何小兵， 周 兵， 曹晓川

(重庆交通大学 道路与桥梁实验教学示范中心，重庆 400074)

0 引 言

实验教学体系是基于实践能力培养的知识架构、教学模块、教学方法设计、教学过程设计和教学成果评价所组成的系统整体，具有层次化、模块化以及系统化的特点，通常按照学生知识建构的过程设计，教学体系过于刚化。柔性实验教学体系是指适应科学技术以及社会需求不断发展要求，满足大众化教育背景下的个性化需求，以培养学生的职业能力和创新能力培养为目标，在知识结构、教学模块以及教学模式等方面具有可扩展性、可选择性以及可组合性的弹性教学体系。

道路与桥梁国家实验教学示范中心(建设)对柔性教学体系进行了探索，把道路与桥梁实验教学体系与区域特色、交通土建学科发展以及学生职业能力和创新能力培养的目标结合起来，在教学架构、教学内容以及教学模式上具有可扩展性、可选择性以及可组合性，形成具有山区、库区特色的交通土建实验教学体系，满足学生个性化需求，适应社会发展需求。

1 构建“山区”、“库区”特色的柔性教学体系

国家实验教学示范中心建设兼顾区域特色和行业优势。道路与桥梁国家实验教学示范中心(建设)位于我国西南山区和三峡库区，中心根据学校的区域定位制定了实验教学体系，教学体系的知识结构或知识框架充分考虑了西部山区、库区道路与桥梁建设的独特性和复杂性(环境、材料、设计、施工、装备、检测、监测等方面)，形成了三维柔性教学体系(见图1)。

时间维度上，教学体系按学生知识建构的过程设置“四层次”知识框架，但并不是刚性的，低年级的学生也可以选择高层次教学模块，如中心第四层次中的“科技竞赛”模块中设置的“结构承重”、“桥梁模型制作”等教学内容对学有余力的低年级同学开放，通过意义构建达到专业兴趣和能力培养；同时，框架具有可拓展性，考虑不同时期交通土建行业发展需求、区域特色需求以及学科发展需求，满足学生职业能力和创新能力的培养。

图1 三维柔性教学体系框架

西南地区是全国最大的山岭重丘区，高山峡谷多、工程地质条件差、工程环保要求严、工程施工难度大；西部河流众多，三峡库区建设带来的地质、地貌特点的改变也给路桥建设带来诸多挑战。功能维度上，教学体系按工程职业能力和创新能力培养的要求设置区域特色鲜明的教学模块，各层次的实验教学内容包含了特定环境下的“工程可行性研究”、“工程设计/选型”、“工程建设”、“工程维护与检测”和“工程监测与评估”等工程项目全生命周期各个环节，反映了道路工程、桥梁工程在特定条件下的性能与因果关系。如，中心地处山区、库区，桥梁数量和种类众多，其中拱桥以其造型美观、受力性能优良在高速公路和市县公路干线上应用十分广泛，其设计施工理论、检测维护技术是桥梁工程专业所必须掌握的重点知识。中心根据该类桥型特点，有针对性地开发了一系列具有区域特色的“裸拱影响测定试验”、“三孔拱桥连拱作用试验”、“拱桥静力荷载试验及评价方法”、“拱桥线形、变形测量”等实验项目，以强化学生对拱桥知识的学习和掌握。其次，中心实施“科研五进”实验教学模式，即“科研信息进教学课堂、科研成果进教材讲义、科研项目进实验教学项目、科研选题进毕业设计以及科研活动进第二课堂”，各教学模块与交通土建学科的发展紧密联系，具有可扩展性，满足创新人才培养需求。

空间维度上，中心将实验教学课堂延伸至课外、校外以及工程建设现场，通过“实验室开放”、“学术讲座”、“学术论坛”、“大学生科技创新基金”、“科技竞赛”(大学生桥模、建模及结构承重大赛)以及校外实践等活动和途径，有效培养学生的现代土木工程实践能力、创新能力、工程意识和工程师素质。

上述柔性教学体系应具有如下特点：

(1) 可扩展性。时间和功能维度上的可扩展性指知识架构体系不仅要满足当下学生职业能力需求，还要根据交通土建学科发展的趋势和人才培养需求动态调整知识结构和内容，满足社会经济与科技发展需求。空间维度上的可扩展性指改变传统的教学空间维度上过于狭窄的现状，拓展产学研合作培养工程技术人才培养平台，通过校企合作构筑“学科链对接产业链”校企战略联盟和高校、企业、科研院所共建“特殊区域公路大通道协同创新平台”和“山区桥梁与隧道长期性能及安全协同创新平台”，使工程教育回归工程实践和创新人才的培养。

