引言

随着新工科建设和智能建造技术的快速发展，传统土木工程实践教学在教学内容、手段和资源配置等方面面临诸多挑战，如实验设备利用率低、教学方式单一、学生参与度与创新能力培养不足等问题日益突出。在此背景下，推动智能化改革已成为提升工程教育质量的重要路径。本文以广东工业大学土木工程国家级工程教育实践中心为研究对象，探讨其在教学体系、课程内容、技术平台与评价机制等方面的智能化改革探索。通过引入虚拟仿真平台、构建智能监测系统、建设数字孪生实验室等举措，打造“智能+实践+育人”一体化的教学新模式。改革实施后，学生实践能力、创新意识和学习积极性显著提升，教学效率和管理效能明显增强。研究表明，智能化改革不仅有效提升了教学质量，也为高校工程教育的数字化转型提供了可复制、可推广的经验路径。

一、问题提出

近年来，随着国家对高等教育质量提升和工程教育改革的高度重视，以“新工科”建设和“产教融合”为代表的政策导向不断推进，旨在培养适应新时代发展需求的高素质工程科技人才。土木工程作为国民经济建设的重要支撑学科，其实践教学环节在人才培养体系中具有举足轻重的地位。然而，当前许多高校在土木工程实践教学过程中仍面临诸多挑战。

一方面，传统实践教学模式存在实验设备更新滞后、资源利用率低、教学内容陈旧等问题；另一方面，教学手段相对单一，学生多处于被动接受状态，缺乏主动参与与创新实践的机会，导致其综合应用能力与工程素养难以有效提升。此外，面对智能建造、绿色建筑、数字孪生等新兴技术的发展，现有教学体系在技术融合与前沿引导方面也显得不足。

在此背景下，智能化技术的快速发展为工程教育提供了新的变革契机。虚拟仿真、物联网、人工智能、大数据分析等技术正逐步渗透到教育教学各环节，推动教学模式从“以教师为中心”向“以学生为中心”转变，从“经验驱动”向“数据驱动”演进。尤其是在实验与实践教学中，智能化手段能够有效突破时空限制，增强教学互动性与沉浸感，提高教学效率与质量。

本文以某土木工程国家级工程教育实践中心为研究对象，围绕其在智能化教学平台建设、课程体系重构、教学方式创新等方面的改革举措展开探讨。通过系统梳理改革路径与实施成效，旨在为同类高校提供可借鉴的经验，助力我国土木工程教育向高质量、智慧化方向转型升级，更好地服务于国家基础设施建设和新型城镇化发展的战略需求。

二、土木工程实验教学课程体系案例分析

（一）实验课程体系

“知行合一”的工程教育理念强调知识与实践的深度融合，特别适用于土木工程这类实践性极强的学科，旨在培养学生的工程实践能力和解决问题的能力。作为高校教学体系的关键部分，实验课程体系建设需紧密结合工程实际，承担本科实践教学的重要任务。国家级教学示范中心的评估标准涵盖多个方面：首先，实验室管理应具备健全的管理体制和运行机制，并有完备的管理制度以确保实验教学顺利进行；其次，实验师资队伍需要结构合理、稳定且高素质，能够满足实验教学和科研的需求；再者，实验教学应与理论教学紧密结合，形成完整的实验教学体系，注重学生实践能力和创新精神的培养；此外，还需建立完善的实验教学质量保障体系，制定明确的质量标准和评估方法，持续改进和提升实验教学质量；最后，国家级教学示范中心应在所在学校、地区乃至行业内发挥示范作用，推广先进的实验教学理念和方法，带动其他实验室的发展。这些要求均突显了实验教学中课程实践活动的重要性，贯彻“知行合一”理念时，必须在实验课程设计及执行过程中严格遵守上述标准，确保紧密联系工程实际，避免理论与实践脱节。这样不仅提升了学生的动手能力和创新能力，也为行业输送了更多符合新时代需求的高质量工程技术人才。

王阳明在《传习录》中系统阐释“知行合一”本体论，强调“未有知而不行者，知而不行只是未知”，指出知是行的主意，行是知的功夫；知是行之始，行是知之成，揭示认知与行动的本源性统一。基于此，本研究构建“知-行-知”闭环教育模型：通过课堂认知（理论内化）掌握工程原理，借助虚拟仿真（数字孪生）实现知识迁移，进入工地实践（项目伴随）完成具身认知，最终通过创新反馈（成果转化）形成迭代认知，形成“致良知”的动态升华过程，契合阳明所言“知之真切篤实处即是行，行之明觉精察处即是知”。

该模型的构建深度响应《新工科建设指南》关于“深化产教融合、创新实践教学模式”的核心要求，特别是2023年八部门联合印发的《职业教育产教融合赋能提升行动实施方案》中强调的构建学-培-训-建-孵五位一体人才培养体系，通过虚实结合的阶梯式训练，即课堂验证→教学实验→技能实训→项目实战，将阳明心学知行转化机制转化为可操作的工程教育范式，既传承事上磨炼的传统智慧，又创新性对接智能建造时代对解决真实情境复杂问题能力的人才需求，实现传统哲学思想与现代教育改革的创造性融合。

