基于自主式微小實驗平臺建設(shè)的工科大學(xué)生實踐能力培養(yǎng)

張成平+蔣龍+張鴻儒

摘要：針對當(dāng)前中國高校工科大學(xué)生實踐能力培養(yǎng)環(huán)節(jié)中所面臨的困境和難題，以學(xué)生專業(yè)興趣為導(dǎo)向，對現(xiàn)階段大學(xué)生實踐能力培養(yǎng)模式進行了探索與實踐，構(gòu)建了基于自主式微小實驗平臺建設(shè)的工科大學(xué)生實踐能力培養(yǎng)新模式。該模式以大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目和本科生畢業(yè)設(shè)計為依托，通過學(xué)生自行研發(fā)微小實驗裝置、自主開展實驗研究，突出學(xué)生在實踐教學(xué)中的自主性，著力培養(yǎng)工科大學(xué)生提出問題、分析問題和解決問題的能力。實踐表明：基于自主式微小實驗平臺的大學(xué)生實踐能力培養(yǎng)新模式，能切實以培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力為核心，展現(xiàn)工科專業(yè)人才培養(yǎng)的特色，提升工科專業(yè)畢業(yè)生的企業(yè)滿意度。

關(guān)鍵詞：大學(xué)生；自主式；微小實驗平臺；實踐能力培養(yǎng)

中圖分類號：文獻標(biāo)志碼：A文章編號：10052909（2015）060128052006年，胡錦濤總書記提出了用15年時間將中國建設(shè)成為創(chuàng)新型國家的宏偉目標(biāo)。創(chuàng)新型人才培養(yǎng)是建設(shè)創(chuàng)新型國家的前提[1]，因此，加強創(chuàng)新型人才培養(yǎng)是國家戰(zhàn)略發(fā)展的必然要求。土木工程是推動國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不斷向前發(fā)展的關(guān)鍵學(xué)科，培養(yǎng)一批極具創(chuàng)新能力的土木工程專業(yè)人才不僅直接推動現(xiàn)代化建設(shè)，而且對提升整個國家創(chuàng)新能力具有重要作用。實踐性強是土木工程學(xué)科的突出特點，不僅要求學(xué)生具備扎實的基礎(chǔ)理論和寬廣的專業(yè)知識，更要具有解決實際工程問題的能力[2]。實踐教學(xué)環(huán)節(jié)在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和解決工程問題能力方面具有課堂教學(xué)所不可替代的作用。依托實驗平臺開展實踐教學(xué)，是為增強學(xué)生感性認識、鞏固和拓展知識與技能、提高分析和解決問題能力、強化專業(yè)訓(xùn)練和鍛煉學(xué)生實踐能力而設(shè)置的教學(xué)環(huán)節(jié)，對于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神、實踐能力和綜合素質(zhì)具有重要作用。通過實踐，使得學(xué)生能夠很快適應(yīng)工作崗位，具備較強的適應(yīng)性與創(chuàng)新精神[3]。

雖然實踐教育對于提高土木工程專業(yè)人才的培養(yǎng)質(zhì)量非常重要，但由于各種原因，作為實踐教育重要載體的實驗平臺建設(shè)和運行現(xiàn)狀難以滿足高校人才培養(yǎng)要求，尤其是在自主式的微小實驗平臺的研發(fā)與應(yīng)用方面。究其原因，主要是由于高校擴招后，實驗平臺相對缺乏，既有的試驗設(shè)備操作復(fù)雜，且完成實驗需要投入大量的人力、財力和物力。久而久之，基于實驗的日常實踐教學(xué)環(huán)節(jié)被逐步淡化，常常被指導(dǎo)教師的演示實驗所代之，實踐教學(xué)質(zhì)量也大大降低。此外，現(xiàn)階段高校實驗教學(xué)緊扣課本內(nèi)容，內(nèi)容及形式非常固定且多年未變，學(xué)生照章進行實驗，缺乏吸引力，無法滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

正是由于上述弊端的存在，現(xiàn)階段中國高校土木工程專業(yè)實驗教學(xué)效果不甚理想，與以興趣為導(dǎo)向、全員參與的培養(yǎng)目標(biāo)相差甚遠，更談不上對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。微小實驗平臺由學(xué)生搭建而成，主要為解決學(xué)生自身在專業(yè)學(xué)習(xí)過程中所遇到的問題，其操作相對簡便，實驗周期較短，能有效激發(fā)學(xué)生參與熱情。實驗過程由學(xué)生全程深入?yún)⑴c，可培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，進而提升學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力。

一、平臺建設(shè)

