道橋專業開放實驗平臺構建模式探索

doi：10.11835/j.issn.1005-2909.2024.02.008

歡迎按以下格式引用：周飛，杜靜，薛金順.道橋專業開放實驗平臺構建模式探索［J］.高等建筑教育，2024，33（2）：59-65.

摘要：實驗教學作為高等院校教學工作的重要組成部分，是培養大學生實際操作能力、創新能力、實踐能力，以及創業精神的重要途徑。特別是對于地方應用型高校而言，實驗教學對磨煉學生分析解決問題的能力起著不可替代的作用。為探索開放實驗平臺在地方應用型院校的構建模式，以湖北文理學院土木工程與建筑學院道橋實驗室為例，從課程及教學管理兩方面指出了當前本科實驗教學存在的問題，針對性地提出了開放實驗平臺的改革措施，包括開發集實驗項目選定、在線課程云共享和實驗儀器預約于一體的開放實驗智能綜合管理平臺，構建師生雙選末位淘汰體系，完善側重學生動手能力的課程評價機制，建立師生全覆蓋的專項安全管理制度。開放實驗平臺激發了學生的實踐動手能力和創新潛質，提高了實驗設備和教學資源的利用率，進而為立德樹人、培養應用型專業技術人才打下堅實基礎。

關鍵詞：道橋專業；開放實驗平臺；實驗教學；課程評價機制

中圖分類號：G482 """""文獻標志碼：A """""文章編號：1005-2909（2024）02-0059-07

為滿足國家高速發展的需要，各高校正緊鑼密鼓地全面深化教學改革以培育高層次創新人才，實驗教學作為培養大學生實踐、創新能力的重要途徑之一，是教學改革的重要內容^［1-3］。隨著教學改革的不斷深入，為進一步激發大學生的實踐動手能力和創新潛質，需在實驗教學環節引入新的形式。因此，開放式實驗平臺已成為各大高校實驗改革和發展的必然趨勢^［4-6］。但在已實施開放實驗室的高校里，暴露出諸多困擾老師和學生的問題，主要表現為管理、教學和科研之間的矛盾難以協調等。在新時代背景下，高校如何根據自身特點“量體裁衣”構建相應的實驗室開放管理體系，并從中獲取有利于學校高質量發展的成果是亟需解決的問題^［7-10］。文章以湖北文理學院土木工程與建筑學院（以下簡稱土建學院）道路橋梁與渡河工程專業開放實驗平臺為例，從面臨的問題到相應的解決對策進行了描述，為地方應用型院校構建開放實驗體系提供參考。

一、開放道橋實驗室面臨的現狀

土建學院道橋專業實驗室于2019年開始籌建，計劃三年內投資300余萬元，建成集基礎教學、常規科研和實習實訓于一體的綜合性實驗室，目前已完成旋轉壓實儀、DSR動態剪切流變儀、馬歇爾試驗儀，以及橋梁反力架裝置等安裝調試工作，該實驗室儀器新穎，滿足現階段開放實驗室的要求。除新建的道橋專業實驗室外，還有已建成使用的結構實驗大廳、建材實驗室、土工實驗室、水力學實驗室，以及建筑學模型成型室等。為了使各實驗室良好運行，既要解決實驗課程本身存在的問題，涉及課程體系、儀器利用率、實驗安全等，又應做好教學管理層面的協調工作，包括學時壓縮、實驗考核不全面等。

（一）"實驗教學課程體系缺乏創新

道橋專業目前開設的實驗課程集中于幾門固定的理論基礎課和少量的專業課，如土力學、路面材料等，其他一些需要開設實驗的課程因缺乏指導書而未能開設，并且現有實驗內容多以陳舊的、重復的驗證性實驗為主，缺乏探究性和創新潛質。“實驗教學是理論教學的一種輔助手段，只起到鞏固知識點作用”的傳統認知根深蒂固，導致理論和實驗教學出現“兩張皮”現象。實驗教學仍然實行為規定范圍內按指定步驟完成任務的老模式，嚴重影響了學生創新開拓精神的啟迪與綜合素質的提高。

