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專業(yè)工程實踐教學土木工程論文
一、普通高校工科專業(yè)實踐教學環(huán)節(jié)
常規(guī)的工科實踐教學環(huán)節(jié)由實驗、實習和設計三大部分組成。其中實驗由易到難，有演示性、驗證性、操作性實驗、綜合性、設計性、創(chuàng)新性實驗；實習形式由簡單到復雜，有認識實習、操作實習、見習型實習；設計方式由專項到綜合，有課程設計、畢業(yè)設計。按本科與碩士研究生實踐教學需要來設置，專業(yè)工程實踐教學分為校內(nèi)和校外實踐教學環(huán)節(jié)。校內(nèi)有與各專業(yè)工程課程相對應的實驗、實操（工程制圖、測量、各學習階段的課程設計）、畢業(yè)設計、學位論文。以畢業(yè)設計為例，其常見類型就有工程項目設計、工程施工（加工）技術(shù)和管理、專題研究、工程應用軟件開發(fā)等4種。由于畢業(yè)設計屬于本科生學習期間較高級的實踐教學，所以這4種類型的畢業(yè)設計可以根據(jù)培養(yǎng)目標、方式與教學條件的許可，不論在校內(nèi)、校外進行都可以作為學習者完成畢業(yè)設計（論文）實踐學習方式。校外實踐教學環(huán)節(jié)就實踐而言，可以依托校外協(xié)同創(chuàng)新單位的土木工程技術(shù)開發(fā)研究中心或具有新技術(shù)、新工藝、新材料背景的工程項目進行綜合性、設計性、創(chuàng)新性實驗；實習教學環(huán)節(jié)主要是結(jié)合專業(yè)工程的場地（所）性、先進性、特殊性和豐富多樣性要求，進行校外各類工程的參觀認識實習、專業(yè)課程實習，施工（加工）技術(shù)與管理生產(chǎn)實習，畢業(yè)實習等。
二、土木工程實踐教學資源協(xié)同開發(fā)的原則與方法
現(xiàn)在的信息技術(shù)手段、網(wǎng)絡服務及移動終端設備已經(jīng)完全具備對龐大的數(shù)據(jù)進行整合和處理應用的能力，故借助于云計算技術(shù)來收集、整合、處理、挖掘超量、繁復的工程實踐教學資源，不但能有效解決工程專業(yè)實踐教學中的眾多困擾，而且能為工程人才個性化培養(yǎng)及創(chuàng)建終身教育奠定堅實基礎。
1.開發(fā)原則
各種專業(yè)工程實踐教學資源的內(nèi)容豐富、博大，所以在協(xié)同開發(fā)和挖掘相關(guān)資源時，應堅持“有所為，有所不為”的原則。應分專業(yè)類別廣泛收集各種實踐教學資源，并在收集和整合資源過程中，要注意以資源的全體和完整為主，不要片段、抽樣；要注重資源獲取的效率，不要以工程項目內(nèi)容的絕對精確作取舍；要考量工程項目資源內(nèi)容相關(guān)性，不必在因果邏輯上做深究[3]。要按照培養(yǎng)目標，從學習者實踐知識建構(gòu)需要來識別資源的意義，在豐富、靈活、多樣、寬泛的基礎上，進行資源采集、處理和加工，讓運用者按需配置其專業(yè)工程實踐教學資源，能方便、高效地實現(xiàn)其教學價值。依據(jù)專業(yè)工程學科創(chuàng)新知識與能力培養(yǎng)所設定的目標，以協(xié)同創(chuàng)新的核心單位為主體，科學創(chuàng)設基于學生專業(yè)工程實踐學習需要的活動情境。即將有關(guān)資源分層次構(gòu)造出各學習階段專業(yè)工程實踐的問題情境，以引導學生循序漸進式地經(jīng)歷實踐的過程，使學生能自覺調(diào)動多種感官，如視覺、聽覺、觸覺以及語言表達等，尋找多種操作、動手、研討途徑，積累起豐富的土木工程實踐感性認識和動手操作經(jīng)驗，激發(fā)學生對工程項目的類型、設計與施工條件、理論與技術(shù)方法、施工技術(shù)與組織管理、工程量、產(chǎn)品形態(tài)、建（制）造和場地環(huán)境、時空邊界條件等現(xiàn)象與相互關(guān)系產(chǎn)生濃厚的興趣和探究的欲望。
2.主要途徑
