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实验教学

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实验教学是高等学校整个教学过程的重要组成部分。实验中心围绕全面推进素质教育、培养学生实践能力和创新意识的教学目标,以人才培养为根本,以能力培养为主线,树立“以人为本、因材施教、求实创新、综合培养”的教育理念,建立全方位、多层次、模块化创新能力培养新体系;以实现中心实验教学的根本任务:加强学科专业的交叉融合,培养学生扎实的基础实验能力、专业技术能力和创新实践能力

1、遵循“内容层次化、能力塔式化、目标多元化”的实验教学模式

结合土木工程专业以力学和材料为基础、以工程结构建设和管理为知识导向的工程应用型专业特点,构建了以“基本能力培养→综合能力提高→创新能力培养”为主线,坚持实验教学与理论教学相统一、实践训练与工程技能相统一、实践能力与创新能力培养相统一,将教学、实验、实习、工程实践、科技创新等内容统筹规划,构建了实验类型层次化、能力培养塔式化、考核方式多元化的实验教学组织模式:

(1)实验类型层次化:将实验内容分为四个层次:基础型、设计与综合型、研究与创新型、工程实践型四个层次和必修、选修和引导三个类型。

①基础型:学科基础实验、专业技术试实验中的基础性部分(必修)。

②设计与综合型:专业技术实验(必修)、开放实验(选修)。

③研究与创新型:创新实验、学术竞赛项目和学术活动项目(引导型)。

④实践与实训型:工程实践(必修)和社会实践(选修)。

将四个层次实验分为必修、选修和引导型三个级别,结合学生基本素质要求和学习兴趣,提供“菜单”式服务,突出“因材施教”,实现“能力培养”。

(2)能力培养塔式化:通过学科基础实验,培养基本实验技能与实验方法;通过设计与综合实验,培养工程与结构级的综合设计能力;通过研究与创新实验,培养系统级设计与创新能力;通过实践与实训实验,培养实践和工程应用能力。

(3)考核方式多元化:为正确评定学生在能力培养中达到的真实水平,我们改进了实验考核方式,考核重点由单纯的实验结果项实验过程转变,从多方面综合考虑,严格要求学生,培养他们严谨的科学态度,建立多元立体化实验考核方法,不同层次实验采取不同的考核方法。

①基本性实验重点考核学生实验操作的规范性、数据的合理性、数据处理的正确性、实验态度和实验纪律等情况;②设计与综合型实验重点考察设计方案、设计过程、设计结果、设计报告等方面;③研究与创新型重点考察实验思路、实验方案、实验目标、实验组织、实验报告等方面;④实践与实训型重点考察实习报告、实习日志、工程单位出具的实践能力证明等方面。

(4)推行“实验技能合格证”制度。紧跟新时期工程建设中对基础性实验高度关注,在国内首家推行“实验技能合格证”制定。选择当前工程中常见的实验项目作为考察范围,对在校学生开展实验技能测试,对实验操作规范、熟练、实验结果处理正确的学生颁发“实验技能合格证”。

2、遵循“线桥隧建一体化”和“勘设施管全过程”的专业特点安排实验教学内容

兰州交通大学在长期的面向交通(特别是铁路)行业的人才培养中,土木工程专业始终保持着“顾全兼专”培养模式,即在土木工程专业下,设置:线(道路与铁道工程)、桥(桥梁工程)、隧(隧道与地下工程)、建(建筑工程)四大专业方向,采取“2.5(基础)+1.5(专业方向)的培养模式。

近年来,紧跟国家工程建设对人才需求的最新进展,在深入中国中铁集团有限公司、铁道第一设计院、中铁七局等企业单位及相关院校广泛调研基础上,不断完善形成了“固基强能”型学科基础实验教学内容和“顾全兼专”型专业技术实验教学计划:

(1)学科基础性实验以线桥隧建工程均必需的力学、材料、地质和测量类实验为核心模块,由6个学科基础实验室承担实验任务。

(2)专业技术实验则在兼顾线桥隧建工程共性实验的基础上,凸显各专业方向特点,由5个专业实验室承担实验教学任务。

(3)专业实验和工程实践教学中均紧紧围绕土木工程项目的“勘设施管一体化”(即勘测、设计、施工、管理)为主线,设置实验和实践教学内容。

3、基于大工程、构筑大系统,开展综合型和设计型实验教学

综合型和设计型实验重在培养大学生对土木工程问题的综合分析和设计能力。在长期的实验教学中,充分利用参与国内大工程科技开发工作的便利条件,将科研工作产生的大型工程试验模型开发为综合性和设计型实验项目。利用科研和学科平台建设购置的先进仪器系统,开展基于大工程的综合和设计型实验教学。

目前,中心依托大工程和大系统开展的综合设计型教学项目有:

序号

项目名称

依托工程

依托设备

教学目标

1

钢桁架静动力分析与设计

兰州中山桥加固和提升改造

结构静动力测试系统

钢桁架的力学行为、设计方法和检测评估技术

2

干寒气候混凝土材料与结构耐久性

青藏铁路工程

综合环境模拟系统

高低温循环、紫外线、腐蚀环境下的混凝土耐久性

3

钢轨疲劳特性

疲劳试验系统

4

铁路盖板涵疲劳特性

大秦铁路

疲劳试验系统

5

桩-土耦合力学行为分析

京沪高铁

岩土工程模型槽及加载系统

6

高速铁路梁-拱组合结构体系分析

兰新第二双线

结构静动力测试系统

7

黄土地基承载力

兰州轨道交通

8

黄土力学行为

宝兰客专

非饱和静三轴系统

9

桥梁抗震与减隔震技术

高速铁路桥梁

反力墙与电液伺服加载系统

10

4. 科研与实践和创新的交融并举,营造创新教育环境

中心注重科研对大学生实践和创新能力的培养。采取以下措施实现教师科研与大学生创新和实践的有机融合。

(1)依托中心人员承担的国家和省部级科研项目,设置学科前沿探索性课题为创新实验项目,面向全专业开放接收大学生参与。采取项目组主导、学校实验室处配套创新经费,教师指导、学生自主创新实验,培养大学生着眼学科前沿、创新性解决问题的能力。每年共依托科研项目设置30余项创新实验项目。

(2)依托中心人员承担的工程技术服务型项目,接收大学生利用假期参与工程实际项目的检测、实验和力学分析等项目,培养大学生实践和综合技能应用能力。每年中心按制度接纳的本科生参与工程项目可达200人次。

(3)依托科研工作提升实验室仪器设备、技术服务项目的盈利支持和资助大学生各类学科竞赛和课外学术创新活动,营造良好的创新和实践育人环境。

 

5. 密切校企联合,分级分层培养工程实践能力

中心依托与行业单位长期建立了的良好合作机制,开拓了73家固定企业实习基地和6家国家级实践教育中心,实践育人的平台资源非常广阔,形成了“铁路所到之处、处处皆是实践基地”实践育人局面。在实践教育中,结合大学培养过程中知识和能力的递增规律,以及人才培养的分层次要求,实施分级分层实践教学方案。

  1. 大学一年级:认识实习,通过已建成工程的参观和知识讲座,建立工程整体性感性认识,学时2周。

  2. 大学二年级:技术性实习,结合工程地质、工程测量、结构力学等专业课程,开展专业技术性实践教学,重在专业专项技术的实践训练,学时合计4周。

  3. 大学三年级:生产实习,结合土木工程专业分专业方向培养的能力要求,分专业方向有重点性进行桥梁、隧道、铁道和建筑等专业实践,培养大学生专业实践动手能力,学时合计4周。

  4. 大学四年级:毕业实习,利用毕业设计环节,开展综合性工程设计和工程施工管理实践训练,培养综合性解决专业问题的能力,合计学时13周。

    6.构筑数字化教学资源,实验、实践和创新教育形式多元化

    实验中心在实验教学和管理中充分学习利用现代信息技术和数字化技术,构建了虚拟实验教学平台,为大学生实验、实践和创新教育提供了多元化支撑平台。构筑了四类虚拟仿真教学模式。

  5. 力学分析和设计仿真实验,主要提升力学和结构分析和设计能力。中心现有国际大型通用和专业有限元软件7套:美国ANSYS仿真软件、美国ADINA仿真软件、韩国MIDAS/Civil桥梁分析系统、韩国MIDAS/Gts岩土工程分析系统、GDEM力学分析系列软件、BSAS桥梁计算分析软件、桥梁博士等。依托仿真软件,在学科基础和专业实验、开放和创新实验、学科竞赛和工程实践环节均鼓励和引导学生应用仿真软件建立工程综合和创新解决方案,提升专业综合素质。

  6. 工程管理仿真实验,主要提升工程造价管理、施工组织、施工过程管理和分析能力,中心现有管理仿真软件4套:建筑信息模型(BIM)系统、广联达算量软件系统、鲁班算量软件等。

  7. 工程图学仿真实验,主要提升工程制图和设计能力,中心现有Auto CAD系统。

  8. 工程视频库。中心为了扩大学生专业视野,了解国内外大型工程建设中的新技术和新趋势,共搜集和整理了包括青藏铁路、鸟巢国家体育场、京沪高铁、世界最大跨度悬索桥——日本明石海峡大桥、世界第一高桥——法国Millau大桥、世界第一大隔震海峡桥——希腊Rion-Antirion大桥、丹麦Orisund Bridge等大型工程项目建设录像等68部,各类工程施工现场照片24万张。