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摘要：
本文在詳細分析茅以升先生“習而學”工程教育理念的基礎上，以培養卓越土木工程師的工程創新實踐能力為目標，構建土木工程模擬創新實踐平臺，提出平臺的柔性開放式運行機制，可為“卓越工程師計劃”在土木工程專業的成功實施奠定基礎。
關鍵詞：
習而學；土木工程；工程模擬；創新實踐
“卓越工程師計劃”是我國工科高等教育的重大改革項目和發展方向，“強化培養學生的工程能力和創新能力”是最為核心的目標和內容。土木工程是工科專業中一門實踐性很強的學科，不僅需要系統的工程理論知識，更需要較強的工程思維和動手實踐能力。東南大學工科創始人、我國橋梁奠基人茅以升先生曾提出“習而學”的教育理念，即強調實踐與理論教學的同步性與交互性。由于土木工程實踐的特殊性，如完全將實踐能力的培養放在工程現場，勢必受到很多客觀條件的限制。因此，基于“習而學”理念構建模擬創新實踐平臺，成為實現卓越土木工程師培養目標的一種有效途徑。
一、習而學”工程教育理念
茅以升先生結合自己擔任多所工科院校校長和主持多項重大工程設計的特殊經歷，提出我國工程教育存在的幾個突出問題：理論與實際脫節、科學與生產脫節、招生與畢業考核偏理論而輕實踐等，針對性地提出“習而學”工程教育理念，其中“習”指的是工程實踐環節，“學”則是理論學習環節。在“習而學”的工程教育理念中，“習”與“學”的關系應是先“習”后“學”，再“習”再“學”，“習”“學”交替。因此，工程教育過程應以實踐為中心，理論學習應圍繞工程實踐能力的培養而進行。在這種理念的指導下，茅以升主張工程專業學生在進校后首先進行工程實踐方面的認識和訓練，即要先“知其然”，初步建立感性知識體系，了解工程任務的細分環節。然后，再進行相關工程基礎知識學習，即要“知其所以然”，建立理性知識體系，通過理論的指導和解釋，將感性知識體系中初步認識到的一些片段化的、相互割裂的具體現象和環節串聯起來，整合成為系統的工程知識。學生在“習”與“學”的螺旋交替過程中，不僅工程實踐能力得到不斷強化，同時理論知識也因為有了工程實踐的先驗情境和具體經驗而更加深刻地理解透徹，工程創新能力得到有效提升。由上述分析可知，“習而學”的工程教育理念為我國卓越工程師的培養提供一個很好的實現路徑。但對土木工程專業而言，真實的工程環境多為大型的施工工地和設計企業?？紤]到目前學生規模、企業承受能力和現場人身安全等多方面因素，且“習”與“學”的交替應是一個不斷循環的過程，因此將“習”完全置于這樣的真實工程環境中，開展難度非常大，模擬創新實踐平臺則在目前成為實現“習而學”理念的一個較好選擇。
二、土木工程模擬創新實踐平臺的構建
基于“習而學”的工程教育理念，土木工程真實工程環境中的各個環節都應有相應的可供學生反復實踐的平臺。為此，我們在依托國家級實驗教學示范中心的基礎上，構建面向土木工程本科生的模擬創新實踐平臺，主要包含三個子平臺。
1.子平臺1：模型制作平臺。
該平臺是對土木工程中施工環節的模擬，即利用模型材料按照一定的施工原理將其組裝成不同的結構體系。大一和大二年級的學生主要利用木材、竹片、白卡紙等常見材料制作模型結構。大三和大四年級的學生在經過一定專業知識儲備和前期實踐環節訓練的基礎上，可采用真實的建筑材料制作小型工程結構，如自己制備小型混凝土試件、加工短細鋼筋或小型鋼鋁合金結構試件等。通過這個環節的訓練，一方面可讓學生對真實的結構施工過程有初步的了解，有利于他們后續建筑施工和結構構造相關知識的學習，另一方面也讓學生在動手制作的過程中，收獲自信，提高動手能力，增強對專業知識的學習興趣。
2.子平臺2：模型加載平臺。
該平臺是對土木工程中工程結構試驗環節的模擬。隨著土木工程建設的不斷發展，各種新材料、新結構形式和新建造技術日益涌現。因此，在實際的土木工程結構中，針對一些特殊結構類型或新型技術的應用，往往要先制作一定比例縮尺結構模型，進行不同類型的加載試驗，以驗證結構的安全性能，或確定一些異型結構、構件的設計參數。例如，高層建筑結構模型的抗震試驗、大跨空間結構或大跨橋梁結構的風洞試驗、復雜節點承載力性能試驗等。但是用于土木工程結構加載設備，一般很大且價格昂貴，不適用于面向土木工程本科生常態性使用的需求。因此，在模型加載平臺中，可采購或自制一些體積較小、價格較低、操作簡便的模擬加載設備，并且可以直接讓本科生經過簡單培訓后即可使用。東南大學在參加歷年全國性和地區性結構競賽的過程中，積累了較為完備的模擬加載設備體系，包括用于模擬地震荷載的小型振動加載臺、模擬風荷載的變頻多級鼓風機系統、用于模擬沖擊荷載的彈簧—小球—鋼架系統及用于模擬橋梁結構移動荷載的遙控載重車加載系統。同時，為這些設備配備相應的檢測儀器，讓學生能夠獨立、完整地完成結構模型的加載與試驗，有效提升他們的工程創新和科研能力。