对于广东工业大学土木工程国家级教学示范中心，以“知行合一”理论结合实践为导向的课程体系为：基础科学理论基础实践（大学物理实验，工程化学实验）、专业基础知识（材料力学实验、万能试验机的操作及原理、低碳钢和铸铁的拉压屈服极限以及伸长率的测定、电测法的原理及电阻应变仪的使用、纯弯简支梁横截面正应力的测定等）、专业知识（矩形钢筋混凝土梁正截面承载力实验方法、受弯构件适筋梁和超筋梁的破坏特征、适筋梁的三个工作阶段、平截面假定的验证、挠度及裂缝的发展过程、斜拉、剪压合斜压破坏的过程及特征、钢构件轴心受压整体稳定、失稳过程及失效模式等）。总体而言，课程体系以“材料-构件-体系”和“基础理论-专业基础-专业知识”的层次基于环环相扣、层层递进的脉络进行开展。

（二）广东工业大学实验课程持续改进体系

广东工业大学土木工程专业依托“国家级教学示范中心”，积极推进全面的教学改革，建立了一个完善的建筑结构综合创新实验课程体系，旨在提升学生的实践能力、工程素养、团队协作能力和创新精神。具体改进体系（如表1）包括，1.设置2课时结构实验原理介绍，建立理论与实践知识体系的桥梁，明确理论的应用场景，避免纸上谈兵；2.通过4课时结构试件综合试验，加强施工实践环节培养，将施工图纸具象化，使学生对钢筋的绑扎过程有初步认识；3.设置2课时结构试件综合试验，了解结构科学试验测试仪器的基本操作，对应变片的打磨及浇筑混凝土的过程有基础了解；4.通过2课时的无损检测设备原理介绍及使用，向学生普及结构健康监测这一行业未来发展方向的基础操作方法及实现原理；5.设置2课时材料性能检测课程，初步了解测试方案的制定，钢筋及混凝土材料力学性能的测试方法；6.设置4课时构件测试实验，了解结构构件加载过程中的基础数据测量方法，包括挠度、裂缝宽度等的测量，使学生具备进行探索类科学试验的基础技能。

课程名称	编号	课程学时	项目	类型	每组人数	创新点	仪器设备
建筑结构试验与综合创新实验	1	2	结构实验原理介绍	演示	12	通过3D技术展示结构实验的基本原理和实际应用场景	结构工程实验室主要设备介绍
	2	4	结构试件综合试验（试件制备）包括：弯折箍筋、绑扎钢筋骨架	操作	12	引入智能机器人操作范式，接入智能建造内容	自制箍筋弯折机
	3	2	结构试件综合试验（设置测试应变传感器） 打磨贴应变片、浇筑混凝土	操作	12	介绍智能检测及监测内容的知识	混凝土搅拌机
	4	2	无损检测设备原理介绍及使用 包括：超声波检测仪、混凝土保护层探测仪以及回弹仪等	操作	12	介绍智能检测及监测内容的知识	混凝土回弹仪
	5	2	结构试件综合试验（材料性能检测） 测试方案的制定； 拉伸钢筋、测试混凝土强度	操作	12	介绍DIC先进测试设备，了解视觉检测知识	万能试验机
	6	4	结构试件综合试验（构件测试试验） 加载过程中应变测试、荷载挠度测试、裂缝宽度测试	操作	12	介绍DIC先进测试设备，了解视觉检测知识	反力架及千斤顶及应变仪等

在改善实验课程设置体系之外，基于“知行合一”工程教育理念，积极鼓励本科生参与大学生“挑战杯”、全国大学生创新创业大赛、大学生结构创新大赛、结构设计大赛等竞赛项目。鼓励教师与本科生紧密协作，积极参与科研项目的立项申报、研究开展、结题汇总等工作，收效明显。广东工业大学土木工程专业紧密结合材料学科的独特优势，积极响应国家在军工、新能源、海洋牧场等领域的重大需求，组织学生广泛参与各类专业学术科技创新竞赛，实现了学生创新创业活动的全面覆盖。近年来，学生在各级创新创业项目中取得了显著成绩，累计获得国家级、省级和校级立项超过50项，并荣获国家级奖项10项、省级科技进步奖及行业协会科技进步奖10余项。此外，学校还成功获批了两门大学生创新创业教学课程，进一步推动了创新教育的发展，为学生提供了更多实践与探索的机会，增强了他们在未来工程领域中的竞争力和创新能力。这些成果不仅展示了学生的卓越能力，也体现了学校在培养创新型工程技术人才方面的不懈努力和显著成效。

三、土木工程实验中心教学管理方法改进策略

土木工程实验中心自从获批“国家工程教育实践基地”以来，以建设“双一流”高校实验教学平台为目标，高度重视本科实验教学的建设与管理，持续推进中心教学管理方法的改进完善。通过一系列的新教学理念贯彻实施，深化实验教学改革，落实“立德树人”，为学科高层次发展做好基础保障。

