土木工程专业实践教学的改革与探索

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  摘要:当前经济和社会发展对土木工程专业提出了“宽口径、厚基础、强能力、高素质”的人才培养模式要求。结合目前普通高校的实际情况,通过近几年来的课程建设和教学改革,在专业课程教学、课程设计、实验教学、校企合作等几个方面进行了有益的尝试,并取得了良好的教学效果。
  关键词:实践教学;教学改革;土木工程
  作者简介:徐前卫(1973-),男,安徽巢湖人,上海理工大学土木工程系,讲师,工学博士,主要研究方向:隧道与地下结构工程的教学与研究;郑七振(1962-),男,河北石家庄人,上海理工大学土木工程系,教授,工学硕士,主要研究方向:建筑结构抗震与结构设计理论的教学与科研。(上海 200093)
  基金项目:本文系上海高校选拔培养优秀青年教师科研专项基金(21014)、2008年上海市重点课程建设项目“工程结构抗震设计”的研究成果。
  
  根据国家对人才培养的需要,一般普通高校土木工程专业的培养目标是:按照“宽口径、厚基础、强能力、高素质”的培养模式,培养德、智、体、美全面发展,掌握土木工程学科基本理论和基本知识,获得土木工程师的基本训练,具有创新意识和创新能力的工程型、应用型高级土木工程技术与管理人才。[1,2]为实现专业的培养目标,土木工程专业本科教学始终定位于应用型高级技术人才的培养上,坚持“土木工程化”的办学理念。土木工程专业的课程教学与工程实践是密不可分的,实践环节的教学质量直接影响到学生应用能力培养的效果,对于培养具有创新精神和实践能力的高质量人才有着不可替代的重要作用。[3-5]
  目前,一般普通高校的实践环节主要分为校外生产实习、毕业实习环节和校内课程实践、毕业设计教学环节两部分。其中,校外实习环节通常安排在短学期集中开展,教师和学生都比较重视,教学质量能够得到保证;但对于后者,往往是将实践教学穿插在课程教学之中进行,教学内容安排不当容易造成课程之间知识点联系脱节,不利于对学生工程应用能力的培养。由此可见,必须在土木工程专业课程结构体系中改革理论与实践两大教学环节,更新教学内容、教学方法、教学手段,并建立由实践实习、技能训练、综合训练等环节构成的实践教学体系。[6]为此,课题组结合已有的教学经验和普通高校的实际情况,开展了一系列实践环节教学方式和教学内容的改革举措,经近十年的不断探索与教学实践,取得了良好的教学效果。
  一、传统教学方法存在的问题
  通过对以往的课堂教学、实习、毕业设计等实践环节总结,以及用人单位和已毕业学生的反馈信息,发现学生在课程学习阶段对工程的认识与认知存在一定困难,理论学习与工程应用存在一定距离,从而导致学生往往只是针对一门课程生硬地、缺乏理解地学习,专业课程知识点之间的相互联系脱节,部分学生走向工作岗位后难以尽快适应、开展工作。现将教学中存在的主要问题归纳如下。
  1.课程设计多注重本门课程的设计训练,缺乏整体结构设计的概念
  “钢结构”和“混凝土结构”是土木工程专业两门非常重要的专业主干课程,也是土木工程专业占用课时最多的两门课程。其中,“钢结构”理论教学时数为80学时,课程设计环节为3周;“混凝土结构”理论教学时数为112学时,课程设计环节为4周。因此,这两门课程教学效果的好坏,将直接影响到学生今后的专业发展。在传统教学中,往往两门课程设计的内容互不相关,只注重本门课程知识点所要求的设计训练,不能建立起整体结构的设计概念,导致学生在毕业设计时仍感到无从下手。
  2.理论教学与工程实际联系不够紧密
  在理论教学中,教学内容局限于教材,教师授课多注重理论知识的讲解,缺乏结合工程案例的教学;学生多是被动学习,缺乏学习的主动性。学生的课后作业只局限于教材例题的类型,满足于做对某些题目。在参与实际工程结构的设计计算时,如果已知条件发生变化,便感到无所适从。
  3.AutoCAD课程教学中只注重学习绘图命令,存在绘图不规范现象
  规范制图是土木工程专业学生的一项基本技能要求。当前,我国建筑工程施工图设计已经100%实现计算机绘图,为适应今后的工作,土木工程专业学生必须熟练掌握CAD制图技能。但是,在传统AutoCAD课程教学中一般多强调单一命令的练习,而忽视与《建筑制图规范》的结合,导致学生利用CAD绘制的图纸在许多方面存在不规范现象,如图框和标题栏的设置、尺寸标注的位置和标注方式、文字的大小、线型的使用及制图的比例设置等。
