摘要：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)，土木工程專業(yè)的綜合性、實踐性較強(qiáng)，實踐教學(xué)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(xué)模式存在的問題，對土木工程專業(yè)課程實踐教學(xué)模式的現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)，介紹了國內(nèi)外部分高校在改善實踐教學(xué)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(xué)模式的改革提出了建議。
關(guān)鍵詞：土木工程；實踐教學(xué)；教學(xué)改革
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(xué)，強(qiáng)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(biāo)，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(qiáng)，與工程實際聯(lián)系緊密，因此本科生的實踐教學(xué)尤為重要。土木工程專業(yè)本科教育實踐教學(xué)體系主要包括各類實驗、實習(xí)、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(xué)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(xué)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(xué)生對相關(guān)知識的學(xué)習(xí)興趣和理解程度大打折扣。因此，作為土木工程專業(yè)教學(xué)的有益補充，探索主干課程實踐教學(xué)新模式已成為應(yīng)用型大學(xué)提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的當(dāng)務(wù)之急。
一、土木工程專業(yè)傳統(tǒng)實踐教學(xué)模式存在的問題
傳統(tǒng)的土木工程專業(yè)課程實踐教學(xué)往往采用工廠或工地參觀實習(xí)、部分課程配套驗證性試驗、少量學(xué)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(xué)生數(shù)量也比較大，因此傳統(tǒng)的實踐教學(xué)方式和方法已經(jīng)不能滿足新形勢下的教學(xué)需求。主要存在以下幾個方面的問題。
（一）實踐教學(xué)資源不足
土木工程專業(yè)實習(xí)由于受工程安全、企業(yè)效益和施工進(jìn)度等因素的影響，實習(xí)企業(yè)很難接收大量的實習(xí)學(xué)生，并且難以有效保證專業(yè)實習(xí)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(xué)為主。如“鋼結(jié)構(gòu)”“混凝土結(jié)構(gòu)”等課程教學(xué)中的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)僅有課程設(shè)計一項內(nèi)容，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中沒有機(jī)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(jìn)行的。雖然教學(xué)實習(xí)中安排了認(rèn)識實習(xí)和施工生產(chǎn)實習(xí)，但也只能從片面去進(jìn)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(hù)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(xué)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(xué)生數(shù)量較多，而師資力量相對有限，因此無論是在實習(xí)還是實驗教學(xué)中，有限的教師數(shù)量很難保證教師在有限的時間內(nèi)細(xì)致地指導(dǎo)大量的學(xué)生。
（四）創(chuàng)新性不足
實踐教學(xué)應(yīng)以培養(yǎng)學(xué)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(xué)還是主要根據(jù)實驗指導(dǎo)書進(jìn)行重復(fù)的驗證性實驗，學(xué)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(xué)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(xué)模式現(xiàn)狀分析
高等學(xué)校土木工程專業(yè)指導(dǎo)委員會制定的《高等學(xué)校土木工程專業(yè)本科教育培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)方案及課程教學(xué)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(xué)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(xué)還是主要以理論講解為主，實踐教學(xué)環(huán)節(jié)相對缺乏，而教學(xué)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(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不高，極大地影響了課程的教學(xué)效果，部分理解能力較差的學(xué)生甚至可能會放棄相關(guān)重點和難點的知識學(xué)習(xí)。即使結(jié)合多媒體授課，也難以對學(xué)生產(chǎn)生足夠的吸引力。單一的教學(xué)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(dāng)代大學(xué)生群體的個性需求。因此，為緩解土木工程專業(yè)課程教學(xué)中的這種不利局面，改善教學(xué)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(xué)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(xué)為主，但比較注重引導(dǎo)學(xué)生積極主動地參與科研活動，鍛煉學(xué)生社會實踐、科學(xué)研究等綜合能力。在麻省理工學(xué)院有一項UROP計劃，本科各年級優(yōu)秀學(xué)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(xué)生的研究能力，還拓展了他們的學(xué)科視野[1]。國內(nèi)少部分高校探索建立了多功能實驗教學(xué)平臺[2]，通過實驗平臺訓(xùn)練學(xué)生對基本構(gòu)件和連接的試驗技能，同時培養(yǎng)學(xué)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(qiáng)學(xué)生對工程結(jié)構(gòu)的認(rèn)識和理解[3]。建設(shè)高水平的實體實驗教學(xué)平臺固然可以取得較好的教學(xué)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(xué)生提供對工程結(jié)構(gòu)的直觀認(rèn)識，對學(xué)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(xué)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(xué)，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(xué)資源不足、經(jīng)費有限的地方應(yīng)用型大學(xué)來說是一種切實可行的實踐教學(xué)模式。因此，部分高校已開始探索建立仿真模擬實踐教學(xué)平臺[4-5]，利用仿真模擬技術(shù)來輔助實踐教學(xué)。這種模式打破了傳統(tǒng)教學(xué)采用板書或多媒體教學(xué)的方式，豐富了教學(xué)手段，有助于增強(qiáng)學(xué)生對教學(xué)難點的深入理解和記憶，為學(xué)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(xué)更生動，能有效調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。對于如何將仿真模擬實踐教學(xué)與土木工程專業(yè)課程教學(xué)有機(jī)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(xué)模式，提出以下建議。
（一）制定合理的專業(yè)課程實踐教學(xué)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(xué)過程中結(jié)合仿真模擬技術(shù)增設(shè)適當(dāng)?shù)膶嵺`教學(xué)環(huán)節(jié)來彌補理論教學(xué)的不足，對理論課的實踐教學(xué)模式和實施方案進(jìn)行總體規(guī)劃，科學(xué)合理地制定課程教學(xué)中的具體實施辦法，在各相關(guān)課程的教學(xué)過程中付諸實踐并持續(xù)改進(jìn)。另一方面也可以通過專業(yè)講座、項目訓(xùn)練或課外科技活動等方式對學(xué)生進(jìn)行仿真模擬技術(shù)的訓(xùn)練，通過項目訓(xùn)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(xué)時的問題，同時也可以有效地對學(xué)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(xué)平臺
在土木工程專業(yè)課程的教學(xué)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(jìn)行受力分析并建立教學(xué)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(jī)軟件中立體展示其構(gòu)造方式與受力機(jī)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(jìn)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(jìn)行計算機(jī)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(jìn)一步構(gòu)建土木工程專業(yè)課程仿真模擬實踐教學(xué)平臺。
（三）將虛擬實踐教學(xué)平臺與課程教學(xué)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(xué)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(xùn)練或課外科技活動等方式，讓學(xué)生分組完成具體的分析項目，不僅能使學(xué)生對課程的重點和難點加深理解，還可進(jìn)一步訓(xùn)練學(xué)生的團(tuán)隊合作能力和科學(xué)研究能力。課堂+課外、講授+自學(xué)、理論+實踐等教學(xué)環(huán)節(jié)的全方位引導(dǎo)和訓(xùn)練，使學(xué)生能夠把課外時間利用上，把課堂時間利用好。讓學(xué)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(xué)生，還可以鼓勵他們主動學(xué)習(xí)，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(xué)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(xué)模式、探索切實可行的土木工程專業(yè)課程虛擬實踐教學(xué)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(xué)與實踐環(huán)節(jié)有機(jī)地結(jié)合起來，改善教學(xué)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(xué)提供參考和借鑒。
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