土木工程施工实验与实践教学平台的建设

1、土木工程施工实验与实践教学平台的建设基金项目：本文系南通大学教研教学研究课题的研究成果。 土木工程施工是土木工程等专业的一门非常重要的主干专 业课程，主要介绍土木工程施工过程中各种常见施工技术和组织 管理的基本方法， 意在让学生掌握基本的施工技术， 初步具备基 本的组织、 管理的知识和能力。 该课程内容涉及面广、 实践性强， 是多学科的综合与交叉，如力学、工程结构、工程材料、机械、 管理等等， 是国家注册建造师、 注册监理工程师等职业资格的主 要考试内容之一。截至 2008 年底全国举办土木工程专业的高等 学校达到 420 所，在校生 48 万人，土木工程专业本科毕业生中 90以上在施工、监理

2、等部门就业。 1我国很多高校在土木工程施工本科生教学中一直坚持理论 教学、课内外的实习与实践相结合的教学模式。 但在高等教育大 众化的背景下，不少学校是由于学生数量较多，出于安全责任、 经济承受能力等的现实考虑， 大规模、 集中式地组织学生进行实 践与实习较少。 为数不多的几次也仅能起到大致介绍、 走马观花 的效果。 较多的理论学习使得部分学生缺乏兴趣， 且易导致理论 教学和实践教学脱节， 很难提高学生的实践动手能力。 为切实提 高土木工程施工的教学质量， 强化学生对于理论知识的掌握， 提 升学生的实践动手能力， 有必要挖掘学校内部的教学潜力， 建立 土木工程施工实验与实践教学平台， 让学生一

3、定程度上在校内实践土木工程施工的基本知识和理论。 在这一点上， 国内一些高校 已经有所实践和尝试。 2南通是全国首批 14 个沿海开放城市之一。随着国家沿海大 开发战略和长三角战略的实施， 南通的发展迎来了新的挑战与机 遇，大港口、大交通的建设需要大量的土建类人才。同时，南通 是著名的建筑之乡， “南通铁军”闻名全国， 施工队伍遍布世界 数十个国家， 也需要大量的土建人才作为行业发展的支撑。 南通 大学作为江苏省与交通运输部共建的高校， 也担负着培养高素质 土建类专业人才的重任。南通大学土建类专业毕业生就业去向， 以工程施工、建设监理、房地产开发等单位为主，对土建类专业 学生的工程施工技术与组

4、织管理能力提出较高的要求。 下文将结 合我校在这方面的教学改革， 简要介绍土木工程施工实验与实践 教学平台的建设工作。一、土木工程施工实验教学平台的构架 国家对高等学校专业目录进行了重新修订， 大土木工程的构 架已基本形成， 土木工程专业的学生除了应掌握房屋建筑施工技 术外，还应对道路、桥梁等施工技术有一定程度的了解。因此， 土木工程施工实验与实践教学平台要尽可能地考虑全面， 要能较 好服务于大土木教学的需要。 也就是说不能仅仅服务于土木工程 施工这门课程， 要适当考虑除该门课程以外的其他相关课程； 不 能仅仅服务于土木工程专业， 也要拓展服务于工程管理等其他相 关专业。实际的工程施工过程非常

5、复杂，相应的实验环节和项目很 多，但大体可以划分为实体实验与实践自平台、 虚拟仿真实验与 实践子平台，并在此基础上为学生的实践创新方面提供平台支 撑。实体实验与实践子平台主要以实际工程结构、 构件或实体模 型作为实验对象，在教师的指导下，让学生通过观摩，操作各种 必要测量、 测试等实验仪器来完成实验和实践。 虚拟仿真实验与 实践子平台是让学生在教师的指导下， 基于虚拟现实为基础的仿 真技术，完成部分虚拟实验和分析设计内容以及与实体实验形成 互补的关系。二、实体实验与实践子平台 土木工程施工课程的教材一般包含场地土方施工、基础工 程、砌筑工程、混凝土工程、预应力混凝土工程、结构吊装、防 水工程、

