漸進(jìn)式土木工程專業(yè)實踐教學(xué)改革
——以河南工程學(xué)院為例

段敬民， 皇 民， 高 遠(yuǎn)

(河南工程學(xué)院 土木工程學(xué)院， 河南 鄭州 451191)

2020年，河南省遴選包括河南工程學(xué)院在內(nèi)的10所高等院校作為應(yīng)用型本科“示范?！?。以此為契機(jī)，河南工程學(xué)院按照一條主線(以高層次應(yīng)用型人才培養(yǎng)為主線)、二個育人環(huán)境(學(xué)校和企業(yè))、三個教育體系(通識教育體系、專業(yè)基礎(chǔ)教育體系、專業(yè)教育體系)、四個結(jié)合(學(xué)校教育與企業(yè)教育相結(jié)合、課堂教學(xué)與實踐能力要求相結(jié)合、課程設(shè)置與企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合、學(xué)習(xí)與工作相結(jié)合)的建設(shè)思路，構(gòu)建了學(xué)?！?+1”的應(yīng)用型人才培養(yǎng)方案。學(xué)校設(shè)立行業(yè)學(xué)院、人才創(chuàng)新班、企業(yè)冠名班等特色模塊，強(qiáng)化實踐教學(xué)和學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)。學(xué)校要求理工類實踐學(xué)分不少于總學(xué)分的25%，其中創(chuàng)新學(xué)分2個學(xué)分，同時制訂了《創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐學(xué)分認(rèn)定辦法》，其中包括學(xué)科競賽、科技活動、科技成果、技能證書或職業(yè)資格證書、創(chuàng)業(yè)、開放性實驗室等6項內(nèi)容。

土木工程專業(yè)是實踐性較強(qiáng)的學(xué)科[1-2]。而作為激發(fā)學(xué)生動手和創(chuàng)新能力的土木工程實踐課程，則成為了本學(xué)科教學(xué)改革的重點。河南工程學(xué)院一直在推進(jìn)開放性實驗室建設(shè)，并已成為教學(xué)改革的一個亮點。開放性實驗[3]鼓勵學(xué)生主動參與專業(yè)實驗、虛擬仿真等實踐性較強(qiáng)的教學(xué)創(chuàng)新等活動，激發(fā)學(xué)生的主動性與創(chuàng)造性，學(xué)生在解決各類問題的過程中，完成實踐課程的學(xué)習(xí)[4]。將實踐課程與開放性實驗相結(jié)合，則可使學(xué)生主動與求知的雙重教學(xué)目標(biāo)[5]。另外，實踐課程與開放性實驗相結(jié)合可發(fā)揮河南工程學(xué)院的自身經(jīng)驗優(yōu)勢，同時也符合建設(shè)應(yīng)用型本科“示范?！钡恼咭蟆Ｒ虼?，基于開放性實驗的土木工程專業(yè)實踐課程的改革探索具有十分重要的意義。

為實現(xiàn)這一目標(biāo)，本文以土木工程實驗課程為研究對象，探討將實踐課程與開放性實驗室相結(jié)合的教學(xué)體系以及其改革成效，以期為高水平應(yīng)用型大學(xué)的建設(shè)提供支撐與借鑒。

1 土木工程專業(yè)實踐課程存在的問題

土木工程實踐課程作為提升學(xué)生實踐能力以及認(rèn)知理論知識的教學(xué)手段，應(yīng)得到高水平應(yīng)用型大學(xué)等側(cè)重實踐能力培養(yǎng)的高校的重視。然而，以土木工程實驗課為例，目前部分土木工程專業(yè)實踐課程仍存在學(xué)時不足、教學(xué)質(zhì)量不佳、與工程實際脫節(jié)等問題。

目前，不少應(yīng)用型高校依舊把理論教學(xué)作為主要教學(xué)目標(biāo)與任務(wù)，實踐課程的學(xué)時一再被壓縮。如，河南工程學(xué)院教學(xué)改革前，大學(xué)三年級整個學(xué)年的實踐類課程不足20個學(xué)時。由于學(xué)時少，實踐課的教學(xué)體系不盡完備，導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容與目標(biāo)不能完全實現(xiàn)。學(xué)生在較短時間內(nèi)無法親自上手操作實驗儀器；教師僅通過演示實驗，讓學(xué)生觀摩實驗流程。這就導(dǎo)致學(xué)生的參與度降低、學(xué)習(xí)積極性與主動性減弱，甚至影響學(xué)生對實踐類課程的學(xué)習(xí)態(tài)度，形成“看熱鬧”、“應(yīng)付作業(yè)”等不良的學(xué)風(fēng)[6]。