（二）"實驗儀器利用率兩極分化

土建學院培養方案規定本科實驗課程應安排在上半學期，集中的排課制度會導致實驗儀器在全年固定的數個月份里使用頻繁，而在剩下的大部分時間里閑置。部分常用的儀器老化嚴重，故障得不到修復，部分儀器購置后使用較少，造成資源浪費，院內資源利用率兩極分化嚴重。為解決部分實驗儀器利用率較低的現狀，學校定期對二級學院購入的實驗儀器進行資產清查，根據其價值核算教學/科研產出，若資產閑置將對相應負責人造成不良影響。

（三）"實驗室安全隱患尚存

實驗室安全一直是不容忽視的話題，錯誤操作導致儀器爆炸等事故屢見不鮮。開放實驗平臺后學生掌握著實驗主動權，安全問題在開放模式中更為突出。道橋專業實驗室里大型機械較多，如橋梁反力架等，學生在實驗過程中不可避免地會與之接觸，同時還會操作流程復雜的儀器設備。實驗室管理人員和指導教師難以隨時在場，學生在獨自操作的過程中稍有不慎則可能引發一系列的安全事故。因此，如何做好安全管理防范工作是開放實驗模式能穩定續航的重要保障。

（四）"實驗教學學時壓縮

深層次的教育教學改革推動著高校本科專業人才培養方案的不斷調整和優化，學時不同程度地減少已成為普遍現象，且工科院校的土木類實驗課程多安排在周末授課。因此，在壓縮且集中的授課學時里如何讓學生完整體驗整個實驗過程便成為值得思考的問題。例如，道路工程課程的瀝青混合料成型試驗從材料配合比設計，到加溫/保溫，最后到旋轉壓實成型，需長時間等待，4個學時顯然無法讓學生實操全過程，實驗前期和后期的工作大部分只能由指導教師預先完成。此外，對工程質量影響較大的項目，如橋墩承載試驗、隧道襯砌受力試驗等亦無法在有限的學時內完成。

（五）"實驗成績考核不全面

土建學院教務管理規定，本科實驗課程開設時間需依據理論授課進度，將數個實驗穿插于理論教學過程中，且實驗成績通常以一定比例和理論成績共同組成該課程的總評考核成績，例如，理論課期末考試卷面分占總成績的70%，其余的30%則由實驗部分和平時課堂表現共同組成。考核旨在激發學生學習積極性，敦促其自主學習，但目前土建學院的實驗評估方式仍只是基于學生提交的紙質實驗報告確定學生的成績。由于實驗部分占比很低，學生更愿意花時間和精力在提高理論課成績上，思想上的放松直接導致部分學生實驗前不預習，實驗期間不記錄，實驗后不寫報告。此外，班級內的實驗報告大同小異，抄襲現象嚴重，僅有少數學生認真處理數據、分析總結和撰寫報告，鑒于這種惡性循環，需從源頭考慮解決方案。

二、建設道橋開放實驗平臺的改革舉措

土建學院道橋專業建設時間開放、內容開放、方法開放、管理開放的實驗平臺，不僅有助于彌補新專業在師資力量和基礎實驗條件方面的不足，還有助于學生在實踐中加深對理論知識的理解，訓練專業實驗技能、樹立嚴謹科學作風、培養自學能力，以及鍛煉創新能力，最終提高人才培養質量。

（一）"開發實驗中心智能綜合平臺

建設開放實驗室需要具備配套的實驗室綜合平臺，包括實驗中心網站模塊、實驗項目雙選模塊、在線知識庫模塊、虛擬仿真實操模塊、實驗課程管理模塊、實驗室預約模塊，以及實驗室安全須知模塊等。基于土建學院現有的實驗室群，可設置實驗室的開放屬性，如時間、地點、周期等。學生通過系統查詢學院各個可用實驗儀器的使用狀態，預約日歷上以占用形式體現著實驗室的排課情況。此外，在閱讀并理解實驗室管理規章制度的前提下，學生均可向實驗中心提出預約使用申請，完成填寫儀器名稱和使用時間周期等流程后，待實驗中心主任審核通過，學生即可錄入指紋并自由進出實驗室。多重開放屬性最大程度地保證了實驗室的開放性和學生的自主性，亦能使教學資源高效運轉，實現學習資源的合理運用。

