水利土木“三位一体”化实践教学的改革与探索

［摘 要］ 随着新工科建设要求的提出，近年来各高校均积极开展实践与探索，取得了较为明显进展和成效。以河海大学特色学科专业为例，依托校级公共实验平台，着眼于水利、土木等专业实践教学交叉融合，建立考核、教学、平台为一体的实践教学新模式。在发挥学科特色的基础上，整合水利与土木实验资源，重构课程框架，打造系列水利土木一体化实践教学案例及课程，形成多学科交叉融合的协同育人体系，培养适应新时代工程建设需求的水利土木复合型人才。

［关键词］ 水利与土木工程；实践教学；一体化；平台建设

［基金项目］ 2020年度教育部新工科专业改革类项目“基于‘产—学—研—用’深度融合的水利土木一体化实践教学模式及协同创新平台研究”（E-TMJZSLHY20202126）；2020年度中国高等教育学会专项课题“基于一流本科建设下的高校实验人员能力提升与保障机制研究——以河海大学为例”（2020SYYB15）；2021年度江苏省力学学会力学教育教学研究课题“基于‘科教融合’的水利土木一体化实践教学研究”（2021jslxjy203）

［作者简介］ 陈 红（1981—），男，重庆人，博士，河海大学水利水电学院正高级实验师，主要从事流体测试技术和实验室建设管理研究。

［中图分类号］ G642.3 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2023）52-0070-04 ［收稿日期］ 2022-07-14

引言

当前水利工程建设呈现多学科多专业交融的趋势，复杂程度越来越高^［1-2］，建设中出现的大量新课题、新挑战，对工程技术人员提出了更高的要求。缪林昌等^［3］以“土力学”课程为例，提出大土木专业土力学教学建议。杨敬林等^［4］针对湖南农业大学“大土木”类专业，挑选三门专业结构类课程，从培养计划、教学手段及内容、教学实施过程等多层次多维度开展教学改革探索。常鸿飞等^［5］针对大土木中的结构设计课程，提出了精品教材的编写建议，为大土木工程专业基础课程教材的建设提供参考。张满栋等^［6］实现了泛土木水利工程制图教学内容的有机融合。郑健等^［7］依托西北黄土高原地区“大土木”水力学课程教学需结合工程背景与专业特色，从教学内容、方法、考核等多层面实施改革与创新。何春保等^［8］针对农业特色院校，通过校内外水利、土木工程实验资源优化整合，构建了学科交叉、科教融合、课创一体、校企协同的实践教学模式。边亚东等^［9］以土木水利专业研究生教育创新培养基地建设为背景，探索适合现阶段发展需要的基地建设的新模式。张其亮等^［10］提出构建“第一课堂+第二课堂+企业”的三位一体实践教学体系，用以满足不同层次学生的需求。

本文依托河海大学校级公共实验基地，着眼于一体化教学和协同创新平台两个维度，融入考核、教学、平台三位一体化建设思路，构建水利土木交融背景下的一体化实践教学平台，培养具有新时代工程思维的高质量复合型人才。

一、平台构建

河海大学水利土木类本科专业划分较为详细，包括水文与水资源工程、水务工程、水利水电工程、港口航道与海岸工程、土木工程、交通工程等，专业间资源开放共享率低，教学内容相互融合少，不利于新工科背景下复合型人才的培养。

依托学校校级公共实验基地（189实验基地），构建水利土木专业一体化实践教学平台。该平台目标明确，集中各方优势，优化配置水利类、土木类实验设施、仪器设备等资源，统筹规划实践教学项目，有机整合水工、河工、结构、土工、港工等实验，拓宽学生知识面，提升专业素养，激发学生的学习兴趣和创新能力，有助于培养具有水利、土木一体化专业知识的复合型工程技术人才。

