探索重点学科优势和行业特色构筑高水平土木工程实验教学体系

　　摘要：
　　科学的实验教学体系是培养土木工程专业创新型人才的基本保障．以“知识、能力、素质协调发展”．。发挥重点学科优势和行业特色”为指导思想，按照宽口径、厚基础、强能力、量个性、显特色的人才培养目标，构筑了分层次、模块化的实验教学体系．利用重点学科的人才队伍、设备条件和学科平台，以高水平科学研究为引领，不断革新实验内容和实验方法，为提高学生的实践能力和科研创新能力提供良好的实验教学条件．关键词：土木工程实验教学体系；模块化；分层次；综合设计型实验；研究创新型实验土木工程是涉及学科非常广泛的专业，建造一项工程设施一般要经过勘察、设计和施工三个阶段，需要运用工程地质勘察、工程测量、土力学、工程力学、工程设计、建筑材料、建筑设备、建筑经济等学科和施工技术、施工组织等领域的知识。因此，土木工程知识体系非常庞大。
　　
　　土木工程又是实践性非常强的学科，实验教学是土木工程专业人才培养的重要环节。实验教学的根本任务是培养学生的实践能力和创新精神，提高学生分析和解决实际问题的能力，特别是提高学生的科研潜质和创新能力。
　　
　　土木工程专业实验教学具有显著特点：以材料的力学性质实验为基础，涉及多学科试验方法；难以进行原型试验，以构件实验和缩尺模型实验为主，实验设备粗大、笨重、价格昂贵，实验技术复杂；需要进行破坏性实验，实验费用高。
　　
　　因此，如何构筑科学可行的实验教学体系成为土木工程专业实验教学的基本问题。其中，依托重点学科的设备、科学研究、人才队伍等学科优势，并发挥行业特色是建立高水平实验教学体系的一条有效途径。可以解决土木工程专业实验教学的涉及学科多、设备昂贵、实验费用高以及实验技术复杂等各种问题。
　　
　　一、以能力培养为核心，构建分层次、多模块的实验教学体系
　　
　　从研究型大学本科人才培养体系整体出发，以能力培养为核心，构建分层次、多模块、相互衔接的实验教学体系。实验体系坚持基础性训练、综合性训练和研究创新性训练相互结合、相互衔接，实现基础与前沿、经典与现代的有机结合，校内实验与校外实习的结合。同时保持足够的灵活性，充分体现学习过程中学生的主体地位和教师的主导地位，使学生可自行设计发展方向，实现“知识、能力、素质”协调发展的目的。注重实验教学体系与科研、工程、社会应用实践密切联系，形成良性互动，并将大学生创新性试验计划纳入到实验教学体系。与实验教学体系相适应，建立新型的以培养适应能力与鼓励探索为主导的实验教学模式和多元实验考核方法，推进学生自主性学习、合作性学习、研究性学习。
　　
　　根据土木工程学科的特点，本着“知识、能力、素质协调发展”、“发挥重点学科优势和行业特色”的指导思想，按照宽口径、厚基础、强能力、重个性、显特色的人才培养目标，实验中心已经形成了分层次、模块化的实验教学体系，如图l所示。
　　
　　实验教学体系的特点是：
　　
　　(1)模块齐全。包括力学、建筑材料、土力学、岩土工程、工程结构(含轨道、桥梁、隧道、建筑结构)、测量、地质、市政等模块，覆盖了土木工程专业的大部分方向领域，并辐射到相关专业。
　　
　　(2)层次渐进。模块中包含有基本型、综合设计型、研究创新型等不同层次的实验，满足从基础到创新能力的多目标、多类型人才的培养．(3)体系开放。每一模块可分出子模块，学生可以模块、子模块甚至以实验项目为单位进行个性化选择。
　　
　　基本型实验、综合设计型实验和研究创新型实验层次渐进，依托专业基础平台、专业实验平台、特色创基本型实验目的是使学生掌握基本专业实验技能，平台和校外实践平台，内容覆盖了专业的主要方向。
　　
　　深化对理论课程的理解。综合设计型实验是使学生在掌握基本实验技能的基础上，进一步提高综合分析、解决实际问题的能力，熟悉较为先进的实验技术及方法，培养学生的工程意识以及科研潜质和创新能力。研究创新型实验是进一步激发学生的研究兴趣，培养学生的创新思维，其实验项目由学生提出立项申请，也可由导师提供项目，学生进行选题并立项。
　　
　　二、依托重点学科优势和行业特色，以高水平科学研究为引领，改革实验内容和方法
　　
　　加强实验教学与理论教学相结合、实验教学与科学研究和工程应用相结合，形成它们之间的良性互动，改革实验内容和方法。依托相关的国家级重点学科一桥梁与隧道工程、道路与铁道工程，北京市一级重点学科——土木工程和北京市重点学科——固体力学，充分利用学科的人才、实验平台优势和特色，不断将科学和工程技术的研究项目和成果融入实验教学中，特别是将科学和工程技术研究融入学生的综合设计型实验、研究创新型实验、课程设计、毕业设计(论文)等，取得良好的效果。部分教师结合自己的科研成果，开发拥有自己知识产权的新的实验方法、技术和仪器设备，并获得多项专利授权和软件著作权。