由于培養(yǎng)人才的責任主體是大學，校方的圖書與電子資源豐富，多建有信息網(wǎng)絡技術(shù)中心，軟硬件設施和技術(shù)人才相對充足，且信息技術(shù)在所涉土木工程專業(yè)教學需求與科研應用量巨大。建立學校與協(xié)同核心單位間工程實踐教育資源共享平臺是協(xié)同創(chuàng)新發(fā)展的一種必然趨勢，因此，校方應成為實踐教學資源共享建設的投資主體與推行者。協(xié)同開發(fā)與共享專業(yè)工程實踐教學資源的主要途徑，可從以下四方面進行：（1）建立一套運行機制。專業(yè)工程實踐教學資源建設是一項有序的、動態(tài)的、可持續(xù)發(fā)展的系統(tǒng)工程，必須建立良好的運行機制，以促進建設過程中各個環(huán)節(jié)的正規(guī)有序，實現(xiàn)統(tǒng)合，搞好頂層設計。（2）規(guī)范一套建設標準。用科學的標準來促進專業(yè)工程實踐教學資源系統(tǒng)的建構(gòu)[4,5]。應建立面向協(xié)同中心所涉各類工程專業(yè)的不同實踐教學主題、覆蓋其各個層次、不斷動態(tài)更新的工程實踐教學資源建設標準，為實現(xiàn)各級各類資源系統(tǒng)的網(wǎng)絡互連、信息互通、資源共享奠定基礎。（3）搭建一個基于云服務的共享平臺。各類工程實踐教學資源只有不斷被其工程專業(yè)教學所應用、學習者所掌握，使其流動、開放和充分共享，才可持續(xù)。在各專用工程實踐教學資源庫和實踐教學課件建設的基礎上，通過云服務端資源集成，實現(xiàn)各門專業(yè)的各級各類實踐教學活動資源交換和資源共享。（4）培養(yǎng)和建立一支“雙師”實踐教學專業(yè)隊伍。專業(yè)工程實踐教學資源庫及課件開發(fā)、建設的每個環(huán)節(jié)都需要依靠高素質(zhì)專業(yè)人員完成，因此，必須根據(jù)協(xié)同機制，整合學校與協(xié)同核心單位的人才資源，培養(yǎng)和造就一支懂教學、懂工程技術(shù)、懂教育教學管理的資源庫建設專業(yè)隊伍。
3.技術(shù)方法
構(gòu)建一個基于云計算的數(shù)字化實踐教學資源處理平臺。實踐教學資源經(jīng)數(shù)據(jù)處理，區(qū)分成關(guān)系化、結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，其中關(guān)系化數(shù)據(jù)是指二維關(guān)系約束的數(shù)據(jù)表，結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)包括了數(shù)字、符號等數(shù)據(jù)，非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)包括了文本、圖像、聲音、視頻等數(shù)據(jù)，從而進行有效存儲、組織來自校內(nèi)外協(xié)同創(chuàng)新單位的教學資源。利用處理平臺能夠?qū)装偕踔潦菐浊�分布式數(shù)據(jù)庫，或者分布式存儲集群中的內(nèi)容進行分析。該處理平臺還能根據(jù)具體教學環(huán)節(jié)、層次需求建立相應服務，解決傳統(tǒng)的學習平臺資源無序、缺乏統(tǒng)一管理調(diào)配的問題。教師可以通過云服務平臺在技術(shù)項目上實現(xiàn)跨學校、跨地域合作，分享工程實踐與研究成果，為教學、學術(shù)研究提供便利；學生可以突破時空限制，使用現(xiàn)代化通訊工具隨時隨地全方位獲取優(yōu)質(zhì)的實踐教學資源。數(shù)據(jù)化工程實踐教學資源的開發(fā)流程與實現(xiàn)方式，可以概括為四步：分別是采集、導入和預處理、統(tǒng)計和分析，最后是資源實踐教學價值的發(fā)現(xiàn)與挖掘[6]。（1）以協(xié)同機制作保障，通過數(shù)據(jù)遷移、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、共享等有效手段[4]對數(shù)字化實踐教學資源進行收集、采集，把協(xié)同創(chuàng)新主體單位既有實踐教學資源重新整合起來，并加載到數(shù)據(jù)倉庫或數(shù)據(jù)集市中——存儲在遠程云服務端，成為聯(lián)機分析處理、數(shù)據(jù)挖掘的基礎。