陳育志，賈慧娟，宣衛(wèi)紅

（金陵科技學(xué)院，江蘇 南京 211169）

隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，信息化已成為當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的大趨勢。在信息技術(shù)興起的同時(shí)，教育信息化概念應(yīng)運(yùn)而生。為加快推進(jìn)教育信息化，各國教育部門和相關(guān)學(xué)者均積極開展理論研究與實(shí)踐。美國是最早嘗試信息技術(shù)整合的國家之一，2001 年，美國教育部開展了“信息技術(shù)對學(xué)習(xí)者發(fā)展的作用”的研究。研究表明，信息技術(shù)“有助于學(xué)習(xí)者與教師角色的轉(zhuǎn)變，能激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，增強(qiáng)自尊感，有益于掌握必備的技術(shù)技巧，能使學(xué)習(xí)者勝任更復(fù)雜的任務(wù)，有益于學(xué)習(xí)者加強(qiáng)與同伴的合作，提高學(xué)習(xí)者對外部資源的利用能力，提高了學(xué)習(xí)者的設(shè)計(jì)技巧，增強(qiáng)了關(guān)注對象的意識(shí)”[1]。

我國高等教育積極引進(jìn)國外先進(jìn)教育理念，如“慕課”“翻轉(zhuǎn)課堂”等。2012 年被稱之為“慕課元年”，而如今“慕課”在中國高校已經(jīng)非常流行，特別是2020 年以來，中國大學(xué)MOOC（慕課）平臺(tái)豐富的教學(xué)資源有力支撐了教師和學(xué)生的線上教學(xué)和學(xué)習(xí)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為高校教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，近年來，教育部加強(qiáng)了對實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作和實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化工作的宏觀指導(dǎo)?！督逃畔⒒臧l(fā)展規(guī)劃（2011—2020 年）》提出要利用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)，整合資源，構(gòu)建先進(jìn)、高效、實(shí)用的高等教育信息基礎(chǔ)設(shè)施，建設(shè)優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)課程、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及虛擬實(shí)驗(yàn)室等，積極推進(jìn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)等信息化建設(shè)。

目前，我國大學(xué)教育不論是教師的教學(xué)還是學(xué)生的專業(yè)理論學(xué)習(xí)都取得了不錯(cuò)的成績，但也存在一些不足之處，尤其是學(xué)生的創(chuàng)新和實(shí)踐能力亟須提高。當(dāng)前時(shí)代和社會(huì)的不斷發(fā)展，在創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識(shí)方面對大學(xué)生提出了更高的要求，各高校都重視對學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新和實(shí)踐能力的培養(yǎng)?；谛畔⒓夹g(shù)改革創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)，豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，革新實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，進(jìn)行以學(xué)生為主體的教學(xué)，打開學(xué)生的創(chuàng)新思路，調(diào)動(dòng)學(xué)生專業(yè)創(chuàng)新的積極性，能夠更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新科研意識(shí)和創(chuàng)新能力。

一、土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀分析

實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為高校理工科專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)過程中十分重要的一環(huán)，對學(xué)生深入理解理論知識(shí)、培養(yǎng)實(shí)踐技能和提高創(chuàng)新能力有著不可替代的作用[2]。土木工程具有十分鮮明的行業(yè)特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)不僅能夠促進(jìn)學(xué)生理解鞏固專業(yè)理論知識(shí)，更是學(xué)習(xí)專業(yè)技能的實(shí)踐過程，在土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)占有非常重要的地位。在基于OBE 教育理念的工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下，實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求越來越高，而土木工程專業(yè)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)因?qū)嶒?yàn)室建設(shè)成本高，實(shí)驗(yàn)消耗大、周期長、危險(xiǎn)性高，缺乏全過程的實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)，以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)師資力量不足等問題，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和方法已經(jīng)不能滿足要求[3][4]。例如，因?qū)崢又苽湟约皩?shí)驗(yàn)操作不容易，在鋼筋混凝土梁彎曲實(shí)驗(yàn)中學(xué)生大多僅針對單一混凝土強(qiáng)度等級和配筋試樣開展，難以通過實(shí)驗(yàn)獲得不同混凝土強(qiáng)度等級、不同配筋、不同截面尺寸等參數(shù)對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響；土木工程結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)課程中涉及的振動(dòng)臺(tái)等大型設(shè)備，一般用于教師科研實(shí)驗(yàn)，本科生很少有機(jī)會(huì)接觸到這些設(shè)備[5]；在土木工程材料課程的水泥凝結(jié)時(shí)間測定實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生通過維卡儀試針沉入試件深度來判斷水泥的初凝和終凝時(shí)間，但是僅通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象難以窺探水泥顆粒水化過程，學(xué)生知其然而不知其所以然。而現(xiàn)代信息技術(shù)的加入，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以克服時(shí)空上的很多困難，真正建立與互聯(lián)網(wǎng)教育時(shí)代相匹配的新模式。當(dāng)前土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化建設(shè)過于偏重單個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的建設(shè)，已建的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目普遍存在功能較為單一、擴(kuò)展性不強(qiáng)等問題，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作過程中僅能觀察到實(shí)驗(yàn)過程，可操作性和體驗(yàn)感不強(qiáng)，沒有充分挖掘虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢。另外，與信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)相適應(yīng)的信息化平臺(tái)還不完善，教學(xué)理念還停留在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)階段，遠(yuǎn)未達(dá)到通過信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)提高創(chuàng)新實(shí)踐能力的目標(biāo)。

