工程教育認(rèn)證背景下巖土系列實驗課程教學(xué)體系改革與實踐

陳榕 郝冬雪 高宇聰 周璐

摘要：通過對工程教育認(rèn)證工作開展和建設(shè)經(jīng)驗的總結(jié)，介紹了東北電力大學(xué)巖土工程在實驗教學(xué)體系建設(shè)方面的探索和實踐。以培養(yǎng)學(xué)生綜合實踐能力為導(dǎo)向，對巖土工程課程實踐教學(xué)體系進(jìn)行優(yōu)化和重構(gòu)，在提升基礎(chǔ)實踐教學(xué)基礎(chǔ)上，大力開展綜合性、創(chuàng)新性實踐教學(xué)內(nèi)容。同時，進(jìn)一步加強(qiáng)課外科研實踐，有效提高學(xué)生基本科學(xué)素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感、創(chuàng)新精神，提升學(xué)生社會實踐能力。

中圖分類號：G6420 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? 文章編號：1005-2909（2021）06-0175-06

工程教育專業(yè)認(rèn)證是國際通行的工程教育質(zhì)量保障制度，是實現(xiàn)工程教育國際互認(rèn)和工程師資格國際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)[1-3]。工程教育專業(yè)認(rèn)證要求學(xué)生具有扎實的專業(yè)知識，較強(qiáng)的實踐能力和創(chuàng)新能力，從而達(dá)到解決復(fù)雜工程問題能力的目標(biāo)。實踐教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)，也是提高學(xué)生社會職業(yè)素養(yǎng)和就業(yè)競爭力的重要途徑[4-5]。

一、巖土工程課程實踐教學(xué)存在的問題

隨著工程教育認(rèn)證的推廣和普及，東北電力大學(xué)巖土工程系列課程在實踐教學(xué)方面做了許多有益的改革，并取得了一系列的成效，但仍存在以下幾方面問題。

（1）實踐教學(xué)課時偏少。自引入工程認(rèn)證理念，土木工程專業(yè)培養(yǎng)方案幾經(jīng)調(diào)整，實踐環(huán)節(jié)教學(xué)課時已有較大提高，但可用于學(xué)生實踐的學(xué)時仍顯不足，公共課、理論課仍占據(jù)較大的學(xué)時比重。

（2）實踐教學(xué)設(shè)備及方案設(shè)計落后。隨著工程技術(shù)的快速更新，許多實驗設(shè)備參數(shù)及精度已無法滿足當(dāng)前工程需求，無法適應(yīng)現(xiàn)代工程師的培養(yǎng)[6]。

（3）部分實驗項目設(shè)置相對獨立，涉及知識點較為單一，關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)，不利于學(xué)生系統(tǒng)思維的培養(yǎng);部分試驗方法仍沿用老舊規(guī)范，十幾年甚至幾十年未變;部分實踐活動缺乏層次性，認(rèn)識實習(xí)、教學(xué)實習(xí)和畢業(yè)實習(xí)間沒有明顯的區(qū)別。

（4）實踐課程建設(shè)相對滯后。在課程安排上，基礎(chǔ)性、驗證性實驗偏多，沒有系統(tǒng)地把解決復(fù)雜工程問題融入實踐教學(xué)中，創(chuàng)新性、綜合性不夠。探究式、研究式教學(xué)方法未得到較好的應(yīng)用，學(xué)生難以發(fā)揮學(xué)習(xí)的主動性。

（5）綜合型教學(xué)人員不足。從實踐教師隊伍的質(zhì)量來看，具有工程背景又有學(xué)術(shù)水平的綜合型教師不足。師資隊伍力量薄弱，導(dǎo)致實踐教學(xué)水平層次低，不利于學(xué)生能力的培養(yǎng)。

針對上述問題，以培養(yǎng)具有解決復(fù)雜工程問題的能力為前提，大力發(fā)掘我校巖土工程研究所的人才、項目、設(shè)備及場地資源，對現(xiàn)有實踐教學(xué)體系等進(jìn)行優(yōu)化和完善。