這樣才可以徹底消除學校或土建行業(yè)信息化建設中各相關(guān)單位存在的信息孤島以及信息碎片化現(xiàn)象，提高實踐教學資源的可使用率。還可通過MapReduce編程模型對實踐教學資源進行管理，以提高對海量教學資源分析的速度和效率[7]。（2）在完成資源收集之后，如果要對這些海量數(shù)據(jù)進行有效分析，還需將這些來自前端的數(shù)據(jù)導入到一個集中的大型分布式數(shù)據(jù)庫，或者分布式存儲集群，通過并行計算框架[7]，優(yōu)化并行分析算法，如Mahout、R語言等，對這些分散乃至碎片數(shù)據(jù)進行過濾，在導入基礎上作一些簡單的清洗和預處理工作，以排除混雜、錯亂的工程信息，重復的資源數(shù)據(jù)，提高資源的質(zhì)量。（3）從分布式數(shù)據(jù)庫，或者分布式計算集群的海量實踐教學資源中，提煉出連續(xù)的、低信息粒度的實踐教學素材，并擇優(yōu)質(zhì)實踐教學素材交于上層實踐教學統(tǒng)計、分析系統(tǒng)，進行普通的專業(yè)工程實踐需求分析和分類匯總等。（4）對實踐教學資源分析之后的資源內(nèi)容進行實踐教學模擬和價值挖掘，是指利用數(shù)據(jù)挖掘算法，包括分類算法、回歸算法、聚合算法和降維算法等，對存儲在云服務端（分布式數(shù)據(jù)庫或者分布式計算集群）大量的、不完全的、模糊的數(shù)字化工程教學資源挖掘，以挖掘出隱藏在資源背后有價值的信息，為教師作出實踐教學組織安排奠定基礎。應用數(shù)據(jù)分析、挖掘等技術(shù)對存儲在云服務端的各種分散的關(guān)系化、結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化實踐教學資源進行分析和挖掘，掌握學習者查詢其專業(yè)工程實踐資源的行為、知識點內(nèi)容、知識應用能力等，以預測學習者對實踐知識與資源服務的需求，使教師能根據(jù)預測進行決策，更好地引導學習者學習；同時，也可應用數(shù)據(jù)分析技術(shù)對開設的課程進行效果評估，盡早地捕捉學生的學習不適應癥狀，進行學習預警和干預[8]，以便及時調(diào)整培養(yǎng)方案，為學習者推薦學習軌跡,開展自適應學習，自我導向?qū)W習[9,10]。例如：自適應學習既不是簡單的符號或文字，也不是言語或文字陳述的概念或原理，而是教師列展的一些具體的實例或問題。學習者的任務是通過考察實例、分析和解決問題來發(fā)現(xiàn)有關(guān)的知識，并積累解決問題的技能[11]。教師是用最適合的學習方法，讓學習者主動參與到學習過程中，接受各種各樣的挑戰(zhàn)。整個學習過程因為有學習效果的追蹤，記錄了學習者在每個任務上花費的時間，實時反饋給教師，如果學生遇到不能解決的問題時，教師會立即知道，并對其進行針對性的輔導。應用數(shù)據(jù)分析技術(shù)也可對協(xié)同科研創(chuàng)新合作過程及交互型工程技術(shù)服務過程進行分析和預測，從而應對過程中的資金、政策、機制、技術(shù)、成果、共享等環(huán)節(jié)潛在的矛盾與風險。
三、專業(yè)工程實踐教學資源共享應用
專業(yè)工程實踐教學資源和信息化技術(shù)是共享方案設計中不可或缺的兩大方面。構(gòu)筑較快見效的共享建設方案可以“三層法”：基礎設施層、平臺服務層和共享應用服務層[12]。實踐教學資源共享應用是將云計算作為其技術(shù)支持，通過對實踐教學資源挖掘與實踐學習分析則會帶來工程實踐教學理念、方式和技術(shù)方面的巨大變革和創(chuàng)新。
1.教學資源的流動需求與信息技術(shù)相結(jié)合