（一）平臺建設(shè)思路

鑒于上述中國現(xiàn)階段土木工程專業(yè)實驗教學(xué)中存在的種種弊端及原因，探索一種學(xué)生樂于參與、自主性強、一次性投入較少、操作簡單的實驗教學(xué)模式是解決當(dāng)前實驗教學(xué)問題的有效途徑?；谧灾魇轿⑿嶒炂脚_研制與應(yīng)用的土木工程專業(yè)大學(xué)生實踐能力培養(yǎng)模式，以充分調(diào)研學(xué)生專業(yè)興趣需求、最大限度提高學(xué)生自主性為特點，不僅在一定程度上能有效緩解當(dāng)前高校實驗平臺資源缺乏的問題，而且能充分發(fā)揮學(xué)生自主性，提高實踐教學(xué)的深度和廣度。通過這種實驗教學(xué)模式，既豐富了高校實驗教學(xué)的形式和內(nèi)容，又提升了實驗教學(xué)活力，擴大了實踐教學(xué)覆蓋面，達到了切實培養(yǎng)學(xué)生實踐能力的目的。

高等建筑教育2015年第24卷第6期

張成平，等基于自主式微小實驗平臺建設(shè)的工科大學(xué)生實踐能力培養(yǎng)

（二）平臺構(gòu)成與特點

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，多數(shù)剛步入工作崗位的土木工程專業(yè)畢業(yè)生在專業(yè)知識積累以及工程實踐能力方面較為欠缺，很難滿足企業(yè)需要的“來之能戰(zhàn)”的要求。導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因歸根結(jié)底在于學(xué)生在校期間實踐鍛煉不夠。為解決上述問題，以學(xué)生為本，為充分發(fā)揮學(xué)生的自主性，以解決學(xué)生專業(yè)實踐訓(xùn)練不足為突破口，打破以往以教師為主導(dǎo)的實驗教學(xué)模式，探究基于自主式微小實驗平臺建設(shè)的土木工程專業(yè)大學(xué)生實踐能力培養(yǎng)模式，從根本上調(diào)動學(xué)生參與實驗教學(xué)的積極性，著力培養(yǎng)實踐動手能力強、賦有創(chuàng)新能力的土木工程專業(yè)人才。基于自主式微小實驗平臺建設(shè)的工科大學(xué)生實踐能力培養(yǎng)模式如圖1所示。

圖1基于自主式微小實驗平臺建設(shè)的工科大學(xué)生實踐能力培養(yǎng)模式該培養(yǎng)模式由學(xué)生自主研制的實驗平臺和與之配套的教學(xué)大綱兩大部分組成，其主要特點如下。

一是，最大限度發(fā)揮了學(xué)生的自主性。根據(jù)學(xué)生專業(yè)興趣，從實驗平臺設(shè)計、加工到組裝，以及后續(xù)教學(xué)大綱的編寫與完善都以學(xué)生為主要力量來完成，堅持學(xué)生為主、指導(dǎo)教師為輔的教學(xué)理念，實現(xiàn)實驗全程學(xué)生自主化。建立相應(yīng)激勵制度，對參與實驗項目并取得優(yōu)異成績的學(xué)生，在免試推薦攻讀研究生時給予政策傾斜，以此激發(fā)學(xué)生參與的主動性。

二是，實現(xiàn)實驗教學(xué)科研化。以往屆學(xué)生已經(jīng)制作完成的實驗平臺或自行設(shè)計實驗平臺為載體，依托國家大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目、本科生畢業(yè)設(shè)計等實驗項目立項，再以課題研究形式完成實驗教學(xué)內(nèi)容，以實現(xiàn)教研結(jié)合，提高實驗教學(xué)質(zhì)量。

三是，提升實驗教學(xué)規(guī)范化水平。成立學(xué)生自主式創(chuàng)新與實踐能力培養(yǎng)實驗室，對學(xué)生研制的優(yōu)秀實驗平臺進行統(tǒng)一命名，制定配套教學(xué)大綱，編制實驗操作規(guī)范，并納入學(xué)校相關(guān)專業(yè)拓展實驗教學(xué)計劃，豐富實驗教學(xué)內(nèi)容，提高實驗教學(xué)系統(tǒng)化、規(guī)范化水平。

自2012年以來，學(xué)校加強對實驗教學(xué)改革力度，通過近3年的積累，每年通過大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目等形式參與實驗教學(xué)的學(xué)生已突破200人次，并形成了土木工程與環(huán)境工程相組合的跨專業(yè)、跨學(xué)科學(xué)生實驗團隊，既拓展了實驗教學(xué)的深度和廣度，又讓學(xué)院的實驗教學(xué)氛圍空前濃厚，在很大程度上，切實提高了土木工程專業(yè)學(xué)生實驗教學(xué)質(zhì)量，使學(xué)生具備了較強的實踐能力，解決了學(xué)生入職上手不快、適應(yīng)性不強等問題，企業(yè)滿意度顯著增強。

