國家級土木工程實驗教學示范中心建設與實踐

國家級土木工程實驗教學示范中心建設與實踐

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容之一。它代表了高等教育實踐的進步，在領導實踐教育改革方面發(fā)揮了作用。石家莊鐵道大學國家級土木工程實驗教學示范中心以科學和工程技術發(fā)展水平為依托,以提高教學質量作為教育、教學的改革核心,以創(chuàng)新型人才培養(yǎng)為主線,確立以學生為本,知識傳授、能力培養(yǎng)、素質提高協調發(fā)展的教育理念和以突出能力培養(yǎng)為核心的現代實驗教學觀念。中心實行“開放、流動、聯合、競爭”的運行機制,創(chuàng)建現代實驗運行環(huán)境,為學生搭建一個自主學習、研究創(chuàng)新的實驗平臺,成為人才培養(yǎng)、科學研究、高新技術開發(fā)三位一體的科技基地。不斷提高實驗教學質量,充分發(fā)揮示范輻射作用,為培養(yǎng)適應新世紀國家經濟建設與社會發(fā)展需要、具有較強競爭能力的高素質創(chuàng)新型人才創(chuàng)造條件。1實驗教學改革1.1明確教學定位,擴大體系建設石家莊鐵道大學的發(fā)展戰(zhàn)略是“立足河北、服務交通、面向全國”,建設成為特色鮮明、國內知名的工程技術大學。圍繞學校的發(fā)展戰(zhàn)略,土木工程實驗教學中心從學校的辦學指導思想和人才培養(yǎng)體系全局出發(fā),以培養(yǎng)學生實踐能力、創(chuàng)新能力,提高教學質量為宗旨,結合中心多年的建設成果和教學改革經驗,確定“厚基礎、寬領域、重素質、強能力”的有交通土建特色的本科教學定位。土木工程實驗中心以國家級實驗教學示范中心建設標準為依據,努力建設成具有先進教學理念、扎實的工程實踐經驗和超強科研能力的教學科研實體。建設和完善依托專業(yè)基礎平臺、專業(yè)平臺和研究探索平臺的實驗教學體系,進一步加強實驗教學與科研的相長;繼續(xù)更新設備,建設一個種類齊全、設備先進的實驗硬件平臺,建成資源網絡化、實驗層次化、管理開放化的獨具軍校式的“紀律嚴明,程序嚴謹”的傳統(tǒng)特色的人才培養(yǎng)實驗教學基地。1.2樹立了科學發(fā)展理念根據學校“以學生為根本,以能力培養(yǎng)為核心,知識、素質、能力協調發(fā)展”的教育教學理念,以工程教育回歸工程的觀念指導實驗教學。強調工程教育從過去過分重視“工程科學”轉變?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),尤其是實驗教學環(huán)節(jié),強調要用“整合”或“集成”的思想重建課程內容和結構,樹立了“再現科學發(fā)現,加強綜合實驗,突出學生主體,強化能力訓練”的實驗教學理念。從人才培養(yǎng)的知識結構和創(chuàng)造性思維出發(fā),使實驗教學由“驗證型、認識型、單一型”轉變?yōu)椤皯眯?、設計型、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改革的重點。1.3實驗教育改革計劃按照實驗教學改革思路,進行了一系列的改革實踐。1.3.1構建了“4個實驗層次+2個工程化結合”的實驗教學體系從實驗教學理念出發(fā),建立與理論教學有機結合、協調發(fā)展,以能力培養(yǎng)為核心,寓知識傳授于動手能力、探索精神訓練中的實驗教學體系,構建了“4個實驗層次+2個工程化結合”的實驗教學體系。實驗項目由淺至深構成縱向4個層次,即基本型實驗、綜合設計型實驗、工程實踐型實驗、研究探索型實驗,突出實驗項目、畢業(yè)設計與科研及工程項目的結合,依托專業(yè)基礎平臺、專業(yè)平臺、研究探索平臺3個實驗平臺實現對學生進行系統(tǒng)的知識、素質和能力的培養(yǎng)。并對整合后的實驗教學大綱、實驗教學方法和手段以及考核方法等方面進行了改革與創(chuàng)新,以提高實驗教學質量。1.3.2創(chuàng)設課題,培養(yǎng)學生的能力實驗教學以人為本,因材施教,注重學生個性發(fā)展。培養(yǎng)創(chuàng)新型人才應將實驗教學內容與極富創(chuàng)造性的課題結合,使學生在實踐中發(fā)揮自主創(chuàng)造性。為此,我們選拔一些有能力、有興趣的學生自帶小課題,或結合教師的科研課題、教學改革項目,參與到教學科研實踐中來,讓他們得到深層次的鍛煉和提高。由學生參與的單缸雙向筒式液壓減震器研究、單總線驅動電路研究、數字式溫度記錄儀的設計研究等,獲得了國家專利,并形成產品,使學生能力得到了提高。由學生參加的粗顆粒土壓實標準研究、埋入式沉降板研究項目,解決了客運專線建設中的技術難題。1.3.3提供全方位的信息管理與統(tǒng)計服務基于網絡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絡平臺,該平臺涵蓋實驗中心管理平臺、國資處國有資產管理平臺、教務處教學資源管理平臺和任課教師管理平臺,集實驗室管理、實驗課程教學和開放實驗教學管理于一身,為國資處、教務處、實驗中心管理員、任課教師、學生以及其他用戶提供全方位的信息管理與統(tǒng)計服務。