摘要：實踐教學是培養(yǎng)學生實踐能力和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)，土木工程專業(yè)的綜合性、實踐性較強，實踐教學環(huán)節(jié)尤為重要。文章分析了土木工程專業(yè)課程傳統(tǒng)實踐教學模式存在的問題，對土木工程專業(yè)課程實踐教學模式的現(xiàn)狀進行了總結(jié)，介紹了國內(nèi)外部分高校在改善實踐教學效果方面采取的具體措施，對土木工程專業(yè)課程實踐教學模式的改革提出了建議。
關(guān)鍵詞：土木工程；實踐教學；教學改革
實踐教學是培養(yǎng)學生實踐能力和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)，也是提高應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要途徑。近些年來，國內(nèi)外各高校普遍開始重視實踐教學，強化應(yīng)用型人才培養(yǎng)。工程實踐能力的培養(yǎng)作為工科教育的重要內(nèi)容，不僅是應(yīng)用型人才區(qū)別于研究型人才的顯著特點，也是檢驗人才培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵指標，更是社會各界對人才培養(yǎng)的迫切要求。土木工程專業(yè)的綜合性、實踐性相對較強，與工程實際聯(lián)系緊密，因此本科生的實踐教學尤為重要。土木工程專業(yè)本科教育實踐教學體系主要包括各類實驗、實習、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、社會實踐等形式。但對于結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計類課程，目前還是以理論講解為主，缺乏相關(guān)的實踐教學環(huán)節(jié)，僅有部分課程結(jié)合相關(guān)的課程設(shè)計培養(yǎng)學生的知識運用能力。這類課程的特點往往是理論推導(dǎo)多、計算公式多、規(guī)范條文多、理解難度大，枯燥的內(nèi)容使學生對相關(guān)知識的學習興趣和理解程度大打折扣。因此，作為土木工程專業(yè)教學的有益補充，探索主干課程實踐教學新模式已成為應(yīng)用型大學提高教學質(zhì)量，培養(yǎng)學生學習興趣的當務(wù)之急。
一、土木工程專業(yè)傳統(tǒng)實踐教學模式存在的問題
傳統(tǒng)的土木工程專業(yè)課程實踐教學往往采用工廠或工地參觀實習、部分課程配套驗證性試驗、少量學生參與科研試驗等方式。但由于目前開設(shè)土木工程專業(yè)的院校眾多，招收的學生數(shù)量也比較大，因此傳統(tǒng)的實踐教學方式和方法已經(jīng)不能滿足新形勢下的教學需求。主要存在以下幾個方面的問題。
（一）實踐教學資源不足
土木工程專業(yè)實習由于受工程安全、企業(yè)效益和施工進度等因素的影響，實習企業(yè)很難接收大量的實習學生，并且難以有效保證專業(yè)實習的連續(xù)性和穩(wěn)定性。這就導(dǎo)致了很多專業(yè)課只能以課堂上的理論教學為主。如“鋼結(jié)構(gòu)”“混凝土結(jié)構(gòu)”等課程教學中的實踐性教學環(huán)節(jié)僅有課程設(shè)計一項內(nèi)容，學生在學習的過程中沒有機會見到實際的結(jié)構(gòu)體系，也很難了解鋼結(jié)構(gòu)加工、制作、混凝土結(jié)構(gòu)的施工具體是如何進行的。雖然教學實習中安排了認識實習和施工生產(chǎn)實習，但也只能從片面去進行了解，無法全面深入地理解各類基本構(gòu)件和結(jié)構(gòu)體系的受力性能與設(shè)計原理。
（二）實驗條件不足
土木工程結(jié)構(gòu)試驗往往需要具備大量的實驗設(shè)備和試驗用房，前期投入大、后期使用維護費用高，目前僅有少部分科研條件較好的國內(nèi)領(lǐng)先的高校可以利用科研實驗室為本科教學提供支持，大多數(shù)高校特別是地方高校還不具備這種條件，而且大量的重復(fù)建設(shè)也存在資源浪費的問題。
（三）實施效果不顯著
