國家級土木工程實驗教學(xué)示范中心建設(shè)與實踐

國家級土木工程實驗教學(xué)示范中心建設(shè)與實踐

國家級實驗教育示范中心是教育部和財政部實施高等教育課程和教育改革的內(nèi)容之一。它代表了高等教育實踐的進步，在領(lǐng)導(dǎo)實踐教育改革方面發(fā)揮了作用。石家莊鐵道大學(xué)國家級土木工程實驗教學(xué)示范中心以科學(xué)和工程技術(shù)發(fā)展水平為依托,以提高教學(xué)質(zhì)量作為教育、教學(xué)的改革核心,以創(chuàng)新型人才培養(yǎng)為主線,確立以學(xué)生為本,知識傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)提高協(xié)調(diào)發(fā)展的教育理念和以突出能力培養(yǎng)為核心的現(xiàn)代實驗教學(xué)觀念。中心實行“開放、流動、聯(lián)合、競爭”的運行機制,創(chuàng)建現(xiàn)代實驗運行環(huán)境,為學(xué)生搭建一個自主學(xué)習(xí)、研究創(chuàng)新的實驗平臺,成為人才培養(yǎng)、科學(xué)研究、高新技術(shù)開發(fā)三位一體的科技基地。不斷提高實驗教學(xué)質(zhì)量,充分發(fā)揮示范輻射作用,為培養(yǎng)適應(yīng)新世紀(jì)國家經(jīng)濟建設(shè)與社會發(fā)展需要、具有較強競爭能力的高素質(zhì)創(chuàng)新型人才創(chuàng)造條件。1實驗教學(xué)改革1.1明確教學(xué)定位,擴大體系建設(shè)石家莊鐵道大學(xué)的發(fā)展戰(zhàn)略是“立足河北、服務(wù)交通、面向全國”,建設(shè)成為特色鮮明、國內(nèi)知名的工程技術(shù)大學(xué)。圍繞學(xué)校的發(fā)展戰(zhàn)略,土木工程實驗教學(xué)中心從學(xué)校的辦學(xué)指導(dǎo)思想和人才培養(yǎng)體系全局出發(fā),以培養(yǎng)學(xué)生實踐能力、創(chuàng)新能力,提高教學(xué)質(zhì)量為宗旨,結(jié)合中心多年的建設(shè)成果和教學(xué)改革經(jīng)驗,確定“厚基礎(chǔ)、寬領(lǐng)域、重素質(zhì)、強能力”的有交通土建特色的本科教學(xué)定位。土木工程實驗中心以國家級實驗教學(xué)示范中心建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù),努力建設(shè)成具有先進教學(xué)理念、扎實的工程實踐經(jīng)驗和超強科研能力的教學(xué)科研實體。建設(shè)和完善依托專業(yè)基礎(chǔ)平臺、專業(yè)平臺和研究探索平臺的實驗教學(xué)體系,進一步加強實驗教學(xué)與科研的相長;繼續(xù)更新設(shè)備,建設(shè)一個種類齊全、設(shè)備先進的實驗硬件平臺,建成資源網(wǎng)絡(luò)化、實驗層次化、管理開放化的獨具軍校式的“紀(jì)律嚴(yán)明,程序嚴(yán)謹”的傳統(tǒng)特色的人才培養(yǎng)實驗教學(xué)基地。1.2樹立了科學(xué)發(fā)展理念根據(jù)學(xué)校“以學(xué)生為根本,以能力培養(yǎng)為核心,知識、素質(zhì)、能力協(xié)調(diào)發(fā)展”的教育教學(xué)理念,以工程教育回歸工程的觀念指導(dǎo)實驗教學(xué)。強調(diào)工程教育從過去過分重視“工程科學(xué)”轉(zhuǎn)變?yōu)楦嗟刂匾暋肮こ滔到y(tǒng)”及其背景上來,加強工程實踐能力的培養(yǎng),尤其是實驗教學(xué)環(huán)節(jié),強調(diào)要用“整合”或“集成”的思想重建課程內(nèi)容和結(jié)構(gòu),樹立了“再現(xiàn)科學(xué)發(fā)現(xiàn),加強綜合實驗,突出學(xué)生主體,強化能力訓(xùn)練”的實驗教學(xué)理念。從人才培養(yǎng)的知識結(jié)構(gòu)和創(chuàng)造性思維出發(fā),使實驗教學(xué)由“驗證型、認識型、單一型”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皯?yīng)用型、設(shè)計型、綜合型、實踐型和創(chuàng)新型”,以培養(yǎng)具有實踐能力、動手能力和創(chuàng)新思維的高層次人才作為實驗教學(xué)改革的重點。