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知識(shí)能力一體化培養(yǎng)的土木工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)群建設(shè)論文
摘要：以加強(qiáng)學(xué)生工程能力培養(yǎng)為目標(biāo)，將現(xiàn)有土木工程專業(yè)力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在工程能力培養(yǎng)方面存在的問題提煉為"三個(gè)脫節(jié)"，即實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置與工程需求脫節(jié)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與行業(yè)規(guī)范脫節(jié)，單一性知識(shí)訓(xùn)練與工程需要綜合性知識(shí)應(yīng)用能力脫節(jié)。為解決以上問題，文章提出在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法上需要"兩個(gè)轉(zhuǎn)變"，即以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心，以知識(shí)傳授為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐怨こ棠芰ε囵B(yǎng)為主。并指出通過多層次課程新體系建設(shè)、綜合力學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)、多元化實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法與手段研究等，實(shí)現(xiàn)知識(shí)—能力一體化培養(yǎng)的土木工程力學(xué)課程群建設(shè)。
關(guān)鍵詞：土木工程專業(yè)； 力學(xué)實(shí)驗(yàn)； 工程教育；
一、建設(shè)背景
隨著學(xué)科和專業(yè)的發(fā)展，專業(yè)課程門數(shù)的增加，學(xué)科交叉、學(xué)科滲透變得越來越廣泛。與此相應(yīng)，學(xué)生所需要學(xué)習(xí)的知識(shí)和掌握的能力也就越來越多。工程教育面臨的一個(gè)共同挑戰(zhàn)是如何在有限的時(shí)間資源下兼顧學(xué)科知識(shí)傳授和工程實(shí)踐能力培養(yǎng)。
桂林電子科技大學(xué)土木工程專業(yè)教學(xué)培養(yǎng)方案中包含力學(xué)實(shí)驗(yàn)的理論課程有理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、土木工程材料、土力學(xué)、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。長期以來基礎(chǔ)力學(xué)課程已經(jīng)形成了相對(duì)穩(wěn)定的課程體系[1] 。但課程之間存在一定的內(nèi)容交叉，專業(yè)課程亦是如此。如土木工程材料和材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)中都有鋼筋的拉伸實(shí)驗(yàn)，也就是說理論課程所涉及的力學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容存在一定的交叉和重復(fù)。同時(shí)實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊詫?duì)理論知識(shí)的驗(yàn)證和補(bǔ)充為主，以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解為主，導(dǎo)致學(xué)生只要按照實(shí)驗(yàn)步驟操作即可完成實(shí)驗(yàn)，缺乏工程能力的培養(yǎng)。
雖然各高校已經(jīng)意識(shí)到工程能力培養(yǎng)的重要性[2] ，實(shí)驗(yàn)教學(xué)也逐步經(jīng)歷了"基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)—綜合型、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)—?jiǎng)?chuàng)新型實(shí)驗(yàn)"的過渡，但培養(yǎng)學(xué)生工程能力的目的似乎并未完全達(dá)到。其主要原因，筆者認(rèn)為在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容方面存在"三個(gè)脫節(jié)"[3] ，即實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置與工程需求脫節(jié)，課程內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與行業(yè)規(guī)范脫節(jié)，單一性知識(shí)訓(xùn)練與工程需要綜合性知識(shí)應(yīng)用能力脫節(jié)，從而不利于引導(dǎo)學(xué)生工程能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。因此，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和模式上需要"兩個(gè)轉(zhuǎn)變"，即以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心，以知識(shí)傳授為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐怨こ棠芰ε囵B(yǎng)為主。比如在實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生的注意力往往集中在如何按照教師和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的講解，按圖索驥地完成實(shí)驗(yàn)（稱之為以教師為中心的教學(xué)模式）。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程學(xué)生處于一種被動(dòng)盲目的狀態(tài)，缺少參與實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性和積極性，缺少一個(gè)自己思考、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過程。因此，土木工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨如何從以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心的問題。另外，實(shí)驗(yàn)的工程背景有待加強(qiáng)。如拉伸和壓縮實(shí)驗(yàn)，只是為了計(jì)算、驗(yàn)證和理解材料的力學(xué)性能，但是該實(shí)驗(yàn)的工程背景是什么，不得而知。如果補(bǔ)充工程背景，比如結(jié)構(gòu)破壞的工程實(shí)例，則更能加深對(duì)該實(shí)驗(yàn)以及其工程意義的理解。土木工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)同時(shí)也面臨著以知識(shí)傳授為主到以工程能力培養(yǎng)為主的轉(zhuǎn)變。
