新工科背景下智能建造專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與探討

摘要：智能建造專業(yè)是新工科典型專業(yè)之一，而實(shí)踐能力對于新型工科專業(yè)來說至關(guān)重要，因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)對于智能建造專業(yè)來說是不可或缺的。而大多高校在智能建造專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)時存在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容“墨守成規(guī)”“不求進(jìn)取”、實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段“陳陳相因”、實(shí)驗(yàn)教學(xué)評價“亟待完善”等主要弊端。本文通過打破傳統(tǒng)教學(xué)結(jié)構(gòu)，構(gòu)建多層次教學(xué)模式、虛實(shí)結(jié)合，構(gòu)建智能化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系、多元分析，構(gòu)建綜合評價體系三個方面對上述弊端進(jìn)行革新與探討。本文可為我國高等學(xué)校培養(yǎng)智能建造專業(yè)拔尖創(chuàng)新復(fù)合型人才和行業(yè)領(lǐng)軍提供參考。

關(guān)鍵詞：智能建造；實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革；新工科

隨著科技的發(fā)展和社會的進(jìn)步，我國高校的教育質(zhì)量也應(yīng)并駕齊驅(qū)，這就要求高校培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、動手能力、動腦能力，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和攻堅(jiān)克難的能力與信心，使學(xué)生成為全能型新興拔尖人才。實(shí)驗(yàn)課程是高等學(xué)校實(shí)踐教學(xué)的“主力軍”，智能建造專業(yè)作為典型的新工科專業(yè)，實(shí)驗(yàn)課程的重要性不言而喻。而當(dāng)前高校教育卻大多過度注重“看不見，摸不著”的理論知識，對實(shí)踐教學(xué)的相關(guān)內(nèi)容安排較少，占比不足三分之一，因此，如何體現(xiàn)實(shí)踐教學(xué)的重要性，如何將理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相融合，如何通過實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)創(chuàng)新復(fù)合型人才是燃眉之急，是刻不容緩的“大革命”。

目前，實(shí)驗(yàn)室是高校智能建造專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要“陣地”，是新工科背景下培養(yǎng)高素質(zhì)人才、出高水平成果、服務(wù)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的主要場所［1］，并且對于提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立探索及科學(xué)研究能力、強(qiáng)化實(shí)踐能力、實(shí)現(xiàn)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)均具有重要意義［2］。可見在高校的教學(xué)、科研以及服務(wù)中，實(shí)驗(yàn)室具有舉足輕重的作用，因此，如何強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和深化實(shí)驗(yàn)室的管理是高等學(xué)校至關(guān)重要、迫在眉睫的使命。

本文以智能建造實(shí)驗(yàn)課程為例，從實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段、實(shí)驗(yàn)教學(xué)評價等三個主要的角度對現(xiàn)階段教學(xué)主要弊端進(jìn)行剖析，進(jìn)而通過構(gòu)建多層次教學(xué)模式、構(gòu)建智能化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系、構(gòu)建綜合評價體系三個方面對上述弊端進(jìn)行研討并維新。

1實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的主要弊端

1.1實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容“墨守成規(guī)”“不求進(jìn)取”

目前，大多高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)為傳統(tǒng)的“填鴨式”教學(xué)，即教師首先將實(shí)驗(yàn)流程和注意事項(xiàng)傳授給學(xué)生，隨后學(xué)生開始“照葫蘆畫瓢”，可能部分學(xué)生并未完全掌握實(shí)驗(yàn)原理，并不完全理解實(shí)驗(yàn)與理論的關(guān)系，單憑“照貓畫虎”也可以達(dá)到實(shí)驗(yàn)課程的合格線，并且由于學(xué)生基數(shù)過大，實(shí)驗(yàn)室開放時間有限等問題，可能某些學(xué)生并未實(shí)際操作，導(dǎo)致某些實(shí)驗(yàn)成為“演示性”實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中毫無存在感，長此以往，部分學(xué)生可能對于實(shí)驗(yàn)課程毫無期待。

