国家级土木工程实验教学示范中心建设与实践

国家级土木工程实验教学示范中心建设与实践

国家级实验教育示范中心是教育部和财政部实施高等教育课程和教育改革的内容之一。它代表了高等教育实践的进步，在领导实践教育改革方面发挥了作用。石家庄铁道大学国家级土木工程实验教学示范中心以科学和工程技术发展水平为依托,以提高教学质量作为教育、教学的改革核心,以创新型人才培养为主线,确立以学生为本,知识传授、能力培养、素质提高协调发展的教育理念和以突出能力培养为核心的现代实验教学观念。中心实行“开放、流动、联合、竞争”的运行机制,创建现代实验运行环境,为学生搭建一个自主学习、研究创新的实验平台,成为人才培养、科学研究、高新技术开发三位一体的科技基地。不断提高实验教学质量,充分发挥示范辐射作用,为培养适应新世纪国家经济建设与社会发展需要、具有较强竞争能力的高素质创新型人才创造条件。1实验教学改革1.1明确教学定位,扩大体系建设石家庄铁道大学的发展战略是“立足河北、服务交通、面向全国”,建设成为特色鲜明、国内知名的工程技术大学。围绕学校的发展战略,土木工程实验教学中心从学校的办学指导思想和人才培养体系全局出发,以培养学生实践能力、创新能力,提高教学质量为宗旨,结合中心多年的建设成果和教学改革经验,确定“厚基础、宽领域、重素质、强能力”的有交通土建特色的本科教学定位。土木工程实验中心以国家级实验教学示范中心建设标准为依据,努力建设成具有先进教学理念、扎实的工程实践经验和超强科研能力的教学科研实体。建设和完善依托专业基础平台、专业平台和研究探索平台的实验教学体系,进一步加强实验教学与科研的相长;继续更新设备,建设一个种类齐全、设备先进的实验硬件平台,建成资源网络化、实验层次化、管理开放化的独具军校式的“纪律严明,程序严谨”的传统特色的人才培养实验教学基地。1.2树立了科学发展理念根据学校“以学生为根本,以能力培养为核心,知识、素质、能力协调发展”的教育教学理念,以工程教育回归工程的观念指导实验教学。强调工程教育从过去过分重视“工程科学”转变为更多地重视“工程系统”及其背景上来,加强工程实践能力的培养,尤其是实验教学环节,强调要用“整合”或“集成”的思想重建课程内容和结构,树立了“再现科学发现,加强综合实验,突出学生主体,强化能力训练”的实验教学理念。从人才培养的知识结构和创造性思维出发,使实验教学由“验证型、认识型、单一型”转变为“应用型、设计型、综合型、实践型和创新型”,以培养具有实践能力、动手能力和创新思维的高层次人才作为实验教学改革的重点。1.3实验教育改革计划按照实验教学改革思路,进行了一系列的改革实践。1.3.1构建了“4个实验层次+2个工程化结合”的实验教学体系从实验教学理念出发,建立与理论教学有机结合、协调发展,以能力培养为核心,寓知识传授于动手能力、探索精神训练中的实验教学体系,构建了“4个实验层次+2个工程化结合”的实验教学体系。实验项目由浅至深构成纵向4个层次,即基本型实验、综合设计型实验、工程实践型实验、研究探索型实验,突出实验项目、毕业设计与科研及工程项目的结合,依托专业基础平台、专业平台、研究探索平台3个实验平台实现对学生进行系统的知识、素质和能力的培养。并对整合后的实验教学大纲、实验教学方法和手段以及考核方法等方面进行了改革与创新,以提高实验教学质量。1.3.2创设课题,培养学生的能力实验教学以人为本,因材施教,注重学生个性发展。培养创新型人才应将实验教学内容与极富创造性的课题结合,使学生在实践中发挥自主创造性。为此,我们选拔一些有能力、有兴趣的学生自带小课题,或结合教师的科研课题、教学改革项目,参与到教学科研实践中来,让他们得到深层次的锻炼和提高。由学生参与的单缸双向筒式液压减震器研究、单总线驱动电路研究、数字式温度记录仪的设计研究等,获得了国家专利,并形成产品,使学生能力得到了提高。由学生参加的粗颗粒土压实标准研究、埋入式沉降板研究项目,解决了客运专线建设中的技术难题。1.3.3提供全方位的信息管理与统计服务基于网络化的实验室管理系统是实验室高效运作的重要支撑。建立独立运行的实验中心网络平台,该平台涵盖实验中心管理平台、国资处国有资产管理平台、教务处教学资源管理平台和任课教师管理平台,集实验室管理、实验课程教学和开放实验教学管理于一身,为国资处、教务处、实验中心管理员、任课教师、学生以及其他用户提供全方位的信息管理与统计服务。在校园网上共享教学大纲、实验项目、教学进度、实验要求、仪器使用、实验课件、实验视频等。学生可进行网上预习,也可以通过网络选课、预约实验、成绩查询等,实现教学管理信息化。