專(zhuān)業(yè)工程實(shí)踐教學(xué)土木工程論文

　　一、普通高校工科專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節

　　常規的工科實(shí)踐教學(xué)環(huán)節由實(shí)驗、實(shí)習和設計三大部分組成。其中實(shí)驗由易到難，有演示性、驗證性、操作性實(shí)驗、綜合性、設計性、創(chuàng )新性實(shí)驗；實(shí)習形式由簡(jiǎn)單到復雜，有認識實(shí)習、操作實(shí)習、見(jiàn)習型實(shí)習；設計方式由專(zhuān)項到綜合，有課程設計、畢業(yè)設計。按本科與碩士研究生實(shí)踐教學(xué)需要來(lái)設置，專(zhuān)業(yè)工程實(shí)踐教學(xué)分為校內和校外實(shí)踐教學(xué)環(huán)節。校內有與各專(zhuān)業(yè)工程課程相對應的實(shí)驗、實(shí)操（工程制圖、測量、各學(xué)習階段的課程設計）、畢業(yè)設計、學(xué)位論文。以畢業(yè)設計為例，其常見(jiàn)類(lèi)型就有工程項目設計、工程施工（加工）技術(shù)和管理、專(zhuān)題研究、工程應用軟件開(kāi)發(fā)等4種。由于畢業(yè)設計屬于本科生學(xué)習期間較高級的實(shí)踐教學(xué)，所以這4種類(lèi)型的畢業(yè)設計可以根據培養目標、方式與教學(xué)條件的許可，不論在校內、校外進(jìn)行都可以作為學(xué)習者完成畢業(yè)設計（論文）實(shí)踐學(xué)習方式。校外實(shí)踐教學(xué)環(huán)節就實(shí)踐而言，可以依托校外協(xié)同創(chuàng )新單位的土木工程技術(shù)開(kāi)發(fā)研究中心或具有新技術(shù)、新工藝、新材料背景的工程項目進(jìn)行綜合性、設計性、創(chuàng )新性實(shí)驗；實(shí)習教學(xué)環(huán)節主要是結合專(zhuān)業(yè)工程的場(chǎng)地（所）性、先進(jìn)性、特殊性和豐富多樣性要求，進(jìn)行校外各類(lèi)工程的參觀(guān)認識實(shí)習、專(zhuān)業(yè)課程實(shí)習，施工（加工）技術(shù)與管理生產(chǎn)實(shí)習，畢業(yè)實(shí)習等。

　　二、土木工程實(shí)踐教學(xué)資源協(xié)同開(kāi)發(fā)的原則與方法

　　現在的信息技術(shù)手段、網(wǎng)絡(luò )服務(wù)及移動(dòng)終端設備已經(jīng)完全具備對龐大的數據進(jìn)行整合和處理應用的能力，故借助于云計算技術(shù)來(lái)收集、整合、處理、挖掘超量、繁復的工程實(shí)踐教學(xué)資源，不但能有效解決工程專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)中的眾多困擾，而且能為工程人才個(gè)性化培養及創(chuàng )建終身教育奠定堅實(shí)基礎。

　　1.開(kāi)發(fā)原則

　　各種專(zhuān)業(yè)工程實(shí)踐教學(xué)資源的內容豐富、博大，所以在協(xié)同開(kāi)發(fā)和挖掘相關(guān)資源時(shí)，應堅持“有所為，有所不為”的原則。應分專(zhuān)業(yè)類(lèi)別廣泛收集各種實(shí)踐教學(xué)資源，并在收集和整合資源過(guò)程中，要注意以資源的全體和完整為主，不要片段、抽樣；要注重資源獲取的效率，不要以工程項目?jì)热莸慕^對精確作取舍；要考量工程項目資源內容相關(guān)性，不必在因果邏輯上做深究[3]。要按照培養目標，從學(xué)習者實(shí)踐知識建構需要來(lái)識別資源的意義，在豐富、靈活、多樣、寬泛的基礎上，進(jìn)行資源采集、處理和加工，讓運用者按需配置其專(zhuān)業(yè)工程實(shí)踐教學(xué)資源，能方便、高效地實(shí)現其教學(xué)價(jià)值。依據專(zhuān)業(yè)工程學(xué)科創(chuàng )新知識與能力培養所設定的目標，以協(xié)同創(chuàng )新的核心單位為主體，科學(xué)創(chuàng )設基于學(xué)生專(zhuān)業(yè)工程實(shí)踐學(xué)習需要的活動(dòng)情境。即將有關(guān)資源分層次構造出各學(xué)習階段專(zhuān)業(yè)工程實(shí)踐的問(wèn)題情境，以引導學(xué)生循序漸進(jìn)式地經(jīng)歷實(shí)踐的過(guò)程，使學(xué)生能自覺(jué)調動(dòng)多種感官，如視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)以及語(yǔ)言表達等，尋找多種操作、動(dòng)手、研討途徑，積累起豐富的土木工程實(shí)踐感性認識和動(dòng)手操作經(jīng)驗，激發(fā)學(xué)生對工程項目的類(lèi)型、設計與施工條件、理論與技術(shù)方法、施工技術(shù)與組織管理、工程量、產(chǎn)品形態(tài)、建（制）造和場(chǎng)地環(huán)境、時(shí)空邊界條件等現象與相互關(guān)系產(chǎn)生濃厚的興趣和探究的欲望。