在校園網上共享教學大綱、實驗項目、教學進度、實驗要求、儀器使用、實驗課件、實驗視頻等。學生可進行網上預習,也可以通過網絡選課、預約實驗、成績查詢等,實現教學管理信息化。1.3.4推行自主探究型實驗改革教學培養(yǎng)計劃,增加實驗教學環(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時和實驗項目,建立以結構實驗室為主的綜合實驗大廳和以工程力學實驗室為主的創(chuàng)新實驗室。采取預約式開放管理,提倡學生自主實驗,倡導學生自覺、合作、探索的學習方式,循序漸進。按層次逐漸深入,按系統(tǒng)化要求設計綜合實驗。2構建“、4個專業(yè)、研究平臺”的實驗教學體系土木工程實驗教學中心根據社會對人才的需求,密切結合學校的人才培養(yǎng)目標,構建“4個實驗層次+2個工程化結合”的實驗教學體系(見圖1),依托專業(yè)基礎、專業(yè)、研究探索3個實驗平臺實現對學生進行系統(tǒng)性的知識、素質和能力的培養(yǎng)。突出以學生為主體,以能力培養(yǎng)為目標,以探究式實驗、啟發(fā)性實驗、引導性實驗為教學手段,提高動手能力、培養(yǎng)創(chuàng)新意識,達到培養(yǎng)高素質人才的目標。2.14實驗水平4個實驗層次即“基本型實驗、綜合設計型實驗、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、砂漿的強度”等;工程力學實驗中的“應變計粘貼技術技能訓練”、“金屬材料的拉壓實驗”等;結構實驗中的鋼弦傳感器的工作原理及應變測試等。(2)整合知識的方法、技能體系使學生獲得的不是零散的彼此孤立的知識或單一的方法、技能,而是一個經有機整合的、彼此關聯的科學知識體系或綜合的方法、技能體系。如土力學實驗中的“粘性土的壓縮實驗”;建筑材料實驗中的“混凝土配合比設計實驗”;結構實驗中的“鋼筋混凝土梁的設計制作與加載量測技術”等。(3)工程技術發(fā)展面向工程實際,結合重大工程設置工程實踐型實驗,使得學生參與的實驗處于工程技術發(fā)展的前沿。如工程測量中的“電子水準儀數據傳輸及其格式轉換”;土工試驗檢測技術中的“路基沉降精確測試試驗”等。(4)隧道與地下工程實驗設計提出的為了訓練學生的創(chuàng)新思維,增強學生的創(chuàng)新能力,培育學生的創(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”、“土質隧道監(jiān)測模型試驗”;結構設計與制作的數值模擬中的“動載對橋梁結構的影響分析”等。2.22工程實踐教育理念“2個工程化結合”是突出“實驗項目、畢業(yè)設計與科研及工程項目”的結合,即部分實驗教學項目來源于科研項目和工程實踐活動;部分畢業(yè)設計項目也來自于科研課題或工程技術服務。按照學校的培養(yǎng)目標:“獲得工程師的基本訓練,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)工程技術人才為主的高等工程教育無論是側重工程技術,還是側重工程科學,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)和數量充足的科研項目及技術服務為依托,緊密結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據完成畢業(yè)設計與科研課題,并與工程技術服務相結合。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),結合學習知識的過程,分析、分解問題,從而化為局部問題由實驗教學解決,培養(yǎng)職業(yè)素質,重視工程實踐和工程技術,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)和利用現有實驗室資源進行整合和集成的結果,以此實現對學生進行系統(tǒng)性知識、素質和能力的培養(yǎng)。知識結構上與土木工程有關的工程力學原理實驗、工程材料的物理和力學性能實驗、結構構件的強度和變形實驗、整體結構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)性的實驗內容主要體現在按照構成系統(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40余門實驗課程,開設195項實驗項目,包括基本型實驗80項(41%)、綜合設計型、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施先進、環(huán)境優(yōu)良的具有較強現代氣息的實驗教學示范中心。3實驗教育方法和手段的改革3.1與教學內容相結合的實驗教學內容中心依據強大的科研項目和科技服務背景,把科技發(fā)展最前沿的設備和測試技術(如地質雷達、TSP超前預報系統(tǒng)等)增加到實驗教學內容中,將國家重大工程中的新方法和新技術(如客運專線工后沉降監(jiān)測與控制等)與教學內容相結合,使學生不僅掌握科技發(fā)展動態(tài),而且能親自參與創(chuàng)新性活動,加強對學生實驗能力、研究能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。