1.3實驗教育改革計劃按照實驗教學(xué)改革思路,進行了一系列的改革實踐。1.3.1構(gòu)建了“4個實驗層次+2個工程化結(jié)合”的實驗教學(xué)體系從實驗教學(xué)理念出發(fā),建立與理論教學(xué)有機結(jié)合、協(xié)調(diào)發(fā)展,以能力培養(yǎng)為核心,寓知識傳授于動手能力、探索精神訓(xùn)練中的實驗教學(xué)體系,構(gòu)建了“4個實驗層次+2個工程化結(jié)合”的實驗教學(xué)體系。實驗項目由淺至深構(gòu)成縱向4個層次,即基本型實驗、綜合設(shè)計型實驗、工程實踐型實驗、研究探索型實驗,突出實驗項目、畢業(yè)設(shè)計與科研及工程項目的結(jié)合,依托專業(yè)基礎(chǔ)平臺、專業(yè)平臺、研究探索平臺3個實驗平臺實現(xiàn)對學(xué)生進行系統(tǒng)的知識、素質(zhì)和能力的培養(yǎng)。并對整合后的實驗教學(xué)大綱、實驗教學(xué)方法和手段以及考核方法等方面進行了改革與創(chuàng)新,以提高實驗教學(xué)質(zhì)量。1.3.2創(chuàng)設(shè)課題,培養(yǎng)學(xué)生的能力實驗教學(xué)以人為本,因材施教,注重學(xué)生個性發(fā)展。培養(yǎng)創(chuàng)新型人才應(yīng)將實驗教學(xué)內(nèi)容與極富創(chuàng)造性的課題結(jié)合,使學(xué)生在實踐中發(fā)揮自主創(chuàng)造性。為此,我們選拔一些有能力、有興趣的學(xué)生自帶小課題,或結(jié)合教師的科研課題、教學(xué)改革項目,參與到教學(xué)科研實踐中來,讓他們得到深層次的鍛煉和提高。由學(xué)生參與的單缸雙向筒式液壓減震器研究、單總線驅(qū)動電路研究、數(shù)字式溫度記錄儀的設(shè)計研究等,獲得了國家專利,并形成產(chǎn)品,使學(xué)生能力得到了提高。由學(xué)生參加的粗顆粒土壓實標(biāo)準(zhǔn)研究、埋入式沉降板研究項目,解決了客運專線建設(shè)中的技術(shù)難題。1.3.3提供全方位的信息管理與統(tǒng)計服務(wù)基于網(wǎng)絡(luò)化的實驗室管理系統(tǒng)是實驗室高效運作的重要支撐。建立獨立運行的實驗中心網(wǎng)絡(luò)平臺,該平臺涵蓋實驗中心管理平臺、國資處國有資產(chǎn)管理平臺、教務(wù)處教學(xué)資源管理平臺和任課教師管理平臺,集實驗室管理、實驗課程教學(xué)和開放實驗教學(xué)管理于一身,為國資處、教務(wù)處、實驗中心管理員、任課教師、學(xué)生以及其他用戶提供全方位的信息管理與統(tǒng)計服務(wù)。在校園網(wǎng)上共享教學(xué)大綱、實驗項目、教學(xué)進度、實驗要求、儀器使用、實驗課件、實驗視頻等。學(xué)生可進行網(wǎng)上預(yù)習(xí),也可以通過網(wǎng)絡(luò)選課、預(yù)約實驗、成績查詢等,實現(xiàn)教學(xué)管理信息化。1.3.4推行自主探究型實驗改革教學(xué)培養(yǎng)計劃,增加實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的比例,尤其是增加綜合型實驗、工程實踐型實驗和探索型實驗的實驗學(xué)時和實驗項目,建立以結(jié)構(gòu)實驗室為主的綜合實驗大廳和以工程力學(xué)實驗室為主的創(chuàng)新實驗室。采取預(yù)約式開放管理,提倡學(xué)生自主實驗,倡導(dǎo)學(xué)生自覺、合作、探索的學(xué)習(xí)方式,循序漸進。按層次逐漸深入,按系統(tǒng)化要求設(shè)計綜合實驗。2構(gòu)建“、4個專業(yè)、研究平臺”的實驗教學(xué)體系土木工程實驗教學(xué)中心根據(jù)社會對人才的需求,密切結(jié)合學(xué)校的人才培養(yǎng)目標(biāo),構(gòu)建“4個實驗層次+2個工程化結(jié)合”的實驗教學(xué)體系(見圖1),依托專業(yè)基礎(chǔ)、專業(yè)、研究探索3個實驗平臺實現(xiàn)對學(xué)生進行系統(tǒng)性的知識、素質(zhì)和能力的培養(yǎng)。