漸進式土木工程專業實踐教學改革
——以河南工程學院為例

段敬民， 皇 民， 高 遠

(河南工程學院 土木工程學院， 河南 鄭州 451191)

2020年，河南省遴選包括河南工程學院在內的10所高等院校作為應用型本科“示范校”。以此為契機，河南工程學院按照一條主線(以高層次應用型人才培養為主線)、二個育人環境(學校和企業)、三個教育體系(通識教育體系、專業基礎教育體系、專業教育體系)、四個結合(學校教育與企業教育相結合、課堂教學與實踐能力要求相結合、課程設置與企業標準相結合、學習與工作相結合)的建設思路，構建了學校“3+1”的應用型人才培養方案。學校設立行業學院、人才創新班、企業冠名班等特色模塊，強化實踐教學和學生創新能力培養。學校要求理工類實踐學分不少于總學分的25%，其中創新學分2個學分，同時制訂了《創新創業實踐學分認定辦法》，其中包括學科競賽、科技活動、科技成果、技能證書或職業資格證書、創業、開放性實驗室等6項內容。

土木工程專業是實踐性較強的學科[1-2]。而作為激發學生動手和創新能力的土木工程實踐課程，則成為了本學科教學改革的重點。河南工程學院一直在推進開放性實驗室建設，并已成為教學改革的一個亮點。開放性實驗[3]鼓勵學生主動參與專業實驗、虛擬仿真等實踐性較強的教學創新等活動，激發學生的主動性與創造性，學生在解決各類問題的過程中，完成實踐課程的學習[4]。將實踐課程與開放性實驗相結合，則可使學生主動與求知的雙重教學目標[5]。另外，實踐課程與開放性實驗相結合可發揮河南工程學院的自身經驗優勢，同時也符合建設應用型本科“示范校”的政策要求。因此，基于開放性實驗的土木工程專業實踐課程的改革探索具有十分重要的意義。

為實現這一目標，本文以土木工程實驗課程為研究對象，探討將實踐課程與開放性實驗室相結合的教學體系以及其改革成效，以期為高水平應用型大學的建設提供支撐與借鑒。

1 土木工程專業實踐課程存在的問題

土木工程實踐課程作為提升學生實踐能力以及認知理論知識的教學手段，應得到高水平應用型大學等側重實踐能力培養的高校的重視。然而，以土木工程實驗課為例，目前部分土木工程專業實踐課程仍存在學時不足、教學質量不佳、與工程實際脫節等問題。

目前，不少應用型高校依舊把理論教學作為主要教學目標與任務，實踐課程的學時一再被壓縮。如，河南工程學院教學改革前，大學三年級整個學年的實踐類課程不足20個學時。由于學時少，實踐課的教學體系不盡完備，導致教學內容與目標不能完全實現。學生在較短時間內無法親自上手操作實驗儀器；教師僅通過演示實驗，讓學生觀摩實驗流程。這就導致學生的參與度降低、學習積極性與主動性減弱，甚至影響學生對實踐類課程的學習態度，形成“看熱鬧”、“應付作業”等不良的學風[6]。

其次，實踐類課程普遍存在教學成效不理想問題。該問題是由實踐類課程被壓縮衍生而來。實踐類課程種類及學時減少，使得教學內容被壓縮或者被迫進行填鴨式教學，在一定程度導致教學趣味性降低；動手實踐環節也隨之減少。這些都影響了學生的學習積極性[7]。學生從主觀意識上對土木實踐類課程不夠重視，也帶來管理上的諸多問題。

由于實踐課程的壓縮，很難保障基礎教學內容及時更新，會造成教學內容與當前工程實際的脫節。如土力學實驗，不少高校多年的教學內容始終為含水率測定、干密度測定、直剪實驗及固結實驗等，較少涉及當前工程實際中常見的室內外實驗內容，如地基靜荷載試驗、蠕變實驗等。因此，學生在工程應用方面必然存在缺陷，無法滿足土木工程企業的用人需求，也不符合培養高水平應用型人才的教育目標。

這些問題在不同程度上均會影響實踐類課程的高效開展。因此，有必要系統性探索并進行土木實踐類課程體系的改革，以求不斷滿足企業與高校的發展要求。

2 漸進式土木實踐類課程體系與實踐

外業實訓與室內外實驗是土木工程實踐類課程的主體內容，也形成了土木工程實踐類課程的主要特點，即要求學生有較好的動手能力、較高的主動性等。基于這一課程特點，構建了與開放性實驗相結合的土木實踐類課程體系。