此外，大多數(shù)高校將實(shí)驗(yàn)課程視為理論課程的附屬課程，實(shí)驗(yàn)還“兵馬未動”，結(jié)果早已“了然于心”，這種驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)對學(xué)生創(chuàng)新思維和探索精神的培養(yǎng)“微乎其微”。并且很多高校在實(shí)驗(yàn)課程中設(shè)置的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目較少，大多為基礎(chǔ)性、重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，同時很多項(xiàng)目深度挖掘不夠，如在教授材料性能實(shí)驗(yàn)時，一般是通過鋼材的軸向拉伸實(shí)驗(yàn)獲得其屈服強(qiáng)度、極限拉應(yīng)力等參數(shù)，而忽略了地震力是往復(fù)的，理應(yīng)深挖往復(fù)拉伸鋼材實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)是否更加精確，兩者的誤差大小及原因。

顯然，大多高校目前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容是“墨守成規(guī)”“不求進(jìn)取”，這不是實(shí)驗(yàn)教學(xué)長遠(yuǎn)科學(xué)發(fā)展的“光明道路”，因此，對實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革是刻不容緩的“大事”。

1.2實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段“陳陳相因”

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)方式大多是在線下實(shí)驗(yàn)室教師演示、學(xué)生模仿。因此，實(shí)驗(yàn)室場地、儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)時間以及學(xué)生自身性格等原因可能會導(dǎo)致部分能力強(qiáng)的學(xué)生學(xué)有余力而無條件深入研究，可能還會導(dǎo)致部分能力較弱的學(xué)生“害羞”，對于不理解的實(shí)驗(yàn)理論“不敢”向指導(dǎo)教師請教，甚至部分學(xué)生對待實(shí)驗(yàn)課程都不知如何融入和參與，并且這種現(xiàn)象普遍存在，致使實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的成效低下。因此，如何更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，進(jìn)而提升學(xué)生的課程參與感和學(xué)習(xí)積極性，為社會培養(yǎng)綜合型創(chuàng)新人才是當(dāng)務(wù)之急。

1.3實(shí)驗(yàn)教學(xué)評價“亟待完善”

目前，大多高校通過傳統(tǒng)的手段對實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)果進(jìn)行評價，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)評價手段是指導(dǎo)教師通過實(shí)驗(yàn)報告、實(shí)驗(yàn)實(shí)際操作情況、學(xué)生出勤次數(shù)以及實(shí)驗(yàn)課程學(xué)生的表現(xiàn)和反饋等來評判實(shí)驗(yàn)教學(xué)的結(jié)果，可見這種做法具有一定的主觀性，甚至?xí)o學(xué)生造成一種錯誤的引導(dǎo)，認(rèn)為在不缺勤的前提下，實(shí)驗(yàn)操作時“照搬照抄”，實(shí)驗(yàn)課程的成績就不會太差，這樣一來，對于實(shí)驗(yàn)理論，實(shí)驗(yàn)操作等核心內(nèi)容則不受重視，這是目前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)果評價的通病，可見大多高校缺乏一個完善的實(shí)驗(yàn)教學(xué)評價體系。

2針對實(shí)驗(yàn)教學(xué)弊端改革的措施

針對上述實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中存在的弊端，可以從三個角度著手革新，分別為打破傳統(tǒng)教學(xué)結(jié)構(gòu)，構(gòu)建多層次教學(xué)模式、虛實(shí)結(jié)合，構(gòu)建智能化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系、多元分析，構(gòu)建綜合評價體系，進(jìn)而探索和踐行智能建造實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的措施。

2.1打破傳統(tǒng)教學(xué)結(jié)構(gòu)，構(gòu)建多層次教學(xué)模式

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程構(gòu)造大致如下：第一步，學(xué)生對照教材預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；第二步，教師準(zhǔn)備設(shè)備儀器并按照教材進(jìn)行示范實(shí)驗(yàn)；第三步，學(xué)生依樣畫葫蘆，教師針對性指導(dǎo)；第四步，學(xué)生基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理實(shí)驗(yàn)報告。這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式會導(dǎo)致學(xué)生的思維只能被動地困在教師所建立框架之中，學(xué)生的創(chuàng)新能力及主觀能動性會被抑制。這顯然與智能建造專業(yè)所需培養(yǎng)的拔尖創(chuàng)新新興人才和行業(yè)領(lǐng)軍的道路是偏離的。因此，我們需要打破傳統(tǒng)教學(xué)結(jié)構(gòu)，建立多層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。