以實(shí)施"卓越計(jì)劃"[4] 為契機(jī)，在土木工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)過程中，通過多層次課程新體系建設(shè)、綜合力學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)、多元化實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法與手段研究等，最終實(shí)現(xiàn)知識(shí)—能力一體化培養(yǎng)的土木工程力學(xué)課程群建設(shè)。
二、土木工程力學(xué)類實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革思路及措施
�。ㄒ唬┒鄬哟瓮聊竟こ塘W(xué)實(shí)驗(yàn)課程新體系規(guī)劃與建設(shè)
以加強(qiáng)學(xué)生工程訓(xùn)練和設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)為重點(diǎn)，緊密結(jié)合土木工程實(shí)際，建立以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，分層次、多模塊、相互銜接的工程力學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目類型涵蓋驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合型實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)、開放性實(shí)驗(yàn)等。改變按理論課程設(shè)置實(shí)驗(yàn)教學(xué)的局限性，綜合平衡考慮不同專業(yè)、不同課程對(duì)力學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的要求，凝練實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，盡量避免不同課程之間重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，使力學(xué)實(shí)驗(yàn)具有一定的系統(tǒng)性。
為使單一性知識(shí)訓(xùn)練與綜合性知識(shí)工程應(yīng)用的情況相適應(yīng)，建立多層次力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程新體系。它包括三個(gè)層面：第I類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為專業(yè)綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，主要為跨課程多知識(shí)點(diǎn)的綜合性項(xiàng)目。涵蓋了理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、土木工程材料、土力學(xué)、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)體系的綜合運(yùn)用。第II類項(xiàng)目為某一門課程知識(shí)的綜合應(yīng)用，此類實(shí)驗(yàn)以綜合性、開放性實(shí)驗(yàn)為主，要求學(xué)生自行完成實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)過程。第III項(xiàng)目為課程單一知識(shí)點(diǎn)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。多層次土木工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程新體系。
（二）面向知識(shí)—能力一體化培養(yǎng)的力學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)
通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生工程能力的關(guān)鍵是實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與工程能力培養(yǎng)相適應(yīng)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與土木工程行業(yè)指導(dǎo)規(guī)范相適應(yīng)。因此，改變只將"知識(shí)"作為教學(xué)大綱的傳統(tǒng)做法，制定和實(shí)施反映知識(shí)—能力一體化培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱。根據(jù)"卓越計(jì)劃"的要求，按通用標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)人才，強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力。在大綱中建立每個(gè)實(shí)驗(yàn)所對(duì)應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)和能力培養(yǎng)目標(biāo)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。通過建立知識(shí)—能力—實(shí)驗(yàn)內(nèi)容關(guān)系矩陣（如表1），按照土木工程行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，將各知識(shí)點(diǎn)的能力培養(yǎng)落實(shí)到實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，突出土木工程行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范內(nèi)容的講解，避免知識(shí)點(diǎn)與工程應(yīng)用脫節(jié)，從而達(dá)到工程和創(chuàng)新人才的培養(yǎng)要求。
�。ㄈ┒嘣瘜�(shí)驗(yàn)教學(xué)方法與手段研究