為解決學生因實驗學時受限，實驗過程不連貫而導致知識體系缺乏的問題，土建學院道橋專業教師通過自我示范并錄制視頻的形式，將需要掌握的實驗內容以道路、橋梁和隧道三個方向存放于在線知識庫模塊。此外，該知識庫為每臺儀器可進行的實驗內容鏈接了相應的視頻，方便學生按需求在線或緩存后反復觀看。這種以本院教師和實驗環境為基礎錄制的MOOC（慕課），使學生在自主學習的同時產生較為強烈的歸屬感和親切感，既可以抵消部分學生的厭學情緒，亦能緩解學生初次做實驗無從下手的無力感。更重要的是，學生可以根據自身對實驗過程的掌握情況，查漏補缺，有針對性地消化知識點，從而緩解因實驗學時受限導致的知識點掌握不全面的狀況。道路工程專業開設的實驗慕課內容如表1所示，按照合理的實驗順序遞進，使學生在循序漸進中夯實實驗基礎。

土建學院道橋專業于2020年獲批“基于產學結合的道路橋梁虛擬仿真實訓教學基地建設”的教育部產學合作協同育人項目，截至2021年4月，學院已與合作企業共同制作開發數十個虛擬仿真實驗模塊，覆蓋了道路、橋梁和地下空間工程專業。學生通過學號登錄系統，可以在互聯網端操作實驗過程，加深對實驗的印象。由于道橋專業的工程特殊性，大型（包含野外）實驗項目存在一定的安全隱患，而虛擬仿真實驗教學軟件極大提高了學生積極性，同時還能兼顧安全。不僅如此，其還可以將理論教學中的重難點內容進行三維虛擬和仿真化，實現空間漫游效果，加強學生對知識點的理解。亦能通過VR虛擬現實技術進行空間結構搭建工作，讓學生熟悉大型橋梁、山嶺隧道及城市地鐵的施工全過程，提高實操能力。

（二）"構建師生雙選末位淘汰體系

開放實驗平臺旨在打破傳統重復驗證性實驗的惡循環，并采用探究創新式學習，引導學生自主設計實驗方案，分析和解決相關科學問題。所選用的開放實驗項目提煉于完整的研究課題，需既能激發學生創新潛質，又能由學生團隊能獨立完成、動態關注和持續跟進。為了保持新專業開放實驗平臺成果的創新性，需建立師生雙選淘汰機制，如圖1所示。

一是建立指導教師信息庫。入選的教師須提供一定數量的在研課題，由學院學術委員會擇優挑選可行性高和有創新潛質的項目，并將相關信息和指導教師簡介公布于實驗項目雙選模塊，動態更新，為學生提供良好的選擇空間。二是建立師生之間的雙向選擇制度。賦予學生和指導教師充分的自主權，學生可根據自身喜好和職業發展選擇項目及所屬指導教師，教師亦可通過平時課堂印象考量該生能否完成任務，師生通過面聊等形式最終達成一致。在完成項目實驗內容期間，學生有一次更換指導教師的機會，當指導教師出現全程不予指導或敷衍了事的情形，其指導的學生可以書面的形式反饋。每收到一個學生差評，該教師則被扣除一分，在一個記分周期內分值墊底的教師將被剔除出庫，且一年之內不得指導本科畢業生設計/論文工作。與此同時，當學生出現選擇項目后經常無故缺席、不按期按質量提交實驗成果等情況，指導教師亦可采取提醒、口頭警告等措施直至終止學生實驗。該生若為本科生，將不得參與當年獎學金評定，若為碩士研究生，則停發每月補助以示懲戒。此外，師生雙選淘汰機制強調獎罰分明，對于表現優異的學生，指導教師可按項目實際情況以勞務費的形式進行褒獎，而對于學生認同度高、項目成果豐厚（各類學科競賽獲獎、發明專利等）的指導教師，學院可在年終績效分配時給予一定的額外獎勵。