二、巖土工程課程實踐教學(xué)體系優(yōu)化舉措

（一）以科研項目作為課堂教學(xué)及實習(xí)實訓(xùn)案例

將重點實驗室所承接的工程項目作為課堂理論教學(xué)及實習(xí)實訓(xùn)中具體案例，基于企業(yè)的實際需求，對所涉及的理論知識和專業(yè)技能進(jìn)行重點講授和強(qiáng)化。對所承接的縱向和橫向課題，由專業(yè)教師提出具體工程問題，并引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，鼓勵學(xué)生參與到具體的科研課題中，完成一些簡單的設(shè)計工作。將理論知識與科研問題相結(jié)合，使學(xué)生能夠掌握科學(xué)研究的分析方法，培養(yǎng)學(xué)生從事專業(yè)實際工作和研究工作的初步能力。

如對“復(fù)合加載模式下輸電線路掏挖基礎(chǔ)地基破壞模式及承載特性研究”等國家及省部級項目中部分科研內(nèi)容進(jìn)行拆解，其中所包含知識體系拆分成單一的理論知識，按照難易程度，分年級、分層次的融入工程地質(zhì)、土力學(xué)和基礎(chǔ)工程等課程中。同時，基于巖土工程研究所承接的“淮南—南京—上海1000kV特高壓交流工程擠擴(kuò)支盤樁試驗研究”等橫向課題分析，在基礎(chǔ)工程課程設(shè)計中持續(xù)引入項目中的試驗視頻和圖片，讓本科生通過試驗視頻和圖片了解特高壓輸電塔的新型基礎(chǔ)形式。針對擠擴(kuò)支盤樁的研發(fā)和承載力試驗的系列數(shù)據(jù)，與課堂上講授的基礎(chǔ)復(fù)合加載模型承載力計算和穩(wěn)定性驗算的知識相互印證，并在隨后幾年巖土類課程中逐漸推廣該舉措，具體如表1所示。

（二）依托項目資源，完善實驗設(shè)備及實驗項目

借助科研項目資金投入，對現(xiàn)有巖土類教學(xué)設(shè)備進(jìn)行合理更新和補充，形成手動到自動、低精度到高精度的實驗設(shè)備梯隊。在講解實驗原理時，采用手動設(shè)備;在實驗操作中，采用自動設(shè)備;在結(jié)果分析時，采用高精度科研設(shè)備進(jìn)行校核。

積極探索以培養(yǎng)工程能力為宗旨的教學(xué)模式，試圖從復(fù)雜工程問題入手，把問題分解成若干個實驗相關(guān)項目，化難為簡，化整為零，進(jìn)而設(shè)計出具有可操作性的綜合性實驗。學(xué)生在做這些項目時自然會體會到它們的實際應(yīng)用價值，進(jìn)而提高學(xué)習(xí)興趣。同時還解決了實際的工程應(yīng)用問題，對學(xué)生的學(xué)習(xí)起到了一定的激勵作用。在為學(xué)生提供了學(xué)習(xí)新技能與知識機(jī)會的同時，又使學(xué)生通過相應(yīng)的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，促進(jìn)工程意識的培養(yǎng)和工程應(yīng)用能力的提高。

（三）優(yōu)化現(xiàn)有實驗項目，提高實驗學(xué)時比例

根據(jù)我校土木工程專業(yè)的修訂培養(yǎng)方案，主動調(diào)整巖土類課程的教學(xué)計劃，對理論教學(xué)和實驗教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重新設(shè)計，將理論內(nèi)容與實驗內(nèi)容相重合的知識點，統(tǒng)一放入實驗課環(huán)節(jié)進(jìn)行講授，以此提高學(xué)生的直觀認(rèn)識。在總課時不變的情況下，最大限度增加實踐教學(xué)的課時比重，并及時調(diào)整課程結(jié)構(gòu)。

同時，對現(xiàn)有土力學(xué)實驗項目進(jìn)行優(yōu)化整合設(shè)計，以往每次實驗僅對某個土壤指標(biāo)進(jìn)行測定，割裂了各個實驗項目間的聯(lián)系。部分土力學(xué)實驗的標(biāo)準(zhǔn)操作過程過長，如比重實驗、壓縮實驗和直剪實驗等，常將操作步驟進(jìn)行簡化，選擇快速固結(jié)和快剪等方法進(jìn)行實驗。由于受實驗學(xué)時所限，其土樣的制備工作等往往由實驗老師提前準(zhǔn)備好，學(xué)生沒有機(jī)會參與和了解每個實驗的全過程。