工程實踐教學資源應用的關(guān)鍵也是其必要條件，就在于“信息技術(shù)”與“專業(yè)工程實踐教學”的融合。豐富多樣的專業(yè)工程實踐教學資源通過信息技術(shù)應用到大學教育中，對學習者未來事業(yè)會有更加直接的幫助；快捷的反饋信息是衡量實踐教學資源開發(fā)、應用過程對實踐教學各個方面和層次產(chǎn)生影響、效果的依據(jù)。將開發(fā)的數(shù)字課程應用到教學上。比如：創(chuàng)建自適應各專業(yè)的工程實踐學習課程，利用人工智能為每個學生創(chuàng)建自適應的學習體驗。還可創(chuàng)建各專業(yè)工程實踐定制化學習或終身學習課程，將工程實踐教學從同一模式的“批量化生產(chǎn)”變?yōu)椤翱茖W管理下的定制化學習過程，幫助學生培養(yǎng)更好的學習技能”，“讓學生了解如何利用時間、應對挑戰(zhàn)、成為終身學習的人”[9]。
2.當代網(wǎng)絡交流條件引發(fā)實踐教學組織方式變革
隨著具有語義網(wǎng)特征的數(shù)據(jù)基礎設施和數(shù)據(jù)資源發(fā)展起來，實踐教學組織的變革就越來越顯得不可避免。豐富多樣的工程實踐教學將召喚網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)產(chǎn)生無組織的教學組織力量。最先反映這種教學結(jié)構(gòu)特點的，是各種各樣去中心化的WEB2.0應用，如RSS、維基、微信、博客、云儲存與計算等。各種專業(yè)的工程實踐教學資源中只有少量是結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，如項目可研報告、立項審批、設計文件、計算書仍至工程圖紙、項目報建（批）、質(zhì)量與安全監(jiān)督、施工（生產(chǎn)）許可、施工組織設計（生產(chǎn)計劃）、竣工（產(chǎn)品）驗收等，其余大量的由半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)組成，如施工（生產(chǎn)）過程中具體的施工（生產(chǎn)）作業(yè)方式、方法，技術(shù)會議等以郵件、視頻、微博等的形式表現(xiàn)。海量的專業(yè)工程實踐教學資源之所以成為實踐教學的變革力量，在于它通過追隨實踐意義而獲得工程智慧。
3.以云計算為基礎的數(shù)據(jù)應用技術(shù)集成，可實現(xiàn)協(xié)同創(chuàng)新主體單位間專業(yè)工程教育資源共享
一體化、服務一體化、管理一體化，打破了以前信息化建設中的“信息孤島”現(xiàn)象，它可以成為各種分散實踐教育資源集中應用的平臺，使工程協(xié)同創(chuàng)新合作單位的教育資源得以充分應用�；趹媒y(tǒng)計學、機器學習和數(shù)據(jù)挖掘的技術(shù)和開發(fā)方法，對實踐教學和學習過程中的數(shù)據(jù)收集和跟蹤進行分析，檢驗學習理論并引導實踐教學，讓教師與學生有了真正的互動。它與各種終端設備的無縫連接，還為移動學習提供了有力的技術(shù)支撐。應用信息科學、社會學、心理學、統(tǒng)計學、機器學習和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，來分析從教育管理和服務過程中收集的實踐效果，就能全面客觀進行教學管理人員和學校實踐教學的服務與質(zhì)量評估。這些實踐資源應用效果的反饋，也可以幫助各工程專業(yè)院、系領導和教師有效地提高實踐教學水平，跟蹤教學狀態(tài)的變化趨勢。結(jié)語利用協(xié)作機制，建立基于云端服務的共享平臺，開發(fā)、開放和應用協(xié)同創(chuàng)新核心單位的工程實踐資源是解決現(xiàn)代工程實踐教學困境的重要途徑。教學資源數(shù)據(jù)的良好分析會提高教學資源的實際利用成效，通過對實踐教學資源的挖掘分析，得出真正有價值的教學資源。這些反饋的信息，不僅可以用在實踐教學，還可用于評估、指導科研、學校管理等多個方面。需要指出的是，專業(yè)工程實踐教學的成效有賴多方面努力。就工程專業(yè)理論教學方面而言，也應強化工程分析能力的培養(yǎng)，如從工程問題入手，通過形象教學、案例法教學來培養(yǎng)學習者分析、解決工程問題的思維能力，并應注意內(nèi)容與實踐教學相呼應。這樣有了大量豐富的實踐教學資源，學習者就可以通過多種的實踐學習方式取得預期的學習效果。
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