二、平臺應(yīng)用及效果分析

（一） 實例背景

北京交通大學(xué)土木工程學(xué)科是北京市重點學(xué)科，師資力量雄厚，承擔(dān)了大量國家級和省部級項目，取得了豐碩的研究成果，該學(xué)科還配有多個實驗室，其中包括1個國家級試驗中心和3個省部級科研平臺等，但隨著招生規(guī)模不斷擴大，實驗室資源變得十分緊張。2007年，教育部啟動“國家大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目”，為學(xué)校實驗教學(xué)帶來了新的發(fā)展契機。學(xué)校特別重視大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目的開展工作，僅2014年共立項643項，其中土木工程專業(yè)立項共54項，參與人數(shù)達162人[4]。因此，大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目已成為學(xué)校學(xué)生實踐教學(xué)的重要組成部分，將基于自主式微小實驗平臺建設(shè)的大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式與大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目相結(jié)合，可以增加實驗研究的深度與廣度，對于提高實驗教學(xué)質(zhì)量有著顯著的積極意義。

北京是典型的砂卵石地層地區(qū)，國內(nèi)外在這類型地層中采用泥水盾構(gòu)施工的案例非常少，工程中常面臨突如其來的技術(shù)難題，因此，案例選取以學(xué)生自主設(shè)計并完成的題為“砂卵石地層泥水盾構(gòu)開挖面孔隙水壓力變化規(guī)律試驗研究”的實驗為研究對象，對基于自主式微小實驗平臺建設(shè)的工科大學(xué)生實踐能力培養(yǎng)模式進行了實例分析。

（二）平臺應(yīng)用過程

基于自主式微小實驗平臺的大學(xué)生實踐能力培養(yǎng)理念，學(xué)生結(jié)合自身對擬研究問題的認識，依托學(xué)校土木工程學(xué)科的師資力量等資源實施項目。

1.實驗項目立項

每年春季伊始，以大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目實施為契機，學(xué)校教學(xué)管理部門發(fā)布實驗教學(xué)相關(guān)通知，學(xué)生根據(jù)實習(xí)、實踐經(jīng)驗，結(jié)合專業(yè)知識儲備和興趣愛好組成實驗小組，3～5人一組，自行聯(lián)系并確定指導(dǎo)教師，就感興趣的專業(yè)問題進行立項，并填寫項目申報書。其中，項目申報書包括完整的預(yù)研究報告和較為成熟的實驗方案，要詳細對擬研究問題的認識及已開展的研究情況進行闡述。立項實驗項目可自行研制實驗裝置，也可利用既有的微小實驗平臺開展研究，立項過程遵循“橫向拓寬、縱向貫通”的原則[5]，鼓勵組建跨年級、跨專業(yè)、跨學(xué)科的學(xué)生實驗團隊。最后，學(xué)院舉辦立項答辯會，對申報項目的創(chuàng)新性、可行性等進行評定，明確試驗項目預(yù)期成果內(nèi)容與形式，選出不超過總申報項目數(shù)60%的項目進行立項。嚴(yán)格的準(zhǔn)入條件為提升研究成果質(zhì)量打下了堅實基礎(chǔ)。

砂卵石地層泥水盾構(gòu)開挖面孔隙水壓力變化規(guī)律試驗研究實驗項目來源于學(xué)生專業(yè)實習(xí)過程中遇到的工程難題，因此，學(xué)生對問題的預(yù)研究充分，計劃通過自行設(shè)計并制作模擬實驗裝置對泥水盾構(gòu)開挖面上孔隙水壓力的變化規(guī)律進行研究，以提高泥水盾構(gòu)掘進過程開挖面的穩(wěn)定性。

2.實驗平臺研制與項目實施

案例實驗項目采用自制試驗平臺開展。根據(jù)泥水盾構(gòu)穩(wěn)定開挖面的原理，在教師的指導(dǎo)下，實驗小組成員完成實驗所用裝置的設(shè)計工作，并聯(lián)系廠家進行裝置的制作與組裝，如圖2所示。在此過程中，充分鍛煉學(xué)生的動手能力。