基于上述問題，將以往按理論課程進(jìn)度分散設(shè)置的實驗項目變?yōu)榧虚_設(shè)，在原有7個小實驗項目基礎(chǔ)上，增加液塑限聯(lián)合測定實驗、顆粒篩分實驗和擊實實驗，將10個實驗項目按關(guān)聯(lián)度分為3組，如表2所示。每組實驗在某一時段內(nèi)集中進(jìn)行，以4學(xué)時為實驗基本時段（上午或下午），共計12學(xué)時。具體實驗內(nèi)容是：將天然含水率、液限含水率、塑限含水率與比重實驗進(jìn)行整合;將光電聯(lián)合測定實驗、顆粒篩分實驗與固結(jié)實驗進(jìn)行整合;將滲透實驗、擊實實驗整合到直剪實驗中。既有效地利用了比重實驗、固結(jié)實驗和直剪試驗過程中等待時間，又讓學(xué)生了解了土力學(xué)試驗之間的內(nèi)在聯(lián)系，進(jìn)一步提高了實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的效果和質(zhì)量。

（四）開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目

實驗室開放是工程學(xué)科人才培養(yǎng)的重要途徑[7]。對于大型科研實驗項目，實驗室集中組織同學(xué)進(jìn)行有序參觀，并安排部分同學(xué)參與簡易操作。對于重點實驗室中易損、昂貴儀器的使用和操作，會定時、定期地組織設(shè)備管理人員進(jìn)行現(xiàn)場演示，使本科生有機(jī)會了解、使用先進(jìn)的儀器與設(shè)備，擴(kuò)充學(xué)生的知識視野和提高專業(yè)實踐能力，有效促進(jìn)大學(xué)生積極申報各級各類的大學(xué)生創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)項目?；趯嶒炇议_放式管理制度，學(xué)生可根據(jù)需求在周末和節(jié)假日到這些開放實驗室進(jìn)行實驗練習(xí)和科研探索，在教師的指導(dǎo)下完成大學(xué)生課外科技創(chuàng)新項目，或直接參與指導(dǎo)教師的各類科研項目研究中。此外，實驗室還積極探索了一些開放性實驗項目，例如土力學(xué)實驗室借助2015年購置的進(jìn)口無繩靜力觸探設(shè)備，開設(shè)了基于靜力觸探技術(shù)的校園地層勘探實訓(xùn)，如圖1所示。

基于上述舉措，近年來實驗室先后開展了多項國家級及省級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目，具體如表3所示，項目均源自各指導(dǎo)老師的國家自然科學(xué)基金或校企合作的橫向課題。學(xué)生在該類項目中的興致比常規(guī)實驗課要高得多，學(xué)生的實驗技能和科研素質(zhì)都得到明顯提高，使學(xué)生的學(xué)習(xí)由被動轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?，進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造思維。

（五）積極新建校內(nèi)實習(xí)、實訓(xùn)場所

實習(xí)實訓(xùn)是土木工程學(xué)科實踐教學(xué)的重要手段。許多企業(yè)考慮到安全因素，往往不允許實習(xí)學(xué)生進(jìn)行實際操作，甚至不愿意接待，使得提供給學(xué)生的實習(xí)設(shè)備和動手機(jī)會十分有限，無助于學(xué)生動手能力的培養(yǎng)。以東北電力大學(xué)土木工程學(xué)科重點實驗室為后盾，依托實驗室現(xiàn)有設(shè)備和場地條件，為本科生提供校內(nèi)實習(xí)和實訓(xùn)場所，同時可將乘車、住宿等費用轉(zhuǎn)化為購買實習(xí)器材、設(shè)備的經(jīng)費，為專業(yè)發(fā)展積累資金，在一定程度上緩解了辦學(xué)經(jīng)費緊張的問題。

為滿足土木工程專業(yè)新增工程地質(zhì)課程的實習(xí)需求，在現(xiàn)有土力學(xué)實驗室內(nèi)重新劃分功能區(qū)域，并購入2套巖石和礦物標(biāo)本及20套工程地質(zhì)實習(xí)工具，定制了礦物標(biāo)本的陳列柜，方便學(xué)生近距離觀察。目前，已針對2019屆和2020屆本科生完成兩輪校內(nèi)實習(xí)任務(wù)，其中包括“火成巖鑒別”“沉積巖鑒別”“變質(zhì)巖鑒別”和“野外工程地質(zhì)工具學(xué)習(xí)和使用”等四項具體實習(xí)內(nèi)容。