二、信息化背景下土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革內(nèi)容

土木工程專業(yè)信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革不能局限于單一的理論知識(shí)點(diǎn)或單一實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，必須借助信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與專業(yè)發(fā)展更緊密的結(jié)合。以建立面向土木工程專業(yè)的信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系為目標(biāo)，遵循高等教育發(fā)展和現(xiàn)代人才培養(yǎng)的客觀規(guī)律，結(jié)合行業(yè)發(fā)展需要和學(xué)校特色，以現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室為基礎(chǔ)，以學(xué)生創(chuàng)新和實(shí)踐能力培養(yǎng)為引領(lǐng)，以建設(shè)開放度高、共享性強(qiáng)的優(yōu)質(zhì)信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源為重點(diǎn)，通過強(qiáng)化教師信息化教學(xué)能力，建立信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，堅(jiān)持“虛實(shí)結(jié)合”的原則，以“立足教學(xué)、產(chǎn)學(xué)研融合”為教學(xué)理念，構(gòu)建多層次的信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，建立課內(nèi)課外一體化的人才培養(yǎng)體系，以提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，提升行業(yè)服務(wù)水平和科研支撐能力。信息化背景下土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革內(nèi)容如圖1 所示。

（一）建立信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

土木工程專業(yè)信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革應(yīng)遵循高等教育人才培養(yǎng)的客觀規(guī)律，結(jié)合行業(yè)發(fā)展需要和學(xué)校特色，以現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室為基礎(chǔ)，以學(xué)生創(chuàng)新和實(shí)踐能力培養(yǎng)為引領(lǐng)，以“立足教學(xué)、產(chǎn)學(xué)研融合”為教學(xué)理念，構(gòu)建多層次的信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

依據(jù)土木工程專業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)流程，結(jié)合教學(xué)資源的建設(shè)過程，建設(shè)專業(yè)基礎(chǔ)信息化實(shí)驗(yàn)?zāi)K、專業(yè)技術(shù)信息化實(shí)驗(yàn)?zāi)K以及科研與技術(shù)服務(wù)信息化實(shí)驗(yàn)?zāi)K。將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分為基礎(chǔ)訓(xùn)練、提高訓(xùn)練和創(chuàng)新訓(xùn)練三個(gè)層次，開展分層分類教學(xué)，可根據(jù)人才培養(yǎng)的要求進(jìn)行模塊化選擇組合，實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的開放共享，可通過各個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維與創(chuàng)新方法，提高工程實(shí)踐創(chuàng)新能力。

模塊Ⅰ——專業(yè)基礎(chǔ)信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)

土木工程專業(yè)基礎(chǔ)性課程實(shí)驗(yàn)，有利于夯實(shí)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)。采用虛擬仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等多種手段，進(jìn)行工程測量、土木工程材料和材料力學(xué)等課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開發(fā)和教學(xué)。

模塊Ⅱ——專業(yè)技術(shù)信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)

專業(yè)技術(shù)信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)是提升學(xué)生專業(yè)技術(shù)能力的重要途徑，主要涉及工程設(shè)計(jì)分析能力、工程管理能力和施工技術(shù)等方面。

模塊Ⅲ——科研與技術(shù)服務(wù)信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)

結(jié)合學(xué)科建設(shè)和教師科研課題，開展面向科研和技術(shù)服務(wù)的信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，對提升學(xué)科水平和培養(yǎng)創(chuàng)新型人才具有重要意義。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要涉及新型土木工程材料、結(jié)構(gòu)抗震加固、健康監(jiān)測等內(nèi)容。

