“卓越计划2.0”背景下土木工程专业实验教学改革探索

［摘 要］ 实验教学质量对于土木工程专业学生实践能力的提升至关重要。在分析高校土木工程专业实验教学的现状及不足后，提出结合实习开展实验教学的新思路。对实习环节的选择、实验教学单元的选取进行了论证，得出结合生产实习环节进行材料力学、流体力学、土力学、土木工程材料等实验单元教学的新模式。实验实习一体化的新教学模式能高水平实现产教融合、构建协同育人机制，能够充分利用实验教学学时，可以弥补学校实验教学不足并及时更新实验教学内容。

［关键词］ 卓越计划2.0；土木工程；实验教学；实验实习一体化

［基金项目］ 2022年度西南交通大学校级本科实验教学研究与改革项目“卓越计划2.0”背景下土木工程专业结合生产实习开展实验教学的探索”（20221516）

［作者简介］ 黄喜兵（1974—），男，四川大竹人，工学博士，西南交通大学土木工程学院副教授，主要从事土木工程研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2023）36-0059-04 ［收稿日期］ 2023-02-12

鉴于我国工程教育面临的教育理念落后、人才结构不合理、知识体系和培养模式不适应社会发展等问题，教育部先后启动了“卓越计划”和“卓越计划2.0”。“卓越计划”和“卓越计划2.0”都强调对工科学生实践能力的培养，“卓越计划2.0”的要求更高，旨在培养适应新形势的卓越工程科技人才［1-2］。土木工程专业是一个典型的应用性和实践性强的工科专业，提高土木工程专业实验教学质量将有利于提高学生的工程实践能力和创新能力，有利于学生成长为高素质的工程技术人才。

一、土木工程专业实验教学现状与问题

我国目前有400多所高校开设土木工程本科专业，每年招生人数约10万人。由于各校的校情不同，因此各校实验实习的教学模式不完全一样，但大体上是根据教指委发布的本科指导性专业规范实施的。土木工程专业实验领域的教学通常包括基础（物理、化学）实验、专业基础实验和专业及研究性实验等；基础实验包括普通物理实验、普通化学实验等单元。专业基础实验环节包括材料力学实验、流体力学实验、土木工程材料实验、混凝土基本构件实验、土力学实验、土木工程测试技术等单元。专业实验环节包括按专业方向安排的相关土木工程专业实验单元。研究性实验环节作为拓展能力的培养，各校根据实际情况选择性安排。

在教指委本科专业教学规范指导下，我国高校土木工程专业实验教学取得了一定的成绩，但与“卓越计划2.0”对学生实践创新能力的培养要求尚有差距，我国现行的土木工程专业实验教学还存在以下问题。

（一）实验教学学时数普遍不足

除与“大学物理”和“大学化学”课程理论性联系特别紧密的基础实验环节外，土木工程专业基础实验环节的实验内容多，学时严重不足，例如：材料力学实验包括10个知识与技能点，但只有10个学时；混凝土基本构件实验包括8个知识与技能点，但只有4个学时；土力学实验包括6个知识与技能点，但只有6个学时；土木工程测试技术实验包括6个知识与技能点，但只有8个学时。实验课学时数不足使得实验教学往往以教师演示性教学为主，学生动手的机会极其缺乏，不足以支持学生真正有效地开展实验，对学生实践能力的培养不能起到足够的支撑作用。

（二）实验教学硬件资源紧张

实验教学自然需要相应的实验场地、仪器设备和试件。在教育经费有限的条件下，加之我国已经进入高等教育普及化阶段，每年招收的学生人数较多，校内实验教学的场地、仪器设备容量有限，不能完全满足实验教学需求［3］。实验教学硬件资源“僧多粥少”，大部分学校的实验场地不能满足数量如此庞大的学生的需要。另外，实验所需试件价格不菲，如钢筋混凝土受弯构件适筋梁、超筋梁破坏等实验，需要购买钢筋、混凝土（多是购买砂、石、水泥等原料自行拌制混凝土）这些原材料，还需要能多次使用的模板，做一次实验的花费可想而知，单靠高校自身提供的教育经费要满足每名学生亲自动手做实验几乎是不可能的。