一体化实践教学平台具体建设思路如图1所示。通过建设水利土木“三位一体”化实践教学，实现考核一体化、教学一体化和平台一体化。其中平台一体化是基础，将水利实验平台“水流试验大厅”与土木实验平台“结构试验大厅”有机整合，通过水下振动台、河流模型等承载水利土木实验。教学一体化是整合水利、土木基础实验、专业实验和创新实验，统一建设教学资源库，同步面向水利、土木专业开展实践教学。考核一体化是建立统一的考核体系，制定统一的考核标准，针对水利、土木专业学生开展统一考核。由此，平台、教学和考核相互支撑，融为一体，“三位一体”建设将推进水利、土木实践教学的交叉融合。

二、建设内容

（一）考核一体化

考核一体化是目标导向，在统一考核内容的基础上开展考核一体化，具体考核内容包括创新成果、问题解决能力和现场操作三个方面。

1.创新成果考核。突出水利土木交叉融合，水利专业相关实践教学在考核时应明确体现土木专业方向的创新应用或突破；同理，土木专业考核时也要体现水利专业方向的创新成果。比如，制定土木工程专业“桥梁工程”实践课程考核内容时，可将桥墩受水流冲刷规律及防护措施纳入考核内容，充分考核学生对水利专业相关知识的掌握。

2.问题解决能力考核。学生解决问题的能力尤其是解决复杂工程中科学问题的能力，是高校工程类专业毕业生应具备的核心能力，也是工程教育专业认证的重要要求。考核问题解决能力时应明确水利土木交叉融合，通过设置基础实验、专业实验和创新实验，分层级融合交叉知识，考查学生对基础知识交叉的掌握程度以及对专业技能掌握的熟练程度。

3.现场操作能力考核。实践教学目的是培养学生的实践动手能力。在“大土木”、新工科背景下，现场操作能力要求学生对水利、土木专业仪器、设施的操作熟练掌握。比如，土木专业学生除本专业必备仪器外，还需具备对流速、水位、流量等测量仪器的操作能力；同理，水利专业学生也应掌握压力机等仪器的操作。

（二）教学一体化

水利土木一体化实践教学将整合基础类实验、专业类实验和创新类实验，不区分专业，由实践课程内容配备相应师资。教学统一采取现场实验、远程虚拟化实验、工程案例等形式，其中远程虚拟化实验主要通过远程视频教学、视频讲座等形式开展。为了丰富教学内容和形式，采用虚实结合的方式，学生现场开展实践教学，完成实际操作内容，对于实验结果展示及部分无法现场实现的教学内容，可通过大屏、视频、虚拟仿真等手段进行展示，使实践教学内容更加完善、生动、趣味，有力提升实践教学的质量。一体化平台从实验案例、仪器设备、场所条件、教师队伍、管理体系等多层面支撑教学一体化资源落地生根。

（三）平台一体化

依托校级公共实验平台水流实验大厅、结构实验大厅进行实践教学平台一体化建设，其中水流实验大厅总建筑面积约5万平方米，主要用于开展大型水利工程、河道整治、海洋工程、水环境治理、流域模型等试验研究；结构实验大厅总建筑面积约1.5万平方米，目前拥有众多大型仪器设备，主要开展工程材料、结构静动力模型试验。

该平台能满足水利、土木专业实践课程的教学需求，可容纳近百名学生开展高质量实践活动，满足学生开展创新训练的需求。学校设置了系列水利土木一体化实践教学课程及案例，借助课程及案例教学载体，开展复合型人才培养，并实现教学一体化、考核一体化的目标。

三、典型教学案例

（一）地震作用下溃坝实验

依托河海大学全国最大三向六自由度模拟地震水下振动台搭建了地震作用下溃坝实验，面向水利、土木等专业开展工程结构类课程设计实践教学。

在振动台台面上设置大坝模型，上游模拟水库，下游模拟河流及周围环境，一旦水库大坝出现溃坝险情，上游水库水体将形成洪水涌向下游，周围被洪水淹没，造成严重自然灾害。模拟地震水下振动台及拱坝模型如图2所示。