同時，針對校外實習(xí)中極有可能發(fā)生突發(fā)事件，如實習(xí)過程中因?qū)W生注意力分散所導(dǎo)致的人身安全和設(shè)備安全等問題情況，建立一定規(guī)模的校內(nèi)實習(xí)基地變得尤為重要。對此，我校在東校區(qū)、西校區(qū)和家屬區(qū)內(nèi)劃分若干實習(xí)區(qū)域，并制定不同的實習(xí)方案。針對基礎(chǔ)工程課程，專門建設(shè)了培養(yǎng)大學(xué)生對基礎(chǔ)工程施工技術(shù)認(rèn)知的專屬校內(nèi)實習(xí)場地，如圖2所示。

在近3年時間里，巖土類課程已建立了一批校內(nèi)實習(xí)實訓(xùn)基地，為土木工程學(xué)科的實習(xí)和實訓(xùn)操作提供了良好平臺，也使重點實驗室真正成為培養(yǎng)學(xué)生走向社會的起點和搖籃。

（六）建設(shè)高質(zhì)量實踐指導(dǎo)教師隊伍

選定一些具有博士學(xué)位或工作經(jīng)驗的年輕教師對實驗進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)，引入學(xué)科前沿新知識、新理念，鼓勵年輕教師將科研項目和科技前沿內(nèi)容引入到實驗教學(xué)中，開展具有一定前瞻性的創(chuàng)新性實驗。重點引導(dǎo)學(xué)生完成知識重組、遷移和再創(chuàng)造過程，培養(yǎng)學(xué)生的擴(kuò)散性、創(chuàng)新性思維以及嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的動手能力，為走上工作崗位時打下堅實基礎(chǔ)。

同時，對實習(xí)及實訓(xùn)教師進(jìn)行培訓(xùn)，優(yōu)化實踐教學(xué)方法，在實踐教學(xué)中積極鼓勵學(xué)生創(chuàng)新。對學(xué)生專業(yè)實踐的創(chuàng)新方法給予肯定和鼓勵，提出的新問題積極幫助解決;對于學(xué)生提出的不同看法甚至是錯誤的看法，不要馬上予以否定，而是要以討論的方法引導(dǎo)他們發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。教師在教學(xué)中要時刻保護(hù)學(xué)生的創(chuàng)新思維，同時應(yīng)對學(xué)生實驗時出現(xiàn)抄襲數(shù)據(jù)、實驗報告、實驗操作請同學(xué)代勞等行為給予嚴(yán)肅的批評和制止，以杜絕此類不良風(fēng)氣的存在。

三、結(jié)語

在東北電力大學(xué)巖土系列課程的實踐教學(xué)改革中，基于多方面舉措，充分發(fā)揮了巖土工程學(xué)科的科研、設(shè)備與人員優(yōu)勢，圍繞工程認(rèn)證中培養(yǎng)學(xué)生具有解決復(fù)雜工程問題能力的目標(biāo)，鼓勵本科生參與科學(xué)研究，重視學(xué)生實踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展培養(yǎng)了大批合格的高級應(yīng)用型人才，實現(xiàn)從培養(yǎng)合格的應(yīng)用型人才到優(yōu)秀應(yīng)用型人才的轉(zhuǎn)變，更好地為地方經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展服務(wù)。

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Abstract： Based on the experience about carrying out engineering education certification， this paper introduces the exploration and practice of experimental teaching system construction for geotechnical engineering specialty in Northeast Electric Power University. To cultivate comprehensive practical ability as the guidance， optimizes and reconstructs practical teaching system of geotechnical engineering courses. Based on the basis practical teaching， intensively develops comprehensive and innovative practical teaching content. At the same time， the students’ basic scientific literacy， social responsibility， innovation spirit can be promoted by further enhancing extracurricular scientific research practices.

Key words： engineering education certification; geotechnical engineering; practical teaching system; teaching reform

（責(zé)任編輯 崔守奎）

3938500589251