突出以學(xué)生為主體,以能力培養(yǎng)為目標(biāo),以探究式實驗、啟發(fā)性實驗、引導(dǎo)性實驗為教學(xué)手段,提高動手能力、培養(yǎng)創(chuàng)新意識,達到培養(yǎng)高素質(zhì)人才的目標(biāo)。2.14實驗水平4個實驗層次即“基本型實驗、綜合設(shè)計型實驗、工程實踐型實驗、研究探索型實驗”。(1)材料、工程實驗主要培養(yǎng)學(xué)生觀察問題的能力和對理論的認知能力。如建筑材料實驗中的“水泥的物理性質(zhì)、砂漿的強度”等;工程力學(xué)實驗中的“應(yīng)變計粘貼技術(shù)技能訓(xùn)練”、“金屬材料的拉壓實驗”等;結(jié)構(gòu)實驗中的鋼弦傳感器的工作原理及應(yīng)變測試等。(2)整合知識的方法、技能體系使學(xué)生獲得的不是零散的彼此孤立的知識或單一的方法、技能,而是一個經(jīng)有機整合的、彼此關(guān)聯(lián)的科學(xué)知識體系或綜合的方法、技能體系。如土力學(xué)實驗中的“粘性土的壓縮實驗”;建筑材料實驗中的“混凝土配合比設(shè)計實驗”;結(jié)構(gòu)實驗中的“鋼筋混凝土梁的設(shè)計制作與加載量測技術(shù)”等。(3)工程技術(shù)發(fā)展面向工程實際,結(jié)合重大工程設(shè)置工程實踐型實驗,使得學(xué)生參與的實驗處于工程技術(shù)發(fā)展的前沿。如工程測量中的“電子水準(zhǔn)儀數(shù)據(jù)傳輸及其格式轉(zhuǎn)換”;土工試驗檢測技術(shù)中的“路基沉降精確測試試驗”等。(4)隧道與地下工程實驗設(shè)計提出的為了訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新思維,增強學(xué)生的創(chuàng)新能力,培育學(xué)生的創(chuàng)新精神。如隧道與地下工程實驗中的“地下管線測量新方法實驗”、“土質(zhì)隧道監(jiān)測模型試驗”;結(jié)構(gòu)設(shè)計與制作的數(shù)值模擬中的“動載對橋梁結(jié)構(gòu)的影響分析”等。2.22工程實踐教育理念“2個工程化結(jié)合”是突出“實驗項目、畢業(yè)設(shè)計與科研及工程項目”的結(jié)合,即部分實驗教學(xué)項目來源于科研項目和工程實踐活動;部分畢業(yè)設(shè)計項目也來自于科研課題或工程技術(shù)服務(wù)。按照學(xué)校的培養(yǎng)目標(biāo):“獲得工程師的基本訓(xùn)練,并具有創(chuàng)新精神和實踐能力的高級專門人才”的要求,堅持以工程教育回歸工程為核心理念培養(yǎng)應(yīng)用型人才。工程教育回歸工程的理念要求以培養(yǎng)工程技術(shù)人才為主的高等工程教育無論是側(cè)重工程技術(shù),還是側(cè)重工程科學(xué),都必須回歸到工程實踐,樹立工程實踐教育理念。以實際工程為背景,以通過的國家職業(yè)技能鑒定、國家計量認證(中心具有的工程檢測資質(zhì))和數(shù)量充足的科研項目及技術(shù)服務(wù)為依托,緊密結(jié)合工程實踐進行實驗項目的工程化,通過使用實驗儀器和采集實驗數(shù)據(jù)完成畢業(yè)設(shè)計與科研課題,并與工程技術(shù)服務(wù)相結(jié)合。著眼于從工程實際出發(fā),從全局性、整體性、系統(tǒng)性的問題出發(fā),結(jié)合學(xué)習(xí)知識的過程,分析、分解問題,從而化為局部問題由實驗教學(xué)解決,培養(yǎng)職業(yè)素質(zhì),重視工程實踐和工程技術(shù),培養(yǎng)優(yōu)秀的工程人才。2.33系統(tǒng)性實驗項目3個實驗平臺包括專業(yè)基礎(chǔ)實驗平臺、專業(yè)實驗平臺和研究探索實驗平臺,是開發(fā)和利用現(xiàn)有實驗室資源進行整合和集成的結(jié)果,以此實現(xiàn)對學(xué)生進行系統(tǒng)性知識、素質(zhì)和能力的培養(yǎng)。