(2) 可选择性。大众化教育背景下，学生个性化凸显，为适应多样化人才需求以及满足不同层次学生需要，需改变过于刚化的实验教学体系，建立“菜单式”模块及教学项目，不同层次学生可以根据自身的需求，选择各层次的实验模块及实验项目，实施因材施教的个性培养。

(3) 可组合性。传统的实验教学依附理论教学，实验项目按课程设置，强调实验项目的学科系统性，易造成实验项目的重复；同时，按专业课程设置实验教学模块导致各实验教学模块各自为政，不能形成一套完整的、系统的以及基于项目全生命周期的交通土建工程实验项目集群。在工程教育回归“大工程”背景下，道路与桥梁实验示范中心，以道路和桥梁为着眼点(特色)，按交通土建工程的职业能力结构以及知识结构的需求为基本要求确定实验教学模块，各模块教学内容相对独立(可以按社会需求调整教学内容，即具有可扩展性)，形成交通土建工程集群教学模块，各实验教学模块具有可组合性，满足不同本科专业(方向)对教学内容培养的需求，也可以根据不同职业能力需求开展专业教学和社会培训。

2 构建基于能力培养的柔性教学模块

结合“卓越工程师培养计划”对工程人才的能力要求，中心提出了培养学生职业能力和创新能力的目标。从职业能力培养角度，教学模块充分考虑了建构工程所需的基础知识和基本能力，即将职业要求作为实验教育要求。从创新能力和团队协作能力培养角度，教学模块中设置创新项目、学科竞赛和公益工程项目建设等，即将知识综合应用和创新能力培养结合起来。

中心实验教学模块设计打破实验项目按课程设置的限制，以“山区、库区”特色为主线，结合交通土建学科发展方向，涵盖工程全生命周期过程，按职业能力结构以及知识结构的需求建构“菜单式”柔性教学模块及实验教学项目，实现教学内容模块化、系统化、工程实际驱动化、实践综合以及能力培养的目标。

教学内容模块化，是指根据学生基本能力需求和知识的相对独立性，设置实践教学模块；系统化是指教学内容涵盖“概念—方法—应用”，形成 “理论—实践—理论”的逻辑闭环；工程实践驱动是指根据具体的项目背景或环境设置具体的工程实践内容，启发思考，培养学生的职业能力和创新能力；实践综合是指通过校企合作或公益桥梁建设等方式，让学生参与到工程实践的全环节，将知识结构串接，培养职业能力。各层次教学模块如下：

(1) 第一层次(交通土建工程认知实习)。认知实习模块对象为“大一学生”，目标是“了解交通土建工程系统，熟悉交通土建工程项目生命周期流程，激发求知欲，建立职业意识”，教学手段“结合入学专业教育和土木工程概论，通过模型室、CAI教学室和虚拟工程中心，以参观、演示、制作等方式，初步了解工程环境特点、工程材料的发展和作用、工程结构的设计、施工以及检测过程以及学校的行业地位，激发学生的求知欲和专业认同感”。具体教学模块如图2所示。

图2 工程认知实训教学模块

交通土建工程认知实习资源为22个专业的学生提供个性化的选择，学生可以认识交通土建工程的全生命周期流程及所涉及的关键技术，为后续的工程学习奠定基本工程素养。根据学生专业及知识背景的不同，各教学模块可以采取“示范、演示、展示以及操作”等教学方式；同时，该模块鼓励“科研信息、科研成果、科研项目、科研选题及科研活动进入”，培养学生的创新能力基本素养。

(2) 第二层次(交通土建工程基础实验)。该层次教学模块主要针对“大二和大三学生”，目标是“培养学生初步工程能力和基本实践能力”，采用“学生自主实践为主，教师指导关键环节，问题共同研究”的教学模式，为第三层次的专业实验奠定基础。基础实验教学模块如图3所示。

图3 基础实验教学模块

各模块涵盖了进行交通土建工程设计的基本技能——工程地质环境评估、工程材料性能设计与检验、工程放线测量以及工程结构测试分析方法，不同专业的同学可以进行选择与组合，使学生初步了解设计的过程和要素，增强工程意识与基本技能。

(3) 第三层次(交通土建工程专业实验)。该层次教学模块主要针对“大三和大四学生”，目标是“熟悉交通土建工程全过程和培养职业能力”，教学采用“以大交通土建工程为背景，通过采用模型教学和案例教学进行工程项目综合实践，培养学生职业能力；通过不同模块组合，涵盖交通土建工程的各个环节，满足个性化需求，培养学生系统和科学地应用知识的能力和再创造能力”。具体教学模块如图4所示。

