-4956(2015)6- 0189- 03