　　2.主要途徑

　　由于培養人才的責任主體是大學(xué)，校方的圖書(shū)與電子資源豐富，多建有信息網(wǎng)絡(luò )技術(shù)中心，軟硬件設施和技術(shù)人才相對充足，且信息技術(shù)在所涉土木工程專(zhuān)業(yè)教學(xué)需求與科研應用量巨大。建立學(xué)校與協(xié)同核心單位間工程實(shí)踐教育資源共享平臺是協(xié)同創(chuàng )新發(fā)展的一種必然趨勢，因此，校方應成為實(shí)踐教學(xué)資源共享建設的投資主體與推行者。協(xié)同開(kāi)發(fā)與共享專(zhuān)業(yè)工程實(shí)踐教學(xué)資源的主要途徑，可從以下四方面進(jìn)行：（1）建立一套運行機制。專(zhuān)業(yè)工程實(shí)踐教學(xué)資源建設是一項有序的、動(dòng)態(tài)的、可持續發(fā)展的系統工程，必須建立良好的運行機制，以促進(jìn)建設過(guò)程中各個(gè)環(huán)節的正規有序，實(shí)現統合，搞好頂層設計。（2）規范一套建設標準。用科學(xué)的標準來(lái)促進(jìn)專(zhuān)業(yè)工程實(shí)踐教學(xué)資源系統的建構[4,5]。應建立面向協(xié)同中心所涉各類(lèi)工程專(zhuān)業(yè)的不同實(shí)踐教學(xué)主題、覆蓋其各個(gè)層次、不斷動(dòng)態(tài)更新的工程實(shí)踐教學(xué)資源建設標準，為實(shí)現各級各類(lèi)資源系統的網(wǎng)絡(luò )互連、信息互通、資源共享奠定基礎。（3）搭建一個(gè)基于云服務(wù)的共享平臺。各類(lèi)工程實(shí)踐教學(xué)資源只有不斷被其工程專(zhuān)業(yè)教學(xué)所應用、學(xué)習者所掌握，使其流動(dòng)、開(kāi)放和充分共享，才可持續。在各專(zhuān)用工程實(shí)踐教學(xué)資源庫和實(shí)踐教學(xué)課件建設的基礎上，通過(guò)云服務(wù)端資源集成，實(shí)現各門(mén)專(zhuān)業(yè)的各級各類(lèi)實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)資源交換和資源共享。（4）培養和建立一支“雙師”實(shí)踐教學(xué)專(zhuān)業(yè)隊伍。專(zhuān)業(yè)工程實(shí)踐教學(xué)資源庫及課件開(kāi)發(fā)、建設的每個(gè)環(huán)節都需要依靠高素質(zhì)專(zhuān)業(yè)人員完成，因此，必須根據協(xié)同機制，整合學(xué)校與協(xié)同核心單位的人才資源，培養和造就一支懂教學(xué)、懂工程技術(shù)、懂教育教學(xué)管理的資源庫建設專(zhuān)業(yè)隊伍。