在该案例中，坝体结构破坏属于结构安全性研究范畴，洪水演进属于河流动力学范畴，工程风险评价属于管理科学与工程领域，最后地震灾害认知承载了科学普及实践重任。因此，通过该实践教学案例，首先，能在水利工程各二级学科之间实现交叉融合；其次，能够帮助水利工程、土木工程、管理科学与工程等专业学生建立起水利工程整体系统性认知，而不再是割裂的、单一的，培养塑造的是复合型人才，同时该案例可以承担起科学普及社会服务职责。

（二）水工建筑物上部框架结构抗震减震模型试验

框排架结构在土木工程、水利工程中均广泛应用，区别主要在于所受外荷载以及建设位置。水利工程中框排架结构所受荷载除常见的自重、楼面荷载、风载、雪载、地震作用等，还有独特的流激振动、动静水压力等荷载。此外，水利工程框排架结构多建于大体积混凝土上。例如，大坝上部、闸墩上部等。当上下结构质量、刚度发生突变，易产生“鞭梢效应”。

通过该案例，针对水利工程专业学生可将土木领域较为成熟的设计理念融入水利工程建设；针对土木工程专业学生，能够了解和掌握框排架结构更多应用场景、振动响应特征等，最终实现水利、土木工程在框排架结构抗震研究领域的交叉融合，更有利于复合型人才的培养，学生实验过程如图3所示。

此外，学校在产学研用一体化考虑的基础上，还设置了双曲拱坝静力加载模型试验、海上风电抗震模型试验、工程结构动力特性试验、工程结构全生命周期健康监测案例、工程结构快速诊断及除险加固案例等，充分融合水利、土木类学生培养需求，实现一体化实践教学。

结语

依托河海大学校级公共实验基地，通过考核一体化、教学一体化、平台一体化的“三位一体”建设，整合水利、土木实践教学资源，打造系列水利土木一体化实践教学课程与案例，涵盖水利工程不同二级学科之间的融合、水利工程与土木工程之间的融合、水利工程与管理科学与工程之间的融合、水利工程与工程力学之间的融合等。课程及案例呈现出典型性、创新性、实用性、趣味性、探索性、启发性等特点，形成多学科交叉融合的协同育人体系，培养适应新时代工程建设需求的水利土木复合型人才。

参考文献

［1］黄鹤，赵祥模，黄莺，等.多学科交叉融合构建新工科创新实践教学体系［J］.实验科学与技术，2022，20（2）：43-46.

［2］李卫军，邢延，蔡述庭，等.面向多学科融合的自动化类人才培养模式探索与实践［J］.高等工程教育研究，2021（6）：31-37.

［3］缪林昌，经绯，邵俐.大土木工程类土力学教学改革思考与实践［J］.东南大学学报（哲学社会科学版），2009，11（S1）：255-257.

［4］杨敬林，欧阳国元，万琳辉，等.农业院校“大土木”专业结构类课程教学改革比较分析［J］.黑龙江科学，2017，8（18）：141-143.

［5］常鸿飞，夏军武，贾福萍，等.大土木专业结构设计原理精品课程教材建设思考［J］.高等建筑教育，2016，25（5）：67-70.

［6］张满栋，梁国星，杨胜强，等.泛土木水利工程制图教学内容体系改革探讨［J］.图学学报，2013，34（4）：132-134.

［7］郑健，王燕，钱晨，等.基于地域特色的“大土木”水力学课程建设与教学实践［J］.高教学刊，2016（16）：80-81+84.

［8］何春保，倪春林，李庚英.水利与土木工程实验教学示范中心建设与实践［J］.实验技术与管理，2020，37（1）：216-219.

［9］边亚东，郝育喜，纠永志，等.土木水利专业学位硕士生“三位一体”实践教学模式探索［J］.实验技术与管理，2019，36（12）：215-218.

［10］张其亮，周瑜，卢冶.“三位一体”层次化实践教学体系构建与实施［J］.实验技术与管理，2019，36（1）：33-36+43.