（二）信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍建設(shè)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化首先要求實(shí)驗(yàn)教師不僅要精通專業(yè)知識(shí)，還要熟悉信息技術(shù)。教師的專業(yè)能力決定了其對所教課程的知識(shí)點(diǎn)及重點(diǎn)、難點(diǎn)的認(rèn)識(shí)程度，直接影響其設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的針對性，而教師的信息技術(shù)能力決定其能否基于信息技術(shù)設(shè)計(jì)出易于理解、便于操作的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。信息化教學(xué)能力是指在先進(jìn)的教育教學(xué)理論指導(dǎo)下，教師利用計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)等現(xiàn)代信息技術(shù)開展教學(xué)的能力。但信息化教學(xué)的過程不是簡單的信息傳遞交流，實(shí)驗(yàn)教學(xué)教師除了要掌握必要的信息技術(shù)能力，教學(xué)方法應(yīng)注重探究、啟發(fā)、協(xié)作。所以，信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅是信息技術(shù)應(yīng)用的推廣，更重要的是信息化教學(xué)能不斷促使產(chǎn)生科學(xué)的教學(xué)理念和方法。教師不僅要懂得如何應(yīng)用信息技術(shù)開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，還要轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，因?yàn)樵谛畔⒓夹g(shù)環(huán)境下教師的角色由以往知識(shí)的傳授者變成學(xué)生學(xué)習(xí)的合作者和引導(dǎo)者。教師的主要任務(wù)是創(chuàng)建豐富的教學(xué)環(huán)境，幫助學(xué)生制訂適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)目標(biāo)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。在繼承以往傳授式教學(xué)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，利用信息技術(shù)的優(yōu)勢開展探究性教學(xué)、自主性教學(xué)以及合作性教學(xué)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)方式的多樣化。緊密結(jié)合教學(xué)與科研，將科研理念、成果及方法融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提高學(xué)生的科學(xué)研究和科技創(chuàng)新能力。因此，通過專業(yè)培訓(xùn)和自我學(xué)習(xí)提高教師利用先進(jìn)信息技術(shù)的教學(xué)能力，進(jìn)而善于利用信息技術(shù)轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，制訂與信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)相適應(yīng)的教學(xué)方案，包括實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)過程考核以及對實(shí)驗(yàn)大綱、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書和實(shí)驗(yàn)報(bào)告等實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程資料的修訂等，在信息技術(shù)支撐下改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式與方法，是推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革過程的關(guān)鍵。

（三）信息化管理和實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)

教學(xué)與管理平臺(tái)泛指用于支撐教學(xué)與管理活動(dòng)的基礎(chǔ)設(shè)施、資源、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)等，它為信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了硬件支撐環(huán)境和個(gè)性化的軟件管理平臺(tái)。通過信息化管理平臺(tái)，學(xué)生可以預(yù)約和預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)，在線提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，進(jìn)行提問和討論，教師可以在線規(guī)劃課程、管理學(xué)生、與學(xué)生討論交流[6]。

土木工程專業(yè)具有十分鮮明的行業(yè)特點(diǎn)，隨著技術(shù)不斷發(fā)展進(jìn)步，工程結(jié)構(gòu)越來越大型化、復(fù)雜化，超高層建筑、特大型橋梁、復(fù)雜的地下空間結(jié)構(gòu)不斷涌現(xiàn)，要有效整合各類實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，創(chuàng)建技術(shù)先進(jìn)、功能集約、資源優(yōu)化、運(yùn)行高效、虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)和貼近實(shí)際、高度仿真的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)踐創(chuàng)造條件。為高效管理實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，實(shí)現(xiàn)校內(nèi)外更廣范圍的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源共享，滿足多個(gè)學(xué)校和多門學(xué)科專業(yè)的信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求，還要建設(shè)具有擴(kuò)展性、兼容性、前瞻性的共享平臺(tái)[7]。信息平臺(tái)要擁有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換接口，實(shí)現(xiàn)各高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的共享[8]。目前，國家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目共享服務(wù)平臺(tái)和江蘇省土木建筑虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)共享平臺(tái)等國家和省級實(shí)驗(yàn)平臺(tái)內(nèi)已建設(shè)了豐富的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，包括不同層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，能夠有效提升學(xué)生對土木工程知識(shí)認(rèn)識(shí)的深度和廣度。

三、結(jié)語

信息化教學(xué)改革是信息化技術(shù)與傳統(tǒng)教育教學(xué)的有機(jī)結(jié)合，二者取長補(bǔ)短、相輔相成，多層次、多維度地展現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，既有教師的啟發(fā)，又有信息化手段適時(shí)參與，多種教學(xué)形式交替能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高注意力，使學(xué)生保持積極主動(dòng)的學(xué)習(xí)狀態(tài)，從而達(dá)到提高教學(xué)效率和質(zhì)量的目的。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是學(xué)生進(jìn)一步吸收專業(yè)知識(shí)和提高實(shí)踐能力的必要途徑。土木工程專業(yè)是對實(shí)踐能力要求很高的專業(yè)，建筑結(jié)構(gòu)逐漸呈現(xiàn)出體量大、結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜、施工周期長等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段已難以滿足新時(shí)代人才培養(yǎng)的要求。采用信息技術(shù)進(jìn)行土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)能有效解決傳統(tǒng)教學(xué)手段所面臨的技術(shù)問題，但實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化改革不能局限于信息技術(shù)手段的簡單應(yīng)用，要更加注重信息化教學(xué)模式的改進(jìn)，通過虛擬仿真技術(shù)將實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容向廣度和深度推進(jìn)，真正發(fā)揮信息技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的作用。

本文結(jié)合信息技術(shù)的特征與優(yōu)勢對土木工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的內(nèi)容和實(shí)施方式進(jìn)行了較為具體的梳理，對教師利用現(xiàn)代信息技術(shù)優(yōu)勢改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有一定的指導(dǎo)意義。