�。�1）實(shí)驗(yàn)教學(xué)以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和應(yīng)用創(chuàng)新能力為主要目的。采用理論講授、現(xiàn)場(chǎng)示范與實(shí)際操作相結(jié)合，多媒體輔導(dǎo)和教師輔導(dǎo)相結(jié)合，課堂實(shí)驗(yàn)與課外實(shí)踐、應(yīng)用創(chuàng)新相結(jié)合等多元化實(shí)踐教學(xué)方法與手段。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中結(jié)合具體情況，以啟發(fā)式、自學(xué)式、討論式、研究式等教學(xué)方法為主，深入淺出，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)其創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力，進(jìn)行問題式、案列式教學(xué)探索。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法、手段、實(shí)驗(yàn)考核方法的創(chuàng)新改革，推進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。多元化實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法與手段層次結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要體現(xiàn)在教學(xué)方法、教學(xué)形式、教學(xué)活動(dòng)類型以及能力培養(yǎng)的不同層次。
（2）教學(xué)模式的兩個(gè)轉(zhuǎn)變。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和模式上實(shí)現(xiàn)"兩個(gè)轉(zhuǎn)變"，即以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心，以知識(shí)傳授為主發(fā)展為以工程能力培養(yǎng)為主。對(duì)于綜合性實(shí)驗(yàn)，只給出實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵�。讓學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識(shí)，自主制定實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行材料準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)檢測(cè)與分析。在這個(gè)過程中培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立操作能力、獨(dú)立分析解決問題能力等。對(duì)于驗(yàn)證性基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，增加基礎(chǔ)理論與對(duì)應(yīng)工程背景的聯(lián)系，以及該理論知識(shí)對(duì)土木工程建設(shè)的工程意義。
�。ㄋ模┙⒘W(xué)實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新研究興趣小組
為組織第二課堂，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)興趣和能力，加強(qiáng)開放性實(shí)驗(yàn)建設(shè)，將力學(xué)實(shí)驗(yàn)建設(shè)與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新競(jìng)賽相結(jié)合，組建了力學(xué)實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新研究興趣小組。該力學(xué)實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新研究興趣小組建設(shè)工作側(cè)重于創(chuàng)新型、研究型、開放性實(shí)驗(yàn)的實(shí)施，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，定期舉辦校級(jí)結(jié)構(gòu)模型制作及加載試驗(yàn)比賽，激勵(lì)學(xué)生參加。
三、改革特色及成效
依托工程教育指導(dǎo)思想、卓越工程師計(jì)劃和土木工程行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，進(jìn)行土木工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程群建設(shè)，主要特色體現(xiàn)在：（1）通過多層次力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程體系建設(shè)使單一性知識(shí)訓(xùn)練與工程綜合性知識(shí)相適應(yīng)；（2）通過構(gòu)建知識(shí)—能力—實(shí)驗(yàn)內(nèi)容關(guān)系矩陣，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與工程能力培養(yǎng)相適應(yīng)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與土木工程行業(yè)指導(dǎo)規(guī)范相適應(yīng)；（3）通過多元化實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法研究與實(shí)踐、力學(xué)實(shí)驗(yàn)第二課堂建設(shè)等，實(shí)現(xiàn)力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的"兩個(gè)轉(zhuǎn)變"。最終構(gòu)建知識(shí)能力一體化培養(yǎng)的土木工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)特色課程，從而加強(qiáng)工程能力與創(chuàng)新能力培養(yǎng)。
通過改革實(shí)踐，本實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究的成果已經(jīng)在2012級(jí)、2013級(jí)中得以應(yīng)用。筆者作為該力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的主講教師，帶領(lǐng)2012級(jí)學(xué)生代表學(xué)校第一次參加廣西區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽獲得二等獎(jiǎng)、三等獎(jiǎng)。指導(dǎo)2013級(jí)學(xué)生獲得國家和廣西大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目各1項(xiàng)。此外，通過創(chuàng)建創(chuàng)新研究興趣小組，學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性普遍提高，2015年參加校級(jí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽人數(shù)達(dá)72%，改革效果顯著。
參考文獻(xiàn)
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