土木工程创新实践训练平台的建设思考

王秋萍，秦世强 

（武汉理工大学 土木工程与建筑学院，湖北 武汉 430070）

[摘  要]土木工程创新实践训练平台有助于大学生开展实践项目，有利于培养具有创新能力的卓越工程师。文章分析了土木工程实践教学体系及实践训练平台现有的问题，从而提出实践教学体系的改革方法和课外创新实践训练平台建设的思路。构建多层次的创新实践训练平台，进一步提高大学生创新能力、工程应用能力，同时保证了大学生创新实践训练的可持续性。

[关键词]实践教学体系；创新实践训练平台；土木工程

[基金项目]2019年，武汉理工大学，土木工程创新实践训练平台的建设与运行管理模式研究，武汉理工大学教学研究项目（w20190082）。

[作者简介]王秋萍（1986-），女，贵州省毕节市，硕士，武汉理工大学土木工程与建筑学院，实验师。研究方向：道路与桥梁工程实验。秦世强（1987-），男，安徽省合肥市，博士，武汉理工大学土木工程与建筑学院，副教授。研究方向：桥梁工程教学与科研。

[中图分类号]G642.0      [文献标志码]A       

2010年开始教育部实施“卓越工程师教育培养计划”，培养模式强调“行业指导、校企合作、分类实施、形式多样”的原则，目的是为了培养具有创新能力、工程能力和适应能力的高质量工程技术人才。随着社会的发展，工程技术人才的创新能力被越来越多企业视为战略性资源和决定性因素。近年来为深入贯彻《国务院关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》文件精神，各个高校积极建设大学生创新实践训练平台，并在各类创新训练活动取得卓越的成绩^[1-3]。

武汉理工大学土木工程专业是教育部第二批“卓越计划”试点专业，为了培养具备创新性、专业性的复合型人才，在土木建筑学科实验教学中心基础上建立大学生创新实践教育基地，该基地目前主要服务于大学生结构设计竞赛，但近几年在全国竞赛中取得的成绩并不理想。现就土木工程实践教学体系、实践训练平台存在的问题进行分析，并探讨土木工程创新实践训练平台的建设方案。

一、土木工程实践教学体系的问题

“卓越计划”要求培养具有综合运用所学专业知识解决工程实际问题的工程师，重点在与学术的工程实践、设计和创新能力的培养。目前土木工程实践教学体系（见表1），没有达到“卓越计划”实践教学的要求，问题如下：

1）校内实践教学体系不完善。校内实践教学体系中实验课大部分为基础类实验、专业基础类实验，专业类实验较少。基础类实验和专业基础类实验有助于学生理解和掌握抽象的理论知识，但是在实际工程中，更注重的是如何应用理论知识解决实际复杂工程问题的能力。而这种能力的培养恰恰是专业类实验的教学目标。教学体系缺乏对学生系统的主动参与工程实践的培养，学生很难有独立承担和解决工程问题的能力。

2）校外实践教学达不到“卓越”目标。据调研，对于课程设计类，一方面课程设计内容往往都是参照以往题目来做，其中部分命题由从未参与过实际工程项目的任课老师设计，导致学生所做的设计大部分脱离了实际工程项目；另一方面，课程设计参考了使用多年的教材，导致采取的设计方法老旧，没有根据行业最新规范来进行调整。无法培养学生实际工作中的设计能力，达不到“卓越”目标。现场实践大部分是由教师或学生自己联系施工单位进行，考虑到学生安全问题企业对此积极性不高，其次实习期较短无法看到施工全过程，而工程建设的周期较长工序复杂，学生能了解的施工工序很有限，很难达到教学目的^[4]。

二、实践训练平台功能不完善

目前实践训练平台仅限于线下的实践训练，平台面积太小，仪器设备台套数不足，指导老师资源短缺，严重影响了学生创新训练活动的开展。土木工程专业在实际应用中少不了各类软件的辅助，学生对软件的学习需要借助虚拟仿真计算平台，现有的线下实践平台不能满足学生开展各类软件学习的需求。

表1土木工程实践教学体系

三、创新实践训练平台建设的思考

土木工程专业实践教学改革应根据“卓越计划”人才培养目标的要求，以创新意识激发为先导，以创新思维拓展为重点，以创新技能培养为主线，以创新品格形成为目的，设置课内外一体的实践教学体系^[5]。

