胡波 呂恒林 尹世平 張營營

[摘 要]該文針對(duì)土木工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源不足等問題，基于“互聯(lián)網(wǎng)+”和“遠(yuǎn)程協(xié)同試驗(yàn)”思想，探索了新時(shí)代下土木實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改革與實(shí)踐?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”教學(xué)資源庫可整合共享內(nèi)容廣泛的優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)資料，“遠(yuǎn)程協(xié)同試驗(yàn)”教學(xué)系統(tǒng)則突破了傳統(tǒng)土木實(shí)驗(yàn)教學(xué)所受的時(shí)間、空間及實(shí)驗(yàn)設(shè)備、安全性等方面的限制。

[關(guān)鍵詞]互聯(lián)網(wǎng)+;遠(yuǎn)程協(xié)同試驗(yàn);土木實(shí)驗(yàn)教學(xué)

[基金項(xiàng)目]2016年度中國礦業(yè)大學(xué)教育教學(xué)改革與建設(shè)課題“基于遠(yuǎn)程協(xié)同試驗(yàn)思想的《結(jié)構(gòu)工程試驗(yàn)》課程建設(shè)與實(shí)踐”（2016QN04）;2016年度國家自然科學(xué)基金青年基金“預(yù)壓裝配式再生混凝土框架抗震性能及多性能目標(biāo)協(xié)同優(yōu)化”（51508554）;2015年度江蘇省自然科學(xué)基金青年基金“預(yù)應(yīng)力裝配式再生混凝土框架抗震性能與優(yōu)化設(shè)計(jì)方法”（BK20150190）;2016年度主持徐州市科技項(xiàng)目“徐州市工業(yè)固體廢棄物高附加值綜合利用科技公共服務(wù)平臺(tái)”（KC16SS088）

[作者簡介]胡 波（1984—），男，安徽滁州人，工學(xué)博士，中國礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與土木工程學(xué)院副教授，碩士生導(dǎo)師（通信作者），主要從事再生混凝土及結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)研究;呂恒林（1966—），男，江蘇寶應(yīng)人，工學(xué)博士，中國礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與土木工程學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，主要從事實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與創(chuàng)新人才培養(yǎng)研究。

[中圖分類號(hào)] G642.0[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A[文章編號(hào)] 1674-9324（2020）28-0177-02[收稿日期] 2019-11-16

一、引言

土木實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本任務(wù)是通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)方法和技能的訓(xùn)練，培養(yǎng)和強(qiáng)化學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng)新思維及利用現(xiàn)代分析測(cè)試手段探索、研究和解決土木工程領(lǐng)域問題的能力。土木工程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，土木實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為學(xué)生培養(yǎng)計(jì)劃中為數(shù)不多的教學(xué)實(shí)踐類課程，是土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)流程中的關(guān)鍵一環(huán)，在學(xué)生素質(zhì)教育方面有著其他課程教學(xué)所無法替代的功能。然而，傳統(tǒng)的土木實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式與方法，已經(jīng)不能適應(yīng)新形勢(shì)下土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)的要求。鑒于此，本文基于“互聯(lián)網(wǎng)+”和“遠(yuǎn)程協(xié)同試驗(yàn)”思想，探討新時(shí)代土木實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的改革與實(shí)踐。

二、“互聯(lián)網(wǎng)+”及“遠(yuǎn)程協(xié)同試驗(yàn)”簡介

2015年，國家推出“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃。“互聯(lián)網(wǎng)+”就是互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)加上一個(gè)傳統(tǒng)行業(yè)，相當(dāng)于給傳統(tǒng)行業(yè)加一雙“互聯(lián)網(wǎng)”的翅膀，為傳統(tǒng)行業(yè)助飛?；ヂ?lián)網(wǎng)金融誕生了余額寶、理財(cái)通及P2P投融資產(chǎn)品等，互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療使人們實(shí)現(xiàn)了在線求醫(yī)問藥，這些都是最典型的“互聯(lián)網(wǎng)+”案例?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”就是“互聯(lián)網(wǎng)+各個(gè)傳統(tǒng)行業(yè)”，但并不是簡單相加，而是利用信息通信技術(shù)及互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，讓互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)行業(yè)進(jìn)行深度融合，創(chuàng)造新的發(fā)展生態(tài)。它代表一種新的社會(huì)形態(tài)，即充分發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)在社會(huì)資源配置中的優(yōu)化和集成作用[1]。