創(chuàng)新能力的養(yǎng)成并非一蹴而就，而是需要在過程中逐步培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題以及解決問題的能力[6]，因此，創(chuàng)新意識的過程培養(yǎng)是創(chuàng)新能力培養(yǎng)的最重要環(huán)節(jié)。在實驗教學(xué)過程中，指導(dǎo)教師僅做輔助性指導(dǎo)，盡力解除學(xué)生的各種束縛，讓學(xué)生自我挖掘創(chuàng)新潛力，實現(xiàn)自己的想法。綜上可以看出，與普通實驗教學(xué)不同之處在于，該模式下的實驗教學(xué)以最終成果為導(dǎo)向，學(xué)生可以通過不同形式展現(xiàn)自己，最終完成實驗各項任務(wù)。此外，在此過程中，還要嚴(yán)格制定導(dǎo)師指導(dǎo)手冊與學(xué)生工作日志，從制度上提高實驗教學(xué)規(guī)范化水平。

該實驗項目研制了一套能模擬泥水盾構(gòu)開挖面泥漿滲透的實驗裝置，且能同步監(jiān)測模擬開挖面上孔隙水壓力的變化情況，此環(huán)節(jié)占整個實驗周期的1/3。隨后，進入實驗研究階段，根據(jù)預(yù)先設(shè)計的實驗方案，完成實驗任務(wù)，實時撰寫實驗工作日志，通過小組會的形式向指導(dǎo)教師匯報項目研究進展，最終完成20組實驗數(shù)據(jù)采集工作，本階段占整個實驗周期的1/3。最后是實驗成果總結(jié)提煉階段，按照實驗項目立項時的研究目標(biāo)，實驗小組在指導(dǎo)教師的協(xié)助下，認真總結(jié)實驗成果，撰寫學(xué)術(shù)論文和研究報告，完成實驗裝置的改進與實驗操作規(guī)范編制，為實驗項目結(jié)題做好準(zhǔn)備。

3.實驗項目結(jié)題與成果展示

為突出學(xué)生在項目實施過程中的主體地位，該模式下實驗項目深入貫徹以學(xué)生為主、教師為輔的教學(xué)理念，嚴(yán)格執(zhí)行“嚴(yán)進、嚴(yán)出”的教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。“嚴(yán)進”，即提高實驗項目立項準(zhǔn)入條件，重視擬開展項目預(yù)研究，確保所立項的項目具有創(chuàng)新性、可行性?！皣?yán)出”，即實驗過程學(xué)生完全自主，嚴(yán)把項目結(jié)題成果質(zhì)量關(guān)。對于不滿足結(jié)題要求的項目，給予延期處理，并取消評優(yōu)資格。延期結(jié)束仍無法滿足結(jié)題要求的，將取消項目立項，追回資助金額，并暫停指導(dǎo)教師參與指導(dǎo)實驗教學(xué)資格2年。對于按期結(jié)題的項目，學(xué)校組織專家評審會，評選優(yōu)秀項目成果，通過舉辦“五四”青年學(xué)生科技創(chuàng)新主題展等形式，廣泛宣傳實驗成果，以期在相互學(xué)習(xí)借鑒中不斷完善實驗項目各環(huán)節(jié)，進一步提高實驗項目（包含實驗裝置、實驗操作規(guī)范、教學(xué)大綱、實驗研究報告范例等）的科學(xué)性，以供后續(xù)實驗教學(xué)所采用。

該案例實驗項目研究成果由1份研究報告、1篇EI檢索學(xué)術(shù)論文、1套帶操作指南的實驗裝置組成，結(jié)題答辯成績?yōu)閮?yōu)秀，最終結(jié)題等級為國家級。項目研制的微小實驗裝置將成為相關(guān)專業(yè)實驗平臺的組成部分，為后續(xù)實驗教學(xué)服務(wù)。

4.優(yōu)秀成果激勵措施

以學(xué)年度為時間周期，依據(jù)項目結(jié)題答辯成績?yōu)樵u判標(biāo)準(zhǔn)，將所有項目按照國家級、市級、校級三個等級進行劃分，對不同等級的項目給予不同力度的資金支持。同時，對指導(dǎo)創(chuàng)新性實驗的青年教師在職稱評定、職務(wù)晉升方面給予一定的政策傾斜。針對參加實驗項目的學(xué)生，根據(jù)結(jié)題成績，對取得優(yōu)秀成果的學(xué)生頒發(fā)創(chuàng)新能力認證證書，在保送攻讀研究生學(xué)位時，給予相應(yīng)政策傾斜，如在同等條件下，優(yōu)先獲得免試資格等，以此增強實驗項目的吸引力。

（三）平臺應(yīng)用效果分析

依托創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目開展土木工程專業(yè)大學(xué)生實驗教學(xué)，在一定程度上能進一步形成育人的合力，是實現(xiàn)高校創(chuàng)新型人才培養(yǎng)體系化、科學(xué)化的具體體現(xiàn)。