1）改革实践教学体系。

针对土木工程专业学生未来从事的设计、施工、检测等工作，以开放形式面向土木专业学生开设相应的专业实验，通过专业课程实验，大型综合实验，课程设计等综合实践环节，注重培养学生发现问题、提出问题、分析问题、解决问题的能力，从而增强综合判断意识与能力，提高专业竞争力。

创新实践教学体系由计算机仿真实验、虚拟仿真实验和专业检测实验三大模块组成，见图1。

计算机仿真实验模块包含了土木工程专业常用的一些设计软件，目前大部分设计院较常用的如用于桥梁工程设计的Midas Civil、桥梁博士，用于结构工程设计的PKPM、SAP2000等，用于局部分析的ANSYS，近几年比较热门的BIM等。开设计算仿真实验课，有利于积极鼓励学生自主学习专业知识及相关软件，完成简单的结构的静力、抗震、抗风等方面的内力分析，可极大地提高土木工程专业学生的工程应用能力和专业竞争力。

虚拟仿真实验模块包含了土木工程专业中桥梁、隧道、结构、基础等工程的施工工序。模块为土木工程施工实习课提供全新的教学环境，通过人机互动模式学生可自行安排施工现场、模拟施工顺序从而学习施工全过程，解决施工实习因施工周期长而不能全程参与的问题，弥补校外实践教学达不到的教学目标。另外施工工序可短时内重复学习，也可以加深学生对施工工序的认知，对重要知识点掌握得更牢固。

图1 创新实践教学体系

本科教学实验模块包含针对已有传统教学实验所开发的虚拟实验，如钢筋混凝土梁柱实验、钢结构实验等。这类传统因为实验费用开支大、构件制作周期长实验安排难度较大，难以对大批量本科学生进行开放教学。通过虚拟实验平台学生可在网上通过交互操作独立完成实验，或自主设计并完成综合性创新实验，形成线上线下教学相结合的智能化、个性化、虚实结合的实验教学新模式，激发学生的实验兴趣的同时还可以极大提高学生的实验操作技能。

考虑到大型仪器设备价格高昂，操作过程复杂，设备使用难度大，目前结构实验室内的大型仪器设备只对科研实验开放，且只能由实验室专业人员操作，为了让学生以及更多进行科研实验的教师学习设备的操作，可开发相应实验模块以便于师生学习和熟练掌握设备操作方法。大型仪器实验模块将结构实验室已有的大型仪器如反力墙、振动台等，结合计算机模拟、动画模拟和人机交互等手段，通过虚拟加载构件虚拟仿真实验环境和虚拟实验进程。学生通过此模块学习大型仪器设备的操作方法，提高学生科研能力、专业实践能力和动手能力，另一方面也有助于学院科研的发展。

专业检测实验包含了公路、桥梁、结构、地基等土木工程的检测实验，这类实验紧密联系实际工程中的检测项目，让学生了解最新的检测手段，学习最常用的检测仪器使用方法，有助于提高学生的工程实践能力和动手能力。

2）课外创新训练平台建设。

通过大学生创新训练计划、教师科研项目、学科竞赛等多种渠道开展学生的创新性训练，构建开放、创新的大学生科研训练平台和创新大赛平台。建设的课外创新实践平台由科研实践平台和创新大赛平台组成，见图2。

科研实践平台中的学生自拟科研课题平台允许学生自拟科研课题不设定具体的实验项目和大纲，学生能充分发挥其主观能动性。学生自主提出实验项目提交申请报告，制定实验方案和目标，学生通过答辩确定是否立项，立项后由平台提供实验条件及安排指导老师，学生自主完成实验后撰写研究报告。根据研究成果的创新性、科学性和实用性评定学生成绩。

教师可以在科研实践平台发布自己的科研项目，学生在该平台可报名参与自己感兴趣的科研项目，双向选择后进行科研实验。教师与学生通过平台在科研项目中增强了师生互动，加强对学生自主学习意识及科研创新实践能力的培养。

创新大赛平台主要是为参赛学生提供模型制作环境、实验设备、计算软件以及师资力量，让参赛学生能顺利开展创新研究。以培养创新人才为目的，通过创新大赛平台积极引导学生参加国家、省级竞赛。学生在指导教师的指导下，通过自主选题、查阅文献、设计实验方案，实验、撰写论文或报告全过程，提高学生自主学习和科研创新能力。