第一個層次：基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)。在教材的學(xué)習(xí)中，在實(shí)驗(yàn)教師的指導(dǎo)下，學(xué)生按照操作步驟逐步完成實(shí)驗(yàn)，能夠訓(xùn)練學(xué)生的基本專業(yè)技能，掌握基本實(shí)驗(yàn)方法以及實(shí)驗(yàn)理論。如混凝土抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)、鋼材軸向拉伸實(shí)驗(yàn)、巖石標(biāo)本認(rèn)識實(shí)驗(yàn)、材料基本性質(zhì)實(shí)驗(yàn)、石灰有效鈣含量實(shí)驗(yàn)等。

第二個層次：綜合性實(shí)驗(yàn)。綜合性實(shí)驗(yàn)是以掌握的專業(yè)知識為基礎(chǔ)，以確定的研究內(nèi)容為對象，按照研究目的學(xué)生提出實(shí)驗(yàn)的設(shè)計方案，在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師的協(xié)助下完成實(shí)驗(yàn)。綜合性實(shí)驗(yàn)可培養(yǎng)學(xué)生的自主研究能力、分析問題的能力和解決困難的能力。如預(yù)制節(jié)段拼裝鋼管混凝土橋墩擬靜力實(shí)驗(yàn)、地震模擬振動臺實(shí)驗(yàn)、鋼筋混凝土簡支梁實(shí)驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)鋼梁靜載實(shí)驗(yàn)、簡支鋼桁架實(shí)驗(yàn)、回彈法評定混凝土強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)、土的擊實(shí)實(shí)驗(yàn)等。

第三個層次：創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)。“一千個人心中有一千個哈姆雷特”，學(xué)生的思想是新穎的，有生機(jī)的，勇敢的，因此，學(xué)生可以利用實(shí)驗(yàn)室及設(shè)備、教材等運(yùn)用多種方法來實(shí)現(xiàn)自己的想法，鋪平自己的科研道路。高校的實(shí)驗(yàn)室甚至可以成為學(xué)生專業(yè)思維變成實(shí)際工程的平臺。這對于培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新能力和學(xué)習(xí)的積極性起到了“推波助瀾”的作用。如上文提及的鋼材往復(fù)拉伸實(shí)驗(yàn)、新型復(fù)合混凝土材料抗壓強(qiáng)度與裂縫開展實(shí)驗(yàn)、多節(jié)段預(yù)制拼裝高墩抗震性能實(shí)驗(yàn)、外置拱形耗能裝置的節(jié)段拼裝CFST橋墩實(shí)驗(yàn)、拼裝幕墻振動臺實(shí)驗(yàn)等。

多層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是一種層層遞進(jìn)的新模式，它成功地將教師為“主角”輸出，學(xué)生為“配角”吸收的傳統(tǒng)模式扭轉(zhuǎn)為“學(xué)生為主，教師為輔”的新模式，成功地將實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的“墨守成規(guī)”和“不求進(jìn)取”改變?yōu)椤巴脐惓鲂隆焙汀皧^勇爭先”。對于高校培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、綜合能力、創(chuàng)新能力和培養(yǎng)學(xué)生勇于挑戰(zhàn)、敢于擔(dān)當(dāng)?shù)木褚约奥殬I(yè)認(rèn)同感和家國情懷等均有一定的貢獻(xiàn)。

2.2虛實(shí)結(jié)合，構(gòu)建智能化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