1.3.4推行自主探究型实验改革教学培养计划,增加实验教学环节的比例,尤其是增加综合型实验、工程实践型实验和探索型实验的实验学时和实验项目,建立以结构实验室为主的综合实验大厅和以工程力学实验室为主的创新实验室。采取预约式开放管理,提倡学生自主实验,倡导学生自觉、合作、探索的学习方式,循序渐进。按层次逐渐深入,按系统化要求设计综合实验。2构建“、4个专业、研究平台”的实验教学体系土木工程实验教学中心根据社会对人才的需求,密切结合学校的人才培养目标,构建“4个实验层次+2个工程化结合”的实验教学体系(见图1),依托专业基础、专业、研究探索3个实验平台实现对学生进行系统性的知识、素质和能力的培养。突出以学生为主体,以能力培养为目标,以探究式实验、启发性实验、引导性实验为教学手段,提高动手能力、培养创新意识,达到培养高素质人才的目标。2.14实验水平4个实验层次即“基本型实验、综合设计型实验、工程实践型实验、研究探索型实验”。(1)材料、工程实验主要培养学生观察问题的能力和对理论的认知能力。如建筑材料实验中的“水泥的物理性质、砂浆的强度”等;工程力学实验中的“应变计粘贴技术技能训练”、“金属材料的拉压实验”等;结构实验中的钢弦传感器的工作原理及应变测试等。(2)整合知识的方法、技能体系使学生获得的不是零散的彼此孤立的知识或单一的方法、技能,而是一个经有机整合的、彼此关联的科学知识体系或综合的方法、技能体系。如土力学实验中的“粘性土的压缩实验”;建筑材料实验中的“混凝土配合比设计实验”;结构实验中的“钢筋混凝土梁的设计制作与加载量测技术”等。(3)工程技术发展面向工程实际,结合重大工程设置工程实践型实验,使得学生参与的实验处于工程技术发展的前沿。如工程测量中的“电子水准仪数据传输及其格式转换”;土工试验检测技术中的“路基沉降精确测试试验”等。(4)隧道与地下工程实验设计提出的为了训练学生的创新思维,增强学生的创新能力,培育学生的创新精神。如隧道与地下工程实验中的“地下管线测量新方法实验”、“土质隧道监测模型试验”;结构设计与制作的数值模拟中的“动载对桥梁结构的影响分析”等。2.22工程实践教育理念“2个工程化结合”是突出“实验项目、毕业设计与科研及工程项目”的结合,即部分实验教学项目来源于科研项目和工程实践活动;部分毕业设计项目也来自于科研课题或工程技术服务。按照学校的培养目标:“获得工程师的基本训练,并具有创新精神和实践能力的高级专门人才”的要求,坚持以工程教育回归工程为核心理念培养应用型人才。工程教育回归工程的理念要求以培养工程技术人才为主的高等工程教育无论是侧重工程技术,还是侧重工程科学,都必须回归到工程实践,树立工程实践教育理念。以实际工程为背景,以通过的国家职业技能鉴定、国家计量认证(中心具有的工程检测资质)和数量充足的科研项目及技术服务为依托,紧密结合工程实践进行实验项目的工程化,通过使用实验仪器和采集实验数据完成毕业设计与科研课题,并与工程技术服务相结合。着眼于从工程实际出发,从全局性、整体性、系统性的问题出发,结合学习知识的过程,分析、分解问题,从而化为局部问题由实验教学解决,培养职业素质,重视工程实践和工程技术,培养优秀的工程人才。2.33系统性实验项目3个实验平台包括专业基础实验平台、专业实验平台和研究探索实验平台,是开发和利用现有实验室资源进行整合和集成的结果,以此实现对学生进行系统性知识、素质和能力的培养。知识结构上与土木工程有关的工程力学原理实验、工程材料的物理和力学性能实验、结构构件的强度和变形实验、整体结构静载和动载实验等保证了知识的完整性、连续性和逻辑性。系统性的实验内容主要体现在按照构成系统的相互依存和相互作用的组成部分的认知规律,逐步深入,最终达到高屋建瓴地掌握本专业的系统知识。土木工程实验中心承担40余门实验课程,开设195项实验项目,包括基本型实验80项(41%)、综合设计型、工程实践型和研究探索型实验115项(59%),如图2所示。综合设计型、工程实践型和研究探索型实验通过必做和选做进行开放实验。按照纵向4个层次和3个实验平台进行分类购置的仪器设备具有前瞻性、综合性、可扩展性、实用性,演示仪器具有较强的直观性、趣味性、启发性、互动性,为全校师生营造了设施先进、环境优良的具有较强现代气息的实验教学示范中心。3实验教育方法和手段的改革3.1与教学内容相结合的实验教学内容中心依据强大的科研项目和科技服务背景,把科技发展最前沿的设备和测试技术(如地质雷达、TSP超前预报系统等)增加到实验教学内容中,将国家重大工程中的新方法和新技术(如客运专线工后沉降监测与控制等)与教学内容相结合,使学生不仅掌握科技发展动态,而且能亲自参与创新性活动,加强对学生实验能力、研究能力、创新能力的培养。