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知識能力一體化培養(yǎng)的土木工程力學(xué)實驗群建設(shè)論文
摘要：以加強學(xué)生工程能力培養(yǎng)為目標(biāo)，將現(xiàn)有土木工程專業(yè)力學(xué)實驗教學(xué)在工程能力培養(yǎng)方面存在的問題提煉為"三個脫節(jié)"，即實驗項目設(shè)置與工程需求脫節(jié)，實驗項目與行業(yè)規(guī)范脫節(jié)，單一性知識訓(xùn)練與工程需要綜合性知識應(yīng)用能力脫節(jié)。為解決以上問題，文章提出在實驗教學(xué)方法上需要"兩個轉(zhuǎn)變"，即以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心，以知識傳授為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐怨こ棠芰ε囵B(yǎng)為主。并指出通過多層次課程新體系建設(shè)、綜合力學(xué)實驗項目建設(shè)、多元化實驗教學(xué)方法與手段研究等，實現(xiàn)知識—能力一體化培養(yǎng)的土木工程力學(xué)課程群建設(shè)。
關(guān)鍵詞：土木工程專業(yè)； 力學(xué)實驗； 工程教育；
一、建設(shè)背景
隨著學(xué)科和專業(yè)的發(fā)展，專業(yè)課程門數(shù)的增加，學(xué)科交叉、學(xué)科滲透變得越來越廣泛。與此相應(yīng)，學(xué)生所需要學(xué)習(xí)的知識和掌握的能力也就越來越多。工程教育面臨的一個共同挑戰(zhàn)是如何在有限的時間資源下兼顧學(xué)科知識傳授和工程實踐能力培養(yǎng)。
桂林電子科技大學(xué)土木工程專業(yè)教學(xué)培養(yǎng)方案中包含力學(xué)實驗的理論課程有理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、土木工程材料、土力學(xué)、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計。長期以來基礎(chǔ)力學(xué)課程已經(jīng)形成了相對穩(wěn)定的課程體系[1] 。但課程之間存在一定的內(nèi)容交叉，專業(yè)課程亦是如此。如土木工程材料和材料力學(xué)實驗中都有鋼筋的拉伸實驗，也就是說理論課程所涉及的力學(xué)實驗內(nèi)容存在一定的交叉和重復(fù)。同時實驗?zāi)康囊詫碚撝R的驗證和補充為主，以加強學(xué)生對理論知識的理解為主，導(dǎo)致學(xué)生只要按照實驗步驟操作即可完成實驗，缺乏工程能力的培養(yǎng)。
雖然各高校已經(jīng)意識到工程能力培養(yǎng)的重要性[2] ，實驗教學(xué)也逐步經(jīng)歷了"基礎(chǔ)型實驗—綜合型、設(shè)計型實驗—創(chuàng)新型實驗"的過渡，但培養(yǎng)學(xué)生工程能力的目的似乎并未完全達到。其主要原因，筆者認(rèn)為在實驗項目內(nèi)容方面存在"三個脫節(jié)"[3] ，即實驗項目設(shè)置與工程需求脫節(jié)，課程內(nèi)容及實驗項目與行業(yè)規(guī)范脫節(jié)，單一性知識訓(xùn)練與工程需要綜合性知識應(yīng)用能力脫節(jié)，從而不利于引導(dǎo)學(xué)生工程能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。因此，在實驗教學(xué)方法和模式上需要"兩個轉(zhuǎn)變"，即以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心，以知識傳授為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐怨こ棠芰ε囵B(yǎng)為主。比如在實驗中，學(xué)生的注意力往往集中在如何按照教師和實驗指導(dǎo)書的講解，按圖索驥地完成實驗（稱之為以教師為中心的教學(xué)模式）。整個實驗過程學(xué)生處于一種被動盲目的狀態(tài)，缺少參與實驗的主動性和積極性，缺少一個自己思考、設(shè)計實驗的過程。因此，土木工程力學(xué)實驗教學(xué)面臨如何從以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心的問題。另外，實驗的工程背景有待加強。如拉伸和壓縮實驗，只是為了計算、驗證和理解材料的力學(xué)性能，但是該實驗的工程背景是什么，不得而知。如果補充工程背景，比如結(jié)構(gòu)破壞的工程實例，則更能加深對該實驗以及其工程意義的理解。土木工程力學(xué)實驗同時也面臨著以知識傳授為主到以工程能力培養(yǎng)為主的轉(zhuǎn)變。