（三）实验教学内容单调落后

我国高校的实验教学中，大部分实验是验证已知结论，内容仅限于重复实验操作［4］。社会生产力不断进步，土木工程实践中新材料、新结构、新技术日新月异，标准规范亦会随着工程实践的发展而更新，但土木工程专业实验教学内容一成不变，实验方法也可能是落后的甚至是已经淘汰的方法。实验教学既缺乏创新设计，又不能反映我国实际工程建设中采用的新工艺、新技术。

（四）实验实习教学未系统联动

国内高校在组织实验教学时与其他理论课程一样，各实验单元各自独立为一个分阶段教学的课程环节，按部就班地组织教学活动，往往未能系统谋划、联动实施，通常是实验教学与实习教学相分离，各实验环节甚至实验单元相分离，导致实验实习在培养学生实践能力上未能形成合力，教学效果有待进一步提升。

（五）实验教学未与产业界协同

习近平总书记在党的二十大报告中提出，“教育是国之大计、党之大计”，要推进产教融合［5］。2018年教育部在《教育部关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》中要求：大力推动高校与行业部门、企业共同建设实践教育基地，健全合作共赢、开放共享的实践育人机制［6］。2019年教育部在《教育部办公厅关于实施一流本科专业建设“双万计划”的通知》中要求：高等学校要不断完善协同育人和实践教学机制，着力推进高等学校与政府部门、企事业单位合作办学、合作育人［7］。2022年在中山大学举行的2021高等教育国际论坛年会上，时任教育部高教司司长吴岩指出：工程教育应面向工业界实行产教融合发展［8］。可见，国家一直在倡导高校与相关行业、企业基于共赢理念协同育人。但长期以来，我国高校土木工程专业的实验教学仍然是独立在学校的教学实验室进行，未曾与相关企业合作进行实验教学，未把实验教学放到企业的生产实验室进行，未做到产教融合，未能与产业界实现协同育人。学校教学与企业实际需求的脱节导致高校辛苦培养的学生不能适应企业的要求，企业几乎要对大学生重新进行实验培训（实践教育）。

二、对土木工程专业结合实习开展实验教学的思考

“卓越计划2.0”以培养面向工业界、面向世界、面向未来的高质量新工科人才为根本使命。土木工程专业实验教学也应当本着“学生中心、产出导向、持续改进”的先进工程教育理念，创新教育教学模式，深化协同育人机制建设。为切实提高实验教学质量，强化学生实践能力培养，以培养学生成长为适应和引领国家建设发展需要的卓越工程科技人才为目标，应建立并逐步完善结合实习开展实验教学的新模式。

（一）实习环节的选择

众所周知，土木工程专业实习领域通常包括为期1周的专业认识实习、为期3周的课程实习（工程测量、工程地质）、为期4周的生产实习和为期2周的毕业实习等环节。

1.认识实习环节，通常在大一结束后的暑假短学期进行，而大一通常安排的是基础课程。认识实习的主要目的是增强学生对主要土木工程类型的感性认识，提高学习本专业的兴趣。由于认识实习的教学时间较短，且学生尚未进行专业课的学习，所以在认识实习环节既无实践，学生也尚无理论基础开展实验教学。

2.课程实习环节，通常在大二结束后的暑假短学期进行，是结合“工程测量”“工程地质理论”课程进行的专项实习，目的是强化“工程测量”“工程地质理论”课程理论知识，熟悉测量仪器的性能和使用方法等。课程实习的针对性强，而且本身实习内容众多，没有条件再开展其他的实验教学活动。

3.生产实习环节，通常安排在大三完成专业基础课程后的暑假短学期进行，通常按专业方向进行安排，一名学生只能也只需参加一个专业方向的实习［9］。生产实习内容通常是与土木工程建造技术、项目管理及工程造价成本管理等有关的内容。生产实习持续时间长，且学生是分散到各工程单位，实习内容本身就包含诸多实验教学内容，且是针对实际工程，学生有时间、有相应理论知识，也有实际工程需要，而且工程单位也有实验条件开展相应实验。对自己能够运用专业知识和能力建设实际工程，学生容易产生成就感，也更有兴趣完成实验教学。因此，应该结合生产实习环节开展实验教学。