知識結(jié)構(gòu)上與土木工程有關(guān)的工程力學(xué)原理實驗、工程材料的物理和力學(xué)性能實驗、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強度和變形實驗、整體結(jié)構(gòu)靜載和動載實驗等保證了知識的完整性、連續(xù)性和邏輯性。系統(tǒng)性的實驗內(nèi)容主要體現(xiàn)在按照構(gòu)成系統(tǒng)的相互依存和相互作用的組成部分的認知規(guī)律,逐步深入,最終達到高屋建瓴地掌握本專業(yè)的系統(tǒng)知識。土木工程實驗中心承擔(dān)40余門實驗課程,開設(shè)195項實驗項目,包括基本型實驗80項(41%)、綜合設(shè)計型、工程實踐型和研究探索型實驗115項(59%),如圖2所示。綜合設(shè)計型、工程實踐型和研究探索型實驗通過必做和選做進行開放實驗。按照縱向4個層次和3個實驗平臺進行分類購置的儀器設(shè)備具有前瞻性、綜合性、可擴展性、實用性,演示儀器具有較強的直觀性、趣味性、啟發(fā)性、互動性,為全校師生營造了設(shè)施先進、環(huán)境優(yōu)良的具有較強現(xiàn)代氣息的實驗教學(xué)示范中心。3實驗教育方法和手段的改革3.1與教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合的實驗教學(xué)內(nèi)容中心依據(jù)強大的科研項目和科技服務(wù)背景,把科技發(fā)展最前沿的設(shè)備和測試技術(shù)(如地質(zhì)雷達、TSP超前預(yù)報系統(tǒng)等)增加到實驗教學(xué)內(nèi)容中,將國家重大工程中的新方法和新技術(shù)(如客運專線工后沉降監(jiān)測與控制等)與教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合,使學(xué)生不僅掌握科技發(fā)展動態(tài),而且能親自參與創(chuàng)新性活動,加強對學(xué)生實驗?zāi)芰?、研究能力、?chuàng)新能力的培養(yǎng)。3.2探究實踐,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力(1)實驗教學(xué)重視調(diào)動學(xué)生參與的積極性。采用“啟發(fā)—引導(dǎo)—討論”和“發(fā)現(xiàn)—論證—研究”式教學(xué)法,通過提問、引導(dǎo)、討論、探索、研究等方式,構(gòu)建學(xué)生獨立思考的氛圍,引導(dǎo)學(xué)生主動自覺學(xué)習(xí)。精選實驗內(nèi)容,增加實驗的深度和廣度。注重理論與實踐的有機結(jié)合,拓寬學(xué)生的知識面,提高學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力?！皢l(fā)—引導(dǎo)—討論”式教學(xué)法的設(shè)計主線是“由提問開始啟發(fā),用鼓勵引導(dǎo)深入,用討論概括總結(jié),用碰撞產(chǎn)生創(chuàng)新”。基本上每次實驗后均為學(xué)生留下一定量的思考題,要求學(xué)生在寫實驗報告時回答問題,并作為實驗報告的一個重要組成部分納入實驗報告成績。(2)教師利用實驗資源開展“導(dǎo)師制”教學(xué)。目前我們已實行三年級以后的“導(dǎo)師制”,學(xué)生在分專業(yè)方向后即可選擇指導(dǎo)教師,中心的指導(dǎo)教師也可以指導(dǎo)學(xué)生利用實驗資源提前進入畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)或進行實驗專題研究,引導(dǎo)學(xué)生進行專業(yè)訓(xùn)練,培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力和創(chuàng)新能力。(3)實施個性化、開放式實驗教學(xué)方法。實驗中心對學(xué)生實行預(yù)約式全開放,學(xué)生自主選擇和設(shè)計實驗,自主驗證實驗。利用資源的網(wǎng)絡(luò)化,既滿足了個性化的需求,又激發(fā)了學(xué)習(xí)的主動性,提高了學(xué)生的科學(xué)實驗素質(zhì)。(4)利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)完善實驗教學(xué)。