　　3.技術(shù)方法

　　構建一個(gè)基于云計算的數字化實(shí)踐教學(xué)資源處理平臺。實(shí)踐教學(xué)資源經(jīng)數據處理，區分成關(guān)系化、結構化和非結構化數據，其中關(guān)系化數據是指二維關(guān)系約束的數據表，結構化數據包括了數字、符號等數據，非結構化數據包括了文本、圖像、聲音、視頻等數據，從而進(jìn)行有效存儲、組織來(lái)自校內外協(xié)同創(chuàng )新單位的教學(xué)資源。利用處理平臺能夠對幾百甚至是幾千個(gè)分布式數據庫，或者分布式存儲集群中的內容進(jìn)行分析。該處理平臺還能根據具體教學(xué)環(huán)節、層次需求建立相應服務(wù)，解決傳統的學(xué)習平臺資源無(wú)序、缺乏統一管理調配的問(wèn)題。教師可以通過(guò)云服務(wù)平臺在技術(shù)項目上實(shí)現跨學(xué)校、跨地域合作，分享工程實(shí)踐與研究成果，為教學(xué)、學(xué)術(shù)研究提供便利；學(xué)生可以突破時(shí)空限制，使用現代化通訊工具隨時(shí)隨地全方位獲取優(yōu)質(zhì)的實(shí)踐教學(xué)資源。數據化工程實(shí)踐教學(xué)資源的開(kāi)發(fā)流程與實(shí)現方式，可以概括為四步：分別是采集、導入和預處理、統計和分析，最后是資源實(shí)踐教學(xué)價(jià)值的發(fā)現與挖掘[6]。（1）以協(xié)同機制作保障，通過(guò)數據遷移、數據轉換、共享等有效手段[4]對數字化實(shí)踐教學(xué)資源進(jìn)行收集、采集，把協(xié)同創(chuàng )新主體單位既有實(shí)踐教學(xué)資源重新整合起來(lái)，并加載到數據倉庫或數據集市中——存儲在遠程云服務(wù)端，成為聯(lián)機分析處理、數據挖掘的基礎。這樣才可以徹底消除學(xué)�；蛲两ㄐ袠I(yè)信息化建設中各相關(guān)單位存在的信息孤島以及信息碎片化現象，提高實(shí)踐教學(xué)資源的可使用率。還可通過(guò)MapReduce編程模型對實(shí)踐教學(xué)資源進(jìn)行管理，以提高對海量教學(xué)資源分析的速度和效率[7]。（2）在完成資源收集之后，如果要對這些海量數據進(jìn)行有效分析，還需將這些來(lái)自前端的數據導入到一個(gè)集中的大型分布式數據庫，或者分布式存儲集群，通過(guò)并行計算框架[7]，優(yōu)化并行分析算法，如Mahout、R語(yǔ)言等，對這些分散乃至碎片數據進(jìn)行過(guò)濾，在導入基礎上作一些簡(jiǎn)單的清洗和預處理工作，以排除混雜、錯亂的工程信息，重復的資源數據，提高資源的質(zhì)量。（3）從分布式數據庫，或者分布式計算集群的海量實(shí)踐教學(xué)資源中，提煉出連續的、低信息粒度的實(shí)踐教學(xué)素材，并擇優(yōu)質(zhì)實(shí)踐教學(xué)素材交于上層實(shí)踐教學(xué)統計、分析系統，進(jìn)行普通的專(zhuān)業(yè)工程實(shí)踐需求分析和分類(lèi)匯總等。（4）對實(shí)踐教學(xué)資源分析之后的資源內容進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)模擬和價(jià)值挖掘，是指利用數據挖掘算法，包括分類(lèi)算法、回歸算法、聚合算法和降維算法等，對存儲在云服務(wù)端（分布式數據庫或者分布式計算集群）大量的、不完全的、模糊的數字化工程教學(xué)資源挖掘，以挖掘出隱藏在資源背后有價(jià)值的信息，為教師作出實(shí)踐教學(xué)組織安排奠定基礎。應用數據分析、挖掘等技術(shù)對存儲在云服務(wù)端的各種分散的關(guān)系化、結構化和非結構化實(shí)踐教學(xué)資源進(jìn)行分析和挖掘，掌握學(xué)習者查詢(xún)其專(zhuān)業(yè)工程實(shí)踐資源的行為、知識點(diǎn)內容、知識應用能力等，以預測學(xué)習者對實(shí)踐知識與資源服務(wù)的需求，使教師能根據預測進(jìn)行決策，更好地引導學(xué)習者學(xué)習；同時(shí)，也可應用數據分析技術(shù)對開(kāi)設的課程進(jìn)行效果評估，盡早地捕捉學(xué)生的學(xué)習不適應癥狀，進(jìn)行學(xué)習預警和干預[8]，以便及時(shí)調整培養方案，為學(xué)習者推薦學(xué)習軌跡,開(kāi)展自適應學(xué)習，自我導向學(xué)習[9,10]。例如：自適應學(xué)習既不是簡(jiǎn)單的符號或文字，也不是言語(yǔ)或文字陳述的概念或原理，而是教師列展的一些具體的實(shí)例或問(wèn)題。學(xué)習者的任務(wù)是通過(guò)考察實(shí)例、分析和解決問(wèn)題來(lái)發(fā)現有關(guān)的知識，并積累解決問(wèn)題的技能[11]。教師是用最適合的學(xué)習方法，讓學(xué)習者主動(dòng)參與到學(xué)習過(guò)程中，接受各種各樣的挑戰。整個(gè)學(xué)習過(guò)程因為有學(xué)習效果的追蹤，記錄了學(xué)習者在每個(gè)任務(wù)上花費的時(shí)間，實(shí)時(shí)反饋給教師，如果學(xué)生遇到不能解決的問(wèn)題時(shí)，教師會(huì )立即知道，并對其進(jìn)行針對性的輔導。應用數據分析技術(shù)也可對協(xié)同科研創(chuàng )新合作過(guò)程及交互型工程技術(shù)服務(wù)過(guò)程進(jìn)行分析和預測，從而應對過(guò)程中的資金、政策、機制、技術(shù)、成果、共享等環(huán)節潛在的矛盾與風(fēng)險。