4.毕业实习环节，通常在大四第二学期结合毕业设计（论文）安排，主要是结合毕业设计（论文）选题，调查同类在建或已建工程实际情况，了解工程设计步骤、要点，收集资料，熟悉相关标准规范等。毕业实习环节时间短，没有时间开展实验教学，且学生已临近毕业，也来不及开展实验教学。

（二）实验教学内容的选择

如前所述，土木工程实验教学包括基础实验、专业基础实验、专业实验和研究性实验等环节。

1.基础实验环节包括普通化学和普通物理实验，往往是与“大学物理”和“大学化学”理论课协同安排的，而且在生产实习过程中很少能够涉及相关实验，因此基础实验环节不太适合在生产实习环节进行。

2.专业基础实验环节内容多，其中材料力学实验、土木工程材料实验、土力学实验、流体力学实验在任何专业方向的生产实习过程中均会涉及，也是工程实践中主要的实验项目，特别适合在生产实习过程中安排教学。混凝土基本构件实验和土木工程测试技术实验在生产实习过程中是否会涉及，要看具体的实习项目和实习阶段。

3.专业实验环节主要是为了掌握土木工程相关专业方向的检测技术，在生产实习过程中不一定能够涉及，所以建议专业实验也不放在生产环节进行。如果在生产实习过程中恰好碰到，作为强化和运用专业实验技能的机会即可。

4.研究性实验环节主要是对学生创新能力的培养，教指委对其实验教学内容无法统一规定。各高校往往结合大学生创新创业训练计划进行，并非毕业所必需。因此。研究性实验环节也不适于在生产实习环节开展。

因此，选择将专业基础实验环节的材料力学实验、土木工程材料实验、土力学实验、流体力学实验等实验单元与生产实习环节同步实施教学，其他实验环节或实验单元仍按原教学计划实施。

（三）实验教学新模式的优势

1.解决了实验教学学时不足的问题。把土木工程专业6个专业基础单元实验中的4个结合生产实习安排教学，其他实验教学单元仍按原模式开展教学。这样大部分的教学内容与生产实习环节融合，有充分的时间来安排剩余的实验单元教学，且生产实习时间集中，期限又长，单独进行生产实习，学生会感觉存在较多“无事可干”的时间，同时进行实验教学既很好地完成了实验教学目标又能充实学生的实习内容。因此，这种实验新教学模式较好地解决了实验教学学时不足的问题。

2.极大缓解了实验教学资源紧张的状况。4个专业基础实验单元结合生产实习环节进行教学，这四个实验单元所需的实验场地、实验仪器设备和实验试件等教学资源就从原来需要学校提供转变为由生产实习单位提供，在大大减轻学校压力的同时并未增加生产实习单位的额外负担。因为学生是分散到不同单位进行生产实习，每个工程项目上接收的学生人数并不多，不会给工程单位的场地提供带来明显压力；而且由于工程本身就需要进行相应实验，现在只是把工程实践中的实验同时作为学生学习的实验，实现了仪器设备和试件等资源的充分利用。

3.实验教学内容能够紧跟社会发展趋势。由于是在生产实习单位实际工程实验的同时进行实验教学，实验教学内容（实验项目）及实验方法都是根据国家现行法律法规及技术标准规范要求进行的，能够紧跟时代发展脉搏，不会出现在学校学的是社会已经淘汰的这种情况。

4.实现了实验实习一体化系统联动。以前的教学模式中，实验、实习与理论课程一样独立成课，互相不关联，学习没有系统性，导致学生不能切实感受到学习与实际工程的关系。按照新教学模式，实验实习实现一体化，在真实工程中真刀真枪地进行磨炼，学生学习的积极性和认真程度必然大大提高。

5.高水平实践了产教融合、协同育人。近年来，国家一再强调“卓越计划2.0”要大力推动学校和业界的产教融合，建立健全学校与业界的协同育人机制。在生产实习环节开展实验教学，是把学校的实践教学与业界的生产实践进行有机结合。业界既为学校提供了实践教育的机会和条件，实习学生也充当了业界充满活力的年轻见习技术人员，为业界节约了劳动力成本，提前培养了未来的工程技术专业人才，双方各取所需，各有所得。