其次，實踐類課程普遍存在教學(xué)成效不理想問題。該問題是由實踐類課程被壓縮衍生而來。實踐類課程種類及學(xué)時減少，使得教學(xué)內(nèi)容被壓縮或者被迫進(jìn)行填鴨式教學(xué)，在一定程度導(dǎo)致教學(xué)趣味性降低；動手實踐環(huán)節(jié)也隨之減少。這些都影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性[7]。學(xué)生從主觀意識上對土木實踐類課程不夠重視，也帶來管理上的諸多問題。

由于實踐課程的壓縮，很難保障基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容及時更新，會造成教學(xué)內(nèi)容與當(dāng)前工程實際的脫節(jié)。如土力學(xué)實驗，不少高校多年的教學(xué)內(nèi)容始終為含水率測定、干密度測定、直剪實驗及固結(jié)實驗等，較少涉及當(dāng)前工程實際中常見的室內(nèi)外實驗內(nèi)容，如地基靜荷載試驗、蠕變實驗等。因此，學(xué)生在工程應(yīng)用方面必然存在缺陷，無法滿足土木工程企業(yè)的用人需求，也不符合培養(yǎng)高水平應(yīng)用型人才的教育目標(biāo)。

這些問題在不同程度上均會影響實踐類課程的高效開展。因此，有必要系統(tǒng)性探索并進(jìn)行土木實踐類課程體系的改革，以求不斷滿足企業(yè)與高校的發(fā)展要求。

2 漸進(jìn)式土木實踐類課程體系與實踐

外業(yè)實訓(xùn)與室內(nèi)外實驗是土木工程實踐類課程的主體內(nèi)容，也形成了土木工程實踐類課程的主要特點，即要求學(xué)生有較好的動手能力、較高的主動性等?；谶@一課程特點，構(gòu)建了與開放性實驗相結(jié)合的土木實踐類課程體系。

2.1 漸進(jìn)式土木實踐類課程體系

該體系是將土木工程的實踐類課程劃分為兩個階段。第一階段為基礎(chǔ)階段，學(xué)生以小組形式開展驗證類的實踐或?qū)嶒瀮?nèi)容，該階段幫助學(xué)生熟悉實踐內(nèi)容與流程。在該階段，教師除指導(dǎo)學(xué)生常規(guī)的實踐或操作外，會給出一個與之相關(guān)的科學(xué)問題，即開放性實驗的題目。學(xué)生在學(xué)習(xí)、操作基本實踐知識的基礎(chǔ)上，有側(cè)重地練習(xí)與隨后開放性實驗相關(guān)的實踐內(nèi)容，并主動思考、構(gòu)思研究內(nèi)容與研究方案。第二階段為創(chuàng)新性實踐階段。教師與學(xué)生分組討論并確定已構(gòu)思的開放性實踐方案。據(jù)此方案開展實踐研究，形成有探索性、創(chuàng)新性及應(yīng)用性的開放性實踐成果。此土木工程實踐課程體系的框架圖如圖1所示。

2.2 漸進(jìn)式實踐類課程體系特點

漸進(jìn)式實踐教學(xué)將常規(guī)實踐課程與啟發(fā)式教學(xué)相融合，形成具有逐步遞進(jìn)、教研結(jié)合、形式靈活、反饋評價全面、貼合工程需求等特點的課程體系。該課程體系可較大程度培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用動手能力，并初步形成學(xué)生的科學(xué)探究能力。

(1) 逐步遞進(jìn)。本實踐教學(xué)體系包含基礎(chǔ)與創(chuàng)新兩個教學(xué)階段。學(xué)生掌握了常規(guī)實踐理論與方法后，逐步過渡到具有自主性與創(chuàng)新性的開放性實驗。所謂“逐步遞進(jìn)”指兩實踐階段的內(nèi)容或方法存在內(nèi)在聯(lián)系，且兩階段的實踐教學(xué)內(nèi)容彼此包含、有機(jī)結(jié)合。如圖1所示，在基礎(chǔ)實踐階段的教學(xué)過程中，將會結(jié)合開放性實驗引入相關(guān)科學(xué)問題。學(xué)生不僅可熟練掌握基礎(chǔ)階段的知識，同時會在科學(xué)問題與教師的引導(dǎo)下，發(fā)現(xiàn)常規(guī)實踐方法、儀器或流程等的特征或限制，初步形成對后續(xù)科學(xué)問題的解決思路。而在創(chuàng)新性實踐階段，將結(jié)合開放性科學(xué)問題，形成研究內(nèi)容與創(chuàng)新性的實踐方法。最終得到開放性實踐成果，并提煉應(yīng)用性成果。因此，本實踐教學(xué)體系可逐步幫助學(xué)生形成較為完整的實踐能力，并逐步培養(yǎng)學(xué)生對復(fù)雜問題的探究能力。