3.子平臺3：結構設計平臺。
該平臺是對土木工程中設計分析環節的模擬，是三個平臺中理論知識要求最高和綜合性最強的一個實踐平臺。目前，結構設計分析環節是很多土木工程本科生知識體系和工程能力中的薄弱環節。雖然在教學體系中開設結構設計原理和結構設計方法的課程，但是大部分學生只是掌握了如何解決課堂的習題，缺乏對結構體系的整體性把握，以及相關規范規程中一些關鍵細節的理解。因此，該平臺的實踐目標是讓學生針對一個具體的工程背景，應用常用的結構設計分析軟件，完成在特定荷載下的結構分析，應用相關的設計規范條文進行設計和校驗，利用AutoCAD、天正、探索者等專業繪圖軟件繪制施工圖。因此，結構設計平臺提供的模擬環境是一個結構設計全過程的系統模擬，讓學生在軟件分析、規范條文和手算校核的設計實踐過程中，學會如何在真實的工程環境中完成設計并表達相應的成果，從而提升他們在結構設計方面的工程能力。此外，建筑信息模型（BuildInformationModel，BIM）已成為土木工程建設發展的大勢所趨，我們也開始逐步引入Revit等BIM設計軟件及模擬項目，提升學生在未來設計行業的綜合競爭力。在模擬工程創新實踐平臺中，為了確保各子平臺功能的實現，還提供了四項輔助支持策略。①工程情境導入。由平臺指導教師介紹實踐項目的工程背景和工程意義，讓學生對相應的工程情境有初步了解。②工程視頻展示。播放與實踐項目相關的工程視頻，讓學生獲得直觀的感性認知信息。③實踐演示流程。由指導教師或學生助教通過圖片、視頻等多媒體技術演示項目實踐的基本步驟流程。④理論知識簡介。將實踐項目相關的理論知識整合成技術手冊，供學生邊實踐邊思考。
三、模擬創新實踐平臺的運行機制
“習而學”思想強調“習”與“學”是往復交替的過程，且學生在這個過程中應具有很強的主動性，這樣才能充分鍛煉他們的工程思維與創新實踐能力。傳統的課程設計和實驗課程等實踐環節，多以內容預設、時間固定和形式統一為主要特征，因此學生的實踐過程處于較為被動、封閉和受約束的狀態。真正有效的實踐應是一種常態化的、學生完全自主動腦來思考與動手進行的實踐。因此，模擬創新實踐平臺的運行機制應以“柔性”和“開放性”為主要特征。
1.工程模擬實踐選修課。
在土木工程相關課程中，增設工程模擬實踐環節，或專門開設工程模擬實踐選修課。由教師依據模擬創新實踐平臺的硬件和軟件，設定若干針對真實工程情境的模擬專題，供學生自由組合分組，自主進行選修。例如，在《特種結構》課程中，我們引入塔架抗沖擊荷載和廣告架抗風設計的工程模擬環節，讓學生在模擬創新實踐平臺自行設計、分析和制作結構模型，利用平臺設備完成相應的模型加載，最后用研討的形式將實踐過程和成果呈現出來并與其他組討論，取得良好的效果。
2.學生創新研學項目。
目前，許多高校每年投入大量經費供本科生進行課外研學訓練（SRTP），形式是讓學生自由組合形成小型研究團隊，自主提出創新實踐想法，申報并完成課外研學項目，從而通過這樣的實踐訓練提升創新能力和研究能力。模擬創新實踐平臺的柔性開放性機制，正好可以讓學生全過程自主完成項目的構想、設計和實施環節，使他們的工程思維和創新實踐能力得到最大程度的鍛煉。
3.工程模擬競賽訓練與選拔。
目前，土木工程專業每年有多項以學生實踐能力和創新能力培養為目標的學科競賽，如各級結構設計競賽、全國混凝土設計大賽、鋼結構住宅設計競賽，以及一些國際性的賽事等?？梢劳泄こ棠M實踐平臺，針對各項競賽開展訓練和選拔活動，讓學生自由組隊，針對賽題要求，利用模擬實踐平臺的軟硬件設備，在課余時間自行進行模型設計、制作和加載。
四、結語
自2008年以來，東南大學土木工程學院逐步構建針對本科生的模擬工程創新實踐平臺，在學校內部較好地實現茅以升先生的先“習”后“學”、再“習”再“學”、“習”“學”交替的工程教育思想，相關經驗可為“卓越工程師計劃”在土木工程專業的成功實施提供參考和依據。
作者：周臻 陸金鈺 單位：東南大學土木工程學院
參考文獻：
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