學(xué)生可以利用中心網(wǎng)站資源進行課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)和網(wǎng)上自由選課,可以查看成績和進行教學(xué)效果評價,可以觀看多媒體教學(xué)課件、實驗視頻和工程實踐教學(xué)片。(5)通過中心的國家職業(yè)技能鑒定和工程檢測資質(zhì)對學(xué)生的動手能力和理論結(jié)合實踐能力的進行鍛煉。中心具備的資質(zhì)使得科研項目和科技服務(wù)充足,可及時更新訓(xùn)練內(nèi)容。例如測量專業(yè)的水準(zhǔn)測量與沉降監(jiān)測可直接到京石、石武客運專線現(xiàn)場、在項目中實驗,在實驗中創(chuàng)新。既鍛煉了學(xué)生的動手能力,又能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,使學(xué)生的工程意識和工程技能得到培養(yǎng),綜合素質(zhì)得到全面提高。3.3實驗評估方法3.3.1綜合設(shè)計型實驗質(zhì)量組織模型有以下幾種不同類型的實驗,考核的重點不同,但都要綜合評定學(xué)生實驗成績。(1)基本型實驗以實驗操作考試為主,評價的標(biāo)準(zhǔn)是操作的規(guī)范性,結(jié)果的準(zhǔn)確性等;(2)綜合設(shè)計型實驗以實驗方案設(shè)計為主,重點考核實驗操作的可行性、技術(shù)串接的合理性、實驗操作的準(zhǔn)確性等;(3)工程實踐型和研究探索型實驗重點考核學(xué)生分析問題、解決問題的能力和創(chuàng)新能力。考核方式主要有實驗操作考試和實驗理論綜合考試等。實驗總成績由平時成績、實驗操作技能等部分組成,對學(xué)生的綜合能力給出客觀、全面的評價。3.3.2實驗成績計算是一個項目設(shè)計、獨立課程內(nèi)容、研究探索型實驗項目單獨計算學(xué)分的方案,單獨計算學(xué)分根據(jù)實驗的開課形式分別采用相應(yīng)的考核模式,與理論課相結(jié)合的實驗內(nèi)容,實驗成績作為理論成績的一部分,獨立開課和工程實踐型實驗、研究探索型實驗項目單獨計算學(xué)分。4改善高層次人才實驗支持政策實驗教學(xué)隊伍是實驗室建設(shè)與管理的基本力量,結(jié)構(gòu)合理、素質(zhì)好、水平高的實驗技術(shù)隊伍是搞好實驗室建設(shè),提高教學(xué)、科研水平的基本保證。中心依托土木工程等專業(yè),著力建設(shè)了一支由課程負責(zé)人與實驗教師,理論課教師、實驗技術(shù)人員三位一體、多元協(xié)同的師資隊伍,實現(xiàn)理論與實踐、科研與教學(xué)的有機結(jié)合。學(xué)校采取了多種措施,吸引高學(xué)歷、高職稱、高水平的教師參加實驗室建設(shè)、改革和教學(xué)工作,對中心師資隊伍建設(shè)起到了積極地促進作用。(1)改善高層次人才的辦公、生活條件,協(xié)助解決好他們的子女就學(xué)、配偶工作等方面的困難,做到感情留人、事業(yè)留人、待遇留人。(2)采取多種方式支持青年教師攻讀學(xué)位,并實行相應(yīng)鼓勵政策,例如減免工作量等,以保證他們有足夠的學(xué)習(xí)時間。(3)實驗中心定期或不定期地對實驗教師及實驗技術(shù)人員進行計算機、實驗室設(shè)備和實驗室管理、實驗操作技術(shù)等方面知識的培訓(xùn);采用參加學(xué)術(shù)會議,實驗培訓(xùn)班等方式了解、掌握最新實驗技術(shù)和實驗教學(xué)手段,適應(yīng)實驗教學(xué)的要求。(4)為提高實驗教師的實驗教學(xué)效果,中心實行專、兼職教師結(jié)合制度。專職教師相對固定,對兼職教師和輪崗教師按實驗教學(xué)和實驗教學(xué)項目改革實行流動管理。每年通過選拔優(yōu)秀師資或當(dāng)年科研充足的教師到實驗中心輪崗的方式增加實驗隊伍的活力,輪崗教師主要負責(zé)實驗教學(xué)改革、開發(fā)實驗教學(xué)項目、自制實驗儀器、改革實驗教學(xué)管理模式等工作。實現(xiàn)了理論和實驗教學(xué)的互通,教學(xué)與科研工作互通,形成了不斷為實驗中心輸入新鮮血液的長效機制。同時配套的相關(guān)政策措施,如青年教師培養(yǎng)制度、新進人員試講制度等,保證