3.2探究實踐,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力(1)實驗教學重視調動學生參與的積極性。采用“啟發(fā)—引導—討論”和“發(fā)現—論證—研究”式教學法,通過提問、引導、討論、探索、研究等方式,構建學生獨立思考的氛圍,引導學生主動自覺學習。精選實驗內容,增加實驗的深度和廣度。注重理論與實踐的有機結合,拓寬學生的知識面,提高學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力。“啟發(fā)—引導—討論”式教學法的設計主線是“由提問開始啟發(fā),用鼓勵引導深入,用討論概括總結,用碰撞產生創(chuàng)新”?；旧厦看螌嶒灪缶鶠閷W生留下一定量的思考題,要求學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“導師制”教學。目前我們已實行三年級以后的“導師制”,學生在分專業(yè)方向后即可選擇指導教師,中心的指導教師也可以指導學生利用實驗資源提前進入畢業(yè)設計環(huán)節(jié)或進行實驗專題研究,引導學生進行專業(yè)訓練,培養(yǎng)學生解決問題的能力和創(chuàng)新能力。(3)實施個性化、開放式實驗教學方法。實驗中心對學生實行預約式全開放,學生自主選擇和設計實驗,自主驗證實驗。利用資源的網絡化,既滿足了個性化的需求,又激發(fā)了學習的主動性,提高了學生的科學實驗素質。(4)利用網絡技術完善實驗教學。學生可以利用中心網站資源進行課前預習、課后復習和網上自由選課,可以查看成績和進行教學效果評價,可以觀看多媒體教學課件、實驗視頻和工程實踐教學片。(5)通過中心的國家職業(yè)技能鑒定和工程檢測資質對學生的動手能力和理論結合實踐能力的進行鍛煉。中心具備的資質使得科研項目和科技服務充足,可及時更新訓練內容。例如測量專業(yè)的水準測量與沉降監(jiān)測可直接到京石、石武客運專線現場、在項目中實驗,在實驗中創(chuàng)新。既鍛煉了學生的動手能力,又能激發(fā)學生的學習興趣,使學生的工程意識和工程技能得到培養(yǎng),綜合素質得到全面提高。3.3實驗評估方法3.3.1綜合設計型實驗質量組織模型有以下幾種不同類型的實驗,考核的重點不同,但都要綜合評定學生實驗成績。(1)基本型實驗以實驗操作考試為主,評價的標準是操作的規(guī)范性,結果的準確性等;(2)綜合設計型實驗以實驗方案設計為主,重點考核實驗操作的可行性、技術串接的合理性、實驗操作的準確性等;(3)工程實踐型和研究探索型實驗重點考核學生分析問題、解決問題的能力和創(chuàng)新能力?？己朔绞街饕袑嶒灢僮骺荚嚭蛯嶒灷碚摼C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計、獨立課程內容、研究探索型實驗項目單獨計算學分的方案,單獨計算學分根據實驗的開課形式分別采用相應的考核模式,與理論課相結合的實驗內容,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分。4改善高層次人才實驗支持政策實驗教學隊伍是實驗室建設與管理的基本力量,結構合理、素質好、水平高的實驗技術隊伍是搞好實驗室建設,提高教學、科研水平的基本保證。中心依托土木工程等專業(yè),著力建設了一支由課程負責人與實驗教師,理論課教師、實驗技術人員三位一體、多元協同的師資隊伍,實現理論與實踐、科研與教學的有機結合。學校采取了多種措施,吸引高學歷、高職稱、高水平的教師參加實驗室建設、改革和教學工作,對中心師資隊伍建設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,協助解決好他們的子女就學、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位,并實行相應鼓勵政策,例如減免工作量等,以保證他們有足夠的學習時間。(3)實驗中心定期或不定期地對實驗教師及實驗技術人員進行計算機、實驗室設備和實驗室管理、實驗操作技術等方面知識的培訓;采用參加學術會議,實驗培訓班等方式了解、掌握最新實驗技術和實驗教學手段,適應實驗教學的要求。(4)為提高實驗教師的實驗教學效果,中心實行專、兼職教師結合制度。專職教師相對固定,對兼職教師和輪崗教師按實驗教學和實驗教學項目改革實行流動管理。每年通過選拔優(yōu)秀師資或當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,輪崗教師主要負責實驗教學改革、開發(fā)實驗教學項目、自制實驗儀器、改革實驗教學管理模式等工作。實現了理論和實驗教學的互通,教學與科研工作互通,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