以實施"卓越計劃"[4] 為契機，在土木工程力學(xué)實驗課程建設(shè)過程中，通過多層次課程新體系建設(shè)、綜合力學(xué)實驗項目建設(shè)、多元化實驗教學(xué)方法與手段研究等，最終實現(xiàn)知識—能力一體化培養(yǎng)的土木工程力學(xué)課程群建設(shè)。
二、土木工程力學(xué)類實驗教學(xué)改革思路及措施
�。ㄒ唬┒鄬哟瓮聊竟こ塘W(xué)實驗課程新體系規(guī)劃與建設(shè)
以加強學(xué)生工程訓(xùn)練和設(shè)計能力培養(yǎng)為重點，緊密結(jié)合土木工程實際，建立以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，分層次、多模塊、相互銜接的工程力學(xué)專業(yè)實驗教學(xué)體系。實驗項目類型涵蓋驗證性實驗、綜合型實驗、創(chuàng)新型實驗、開放性實驗等。改變按理論課程設(shè)置實驗教學(xué)的局限性，綜合平衡考慮不同專業(yè)、不同課程對力學(xué)實驗項目的要求，凝練實驗項目，盡量避免不同課程之間重復(fù)性實驗，使力學(xué)實驗具有一定的系統(tǒng)性。
為使單一性知識訓(xùn)練與綜合性知識工程應(yīng)用的情況相適應(yīng)，建立多層次力學(xué)實驗課程新體系。它包括三個層面：第I類實驗項目為專業(yè)綜合性實驗項目，主要為跨課程多知識點的綜合性項目。涵蓋了理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、土木工程材料、土力學(xué)、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計知識體系的綜合運用。第II類項目為某一門課程知識的綜合應(yīng)用，此類實驗以綜合性、開放性實驗為主，要求學(xué)生自行完成實驗方案和實驗過程。第III項目為課程單一知識點的驗證性實驗。多層次土木工程力學(xué)實驗課程新體系。
�。ǘ┟嫦蛑R—能力一體化培養(yǎng)的力學(xué)實驗項目建設(shè)
通過實驗教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生工程能力的關(guān)鍵是實驗項目與工程能力培養(yǎng)相適應(yīng)，實驗內(nèi)容與土木工程行業(yè)指導(dǎo)規(guī)范相適應(yīng)。因此，改變只將"知識"作為教學(xué)大綱的傳統(tǒng)做法，制定和實施反映知識—能力一體化培養(yǎng)的實驗教學(xué)大綱。根據(jù)"卓越計劃"的要求，按通用標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)人才，強化培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力。在大綱中建立每個實驗所對應(yīng)的知識點和能力培養(yǎng)目標(biāo)之間的對應(yīng)關(guān)系。通過建立知識—能力—實驗內(nèi)容關(guān)系矩陣（如表1），按照土木工程行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，將各知識點的能力培養(yǎng)落實到實驗項目，突出土木工程行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范內(nèi)容的講解，避免知識點與工程應(yīng)用脫節(jié)，從而達到工程和創(chuàng)新人才的培養(yǎng)要求。
�。ㄈ┒嘣瘜嶒灲虒W(xué)方法與手段研究
（1）實驗教學(xué)以培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和應(yīng)用創(chuàng)新能力為主要目的。采用理論講授、現(xiàn)場示范與實際操作相結(jié)合，多媒體輔導(dǎo)和教師輔導(dǎo)相結(jié)合，課堂實驗與課外實踐、應(yīng)用創(chuàng)新相結(jié)合等多元化實踐教學(xué)方法與手段。在實驗教學(xué)過程中結(jié)合具體情況，以啟發(fā)式、自學(xué)式、討論式、研究式等教學(xué)方法為主，深入淺出，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)其創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力，進行問題式、案列式教學(xué)探索。通過對實驗教學(xué)方法、手段、實驗考核方法的創(chuàng)新改革，推進學(xué)生自主學(xué)習(xí)。多元化實驗教學(xué)方法與手段層次結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要體現(xiàn)在教學(xué)方法、教學(xué)形式、教學(xué)活動類型以及能力培養(yǎng)的不同層次。