图4 专业实验教学模块

(4) 第四层次(交通土建工程创新实践)。学生在完成前三个层次的职业能力训练后，中心利用自身的科研平台支持学生创新能力培养。该层次教学模块主要针对“大三和大四学有余力的学生”，在进行专业技能培养的同时，逐步进入学科前沿。教学模块如图5所示。各教学模块最大程度融入“山区”和“库区”实际工程背景，学生通过科技竞赛、创新项目、教师科研课题和公益实践参与，中心建立创新教学团队提供指导，鼓励学生跨学科、跨专业自主选题的引入，实施“自行设计、自主研究、自主创造”教学模式(见图5)。

图5 创新实践教学模块

需要强调的是，柔性教学模块指教学模块及其实验教学项目具有“可选择性、可组合性、可扩展性”。可选择性指不同层次学生可以根据自身的需求，选择各平台的实验模块，实施因材施教的个性培养。可组合性指各模块教学内容相对独立(可以按社会需求调整教学内容)，具有可组合性，满足面向全校交通土建类专业、材料科学与工程、测绘工程等22个本科专业(方向)对教学内容培养的需求；也可以根据不同职业能力需求开展专业教学和社会培训，以新办检测与维护专业和路桥检测工程师上岗培训为例，其实验教学内容的构成是以结构工程实验模块、桥梁工程实验模块、道路工程实验教学模块以及基础实验各实验模块中的教学内容组装而成。可扩展性指，各层次教学体系均可把与之相关新材料、新工艺、新技术的科研成果和工程应用技术纳入的实验教学中，强化学生研究与创新能力的培养。

3 构建基于能力培养的教学模式

柔性教学体系探索还必须有落实培养目标的教学模式的保障，中心在“学生职业能力、创新能力培养”的目标下，根据不同模块、不同层次学生的需求采用柔性化教学方式，满足学生个性化学习的需求。

(1) 基本技能项目采用“学生自主实践为主，教师指导关键环节，问题共同研究”的教学模式——学生进行探索性试验，教师根据实践要求进行关键环节讲解，并与学生探讨，完成实践教学。学生自主实验为主，可以探索或验证试验方法，充分了解实践的各技术环节；教师指导关键环节，是指教师根据试验中发现的学生未掌握的内容给予必要的指导，加深学生对这些关键环节的理解和印象；问题共同研究是指在实践教学过程中设置一些与结果偏离的环节，引导学生究其原因，促进创新能力培养。

(2) 专业实验项目采用“项目小组”教学模式——以大交通土建工程为背景，采用无领导小组方式产生项目小组的分工，对项目小组的各个实践环节进行综合评定。学生成立实践工程的运行过程的组织形式去解决这些工程问题，培养学生的组织管理能力，技术综合应用能力和工程全生命周期管理能力。

(3) 创新项目在“科研五进”教学模式基础上，探索实施“自行设计、自主研究、自主创造”教学模式。“科研五进”是将已经完成和正在进行的科研实验穿插在实验教学之中，对培养学生的科研创新意识起到了潜移默化的作用，为日后的事业发展打下基础。将成熟的科研成果编入教材，及时更新了教学内容和实验手段。从大一、大二学生的结构认知实验和基础型实验到大三、大四优秀学生进入教师科研课题组，以及毕业设计(论文)选题结合工程实际和科研项目研究，通过四年不间断的实践教学培养，极大地提高了学生的工程意识和创新意识。自主教育模式是拓展“科研五进”的实验教学模式，将实验教学课堂延伸至课外、校外和工程建设现场，通过大学生科技竞赛、创新项目和公益实践等途径和活动，培养学生的创新能力。

4 结 语

实验教学示范中心教学体系的建设是一个动态的过程。中心围绕区域特色与行业特色，开展了教学体系探索，构建了多层次、立体化的柔性教学体系，形成了实践教学与科学研究、工程实践紧密结合的“多种教学模式，大量学生参加到科研和科技创新实践活动，有107人次获得国家一、三等奖、重庆市金奖等各类科技竞赛奖项；培养的学生实际工作能力、创新精神和出色的业绩受到社会认可及好评，许多毕业生已成为交通建设的骨干，在全国大学生就业日趋严峻的形势下，培养的本科生就业率高达98%以上。2009年学生组建的“无止桥”和“茅以升小桥项目” 团队，与香港科技大学、香港理工大学等校志愿者共同完成了多座“无止桥”和“茅以升公益桥”的建设。

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