“互聯(lián)網(wǎng)+高等教育”并不是剛剛開始的，多年前就已出現(xiàn)。國外一些大學(xué)的教師與學(xué)生的交流很大程度上依賴于互聯(lián)網(wǎng)。授課教師在課程開課前，會(huì)在自己的主頁上發(fā)布與課程相關(guān)的信息，包括課程使用的教材、參考書及課程考核方式等，同時(shí)留下本人用于課程教學(xué)的電子郵箱和本門課程助教的聯(lián)系方式。課程開講后，教師還會(huì)在主頁更新信息，諸如下次課的內(nèi)容安排、前次課作業(yè)的答案等。同時(shí)，主頁還允許學(xué)生留言，鼓勵(lì)學(xué)生留下自己在學(xué)習(xí)本門課程的過程中所遇到的問題及對(duì)課程教學(xué)的建議等，授課教師或課程助教會(huì)在第一時(shí)間回復(fù)這些留言。此外，學(xué)生可以將紙質(zhì)作業(yè)交到教師辦公室門口的作業(yè)收集箱中，也可以將作業(yè)的電子版或掃描件通過電子郵件形式發(fā)至教師指定的電子郵箱。這種“互聯(lián)網(wǎng)+”的授課方式，不僅拉近了授課教師和學(xué)生在空間和時(shí)間上的距離，延拓了課程本身的內(nèi)容，還能有效地提升教學(xué)品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源的最大化利用。

此外，遠(yuǎn)程協(xié)同實(shí)驗(yàn)本質(zhì)上也可以視為一種“互聯(lián)網(wǎng)+土木工程”的特例。1999年，美國國家自然科學(xué)基金會(huì)（NSF）批準(zhǔn)了一項(xiàng)投資5億美元、跨期5年的美國地震工程試驗(yàn)聯(lián)網(wǎng)（NEES）項(xiàng)目，用于在全美15家大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)新建或擴(kuò)建地震工程實(shí)驗(yàn)裝備及高效互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)接現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)和監(jiān)控體系[2]。NEES尋求的是建立一種網(wǎng)絡(luò)化資源，這一資源是在地理上分布于各個(gè)地區(qū)并被共享的具有遠(yuǎn)程觀測(cè)和遠(yuǎn)程控制能力的遠(yuǎn)程協(xié)同試驗(yàn)系統(tǒng)。除了可以通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)設(shè)備站點(diǎn)實(shí)行遠(yuǎn)程操作，還可以在網(wǎng)上連結(jié)高性能計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備，包括一個(gè)地震工程及其相關(guān)領(lǐng)域的試驗(yàn)和分析方面的診斷數(shù)據(jù)庫。此外，分布式實(shí)物和數(shù)值模擬能力以及使試驗(yàn)和計(jì)算數(shù)據(jù)可視化的資源也可以從網(wǎng)絡(luò)上獲得。

三、“互聯(lián)網(wǎng)+”教學(xué)資源庫建設(shè)

在倡導(dǎo)大土木教學(xué)的背景下，土木實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容涵蓋面廣，涉及地震工程、防護(hù)工程、風(fēng)工程、抗火工程和巖土工程等。基于“互聯(lián)網(wǎng)+”建立內(nèi)容豐富和具有前瞻性的土木實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源數(shù)據(jù)庫，能夠讓學(xué)生更好地理解土木工程試驗(yàn)原理及方法，其建設(shè)過程主要分為以下幾個(gè)階段。

（一）教學(xué)資源數(shù)據(jù)庫需求和概要分析

通過課題組成員會(huì)議、師生訪談、問卷調(diào)查等系列手段，獲取傳統(tǒng)土木實(shí)驗(yàn)教學(xué)中需要解決的問題與建議，并進(jìn)行分析歸納，完成需求分析。以此為基礎(chǔ)，采用抽象和分解的手段將數(shù)據(jù)庫分解，實(shí)現(xiàn)功能的模塊化，確定各功能模塊間的關(guān)系及各個(gè)模塊所包含的試驗(yàn)數(shù)據(jù)內(nèi)容。

（二）教學(xué)資源收集和規(guī)范化

組織課題組成員，基于需求和概要分析所確定的功能模塊和模塊下所設(shè)定的內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)資源的收集。教學(xué)資源形式多樣，包括數(shù)據(jù)、圖表、文字和試驗(yàn)視頻等。同時(shí)，按照方案設(shè)計(jì)、前期準(zhǔn)備、試驗(yàn)實(shí)施、試驗(yàn)結(jié)果分析這四個(gè)流程，將收集到的各類土木工程試驗(yàn)資料進(jìn)行規(guī)范化整理。

（三）教學(xué)資源數(shù)據(jù)庫的實(shí)現(xiàn)

建立土木實(shí)驗(yàn)課程專享頁面，發(fā)布本課程的實(shí)時(shí)信息和課程預(yù)告，實(shí)現(xiàn)教學(xué)互動(dòng)。同時(shí)，頁面鏈接學(xué)校信息中心的FTP資源庫，分學(xué)科、分對(duì)象、分類型建立教學(xué)資源索引，并加入教學(xué)資源內(nèi)容。同時(shí)，建立課程的微信公眾號(hào)，精選教學(xué)資源放入微信公眾號(hào)的素材管理中，使學(xué)生能夠通過手機(jī)或電腦進(jìn)入土木試驗(yàn)教學(xué)資源庫查看自己所關(guān)心的試驗(yàn)內(nèi)容，掌握該試驗(yàn)原理和方法，以及主要試驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論。