�。�2）教學(xué)模式的兩個轉(zhuǎn)變。在實驗教學(xué)方法和模式上實現(xiàn)"兩個轉(zhuǎn)變"，即以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心，以知識傳授為主發(fā)展為以工程能力培養(yǎng)為主。對于綜合性實驗，只給出實驗?zāi)康暮鸵�。讓學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識，自主制定實驗方案，進行材料準(zhǔn)備、實驗操作、數(shù)據(jù)檢測與分析。在這個過程中培養(yǎng)學(xué)生獨立操作能力、獨立分析解決問題能力等。對于驗證性基礎(chǔ)實驗，增加基礎(chǔ)理論與對應(yīng)工程背景的聯(lián)系，以及該理論知識對土木工程建設(shè)的工程意義。
�。ㄋ模┙⒘W(xué)實驗與創(chuàng)新研究興趣小組
為組織第二課堂，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)興趣和能力，加強開放性實驗建設(shè)，將力學(xué)實驗建設(shè)與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新競賽相結(jié)合，組建了力學(xué)實驗與創(chuàng)新研究興趣小組。該力學(xué)實驗與創(chuàng)新研究興趣小組建設(shè)工作側(cè)重于創(chuàng)新型、研究型、開放性實驗的實施，引導(dǎo)學(xué)生進行自主學(xué)習(xí)，定期舉辦校級結(jié)構(gòu)模型制作及加載試驗比賽，激勵學(xué)生參加。
三、改革特色及成效
依托工程教育指導(dǎo)思想、卓越工程師計劃和土木工程行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，進行土木工程力學(xué)實驗課程群建設(shè)，主要特色體現(xiàn)在：（1）通過多層次力學(xué)實驗課程體系建設(shè)使單一性知識訓(xùn)練與工程綜合性知識相適應(yīng)；（2）通過構(gòu)建知識—能力—實驗內(nèi)容關(guān)系矩陣，實現(xiàn)實驗項目與工程能力培養(yǎng)相適應(yīng)，實驗內(nèi)容與土木工程行業(yè)指導(dǎo)規(guī)范相適應(yīng)；（3）通過多元化實驗教學(xué)方法研究與實踐、力學(xué)實驗第二課堂建設(shè)等，實現(xiàn)力學(xué)實驗教學(xué)的"兩個轉(zhuǎn)變"。最終構(gòu)建知識能力一體化培養(yǎng)的土木工程力學(xué)實驗特色課程，從而加強工程能力與創(chuàng)新能力培養(yǎng)。
通過改革實踐，本實驗教學(xué)研究的成果已經(jīng)在2012級、2013級中得以應(yīng)用。筆者作為該力學(xué)實驗課程的主講教師，帶領(lǐng)2012級學(xué)生代表學(xué)校第一次參加廣西區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽獲得二等獎、三等獎。指導(dǎo)2013級學(xué)生獲得國家和廣西大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目各1項。此外，通過創(chuàng)建創(chuàng)新研究興趣小組，學(xué)生參與實驗的積極性普遍提高，2015年參加校級結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽人數(shù)達72%，改革效果顯著。
參考文獻
[1]高等學(xué)校土木工程專業(yè)指導(dǎo)委員會。高等學(xué)校土木工程專業(yè)本科教育培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)方案及課程教學(xué)大綱[M]。北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002。
[2]龔克。解放思想，銳意改革，創(chuàng)造新時期高等工程教育的中國模式[J]。高等工程教育研究，2009（6）：7—14。
[3]蔣慧，黃小林，王榮，等�；�"卓越工程師教育培養(yǎng)計劃"的土木工程材料課程實踐教學(xué)研究[J]。高等建筑教育，2014，23（4）：152—153。
[4]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（2）：47—55。
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