2.1 漸進式土木實踐類課程體系

該體系是將土木工程的實踐類課程劃分為兩個階段。第一階段為基礎階段，學生以小組形式開展驗證類的實踐或實驗內容，該階段幫助學生熟悉實踐內容與流程。在該階段，教師除指導學生常規的實踐或操作外，會給出一個與之相關的科學問題，即開放性實驗的題目。學生在學習、操作基本實踐知識的基礎上，有側重地練習與隨后開放性實驗相關的實踐內容，并主動思考、構思研究內容與研究方案。第二階段為創新性實踐階段。教師與學生分組討論并確定已構思的開放性實踐方案。據此方案開展實踐研究，形成有探索性、創新性及應用性的開放性實踐成果。此土木工程實踐課程體系的框架圖如圖1所示。

2.2 漸進式實踐類課程體系特點

漸進式實踐教學將常規實踐課程與啟發式教學相融合，形成具有逐步遞進、教研結合、形式靈活、反饋評價全面、貼合工程需求等特點的課程體系。該課程體系可較大程度培養學生的應用動手能力，并初步形成學生的科學探究能力。

(1) 逐步遞進。本實踐教學體系包含基礎與創新兩個教學階段。學生掌握了常規實踐理論與方法后，逐步過渡到具有自主性與創新性的開放性實驗。所謂“逐步遞進”指兩實踐階段的內容或方法存在內在聯系，且兩階段的實踐教學內容彼此包含、有機結合。如圖1所示，在基礎實踐階段的教學過程中，將會結合開放性實驗引入相關科學問題。學生不僅可熟練掌握基礎階段的知識，同時會在科學問題與教師的引導下，發現常規實踐方法、儀器或流程等的特征或限制，初步形成對后續科學問題的解決思路。而在創新性實踐階段，將結合開放性科學問題，形成研究內容與創新性的實踐方法。最終得到開放性實踐成果，并提煉應用性成果。因此，本實踐教學體系可逐步幫助學生形成較為完整的實踐能力，并逐步培養學生對復雜問題的探究能力。

圖1 土木工程實踐教學體系Fig. 1 Civil engineering practice teaching system

(2) 教研結合。開放性實驗具有顯著的研究性質。將開放性實驗與常規實踐教學相結合，即在基礎的實踐教學過程中嵌入開放性實驗內容。學生在實踐過程中會潛移默化地學習并掌握初步的科研能力。例如，怎樣基于工程實際提出具有研究價值的科學問題；根據所提問題如何合理制定研究方案；以及如何提煉具有應用性價值的實踐成果等。學生以小組形式在實踐時自主地發現問題、解決困難。學生通過反復嘗試與糾錯，有助于形成科學性的實踐經驗。同時，教師除教授基礎內容外，將全程參與指導學生的開放性實驗，并及時幫助學生將所學知識應用于實際，從而形成了教學與研究交叉融通的實踐課程體系。該教學改革對推動高水平應用型大學的建設，對具備研究能力的應用型人才培養均有較大的促進作用。

(3) 形式靈活。漸進式土木實踐類課程體系包含基礎實踐與開放性實驗兩個環節，每個環節均采用小組形式開展。教師可根據不同組別安排教學與開放性實驗的教學與指導工作的時間及地點，從而起到靈活教學的效果。同時，由于采用小組形式開展實踐教學，可降低對實踐器材數量等的要求。例如開展土工實踐課程，固結儀、三軸儀等實驗儀器數量有限，若采用小組形式開展實踐教學，既能保障小組成員均能參與實驗過程，動手實踐能力得到充分鍛煉，同時實驗儀器又能得到充分應用，節約了實踐教學的硬件與經費。

(4) 反饋評價全面。由于采用小組形式開展實踐教學，教師在基礎階段與開放性實驗階段可及時全面地指導學生并反饋學生存在的問題，不同于與傳統實踐方式，每個小組的學生人數約為10人左右，實踐過程中教師有精力認真指導并與學生開展充分互動，在及時反饋問題的過程中，教師可對學生實踐能力、動手能力、創新能力做出比較全面的評價。如，河南工程學院學生在進行土木工程實習時，教師會結合學生專業及合作企業，有針對性地指導學生在不同工程項目及所處的開放性實驗室開展觀摩與實操實習，并邀請企業專家與學生進行實操互動，包括常見的工程內容與前瞻性的問題等。實習期間，教師對學生的參與程度、觀察分析能力、實操能力及創新能力做出“三加一”的評價。這種評價方法有利于發掘學生的專業潛力，同時也有助于學生及時掌握企業的用人要求。