圖1 土木工程實踐教學(xué)體系Fig. 1 Civil engineering practice teaching system

(2) 教研結(jié)合。開放性實驗具有顯著的研究性質(zhì)。將開放性實驗與常規(guī)實踐教學(xué)相結(jié)合，即在基礎(chǔ)的實踐教學(xué)過程中嵌入開放性實驗內(nèi)容。學(xué)生在實踐過程中會潛移默化地學(xué)習(xí)并掌握初步的科研能力。例如，怎樣基于工程實際提出具有研究價值的科學(xué)問題；根據(jù)所提問題如何合理制定研究方案；以及如何提煉具有應(yīng)用性價值的實踐成果等。學(xué)生以小組形式在實踐時自主地發(fā)現(xiàn)問題、解決困難。學(xué)生通過反復(fù)嘗試與糾錯，有助于形成科學(xué)性的實踐經(jīng)驗。同時，教師除教授基礎(chǔ)內(nèi)容外，將全程參與指導(dǎo)學(xué)生的開放性實驗，并及時幫助學(xué)生將所學(xué)知識應(yīng)用于實際，從而形成了教學(xué)與研究交叉融通的實踐課程體系。該教學(xué)改革對推動高水平應(yīng)用型大學(xué)的建設(shè)，對具備研究能力的應(yīng)用型人才培養(yǎng)均有較大的促進(jìn)作用。

(3) 形式靈活。漸進(jìn)式土木實踐類課程體系包含基礎(chǔ)實踐與開放性實驗兩個環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)均采用小組形式開展。教師可根據(jù)不同組別安排教學(xué)與開放性實驗的教學(xué)與指導(dǎo)工作的時間及地點，從而起到靈活教學(xué)的效果。同時，由于采用小組形式開展實踐教學(xué)，可降低對實踐器材數(shù)量等的要求。例如開展土工實踐課程，固結(jié)儀、三軸儀等實驗儀器數(shù)量有限，若采用小組形式開展實踐教學(xué)，既能保障小組成員均能參與實驗過程，動手實踐能力得到充分鍛煉，同時實驗儀器又能得到充分應(yīng)用，節(jié)約了實踐教學(xué)的硬件與經(jīng)費(fèi)。

(4) 反饋評價全面。由于采用小組形式開展實踐教學(xué)，教師在基礎(chǔ)階段與開放性實驗階段可及時全面地指導(dǎo)學(xué)生并反饋學(xué)生存在的問題，不同于與傳統(tǒng)實踐方式，每個小組的學(xué)生人數(shù)約為10人左右，實踐過程中教師有精力認(rèn)真指導(dǎo)并與學(xué)生開展充分互動，在及時反饋問題的過程中，教師可對學(xué)生實踐能力、動手能力、創(chuàng)新能力做出比較全面的評價。如，河南工程學(xué)院學(xué)生在進(jìn)行土木工程實習(xí)時，教師會結(jié)合學(xué)生專業(yè)及合作企業(yè)，有針對性地指導(dǎo)學(xué)生在不同工程項目及所處的開放性實驗室開展觀摩與實操實習(xí)，并邀請企業(yè)專家與學(xué)生進(jìn)行實操互動，包括常見的工程內(nèi)容與前瞻性的問題等。實習(xí)期間，教師對學(xué)生的參與程度、觀察分析能力、實操能力及創(chuàng)新能力做出“三加一”的評價。這種評價方法有利于發(fā)掘?qū)W生的專業(yè)潛力，同時也有助于學(xué)生及時掌握企業(yè)的用人要求。

(5) 貼合工程需求。由于開放性實驗項目是為了解決某一工程問題提出的。因此，其天然就同工程實際存在緊密聯(lián)系。學(xué)生在經(jīng)過基礎(chǔ)階段的實踐訓(xùn)練后，逐步過渡到與工程實際相結(jié)合的實踐階段。如河南工程學(xué)院長期同某裝配式建筑研發(fā)公司開展多項“產(chǎn)教融合”項目。建筑工程專業(yè)學(xué)生的材料力學(xué)實驗、結(jié)構(gòu)力學(xué)實驗和畢業(yè)實習(xí)等實踐課程均與該企業(yè)有深度合作。在開放性實驗階段，學(xué)生可接觸到裝配式建筑材料、設(shè)計、施工等方面需進(jìn)一步解決的問題；更能直接參與部分項目的研究活動，并可結(jié)合企業(yè)需求培養(yǎng)學(xué)生相關(guān)的實踐能力，為順利就業(yè)、成為高水平應(yīng)用型人才打下堅實基礎(chǔ)。