　　
　　根据铁路车辆减振弹簧装置，我校教师自行设计了“套装弹簧实验”方法并获得国家发明专利，使学生通过实验了解该装置的性能，并且学生需对其复杂受力进行有效分析，才能设计完成该实验，有效锻炼学生综合分析问题、解决问题的能力。
　　
　　综合利用建筑材料和结构实验技术，设计了“钢筋混凝土梁的设计、制作和承载能力实验”，使学生全面掌握混凝土的制备、早强剂的应用、钢筋混凝土粱的三种破坏形态以及工程结构实验的加载技术、量测技术和实验数据的分析和处理技术。
　　
　　利用我校亚洲独有的轨道减振与控制实验平台，依托科研项目，为本科高年级学生开设的具有轨道交通特色的研究性实验项目——地铁减振与控制实验。可以让学生了解轨道交通振动环境影响的研究前沿，综合运用轨道结构、结构动力学等相关基础理论知识，学习振动测试与分析、轨道减振等相关技术。引发学生对理论和应用问题的研究兴趣，增强创新意识，提高学生的合作与动手能力。
　　
　　桥梁和高层建筑的设计、模型制作及加载实验来源于全国大学生结构设计竞赛的选题。实验中包含了丰富的理论问题和工艺技术问题，如结构选型、强度、刚度、稳定性、构件制作工艺、接头连接工艺问题等，因此，有效地锻炼了学生理论分析、动手操作、创新思维、团队合作等多方面的能力。
　　
　　以科研项目为基础，设立了大学创新实验计划项目“全张力结构设计与模型实验”、“移动车辆对桥梁的动力冲击作用试验”。
　　
　　同时，我们还发挥行业优势，实施宽口径教育基础上的特色教育，建立培养“具有轨道交通特色的土木工程创新型”人才的实验教学内容。我校土木工程专业是以交通土建工程和建筑工程两个专业为基础整合而成的大类专业，目前涵盖道路与铁道工程、桥梁工程、地下与岩土工程、建筑工程等方向，专业覆盖面宽。同时．桥梁与隧道工程、道路与铁道工程又是国家级重点学科，在人才、设备等方面有较大的优势，因此，实验教学从内容到方法都体现了这些优势和特色。首先，为满足一般大类专业培养的要求，设置了包括力学实验、材料实验、测量实验、地质实验、结构实验、土工实验等基本实验教学内容。在土木工程大类培养，通才教育的基础上，充分发挥重点学科的学科优势和轨道交通行业特色优势，以重点学科、教育部研究中心、铁道部重点实验室为依托，开展研究创新型实验教学，设计了包括桥梁结构、轨道结构、轨道振动、越江跨海隧道等在内的大量研究性实验项目，加强在桥梁、隧道、地下工程、轨道工程等领域的实验教学，培养具有轨道交通特色的土木工程创新人才。
　　
　　三、以学科建设为契机，构筑集人才培养、学科建设和科学研究于一体的实验平台体系
　　
　　以学科建设为契机，结合“九五”、“十五”两期“211工程”建设，在基础实验设备基础上，建立和研制～批科研教学兼顾、独具特色的实验平台和系统，如地下工程与轨道实验平台、流体．固体耦合隧道结构加载实验系统、盾构掘进模拟实验系统等。建立了一个集人才培养、学科建设和科学研究于～体，由专业基础实验平台、专业实验平台、特色创新平台等构成的校内实验平台体系和5个校外实习基地等构成的校外实践教学平台(中心总体构架见图2)，为培养轨道交通特色人才提供了优良的硬件环境。实验室面向学生全面开放，即实验时间开放(包括周末)，实验内容开放(实验教学内容分为必修实验、选修实验、自主设计实验)，资源开放(基本实验仪器和设备配置齐全，精密仪器登记使用)。
　　
　　使学生充分利用实验教学资源，灵活地在课上、课下进行必修实验、选修实验、自主实验，为保障实验教学内容的有效实施以及实验教学效果奠定了良好的基础。　　
　　
　　四、依靠重点学科优秀的教学团队，提高实验教学质量
　　
　　高水平稳定的实验教师队伍是提高实验教学水平的基本保障，重点学科和高水平平台建设是凝聚人才的重要途径。我们充分发挥重点学科引进、培养人才的作用，建立了有效的激励机制，吸引高水平教师加入实验教学行列，培育满足现代实验教学需要的、教学与科研兼各的优秀实验教学团队，提高了实验教学的层次和水平。
　　
　　实验教学队伍包括实验主讲教师、实验技术和设备管理人员。实验主讲教师全部具有博士或硕士学位(其中博士不少于2／3)，由学术带头人或高水平教授或副教授负责，他们热爱实验教学，同时兼通理论教学，教育理念先进，学术水平高，教学科研能力强，实践经验丰富，熟悉实验技术，勇于创新。实验技术和设备管理人员实验技术娴熟，责任心强，认真负责实验室日常管理，积极配合实验教师的实验准备和辅导。