(5) 貼合工程需求。由于開放性實驗項目是為了解決某一工程問題提出的。因此，其天然就同工程實際存在緊密聯系。學生在經過基礎階段的實踐訓練后，逐步過渡到與工程實際相結合的實踐階段。如河南工程學院長期同某裝配式建筑研發公司開展多項“產教融合”項目。建筑工程專業學生的材料力學實驗、結構力學實驗和畢業實習等實踐課程均與該企業有深度合作。在開放性實驗階段，學生可接觸到裝配式建筑材料、設計、施工等方面需進一步解決的問題；更能直接參與部分項目的研究活動，并可結合企業需求培養學生相關的實踐能力，為順利就業、成為高水平應用型人才打下堅實基礎。

2.3 漸進式土木實踐類課程體系實踐

每學年，河南工程學院各學院申請到的校級及以上級別的開放性實驗室約為10～15項。每項開放性實驗均基于理論及生產實踐確定課題，符合培養應用性人才的目標。創新實踐階段，因將開放性實驗與實踐課程相結合，每個課題可有20～30名學生(將近一個班)參與。這些實踐課題涵蓋大部分土木工程學科專業。學生可以班級為單位選擇符合自己專業特點的課題，開展后續實踐內容。學生在教師的指導下，自主選擇實踐課題，討論實踐方案，開展實踐內容，總結與提煉實踐成果；這樣可充分調動學生的學習積極與主動性，同時激發學生在具體實踐過程中發現問題與解決問題的能力。此外，將實踐課程與開放性實驗相結合，也解決了實驗、實訓等學時不夠的問題；促使學生在課余時間也能積極投入到實踐課題當中。

目前，該模式已在河南工程學院實行了近4年，不少學生通過創新性實踐課程形成了自己的成果。其中，發表中文核心論文5篇。如2019級土木工程專業藺世豪與王浩南在教師指導下發表了《凍融循環下BFRP筋與混凝土黏結滑移本構模型》(發表于《混凝土》雜志2021年第8期)；張佳祥、毛慶超與元江浩發表了《凍融循環下玄武巖纖維增強復材混凝土的斷裂損傷及軟化本構關系》(發表于《工業建筑》雜志2021年第8期)；毛慶超與王佳凱發表了《不同襯砌剛度下山嶺雙洞隧道地震動力響應分析》(發表于《工業建筑》雜志2021年第7期)。這些研究成果均是依托實踐類課程通過開展各類實驗或理論研究而形成的。可見在激發學生實踐與創新等能力方面，漸進式土木實踐類課程具有顯著效果。

此外，河南工程學院近年來獲得國家級與省級學科競賽個人或團體獎近30項。這些獎項說明：近年來，經工程制圖實訓、建模實訓等開放性實驗項目的培訓，學生與教師獲得的各類競賽成果豐碩。此類學科競賽常依托企業提供的課題、設備或場地開展訓練。學生基于當前較為成熟的建筑施工圖及模型進行實踐練習，在提高競賽水平的同時，又滿足相關企業對當前高水平專業人才的需求，提高了專業就業率與就業質量。

基于漸進式土木實踐類課程體系，每學年學生完成畢業論文或設計近50余篇。學生的畢業論文及設計取材于當前的工程實際，部分則直接取材至工程研究項目。在學生完成畢業內容的同時，用人企業也對學生進行了考察與鍛煉。如2016級工程造價部分專業學生就業后得到了包括山西國基集團有限公司、遠大集團等諸多企業的認可。

以上實踐成果表明，漸進式實踐教學體系能夠不斷激發學生的自主學習與探究能力，改善了實踐的教學質量，大部分企業與學生對這一教學體系予以了充分認可。

3 結語

本文聚焦高水平應用型大學實踐類課程的教學改革，為解決土木工程專業實踐教學中學生積極性不高、教學學時不足、教學效果不理想等問題，提出了基于開放性實驗的土木工程專業實踐課程體系，使得基礎實踐與創新性實踐有機結合起來，形成基礎實踐夯實學生基本能力，創新性實踐激發學生自主能力，提煉實踐成果增強學生獨立能力。多年實踐證明，此實踐教學體系能整體提升學生的實踐類專業水平，值得在土木工程專業的實踐教學環節進行推廣。