  4.计算机辅助设计教学缺乏针对实际工程案例的训练
  计算机技术已广泛渗入到社会的各个行业, AutoCAD和PKPM等辅助设计软件已被建筑工程设计单位广泛使用。在传统的教学中,大多是依靠教科书讲授软件操作的基本命令和结构建模的基本流程,对工程案例综合训练的比重不足。
  5.结构实验教学中验证性、演示性实验偏多,综合性、探索性实验偏少
  由于硬件条件、实验经费等方面的限制,以往开展的结构实验以验证性、演示性实验居多,综合性、探索性实验很少。实验内容通常是为验证理论而制定的,按预先设计好的方案,实验未开始,实验结果早已知晓,缺乏吸引力。整个教学活动都是以教师讲解、演示为主,学生只是被动地听和看,缺乏思考和探索的动力,对实验课程兴趣不高。
  二、改革举措与主要内容
  根据当前社会和经济对宽口径和厚基础的“大土木”人才培养的要求,结合普通高校的实际情况,通过几年来的课程建设和教学改革,在以下几个方面进行了有益的尝试,取得了良好的教学效果。
  1.将注册结构工程师考题作为教学案例,培养学生工程意识和解决工程问题的能力
  注册结构工程师专业考试内容几乎涵盖了土木工程专业所有的主干课程,并且这类考题既紧密结合工程实际,又与设计规范联系密切。为此,我们编写出版了全国一级注册结构工程师执业资格考试专业部分《历年真题解析及模拟试题》一书。在“钢结构”、“混凝土结构”、“土力学与地基基础”、“建筑结构抗震设计”及“高层建筑结构设计”等课程教学中,将典型考题作为教学案例穿插在课堂教学中,让学生真实感受工程问题的解决方法,有助于对学生应用能力的培养。
  2.将“建筑制图”和“AutoCAD”两门课程教学内容相结合,培养学生规范化绘图能力
  学生在上机练习CAD绘图时往往不遵守建筑制图的基本理论和基本规定,绘制的图纸不符合“国标”要求。究其原因主要是学生把建筑制图和AutoCAD绘图看成两门不同理论体系的课程,而忽视了AutoCAD绘图是和手工绘图一样的绘图手段,只是所使用的工具不同而已。我们在实践教学中发现“建筑制图”和“AutoCAD”在教学上具有很大的互补性,将两者结合起来进行教学,可以更好地适应工程实践的要求。例如在“建筑制图”里面展示一些实际工程的施工图样,通过讲解使学生加深感性认识,也激发了学生的学习热情;在理解施工图样的基础上,通过“AutoCAD”课程讲解如何利用计算机进行专业施工图样的绘制,结合学生上机练习,既加深了学生对施工图的认识,也使学生掌握了AutoCAD绘制建筑结构施工图的一些技巧,增强了计算机绘图能力。
  3.将工程设计软件纳入建筑CAD课程中,培养学生利用计算机辅助设计的能力
  由中国建筑科学研究院研制的“PKPM”设计软件,已经被我国设计部门广泛应用于工业与民用建筑设计中。为使学生毕业后能够尽快适应工作需要,我们在“建筑CAD”课程教学之中增加了“PKPM”设计软件的教学内容。在教学过程中,利用大作业的形式,让学生利用“PKPM”设计软件,针对一小型建筑物开展设计计算和绘制施工图。由于在课程学习阶段,学生便能够体会到工程软件的强大设计、计算功能,能够比较完整地完成一项工程设计项目,大大增强了学生的学习兴趣和自信心。土木工程专业自2003年开始这项改革以来,效果明显,特别是对毕业设计帮助很大。
  4.整合课程设计内容,培养学生综合运用知识的能力
  利用短学期集中课程设计的有利条件,在课程设计环节,把“钢结构”与“混凝土结构”两门课程设计的内容进行了有机结合,针对同一个建筑物,让学生分别在“钢结构课程设计”和“混凝土结构课程设计”中完成不同部分的设计内容,使学生在课程学习阶段便建立起整体结构的设计概念。为配合课程设计改革,我们还编写了《土木工程专业课程设计指南》及《常用建筑结构设计》教材,有效地帮助学生尽快建立起整体结构设计概念。
  5.改进实验教学方法,为学生提供实验创新平台
  建筑结构实验是土木工程专业一门重要的实践技术课程,是培养学生创新能力、科研能力、组织能力的重要途径,它是本专业整个教学创新体系的重要组成部分。在过去的实验教学中,实验指导书往往给定试件设计图和实验测试方案,并列出了详细的实验步骤。过于详细的指导会束缚学生的思想,不利于创新思维的培养。为此,我们自编了《建筑结构实验指导书》,实验指导书的编写宗旨在于放手让学生独立实验,变过去的“抱着走”为“领着走”,放手鼓励学生“快步走”,增加设计性、综合性实验,着重培养学生动手能力和创新能力。例如在混凝土适筋梁的破坏实验中,实验指导书只要求学生设计一根钢筋混凝土适筋梁,并没有其他限制条件,学生可以有多种试件设计方案,也可以选用不同强度等级的建筑材料和混凝土配比,要求学生必须说明选型的依据和选材的原则。