1.以學(xué)生為本，實現(xiàn)人才培養(yǎng)模式多樣化

在此模式中，學(xué)生既是教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計者，又是接受者，突破了 “一教一學(xué)”傳統(tǒng)教學(xué)模式對人才培養(yǎng)的束縛，充分發(fā)揮了學(xué)生自我教育、自我培養(yǎng)的功能，拓展了高校人才培養(yǎng)模式，讓學(xué)生的實踐能力培養(yǎng)更為科學(xué)、形式更加多樣。

2.深度參與，培養(yǎng)學(xué)生獨立的創(chuàng)新能力

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)是學(xué)生按照統(tǒng)一的實驗方案依樣畫瓢地進行實驗，有的實驗因器材匱乏、操作難度大等原因，學(xué)生只能看演示，對實驗?zāi)康摹⒃囼炘淼炔荒苌钊胝J識，更談不上培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力?；谧灾魇轿⑿嶒炂脚_開展實驗，學(xué)生需要從實驗裝置設(shè)計、制作入手，在深入了解實驗設(shè)備工作原理的基礎(chǔ)上，獨立進行實驗方案設(shè)計與完善，并親自開展實驗。學(xué)生以主人翁身份全程深度參與，并獨立完成各項研究工作，從而有效培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，進而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

3.以提升專業(yè)技能為中心，全面提升學(xué)生的綜合素質(zhì)

從該培養(yǎng)模式應(yīng)用過程可以看出，學(xué)生實驗教學(xué)全過程均以團隊的形式合作完成，極大地提升了學(xué)生的團隊合作能力。在實驗階段，需要定期整理研究成果，并作匯報。在此階段學(xué)生撰寫研究報告的能力和文字表達能力得到了綜合鍛煉和提高，較好地實現(xiàn)了“一專多能”的人才培養(yǎng)需求。

三、結(jié)語

培養(yǎng)專業(yè)素質(zhì)過硬，具有較強創(chuàng)新能力的“一專多能”人才，是中國建設(shè)創(chuàng)新型國家的必然要求。文章以解決當(dāng)前高校土木工程專業(yè)實驗教學(xué)中存在的突出問題為切入點，研究了基于學(xué)生自主式微小實驗平臺建設(shè)的大學(xué)生實踐能力培養(yǎng)模式，一改傳統(tǒng)實驗教學(xué)方法，將“教師搭臺，學(xué)生唱戲”的傳統(tǒng)教學(xué)方式改為“學(xué)生搭臺、學(xué)生唱戲”的全新模式，突出學(xué)生的主體地位，在充分發(fā)揮學(xué)生自主性的同時，該模式有效地解決了高校實驗平臺資源不足、操作復(fù)雜、一次性投入過高、實驗周期長等方面的問題。通過認真執(zhí)行以學(xué)生興趣為導(dǎo)向、教學(xué)內(nèi)容學(xué)生自定、覆蓋全體學(xué)生等基本教學(xué)要求，改變了高校實驗教學(xué)多停留在觀摩層面，培養(yǎng)學(xué)生動手能力不足的尷尬局面。文章最后以北京交通大學(xué)土木工程專業(yè)依托國家大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目開展的實驗教學(xué)為例，分析了基于自主式微小實驗平臺建設(shè)的大學(xué)生實踐能力培養(yǎng)模式的實際運行情況及效果。由實例分析可見，通過構(gòu)建基于自主式微小實驗平臺建設(shè)的工科大學(xué)生實踐能力培養(yǎng)模式，對整合高校實驗平臺資源，提高工科大學(xué)生實踐能力，進一步激發(fā)工科大學(xué)生的創(chuàng)新原動力，提升高校創(chuàng)新型人才培養(yǎng)水平具有重要意義。

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Practical ability training of engineering students based on the

construction of autonomous micro experimental platform

ZHANG Chengping， JIANG Long， ZHANG Hongru

（School of Civil Engineering， Beijing Jiaotong University， Beijing 100044， P. R. China）

Abstract： According to difficulties and problems of practical ability training of engineering students in colleges and universities in China， we carried out the exploration and practice on the college students practice ability training model based on students professional interest. The new model of students practical ability training was based on college students innovative training program and undergraduate graduation design. Students autonomy in the practical teaching was prominent by independent research of small experimental platform， which can cultivate engineering students abilities of proposing， analyzing and solving problems. The practice indicates that the new model can effectively cultivate college students innovative spirit and practice ability， which shows engineering talent training features and promotes the satisfaction of enterprise about the engineering graduates.

Keywords： college students； autonomy； small experimental platform； practical ability training