2.3 漸進(jìn)式土木實踐類課程體系實踐

每學(xué)年，河南工程學(xué)院各學(xué)院申請到的校級及以上級別的開放性實驗室約為10～15項。每項開放性實驗均基于理論及生產(chǎn)實踐確定課題，符合培養(yǎng)應(yīng)用性人才的目標(biāo)。創(chuàng)新實踐階段，因?qū)㈤_放性實驗與實踐課程相結(jié)合，每個課題可有20～30名學(xué)生(將近一個班)參與。這些實踐課題涵蓋大部分土木工程學(xué)科專業(yè)。學(xué)生可以班級為單位選擇符合自己專業(yè)特點的課題，開展后續(xù)實踐內(nèi)容。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，自主選擇實踐課題，討論實踐方案，開展實踐內(nèi)容，總結(jié)與提煉實踐成果；這樣可充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極與主動性，同時激發(fā)學(xué)生在具體實踐過程中發(fā)現(xiàn)問題與解決問題的能力。此外，將實踐課程與開放性實驗相結(jié)合，也解決了實驗、實訓(xùn)等學(xué)時不夠的問題；促使學(xué)生在課余時間也能積極投入到實踐課題當(dāng)中。

目前，該模式已在河南工程學(xué)院實行了近4年，不少學(xué)生通過創(chuàng)新性實踐課程形成了自己的成果。其中，發(fā)表中文核心論文5篇。如2019級土木工程專業(yè)藺世豪與王浩南在教師指導(dǎo)下發(fā)表了《凍融循環(huán)下BFRP筋與混凝土黏結(jié)滑移本構(gòu)模型》(發(fā)表于《混凝土》雜志2021年第8期)；張佳祥、毛慶超與元江浩發(fā)表了《凍融循環(huán)下玄武巖纖維增強(qiáng)復(fù)材混凝土的斷裂損傷及軟化本構(gòu)關(guān)系》(發(fā)表于《工業(yè)建筑》雜志2021年第8期)；毛慶超與王佳凱發(fā)表了《不同襯砌剛度下山嶺雙洞隧道地震動力響應(yīng)分析》(發(fā)表于《工業(yè)建筑》雜志2021年第7期)。這些研究成果均是依托實踐類課程通過開展各類實驗或理論研究而形成的?？梢娫诩ぐl(fā)學(xué)生實踐與創(chuàng)新等能力方面，漸進(jìn)式土木實踐類課程具有顯著效果。

此外，河南工程學(xué)院近年來獲得國家級與省級學(xué)科競賽個人或團(tuán)體獎近30項。這些獎項說明：近年來，經(jīng)工程制圖實訓(xùn)、建模實訓(xùn)等開放性實驗項目的培訓(xùn)，學(xué)生與教師獲得的各類競賽成果豐碩。此類學(xué)科競賽常依托企業(yè)提供的課題、設(shè)備或場地開展訓(xùn)練。學(xué)生基于當(dāng)前較為成熟的建筑施工圖及模型進(jìn)行實踐練習(xí)，在提高競賽水平的同時，又滿足相關(guān)企業(yè)對當(dāng)前高水平專業(yè)人才的需求，提高了專業(yè)就業(yè)率與就業(yè)質(zhì)量。

基于漸進(jìn)式土木實踐類課程體系，每學(xué)年學(xué)生完成畢業(yè)論文或設(shè)計近50余篇。學(xué)生的畢業(yè)論文及設(shè)計取材于當(dāng)前的工程實際，部分則直接取材至工程研究項目。在學(xué)生完成畢業(yè)內(nèi)容的同時，用人企業(yè)也對學(xué)生進(jìn)行了考察與鍛煉。如2016級工程造價部分專業(yè)學(xué)生就業(yè)后得到了包括山西國基集團(tuán)有限公司、遠(yuǎn)大集團(tuán)等諸多企業(yè)的認(rèn)可。

以上實踐成果表明，漸進(jìn)式實踐教學(xué)體系能夠不斷激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)與探究能力，改善了實踐的教學(xué)質(zhì)量，大部分企業(yè)與學(xué)生對這一教學(xué)體系予以了充分認(rèn)可。

3 結(jié)語

本文聚焦高水平應(yīng)用型大學(xué)實踐類課程的教學(xué)改革，為解決土木工程專業(yè)實踐教學(xué)中學(xué)生積極性不高、教學(xué)學(xué)時不足、教學(xué)效果不理想等問題，提出了基于開放性實驗的土木工程專業(yè)實踐課程體系，使得基礎(chǔ)實踐與創(chuàng)新性實踐有機(jī)結(jié)合起來，形成基礎(chǔ)實踐夯實學(xué)生基本能力，創(chuàng)新性實踐激發(fā)學(xué)生自主能力，提煉實踐成果增強(qiáng)學(xué)生獨立能力。多年實踐證明，此實踐教學(xué)體系能整體提升學(xué)生的實踐類專業(yè)水平，值得在土木工程專業(yè)的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行推廣。