6、装饰工程等。虽然这些都是人为设定的，但有其合理之 处，与实际工程结构的建造过程大体一致。 实体实验子平台可适 当参照上述施工分部工程的划分来设计，具体实验内容见表 1。三、虚拟仿真实验与实践子平台 社会的发展使得土木工程结构形式变得越来越多， 施工技术 越来越复杂，系统投资大、周期长、内部量的关联性越来越高， 加之工程结构施工期间诸多不确定性， 以往的经验常难以预计大 型、复杂工程施工的全过程。随着计算机及信息技术的进步，虚 拟现实技术与仿真技术得到了长足的发展， 不仅大量被应用于机 械、电子、生物、医学等各领域，而且即使对于发展相对较慢的 土木工程而言，也较多地被应用于设计、施工、工程管理、

7、工程 机械、规划、人员培训等各方面。 3 但是虚拟仿真技术作为实 验手段应用于土木工程施工教学中则较少。 究其原因， 虚拟仿真 技术在土木工程施工领域应用时间按相对较短； 同时， 虚拟建造 技术是一种跨学科的综合性技术， 这方面人才的匮乏也是重要原 因之一。土木工程施工的虚拟仿真实验和实践项目有待进一步开 发。本文所述虚拟建造技术实验与实践平台主要面向本科教学， 具体分为施工技术实验模块、 施工项目管理模块以及工程结构施 工过程分析模块，具体内容见表 2。四、实验与实践教学的实施途径为了减轻在校学生的学习负担， 不少学校工科的培养方案原 则上要求理论教学总学时数控制在 2500 学时。与以往相

8、比，不 少专业基础课、 专业课的学时数都有所下降。 土木工程施工理论 授课学时一般在 64 学时（其中通常含了施工组织的授课），大 约 1.5 周左右的施工组织的课程设计和 5 周左右生产实习的实践 环节。因此， 如果完全依靠在理论教学过程中来完成实验与实践 教学是比较困难的。任课教师应根据不同专业（专业方向）的要 求、实际讲课学时数、学生层次，将必要的实验与实践项目融合 在课堂教学、 课后科技实践和创新活动中。 主要的实施途径有四 个方面。1. 理论教学过程中设置部分实验与实践环节不少学校现行的实验教学模式大都是以课程为核心的实验 教学模式， 在理论讲授同时设置相应的实验环节， 在理论知识学

9、 习的基础上引导学生自主选择实验内容、 独立设计实验过程、 实 验方案等。因此，在不影响总体讲课内容的前提下，在理论授课 的过程中可以设置少量实验学时。 这是比较现实的做法。 作为试 点，我校在该课程中设置了 6 个实验学时。2. 设置专门的实验教学课程 以课程为核心的实验教学模式是理论教学的补充， 为课程的 系统性和严密性服务，但一定程度上也阻碍了学科之间的交叉、 渗透。因此，将相关专业课程中的实验内容整合，构建相对独立 的实验教学模块和课程体系是目前对专业实验教学的一种改革 尝试。 4 鉴于土木工程施工这门课程对于土木工程、工程管理 专业及其他专业方向学生的重要性，可以设置单独的实验课程，

10、 或者在相应实验课程中设置相应的教学计划。 作为教学改革， 我 校从 2010 级土木工程专业起逐步增设“土木工程建造技术实 验”的选修课。3. 结合校内实践环节 目前土木工程施工讲授结束后通常会有 1.5 周左右的土木 工程施工组织设计的课程设计， 使学生进一步加深理解施工技术 和施工组织方面的基本知识， 从而达到一定的解决一般工程施工 中的技术和组织方面问题的能力。 可以在该校内的实践环节中融 入部分适当的前述实践内容。 我校拟在适当调整施工组织设计课 程设计中原有内容的基础上增设脚手架、 模板、基坑等专题设计 内容，分组实施。4. 实施开放性实验与实践平台由于课时有限， 完全依赖课内来完成土木工程施工的实验教 学是不合适的。 可以设置开放性的实验平台， 充分激发和培养学 生实践创新的能力。 通过教师引导性的指定课题、 学生自主选择 或者构思研究内容， 结合课外的各类大学生实践创新计划等科技 活动，让部分同学完成较复杂的综合型、研究型实验项目。在此 平台上， 我院近几年获得多项省级、 校级大学生实践创新计划立 项。五、结语 土木工程施工实验与实践教学平台是对传统土木工程施工 教学重