“獎懲機制分明+雙向選擇末位淘汰”的體系充分調動了指導教師和學生的積極性，教師項目里的部分實驗內容由學生來分擔，可使教師有更充裕的時間和精力優培人才。學生通過全程自主設計，分析、解決問題，以及獲取實驗數據，綜合能力得以提高，為其學歷深造奠定良好的基礎。

（三）"建立專項安全管理制度

開放實驗室需建立和落實專項安全管理制度及應急預案。首先，從現有儀器著手，做好每臺大型機械設備的進場登記，在每次使用和檢查后“一臺一本”詳細記錄，方便追根溯源。定期對電路、水管、通風，以及消防設施等進行維護，防止因線路老化、短路、風管堵塞等引起的安全隱患。制定專項安全應急預案措施，針對不同的突發狀況進行演習，并錄制成視頻共享于實驗室安全須知模塊，供參與實驗的人員觀看學習，使之做到臨“危”不亂，井然有序撤離實驗室。其次，提升實驗人員的專業素質、培養其主觀能動性也至關重要。基層開放實驗室管理人員和指導教師肩負的責任重大，其必須具備過硬的專業素養，在面對突發狀況時才可清晰做出判斷。因此，為了鞏固和增強該類群體的安全意識，需定期舉辦技能培訓，考核通過之后方可上崗。同時，還要執行安全管理責任制，建立二級學院、系部、實驗室分層管理體系，從管理層面落實安全責任問題。最后，學生是開放實驗的主要操作人員，讓其牢記安全意識才是解決問題的根本。學生在線下接受實驗安全講座和線上自主學習后，可申請參加實驗中心綜合平臺組織的安全操作專項考試，考試合格后，實驗室負責人方能授權其自由進出實驗室。此外，大型的消防演練應每半年組織一次，并在醒目位置及大型儀器旁張貼安全標識、標語，隨時提醒學生緊繃安全神經。只有將安全教育日常化，才能使學生真正將開放實驗室的安全問題和自身緊密結合起來，以身作則，共同維安。

（四）"改變考核方式完善評價機制

在傳統的教學評價體系中，學生的能力高低幾乎由其考試成績判定，這種評價方式既不公平又缺乏科學性。為了扭轉實驗課程被動、學生敷衍實驗課學習的局面，需從根本上改變常規的考核方式，并增添過程評價機制，不再“一考定能力”。首先，從管理層面著手，修訂人才培養方案，將實驗部分與理論課程分離，獨立設置課程和學分。其次，為了實驗教學評價的全面性，適當調整對于學生的評判標準，增加實驗過程評價機制。從在線知識庫的反饋信息，如預習時長、交流頻率、問題反饋頻率等，實驗課程中的表現，如互動、課堂紀律等，小組合作時的積極性、實驗創新時的思維能力，以及實驗報告書寫的態度等多方面評定，充分利用過程評價來敦促學生學習。此外，增設一些學生可以觸及的加分項。例如，在實驗過程中鼓勵學生針對現有儀器提出改進措施，積極申報國家專利，或在教師指點下申報各類大學生創新創業項目等，根據成果級別給予相應的加分。最后，開放實驗綜合平臺為學生自評、小組互評、指導教師點評等提供途徑，使評價結果更具真實性和時效性。教師可以依據評價結果調整課程環節，學生也能由此彌補不足，從而提升實驗教學質量的效果。