由于土木工程專業(yè)的學生數(shù)量較多，而師資力量相對有限，因此無論是在實習還是實驗教學中，有限的教師數(shù)量很難保證教師在有限的時間內(nèi)細致地指導(dǎo)大量的學生。
（四）創(chuàng)新性不足
實踐教學應(yīng)以培養(yǎng)學生的實踐能力、設(shè)計能力和創(chuàng)新能力為主要任務(wù)，但目前開展的本科實驗教學還是主要根據(jù)實驗指導(dǎo)書進行重復(fù)的驗證性實驗，學生自由發(fā)揮的空間有限，創(chuàng)新能力難以提升，無法滿足對大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)的需求。
二、土木工程專業(yè)課程實踐教學模式現(xiàn)狀分析
高等學校土木工程專業(yè)指導(dǎo)委員會制定的《高等學校土木工程專業(yè)本科教育培養(yǎng)目標和培養(yǎng)方案及課程教學大綱》，把土木工程專業(yè)的主要專業(yè)課程分為原理和設(shè)計兩個部分，同時還設(shè)置了相應(yīng)的課程設(shè)計。目前，無論是從培養(yǎng)方案和課程教學大綱還是從各高校的實際執(zhí)行情況來看，原理類課程教學還是主要以理論講解為主，實踐教學環(huán)節(jié)相對缺乏，而教學內(nèi)容又往往主要集中于計算公式的推導(dǎo)與使用、設(shè)計規(guī)范條文的解釋與說明等相對枯燥的內(nèi)容。在這種情況下，枯燥的理論推導(dǎo)、計算公式和規(guī)范條文往往導(dǎo)致學生的學習興趣不高，極大地影響了課程的教學效果，部分理解能力較差的學生甚至可能會放棄相關(guān)重點和難點的知識學習。即使結(jié)合多媒體授課，也難以對學生產(chǎn)生足夠的吸引力。單一的教學模式已經(jīng)難以適應(yīng)現(xiàn)代化土木工程教育的時代環(huán)境和當代大學生群體的個性需求。因此，為緩解土木工程專業(yè)課程教學中的這種不利局面，改善教學效果并提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，目前國內(nèi)外高校在實踐教學環(huán)節(jié)方面都推出了相應(yīng)的舉措。例如，美國高校雖然也以課堂教學為主，但比較注重引導(dǎo)學生積極主動地參與科研活動，鍛煉學生社會實踐、科學研究等綜合能力。在麻省理工學院有一項UROP計劃，本科各年級優(yōu)秀學生都能報名參加課題研究，每周需要抽出6—20小時投入研究工作，暑假期間投入的時間更多。這種做法不僅培養(yǎng)、鍛煉和提高了大學生的研究能力，還拓展了他們的學科視野[1]。國內(nèi)少部分高校探索建立了多功能實驗教學平臺[2]，通過實驗平臺訓練學生對基本構(gòu)件和連接的試驗技能，同時培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力。而大部分不具備條件的高校則采取參觀工廠、工地或工程項目，觀看視頻資料，設(shè)計制作結(jié)構(gòu)模型等措施來增強學生對工程結(jié)構(gòu)的認識和理解[3]。建設(shè)高水平的實體實驗教學平臺固然可以取得較好的教學效果，但這需要大量的資金和資源投入，對于許多經(jīng)費有限、資源不足的地方高校來說并不現(xiàn)實，而且大量的重復(fù)建設(shè)也存在資源浪費的問題。而參觀工程項目或觀看視頻資料僅能為學生提供對工程結(jié)構(gòu)的直觀認識，對學生全面深入理解各類基本構(gòu)件的設(shè)計原理幫助十分有限。
三、土木工程專業(yè)課程實踐教學模式改革的建議
采用仿真模擬技術(shù)輔助土木工程專業(yè)課程實踐教學，可以通過仿真模擬試驗形象直觀地再現(xiàn)各種基本構(gòu)件和結(jié)構(gòu)體系的完整受力過程，展示各種復(fù)雜節(jié)點和結(jié)構(gòu)的構(gòu)造方式，不需要實體實驗室和復(fù)雜的加載設(shè)備，可大量地減少資金和資源的投入，這對于大部分教學資源不足、經(jīng)費有限的地方應(yīng)用型大學來說是一種切實可行的實踐教學模式。因此，部分高校已開始探索建立仿真模擬實踐教學平臺[4-5]，利用仿真模擬技術(shù)來輔助實踐教學。這種模式打破了傳統(tǒng)教學采用板書或多媒體教學的方式，豐富了教學手段，有助于增強學生對教學難點的深入理解和記憶，為學生的創(chuàng)新和實踐能力培養(yǎng)提供廣闊的自由發(fā)展空間。同時也使課堂教學更生動，能有效調(diào)動學生的學習積極性。對于如何將仿真模擬實踐教學與土木工程專業(yè)課程教學有機地結(jié)合起來，探索切實可行的土木工程專業(yè)課程實踐教學模式，提出以下建議。