（四）教學(xué)資源數(shù)據(jù)庫的維護(hù)與完善

隨著土木工程領(lǐng)域新理論、新方法和新材料的出現(xiàn)和應(yīng)用，及時(shí)對(duì)教學(xué)資源數(shù)據(jù)庫進(jìn)行更新維護(hù)顯得十分重要。教學(xué)資源數(shù)據(jù)庫維護(hù)與完善所依賴的新素材，可通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行收集。另一方面，增強(qiáng)教學(xué)資源數(shù)據(jù)庫的開發(fā)性和共享性，讓更多校內(nèi)外的專家學(xué)者自愿貢獻(xiàn)自己的試驗(yàn)到數(shù)據(jù)庫中，校內(nèi)外土木工程專業(yè)的學(xué)生也可以自由地上傳或下載資料。

四、遠(yuǎn)程協(xié)同實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)構(gòu)建

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要存在以下問題：（1）實(shí)驗(yàn)室前期建設(shè)投入大，后期運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用高，實(shí)驗(yàn)教學(xué)常受限于此類原因而無法有效開展，影響教學(xué)效果;（2）教學(xué)實(shí)驗(yàn)常立足于滿足基礎(chǔ)知識(shí)技能的傳授和培養(yǎng)，無法把握學(xué)科前沿的科研實(shí)驗(yàn)研究;（3）實(shí)驗(yàn)教學(xué)中學(xué)生常分成實(shí)驗(yàn)小組分散操作，教師難以在短時(shí)間內(nèi)深入到各個(gè)實(shí)驗(yàn)小組進(jìn)行細(xì)致的指導(dǎo);（4）實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間常與實(shí)驗(yàn)室可安排的時(shí)間不一致，教學(xué)實(shí)驗(yàn)會(huì)和實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)正在進(jìn)行的科研活動(dòng)相沖突。

針對(duì)土木工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源不足和時(shí)間不均衡等問題，學(xué)校進(jìn)行了遠(yuǎn)程協(xié)同實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)構(gòu)建。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)布置WIFI監(jiān)控?cái)z像陣列及多套實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)全程實(shí)時(shí)采集實(shí)驗(yàn)圖象及各種實(shí)驗(yàn)物理量的連續(xù)采集工作。視頻資料和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)過中央服務(wù)器處理后，所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均以圖形形式呈現(xiàn)。學(xué)生可以通過自備移動(dòng)終端設(shè)備觀看試驗(yàn)進(jìn)程，教師也可以在課堂上利用教室中的多媒體設(shè)備進(jìn)行展示。此外，基于高速互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了異地共享實(shí)驗(yàn)設(shè)備，使教師可以根據(jù)教學(xué)的實(shí)際需求遠(yuǎn)程操控真實(shí)設(shè)備，控制實(shí)驗(yàn)進(jìn)程。

五、結(jié)語

基于“互聯(lián)網(wǎng)+”和“遠(yuǎn)程協(xié)同試驗(yàn)”思想，以創(chuàng)新土木工程人才培養(yǎng)為導(dǎo)向，整合共享實(shí)驗(yàn)室優(yōu)質(zhì)遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)資源，構(gòu)建“互聯(lián)網(wǎng)+”教學(xué)資源庫和遠(yuǎn)程協(xié)同實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)土木工程實(shí)驗(yàn)課程時(shí)間和空間上的開放性和靈活性。

參考文獻(xiàn)

[1]張廣君.“互聯(lián)網(wǎng)+教學(xué)”的融合與超越[J].教育研究，2016， 37（6）：12-14.

[2]茹繼平，肖巖.美國地震工程模擬網(wǎng)系統(tǒng)NEES計(jì)劃及在我國實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程協(xié)同結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的設(shè)想[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2002，（6）： 91-94.

Principles and Applications of "Internet+" and "Remote Collaborative Test"

HU Bo， L? Heng-lin， YIN Shi-ping， ZHANG Ying-ying

（School of Mechanics and Civil Engineering， China University of Mining and Technology， Xuzhou，

Jiangsu 221116， China）

Abstract： In view of the shortage of teaching resources of civil engineering experiment， based on the idea of "Internet+" and "remote collaborative test"， the reform and practice of civil experiment teaching method in the new era are explored. The "Internet+" teaching resource database can integrate and share a wide range of high- quality experimental data， while the "remote collaborative experiment" teaching system breaks through the limitations of time， space， experimental equipment and security in the traditional civil experiment teaching.

Key words： Internet+; remote collaborative experiment; civil experiment teaching