　　三、專(zhuān)業(yè)工程實(shí)踐教學(xué)資源共享應用

　　專(zhuān)業(yè)工程實(shí)踐教學(xué)資源和信息化技術(shù)是共享方案設計中不可或缺的兩大方面。構筑較快見(jiàn)效的共享建設方案可以“三層法”：基礎設施層、平臺服務(wù)層和共享應用服務(wù)層[12]。實(shí)踐教學(xué)資源共享應用是將云計算作為其技術(shù)支持，通過(guò)對實(shí)踐教學(xué)資源挖掘與實(shí)踐學(xué)習分析則會(huì )帶來(lái)工程實(shí)踐教學(xué)理念、方式和技術(shù)方面的巨大變革和創(chuàng )新。

　　1.教學(xué)資源的流動(dòng)需求與信息技術(shù)相結合

　　工程實(shí)踐教學(xué)資源應用的關(guān)鍵也是其必要條件，就在于“信息技術(shù)”與“專(zhuān)業(yè)工程實(shí)踐教學(xué)”的融合。豐富多樣的專(zhuān)業(yè)工程實(shí)踐教學(xué)資源通過(guò)信息技術(shù)應用到大學(xué)教育中，對學(xué)習者未來(lái)事業(yè)會(huì )有更加直接的幫助；快捷的反饋信息是衡量實(shí)踐教學(xué)資源開(kāi)發(fā)、應用過(guò)程對實(shí)踐教學(xué)各個(gè)方面和層次產(chǎn)生影響、效果的依據。將開(kāi)發(fā)的數字課程應用到教學(xué)上。比如：創(chuàng )建自適應各專(zhuān)業(yè)的工程實(shí)踐學(xué)習課程，利用人工智能為每個(gè)學(xué)生創(chuàng )建自適應的學(xué)習體驗。還可創(chuàng )建各專(zhuān)業(yè)工程實(shí)踐定制化學(xué)習或終身學(xué)習課程，將工程實(shí)踐教學(xué)從同一模式的“批量化生產(chǎn)”變?yōu)椤翱茖W(xué)管理下的定制化學(xué)習過(guò)程，幫助學(xué)生培養更好的學(xué)習技能”，“讓學(xué)生了解如何利用時(shí)間、應對挑戰、成為終身學(xué)習的人”[9]。