图2 课外创新实践平台

3）改善实践训练平台条件

创新实践训练平台的建设以改革后的实践教学体系为依托，服务于大学生创新实践训练项目，为学生提供“两大平台”即虚拟平台和实体平台。

① 虚拟平台

实验室已有的机房内计算机台套数少，专业计算软件种类不全且已有软件端口不够，机房面积小，目前仅能满足于已有实验项目的上机课。建议专门开辟新机房作为计算仿真中心，提供如桥梁博士软件、midas、ansys、pkpm、sap2000等常用结构分析软件，根据学生在创新实践及竞赛活动中经常碰到的结构分析问题，设立相应虚拟仿真实验竞赛项目。通过实验项目的训练，积极鼓励学生自主学习专业知识及相关软件。另外设置虚拟实验教学中心，为已有虚拟实验教学项目提供场地和设备。

② 实体平台

为了鼓励更多的学生积极参与创新实践项目，首先应适当增加实体平台的场地面积以容纳更多学生；实体平台场地应注重功能分区，如科研实验区、模型制作区、办公区、讨论区、会议区等，便于学生自主开展创新活动。创新实践训练平台是依托土木建筑学科实验教学中心建立的，为了充分利用实验教学中心的仪器资源，应建立仪器共享平台，让参与创新实验训练项目的学生在相关培训合格后可自主使用实验中心的仪器。另外在创新实践训练平台配置小型化、系统化设备。

4）创新实践训练平台的运行管理模式

目前学院各个专业实验室人员不足，为创新实验室配置专职负责教师进行管理不太现实，因此创新实践训练平台的日常运行可采取学生自主运行管理模式。在专业实验室老师兼职管理的前提下，招聘组建学生管理团队以维持和保障实验室的日常运行。在解决学院实验室专职教师人员不足问题的同时，还能激发学生的主体责任意识、有助于培养学生的管理能力。

建立信息化的管理模式：①创新实验室采取现场刷卡模式，学生需在创新实验网络平台预约，在所预约的时间段内获得授权才能入内，实验教学日志、实验时间、实验项目采取远程管理；②建立开放的实验中心设备共享平台，学生可实时掌握实验室设备的使用情况，以便于实验设备的共享。共享平台提供实验中心主要设备的性能指标、使用说明书、操作手册等，方便学生使用；③创新实验室提供现场答疑，每周安排特定时间让老师和学生进行讨论，另外在创新实验室网络平台设置专门的答疑板块供师生讨论，通过多种渠道及时、准确地为学生解答在实验中遇到的各种问题。

五、结 语

本文立足于土木工程专业创新实践训练平台的建设，结合武汉理工大学土木工程与建筑学院实际情况和专业学科特点，从培养具备创新性和专业性的复合型人才出发，建立基于卓越工程师教育培养计划的创新实践教学体系，为完善大学生创新实践教育基地平台，建立“虚实结合、优势互补”的创新实践训练实体平台和虚拟平台。从培养学生的主体责任意识、管理能力出发，建立学生为主体的信息化创新实践训练平台运行管理模式，实现创新实践训练平台的规范管理，实现教与学的良性互动。加强对学生自主学习意识及科研创新实践能力的培养，在科研项目中增强了师生互动，在学院形成浓厚的科研氛围，有利于土木专业学科建设，全面提高学院实验教学管理水平和效率，培养符合社会需求，具备创新能力、专业实力强的土木工程专业复合型人才。

[参考文献]

[1]孙家瑛. 土木工程专业“卓越工程师教育培养计划”人才培养模式改革探讨[J]. 教育教学论坛, 2014(15):3-4.

[2]石春香. 交通土建专业卓越工程师人才培养模式研究[J].高等建筑教育,2012,21(5):21-24.

[3]李隽,刘宏伟. 基于卓越工程师培养计划的土木工程专业实践教学模式探讨[J]. 林区教学, 2016(8):1-2.

[4]胡朝英,黄海燕,龙立焱[J].教育教学论坛,2016(38):269-270.

[5]徐明,宗周红,肖士者等.土木工程本科实验教学创新平台建设[J].高等建筑教育,2013,22(2):114-117.