  在结构实验课程的基础上又增开了自选实验课程,实验教学内容同当前检测与加固技术的发展相结合,为学生提供创新研究的空间和必要的软硬件条件。在自选实验中开设有回弹法检测混凝土强度、超声波法检测混凝土强度、雷达探测法检测混凝土内部缺陷和配筋等实验。不仅如此,结构静载实验中破坏后的适筋梁又被再次利用,部分学生成立了兴趣小组,申报校创新基金,在创新基金的支持下,采用粘钢法、碳纤维布加固法对受损梁进行加固,再次实验,用于研究不同加固方法的加固效果,从而对培养学生的创新能力起到了很好的催化剂作用。通过拓展实验,锻炼了学生综合运用所学知识分析和解决实际问题的能力,强化了学生实验操作技能的训练,增强了学生的工程意识,同时也加深了对以往所学专业知识的理解。借助该平台,学生获得上海市和学校创新基金资助达18人次,公开发表科研论文20余篇。
  6.强化校企合作,为学生搭建就业平台
  最近几年,我们同十余家大中型建筑企业先后建立了校企长期合作关系和校外实习基地,不仅解决了生产实习的场所,而且每年有20%左右的学生在合作单位开展毕业设计,其中绝大部分获得企业好评并被留用,提高了本专业的声誉和行业内的影响。校企联合实践教学,把以往大学毕业后的企业二次培养提前到大三、大四完成,缩短了大学生的成才周期,同时为高校教师的科研实践提供了平台,促进了地方高校的学科建设与专业建设。在开展校企合作的同时,也为学生就业拓宽了渠道。近三年来,土木工程专业学生就业率一直保持在97%以上。
  三、创新与特色
  (1)在专业课教学中,将注册结构工程师考题作为教学案例,培养学生工程意识和解决工程问题的能力;业余时间,以大作业的形式,运用工程设计软件开展工程设计,提前让学生接受结构工程师的训练。
  (2)利用短学期时间集中的有利条件,整合“钢结构”与“混凝土结构”两门课程设计的内容,针对同一工程结构,分别在“钢结构课程设计”和“混凝土结构课程设计”中完成不同部分的内容,有利于学生建立起整体结构的设计概念。
  (3)改革实验教学方法,强化综合性、自主创新性实验,实验室全天候开放,为学生提供创新研究的空间和必要的软硬件条件。
  (4)每年组织20%左右的学生在校外实习基地进行毕业设计,在校、企带教老师的指导下,协助企业解决工程实际问题,推动了产学研结合,促进了就业。
  (5)通过教学改革与创新,近4年本课题组获得校级教学成果奖3项,2007年土木工程专业被评为校级特色专业。
  四、结语
  实践环节教学的合理、有效开展既可提高学生对工程的认识和认知能力,促进对理论知识的学习和理解,又能让学生在校期间接触到工程实际内容,学会从工程的角度来发现问题、分析问题和解决问题。教师是实践教学的组织者,教师的积极性与创造性、教师的实践经验和能力,是做好实践教学及其改革的核心。学生是实践教学的主体,要充分调动学生的兴趣和创造力,加强监督与管理,创造条件、建立机制,使学生由被动地学习向主动地学习转变。实践教学的目的是提高学生的专业素质与创新能力,实践教学内容、实践教学形式等更应该不断改革,不断创新。
  
  参考文献:
  [1]高等学校土木工程专业指导委员会.高等学校土木工程专业本科教育培养目标和培养方案及课程教学大纲[M].北京:中国建筑工业出版社,2002.
  [2]方展画.高等教育学[M].杭州:浙江大学出版社,2000.
  [3]闻亮.加强实践教学,注重学生创新精神和实践能力的培养[J].内蒙古师范大学学报,2003,(4):46.
  [4]袁洪志.应用型工程院校实践教学改革与创新[J].中国大学教学,2003,(9):40-41.
  [5]刘勇健,李友群,刘广静.加强实践性教学培养土木工程专业学生的创新能力[J].高等建筑教育,2008,17(5):107-109.
  [6]张玫,潘志忠,赵艳.浅析土木工程专业的实践教学改革[J].沈阳建筑大学学报(社会科学版),2008,10(3):373-375.
  (责任编辑:麻剑飞)
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