三、開放實驗平臺的成效

（一）"提升學生創新能力和實踐能力

傳統實驗教學側重驗證性實驗，通過重復實驗過程加深學生對課程的理解，忽略了學生的主觀能動性，不利于創新思維的培養。而加強和改善實驗教學可以有效解決這些問題，開放式實驗教學模式是提升學生實踐和創新能力最有效的方法之一。通過開放實驗平臺的建設，經教師適時指點，學生按照自己的思路設計實驗方案，充分利用資源，將興趣愛好和實踐結合起來，最大程度地激發了學生的求知欲，促進其探索精神和創新思維的形成。此外，還培養了學生理論與實際相結合、獨立分析和解決問題的能力，進而提升了實踐動手能力和創新能力。

（二）"緩解實驗學時數少的困境

隨著各高校教育教學改革的全面深化，對實驗教學培養創新、實踐復合型人才的要求也越來越高，學生需要掌握的實驗內容更加多樣化和復雜化，但事實上大部分高校實驗課程學時數明顯不足，部分實驗技術的學習顯然無法在學時內完成。在互聯網云技術的支持下，通過綜合開放實驗平臺在線知識庫模塊和虛擬仿真實操模塊所提供的網絡共享服務，學生可根據自身需求在課下預習和有針對性地鞏固知識點，實驗學時數少的情況得以緩解。

（三）"提高儀器資源利用率

對于土建學院而言，因傳統實驗大綱的局限導致實驗課集中在每學期的特定時段，課程結束后實驗儀器便大量閑置下來，造成了教學實驗資源極大浪費及儀器利用率低等問題。開放實驗平臺后，儀器向創新實驗項目的學生團體全面開放使用，不僅常規設備得到了妥善使用，部分先進的儀器也在學生提前預習的基礎上得到了較好的應用，儀器設備資源的使用率明顯提高。部分具有代表性的儀器名稱和使用頻率如表2所示。

四、結語

為了更好滿足國家高質量發展對高層次創新人才的需要，教育要深入改革，實驗教學方法要推陳出新，開放式教學模式作為實驗教改的主要內容，是激勵學生創新潛質的重要途徑。開放教學模式進一步強化了學生的主動學習意識，提升了其動手、實踐和創新能力，為培養更優質的創新型人才奠定了基礎。通過不斷改革和發展，將建成以立德樹人為出發點的綜合型創新開放管理平臺，構建深層次、多方位、輻射范圍廣的開放式教學模式，從而為培養大學生各項能力發揮良好的助推作用。

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Exploration on the construction mode of open experimental platform of road and bridge specialty

ZHOU Fei^a，"DU Jing^b，"XUE Jinshun^a

（a.Civil Engineering and Architecture College；b.College of Foreign Languages， Hubei University of Arts and Science， Xiangyang 441053， P.R.China）

Abstract： As an important part of teaching work in colleges and universities， experimental teaching plays an irreplaceable role in polishing students’"ability to analyze and solve problems， especially for local application-oriented universities. It is an important way to cultivate college students’"practical operation ability， innovation ability， practical ability and entrepreneurial spirit. In order to explore the construction mode of open experimental platform in local application-oriented colleges， this paper takes the road and bridge laboratory of Civil Engineering and Architecture College of Hubei University of Arts and Science as an example， points out the problems existing in the current undergraduate experimental teaching from the aspects of curriculum and teaching management， and puts forward the reform measures of the open experimental platform， including developing an open intelligent comprehensive experimental management platform that integrates experimental project selection， online course cloud sharing and experimental instrument reservation， constructing the two-way selection terminal elimination system， improving the course evaluation mechanism that focuses on students’"practical ability， and establishing a special safety management system covering all teachers and students. The open experimental platform stimulates students’"practical ability and innovation potential， improves the utilization rate of experimental equipment and teaching resources， and lays a solid foundation for cultivating people with virtue and better cultivating application-oriented professional and technical talents.

Key words： road and bridge specialty; open experimental platform; experimental teaching; course evaluation mechanism

（責任編輯""""代小進）

基金項目：2020年教育部產學合作協同育人項目（202002290043）

作者簡介：周飛（1984—），男，湖北文理學院土木工程與建筑學院講師，博士，主要從事隧道工程研究，（E-mail）122760135@qq.com。