（一）制定合理的專業(yè)課程實踐教學實施方案
一方面可針對土木工程專業(yè)的結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計類課程，在教學過程中結(jié)合仿真模擬技術(shù)增設(shè)適當?shù)膶嵺`教學環(huán)節(jié)來彌補理論教學的不足，對理論課的實踐教學模式和實施方案進行總體規(guī)劃，科學合理地制定課程教學中的具體實施辦法，在各相關(guān)課程的教學過程中付諸實踐并持續(xù)改進。另一方面也可以通過專業(yè)講座、項目訓練或課外科技活動等方式對學生進行仿真模擬技術(shù)的訓練，通過項目訓練或課外科技活動等方式既可以在一定程度上解決實踐環(huán)節(jié)過多占用理論學時的問題，同時也可以有效地對學生的參與程度、實踐效果等各方面做出合理的評價與考核。
（二）建設(shè)仿真模擬實踐教學平臺
在土木工程專業(yè)課程的教學過程中，可結(jié)合有限元仿真模擬技術(shù)對工程結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件和結(jié)構(gòu)體系進行受力分析并建立教學資料庫。針對各類復(fù)雜節(jié)點和結(jié)構(gòu)采用實體建模的方式在計算機軟件中立體展示其構(gòu)造方式與受力機制，并能夠通過調(diào)整視角（如平移、旋轉(zhuǎn)等）來實現(xiàn)對虛擬模型的立體觀察。針對工程結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件及典型結(jié)構(gòu)體系進行受力過程仿真模擬試驗，對各類構(gòu)件和典型結(jié)構(gòu)的受力過程與受力性能進行計算機再現(xiàn)，例如鋼結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件的失穩(wěn)過程、混凝土基本構(gòu)件的受力過程與破壞特征、典型節(jié)點和結(jié)構(gòu)體系的空間組成分析與受力性能等。還可結(jié)合相關(guān)軟件編制建模和分析程序，實現(xiàn)自動化參數(shù)分析，并進一步構(gòu)建土木工程專業(yè)課程仿真模擬實踐教學平臺。
（三）將虛擬實踐教學平臺與課程教學相結(jié)合
將各類構(gòu)件、節(jié)點、結(jié)構(gòu)體系的仿真模擬方法、仿真模擬試驗過程和結(jié)果應(yīng)用于相關(guān)的專業(yè)課程教學中，更加形象直觀地展示課程中難以理解的知識重點和難點。并通過項目訓練或課外科技活動等方式，讓學生分組完成具體的分析項目，不僅能使學生對課程的重點和難點加深理解，還可進一步訓練學生的團隊合作能力和科學研究能力。課堂+課外、講授+自學、理論+實踐等教學環(huán)節(jié)的全方位引導(dǎo)和訓練，使學生能夠把課外時間利用上，把課堂時間利用好。讓學生能夠開闊視野、增長見識、培養(yǎng)能力。對表現(xiàn)優(yōu)秀的學生，還可以鼓勵他們主動學習，指導(dǎo)他們掌握相關(guān)的分析和研究方法，為參加科技競賽、參與科學研究工作和培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力做好技術(shù)和人才儲備。綜上所述，構(gòu)建基于仿真模擬技術(shù)的土木工程專業(yè)課程虛擬實踐教學模式、探索切實可行的土木工程專業(yè)課程虛擬實踐教學實施方案就具有十分重要的理論意義和現(xiàn)實需要。不僅有助于把理論教學與實踐環(huán)節(jié)有機地結(jié)合起來，改善教學效果，而且具有低成本、高效率、內(nèi)容豐富、不受場地和設(shè)備限制等特點，可以為數(shù)量眾多的地方應(yīng)用型大學提供參考和借鑒。
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