智能建造專業(yè)作為典型的新工科專業(yè)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是不可或缺的，而當(dāng)前大多高校關(guān)于智能建造專業(yè)在真實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中困難重重，如混凝土養(yǎng)護(hù)時間較長、養(yǎng)護(hù)條件較高、結(jié)構(gòu)抗震實(shí)驗(yàn)安全隱患較大、實(shí)驗(yàn)設(shè)備投入費(fèi)用較高、實(shí)驗(yàn)過程不可逆等。因此，可引入虛擬仿真技術(shù)，建立虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，形成了“仿真實(shí)驗(yàn)”拓展“真實(shí)實(shí)驗(yàn)”的“綠色實(shí)驗(yàn)”教學(xué)特色，形成虛擬與現(xiàn)實(shí)相結(jié)合的教學(xué)形式，形成“交互式、體驗(yàn)式、自主性、探究性”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，進(jìn)而改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺不僅能夠給予學(xué)有余力的學(xué)生一個“創(chuàng)新”“探索”“試錯”的平臺，同時也給“笨鳥未飛”的學(xué)生一個“學(xué)習(xí)”“研究”“修正”的機(jī)會。

新時代，高校學(xué)生早已和互聯(lián)網(wǎng)“打成一片”，云課堂是一種高效、便捷、能夠?qū)崟r互動、能夠打破時間和空間限制的遠(yuǎn)程線上教學(xué)課堂，將云課堂引入高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程是改革的重大戰(zhàn)略決策，學(xué)生可以提前通過云課堂對實(shí)驗(yàn)理論、教學(xué)內(nèi)容、材料設(shè)備以及實(shí)驗(yàn)操作及注意事項(xiàng)等知識進(jìn)行學(xué)習(xí)掌握，部分學(xué)習(xí)能力較弱的學(xué)生可以提前借助云課堂反復(fù)學(xué)習(xí)觀摩，將未理解的理論或操作等難題給指導(dǎo)教師留言，當(dāng)正式線下實(shí)驗(yàn)課程時，指導(dǎo)教師可根據(jù)學(xué)生問題針對性講解，也更容易讓學(xué)生將理論與實(shí)踐結(jié)合，這毋庸置疑地推進(jìn)了整體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。將云課堂引進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程，不僅調(diào)動了學(xué)生的主觀能動性，激發(fā)了學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)課程的信心，而且給部分現(xiàn)實(shí)中“羞于啟齒”的學(xué)生虛心請教的平臺。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，引入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺和云課堂是一次“大革命”，雖然兩者都是線上教學(xué)，但可以解決實(shí)驗(yàn)室場地、儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)時間等線下教學(xué)帶來的問題。此外，學(xué)生可先通過云課堂將實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容消化，再利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺，學(xué)生可初步獨(dú)立實(shí)驗(yàn)，成為實(shí)驗(yàn)的“主角”，而疑難問題若可通過線上實(shí)驗(yàn)教師指導(dǎo)，甚至可實(shí)現(xiàn)“不出戶，知天下。不窺牖，見天道”。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺與云課堂協(xié)同工作，對實(shí)驗(yàn)教學(xué)起到了舉足輕重的作用。實(shí)際上，這不僅僅是虛擬仿真平臺和云課堂的引入，而是一種虛擬思想的引入。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，除上述線上平臺外，還可以引入VR可視化系統(tǒng)、空間分析軟件、數(shù)字化教學(xué)等。

2.3多元分析，構(gòu)建綜合評價體系

實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程在學(xué)生心中的地位對實(shí)驗(yàn)課程和實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展影響深遠(yuǎn)，而拔高實(shí)驗(yàn)教學(xué)在學(xué)生心中的地位，實(shí)驗(yàn)課程成績的判定是至關(guān)重要的。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程評價是片面的，并不能完全地反映出學(xué)生是否有“真材實(shí)料”，因此，一種多元化綜合評價體系應(yīng)運(yùn)而生，如下圖所示。從四個角度對實(shí)驗(yàn)課程成績進(jìn)行評判，分別為實(shí)驗(yàn)核心內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)基本要求、實(shí)驗(yàn)感悟與深度以及實(shí)驗(yàn)整體評價。

