面向卓越工程師的土木工程專業實驗教學方法研究

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  • 更新時間2018-08-16
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  摘要:教育部為培養高等院校學生的工程素養、創新能力和人文素養,提出了“卓越工程師教育培養計劃”。對于研究型大學,如何利用學校的強勢學科和工程研究資源,突破和創新教學內容和方法,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,并以土木工程專業為例,提出了幾種適合土木工程專業實驗教學的教學方法。


  關鍵詞:卓越工程師;土木工程專業;實驗教學方法;


  作者簡介:張婷婷(1983—),女,山東平度,博士,講師,研究方向為低碳建筑材料,作者簡介:王寶民(1972—),男,山東,博士,教授,博士生導師,研究方向為混凝土材料及其耐久性等.


  1研究型大學與卓越工程師教育培養計劃


  “卓越工程師教育培養計劃”(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展規劃綱要(2010—2020年)》實施的高等教育重大計劃,旨在培養造就一大批卓越工程師后備人才,為建設創新型國家,實現工業化和現代化奠定堅實的人力資源基礎。根據教育部《關于實施卓越工程師教育培養計劃的若干意見》(教高[2011]1號),“卓越計劃”的實施是為了樹立全面發展和多樣化的人才觀念,樹立主動服務國家戰略要求、主動服務行業企業需求的觀念,改革和創新工程教育人才培養模式,創立高校與行業企業聯合培養人才的新機制,著力提高學生服務國家和人民的社會責任感、勇于探索的創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”相適應和匹配的培養體系最終要落實到具體的課程建設和教學活動上,對應的教學效果對卓越工程師人才培養目標的實現起著舉足輕重的作用。


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


  作為研究型大學,如何利用其優勢學科和大型工程科研資源,以“卓越計劃”為引導,在理論教學和實踐教學上進行合理的知識體系構建和教學內容、教學方法的改革并有所突破,對提高學生的工程應用能力、創新能力和人文素養有重要意義[2]。


  2“卓越計劃”重點需要解決的問題


  在“卓越計劃”的實施中,培養計劃應實行“工程教育不斷線、創新實踐不斷線、企業合作不斷線”的課程配置體系,改革傳統的專業知識結構,加大實踐環節和企業學習的內容,注重工程系統的思維訓練[3-4]。培養方案將繼承工程教育的優良傳統,以行業企業需求為導向,以工程實際為背景,以工程技術為主線,凝練人才培養目標,調整現有課程體系,深化校企合作人才培養模式改革,加強實踐性教學環節建設,做到目標明確、措施得當、保障有力。


  在實施過程中,需要重點解決以下問題:


  (1)教學內容和知識體系與卓越工程師人才培養脫節的問題。


  (2)課堂與實踐教學方法和手段與卓越工程師人才培養不匹配的問題。


  (3)教師缺乏工程師背景的問題。


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


  (5)土木工程專業教材建設機制與卓越工程師教育不匹配的問題。


  3土木工程專業主干課程實驗特點及社會需求


  根據《高等學校土木工程本科指導性專業規范》(2011年),“鋼筋混凝土”、“建筑材料”(或“土木工程材料”)、“土力學與地基基礎”等主干課是土木工程專業重要核心課程,其實驗主要分驗證性、設計性和研究性3種類型。驗證性實驗需要學生通過基本實驗操作來驗證性質、現象、特征等;設計性實驗需要學生通過設計、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學生進行科學研究的能力。這些專業實驗多具有實踐性、綜合性和應用性強的特點,對培養學生理論聯系實際能力、動手能力、工程應用和創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中的重要內容之一。


  在科技進步的背景下,工程技術得到了拓展和創新,社會對土木工程專業畢業生的要求也趨向重動手能力、重技術、重創新能力。為了適應多樣化、現代化和科技化的行業發展特點[5-6],研究型大學充分開展工程實驗和實踐教學也是大勢所趨。


  4研究型大學土木工程專業實驗教學方法設計


  大連理工大學作為“985工程”大學,目標是建設成為國際知名的研究型大學,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方案。大連理工大學土木工程專業是國家首批卓越工程師教育培養計劃專業,已經研究并完成大連理工大學教學改革基金課題重大項目“土建類卓越工程師教育培養體系研究與國家級工程實踐教育中心建設”,完善了土木工程專業培養方案和具有國際視野的土木工程國際班培養方案,批準建立了2個國家級工程實踐教育中心。


  4.1開發工程虛擬實驗


  這種實驗教學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理論知識的理解,多數簡單易懂,為學生創新思維與能力的培養奠定基礎。但這部分只是有一定的獨立性,邏輯聯系不緊密,實驗過程中留給學生發揮的空間不足,實驗結果雷同,不易激發學生的學習興趣[7]。同時,土木工程專業的基礎驗證性實驗類型比較多,而實驗課的課時又有限,為了解決節省時間和空間的問題,在計算機技術和網絡技術高度發展的情況下,由教師開發出相應的虛擬實驗軟件和平臺供學生使用,將實驗過程虛擬化、圖形化,并借助多媒體技術來充分展示,既可以使實驗更直觀,也可以彌補學生實際操作時可能有實驗現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壓縮驗證性實驗數量的問題。比如建筑材料課程中的水泥、砂石性質實驗,土力學與地基基礎中的土的物理性質實驗、鋼筋混凝土課程中的鋼筋混凝土簡支梁受彎性能實驗,都可以設計成虛擬實驗。


  4.2開發綜合設計性實驗


  綜合設計性實驗要求學生根據課程資料,完成實驗的構想、設計、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和指導,使學生真正處于教學的中心位置,培養學生的創新思想和創新能力。這種實驗一般是分小組進行,還可以培養學生的團隊協作精神[8]。


  4.3結合多課程的綜合性和設計性實驗


  土木工程專業主干課程具有相關性,為了加強各課程之間的聯系,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容進行整合設計,增加實驗的設計性、綜合性和先進性,這樣做既有利于學生對各課程內容的全面理解,增加學生對整個學科的認識,同時也可以更好地培養學生的觀察能力、綜合分析能力和創新能力。這種想法已在一些院校得到了實現,比如中原工程學院已完成了“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”等設計性實驗的設計[9]。“結構試驗”中的“簡支梁在靜載作用下的試驗”綜合了“混凝土配合比設計”、“鋼筋配置”和“靜載試驗”的內容[10]。


  4.4鼓勵學生參與教師科研項目


  教師可根據教學內容將自己的科研課題轉化為科研項目提供給學生,使教學與科研相互促進。教師吸收學生參與實際科研課題,充當科研助手,讓學生有機會了解科研過程,學會數據采集方法和實驗技術,懂得利用網絡電子資源收集文獻資料,培養學生初步的探索性研究能力[11],訓練學生初步的科研能力[12]。


  4.5鼓勵學生參與實際工程實習并撰寫小論文


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


  4.6開展科技創新項目和科技競賽


  科技創新項目或科技競賽活動作為課程實驗教學活動的延伸,所涉及的領域不僅包括課程內的知識領域,還可包括學科前沿[13]。學生參與到項目完成的整個過程中,完成文獻調研、制定研究方案和方法、進行實踐操作、數據整理和分析、得出實驗結果等環節。混凝土結構設計大賽、混凝土配合比設計大賽等競賽已在我校開展多年,得到學生的廣泛歡迎和認可。


  4.7充分利用校內外實驗基地開展實驗教學活動


  依托重點學科和實驗室建立的校內實驗中心和與企業合作的校外實踐基地展開實驗教學活動,培養具有工程素養、實踐能力、創新能力的土建類卓越工程師。


  5結束語


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


篮球场面积