3.2探究实践,培养学生的创新能力(1)实验教学重视调动学生参与的积极性。采用“启发—引导—讨论”和“发现—论证—研究”式教学法,通过提问、引导、讨论、探索、研究等方式,构建学生独立思考的氛围,引导学生主动自觉学习。精选实验内容,增加实验的深度和广度。注重理论与实践的有机结合,拓宽学生的知识面,提高学生的工程实践能力和创新能力。“启发—引导—讨论”式教学法的设计主线是“由提问开始启发,用鼓励引导深入,用讨论概括总结,用碰撞产生创新”。基本上每次实验后均为学生留下一定量的思考题,要求学生在写实验报告时回答问题,并作为实验报告的一个重要组成部分纳入实验报告成绩。(2)教师利用实验资源开展“导师制”教学。目前我们已实行三年级以后的“导师制”,学生在分专业方向后即可选择指导教师,中心的指导教师也可以指导学生利用实验资源提前进入毕业设计环节或进行实验专题研究,引导学生进行专业训练,培养学生解决问题的能力和创新能力。(3)实施个性化、开放式实验教学方法。实验中心对学生实行预约式全开放,学生自主选择和设计实验,自主验证实验。利用资源的网络化,既满足了个性化的需求,又激发了学习的主动性,提高了学生的科学实验素质。(4)利用网络技术完善实验教学。学生可以利用中心网站资源进行课前预习、课后复习和网上自由选课,可以查看成绩和进行教学效果评价,可以观看多媒体教学课件、实验视频和工程实践教学片。(5)通过中心的国家职业技能鉴定和工程检测资质对学生的动手能力和理论结合实践能力的进行锻炼。中心具备的资质使得科研项目和科技服务充足,可及时更新训练内容。例如测量专业的水准测量与沉降监测可直接到京石、石武客运专线现场、在项目中实验,在实验中创新。既锻炼了学生的动手能力,又能激发学生的学习兴趣,使学生的工程意识和工程技能得到培养,综合素质得到全面提高。3.3实验评估方法3.3.1综合设计型实验质量组织模型有以下几种不同类型的实验,考核的重点不同,但都要综合评定学生实验成绩。(1)基本型实验以实验操作考试为主,评价的标准是操作的规范性,结果的准确性等;(2)综合设计型实验以实验方案设计为主,重点考核实验操作的可行性、技术串接的合理性、实验操作的准确性等;(3)工程实践型和研究探索型实验重点考核学生分析问题、解决问题的能力和创新能力。考核方式主要有实验操作考试和实验理论综合考试等。实验总成绩由平时成绩、实验操作技能等部分组成,对学生的综合能力给出客观、全面的评价。3.3.2实验成绩计算是一个项目设计、独立课程内容、研究探索型实验项目单独计算学分的方案,单独计算学分根据实验的开课形式分别采用相应的考核模式,与理论课相结合的实验内容,实验成绩作为理论成绩的一部分,独立开课和工程实践型实验、研究探索型实验项目单独计算学分。4改善高层次人才实验支持政策实验教学队伍是实验室建设与管理的基本力量,结构合理、素质好、水平高的实验技术队伍是搞好实验室建设,提高教学、科研水平的基本保证。中心依托土木工程等专业,着力建设了一支由课程负责人与实验教师,理论课教师、实验技术人员三位一体、多元协同的师资队伍,实现理论与实践、科研与教学的有机结合。学校采取了多种措施,吸引高学历、高职称、高水平的教师参加实验室建设、改革和教学工作,对中心师资队伍建设起到了积极地促进作用。(1)改善高层次人才的办公、生活条件,协助解决好他们的子女就学、配偶工作等方面的困难,做到感情留人、事业留人、待遇留人。(2)采取多种方式支持青年教师攻读学位,并实行相应鼓励政策,例如减免工作量等,以保证他们有足够的学习时间。(3)实验中心定期或不定期地对实验教师及实验技术人员进行计算机、实验室设备和实验室管理、实验操作技术等方面知识的培训;采用参加学术会议,实验培训班等方式了解、掌握最新实验技术和实验教学手段,适应实验教学的要求。(4)为提高实验教师的实验教学效果,中心实行专、兼职教师结合制度。专职教师相对固定,对兼职教师和轮岗教师按实验教学和实验教学项目改革实行流动管理。每年通过选拔优秀师资或当年科研充足的教师到实验中心轮岗的方式增加实验队伍的活力,轮岗教师主要负责实验教学改革、开发实验教学项目、自制实验仪器、改革实验教学管理模式等工作。实现了理论和实验教学的互通,教学与科研工作互通,形成了不断为实验中心输入新鲜血液的长效机制。同时配套的相关政策措施,如青年教师培养制度、新进人员试讲制度等,保证