　　2.當代網(wǎng)絡(luò )交流條件引發(fā)實(shí)踐教學(xué)組織方式變革

　　隨著(zhù)具有語(yǔ)義網(wǎng)特征的數據基礎設施和數據資源發(fā)展起來(lái)，實(shí)踐教學(xué)組織的變革就越來(lái)越顯得不可避免。豐富多樣的工程實(shí)踐教學(xué)將召喚網(wǎng)絡(luò )結構產(chǎn)生無(wú)組織的教學(xué)組織力量。最先反映這種教學(xué)結構特點(diǎn)的，是各種各樣去中心化的WEB2.0應用，如RSS、維基、微信、博客、云儲存與計算等。各種專(zhuān)業(yè)的工程實(shí)踐教學(xué)資源中只有少量是結構化數據，如項目可研報告、立項審批、設計文件、計算書(shū)仍至工程圖紙、項目報建（批）、質(zhì)量與安全監督、施工（生產(chǎn)）許可、施工組織設計（生產(chǎn)計劃）、竣工（產(chǎn)品）驗收等，其余大量的由半結構化數據和非結構化數據組成，如施工（生產(chǎn)）過(guò)程中具體的施工（生產(chǎn)）作業(yè)方式、方法，技術(shù)會(huì )議等以郵件、視頻、微博等的形式表現。海量的專(zhuān)業(yè)工程實(shí)踐教學(xué)資源之所以成為實(shí)踐教學(xué)的變革力量，在于它通過(guò)追隨實(shí)踐意義而獲得工程智慧。

　　3.以云計算為基礎的數據應用技術(shù)集成，可實(shí)現協(xié)同創(chuàng )新主體單位間專(zhuān)業(yè)工程教育資源共享

　　一體化、服務(wù)一體化、管理一體化，打破了以前信息化建設中的“信息孤島”現象，它可以成為各種分散實(shí)踐教育資源集中應用的平臺，使工程協(xié)同創(chuàng )新合作單位的教育資源得以充分應用�；�于應用統計學(xué)、機器學(xué)習和數據挖掘的技術(shù)和開(kāi)發(fā)方法，對實(shí)踐教學(xué)和學(xué)習過(guò)程中的數據收集和跟蹤進(jìn)行分析，檢驗學(xué)習理論并引導實(shí)踐教學(xué)，讓教師與學(xué)生有了真正的互動(dòng)。它與各種終端設備的無(wú)縫連接，還為移動(dòng)學(xué)習提供了有力的技術(shù)支撐。應用信息科學(xué)、社會(huì )學(xué)、心理學(xué)、統計學(xué)、機器學(xué)習和數據挖掘技術(shù)，來(lái)分析從教育管理和服務(wù)過(guò)程中收集的實(shí)踐效果，就能全面客觀(guān)進(jìn)行教學(xué)管理人員和學(xué)校實(shí)踐教學(xué)的服務(wù)與質(zhì)量評估。這些實(shí)踐資源應用效果的反饋，也可以幫助各工程專(zhuān)業(yè)院、系領(lǐng)導和教師有效地提高實(shí)踐教學(xué)水平，跟蹤教學(xué)狀態(tài)的變化趨勢。結語(yǔ)利用協(xié)作機制，建立基于云端服務(wù)的共享平臺，開(kāi)發(fā)、開(kāi)放和應用協(xié)同創(chuàng )新核心單位的工程實(shí)踐資源是解決現代工程實(shí)踐教學(xué)困境的重要途徑。教學(xué)資源數據的良好分析會(huì )提高教學(xué)資源的實(shí)際利用成效，通過(guò)對實(shí)踐教學(xué)資源的挖掘分析，得出真正有價(jià)值的教學(xué)資源。這些反饋的信息，不僅可以用在實(shí)踐教學(xué)，還可用于評估、指導科研、學(xué)校管理等多個(gè)方面。需要指出的是，專(zhuān)業(yè)工程實(shí)踐教學(xué)的成效有賴(lài)多方面努力。就工程專(zhuān)業(yè)理論教學(xué)方面而言，也應強化工程分析能力的培養，如從工程問(wèn)題入手，通過(guò)形象教學(xué)、案例法教學(xué)來(lái)培養學(xué)習者分析、解決工程問(wèn)題的思維能力，并應注意內容與實(shí)踐教學(xué)相呼應。這樣有了大量豐富的實(shí)踐教學(xué)資源，學(xué)習者就可以通過(guò)多種的實(shí)踐學(xué)習方式取得預期的學(xué)習效果。

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