多元化綜合評價體系圖

實(shí)驗(yàn)核心內(nèi)容的考查與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容考查“形似神不似”，它在傳統(tǒng)考查的基礎(chǔ)上更加嚴(yán)格細(xì)致，增設(shè)了對應(yīng)的考查手段，如在實(shí)驗(yàn)前，對學(xué)生進(jìn)行理論測試，測試通過后方可自己擬訂實(shí)驗(yàn)方案并與指導(dǎo)教師討論確定實(shí)驗(yàn)的可行性，實(shí)驗(yàn)方案被指導(dǎo)教師認(rèn)可后方可參與實(shí)驗(yàn)操作。采集數(shù)據(jù)并完成實(shí)驗(yàn)報告，是層層遞進(jìn)的，并且實(shí)驗(yàn)原理分值、實(shí)驗(yàn)方案認(rèn)可度、實(shí)驗(yàn)操作熟練度、實(shí)驗(yàn)報告完整度均會參與實(shí)驗(yàn)課程評價，占比40%。實(shí)驗(yàn)基本要求包含實(shí)驗(yàn)態(tài)度和考勤打卡兩個方面的評價，實(shí)驗(yàn)態(tài)度主要是通過指導(dǎo)教師的觀察和學(xué)生的反饋，考勤打卡可通過學(xué)習(xí)通（云課堂）等簽到實(shí)現(xiàn)，占比10%。實(shí)驗(yàn)感悟包含兩個方面，實(shí)驗(yàn)安全與環(huán)保意識以及實(shí)驗(yàn)后的思政感悟，這可通過教師與學(xué)生單獨(dú)面談實(shí)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)層次代表著學(xué)生設(shè)計實(shí)驗(yàn)的“檔次”，這可從學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計方案和完成情況來判定，占比25%。實(shí)驗(yàn)整體評價主要有學(xué)生互評、教師評價、平臺監(jiān)督等方式，學(xué)生互評可通過問卷調(diào)查法來實(shí)現(xiàn)。教師評價可通過觀察法來實(shí)現(xiàn)，平臺監(jiān)督主要是通過大數(shù)據(jù)、智能技術(shù)等高新技術(shù)對云課堂學(xué)習(xí)時長、學(xué)習(xí)數(shù)量以及學(xué)生與指導(dǎo)教師或?qū)W生與學(xué)生之間的討論交流等情況。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺的使用頻次、使用熟練度、實(shí)驗(yàn)還原性等情況進(jìn)行后臺檢測，智能轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)課程的成績，占比25%。

在多元化實(shí)驗(yàn)教學(xué)評價體系下，部分學(xué)生因數(shù)據(jù)不理想在后續(xù)補(bǔ)做實(shí)驗(yàn)，甚至有的學(xué)生重新擬訂實(shí)驗(yàn)方案，提高實(shí)驗(yàn)的層次。由此可見，多元化考查且考查細(xì)致化等一系列做法不得不使學(xué)生“處處小心”“一視同仁”，這樣也調(diào)動了學(xué)生的積極性，也推進(jìn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展。

結(jié)語

智能建造專業(yè)是典型的新型工科專業(yè)之一，而實(shí)踐能力是實(shí)現(xiàn)智能建造的“必要前提”，由此可見，出類拔萃的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法與新興產(chǎn)業(yè)的賡續(xù)發(fā)展是“密不可分”的。本文以智能建造實(shí)驗(yàn)課程為例，從實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容“墨守成規(guī)”“不求進(jìn)取”、實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段“陳陳相因”、實(shí)驗(yàn)教學(xué)評價“亟待完善”等三個主要的角度對現(xiàn)階段教學(xué)主要弊端進(jìn)行剖析，進(jìn)而通過打破傳統(tǒng)教學(xué)結(jié)構(gòu)，構(gòu)建多層次教學(xué)模式、虛實(shí)結(jié)合，構(gòu)建智能化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系、多元分析，構(gòu)建綜合評價體系三個方面對上述弊端進(jìn)行鼎新與研討。通過鼎新，進(jìn)而調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、綜合能力、創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生勇于挑戰(zhàn)、敢于擔(dān)當(dāng)?shù)木褚约奥殬I(yè)認(rèn)同感和家國情懷，進(jìn)而為社會培養(yǎng)了智能建造專業(yè)拔尖創(chuàng)新復(fù)合型人才和行業(yè)領(lǐng)軍。

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基金：浙江省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（LTGG23E080001），工程學(xué)院七期教改培育項(xiàng)目

*通訊作者：王城泉（1989—），男，博士，副教授，主要從事節(jié)段預(yù)制拼裝橋墩抗震和可恢復(fù)功能結(jié)構(gòu)的研究。