（一）健全大型仪器共享平台

构建优质资源共享平台，是实施高质量实验教学的重要手段，目标是实现实验设备与环境的集约化平台式建设以及实验资源共享的最大化。大型仪器共享是构建实验教学硬件平台所需要解决的核心问题和难点。通过集约化的平台建设，可以有效地提高实验设备的利用率，减少重复投资和浪费，同时也可以提高实验教学的质量。而实现实验资源共享的最大化，则可以更好地满足师生的教学需求，提高实验教学的效果和水平。因此，构建实验教学硬件平台是实现实验教学优化和发展的必经之路。

广东工业大学土木工程实验中心拥有大型仪器近30台，囊括了工程材料、岩土工程、道桥与交通、结构工程、建筑设备与环境等专业领域的各类科研实验所需设备。做好教学管理方法的改进离不开有效提升上述大型仪器的共享和使用率。通过建设大型仪器共享管理数字化平台，实现仪器预约、使用、运维、共享的全程数字化管理。根据《国务院关于国家重大科研基础设施和大型科研仪器向社会开放的意见》（国发〔2014〕70 号）、《国家重大科研基础设施和大型科研仪器开放共享管理办法》（国科发基〔2017〕289 号）和《广东省人民政府促进大型科学仪器设施开放共享的实施意见》（粤府函〔2015〕347 号）的有关精神，中心定期对仪器共享及使用情况进行统计考核，对先进仪器管理人员进行表彰，并通过科研立项、测试费优化等手段实现仪器的充分共享，鼓励本科生参与教师科研实验，进一步提高中心大型仪器的使用率，实现年均发表科研论文100余篇，并获得省级科技进步一等奖一项。

（二）相似理论与实验教学相结合

相似理论在土木工程实验教学改革中的作用主要体现在以下几个方面：1.相似理论可以为实验教学提供科学的指导。在土木工程实验中，相似理论能够帮助学生深入理解实际工程中的现象和问题，从而设计出更加科学、合理的实验方案，选择更加恰当的实验参数。同时，相似理论还能够提供定量的分析方法，使得实验结果更加精确可靠。2.相似理论有助于提高实验教学的质量。通过相似理论，学生可以更好地掌握实验原理和现象，从而更好地理解实验技能和方法。3.相似理论还可以帮助学生发现实验中的问题和不足之处，提出改进方案和创新思路，从而提高学生的实践能力和创新思维。4.相似理论有助于推动实验教学的改革。随着科学技术的发展和工程实践的进步，土木工程实验教学也需要不断更新和改进。相似理论可以通过对实验数据的深入分析和模拟，发现新的规律和现象，提出新的实验方案和方法，从而推动实验教学的改革和创新。

基于此，结合相似理论对实验课程教学方法进行改进，设置相似理论专业教学课程，如表2。

基于非完全相似理论的模型实验误差预测算法开发与研究 （国家自然科学基金重点项目：高性能建筑结构若干关键问题的研究）
知识点	描述	实验方法	教学要求	考核方式
相似概念	相似是指两个或多个事物在某些方面具有相同或相似的特征，可以互相模拟或代表。	模拟实验法、数值模拟法等	理解相似概念、掌握相似准则	理论知识测试、实验操作考核
相似准则	相似准则是指为了使实验模型与实际工程相似，需要满足的一系列条件和限制。	根据实验目的和要求确定相似准则	熟悉相似准则、能够应用相似准则进行实验设计	实验方案设计与讲解、实验操作考核
相似分析	相似分析是指在实验中通过对模型和实际工程之间的相似性进行分析和比较，以确定实验结果能否代表实际工程。	比较法、数据分析法等	能够进行相似性分析和比较、掌握数据处理方法	数据处理能力测试、论文写作考核
相似模型	相似模型是指为了模拟实际工程而设计的实验模型。	根据实验目的和要求设计相似模型	熟悉相似模型设计方法、能够根据相似准则设计相似模型	模型设计与讲解、实验操作考核
相似应用	相似应用是指在土木工程实验中利用相似理论进行实验教学、研究和实践。	根据实际工程问题设计相似模型、应用相似理论解决实际问题	熟悉相似理论在实际工程中的应用、能够应用相似理论解决实际问题	实际问题解决能力测试、论文写作考核

相似理论在土木工程实验教学改革中扮演着重要的角色，它能够为实验教学提供科学的指导、提高教学质量、推动改革创新。因此，在未来的土木工程实验教学中，应该进一步加强对相似理论的研究和应用，以更好地促进实验教学的改革和发展。

四、“知行合一”理念下土木工程教学改革中的思政元素

在“知行合一”的理念指导下，土木工程教学改革不仅要注重专业知识和技能的培养，还应融入思政教育，以提升学生的综合素质和社会责任感。这种融合不应生搬硬套，而是要与专业知识有机结合，确保课堂效果的有效性和实用性。广东工业大学土木工程国家教学示范中心的教学思政建设具体体现在以下几个方面：

（一）弘扬社会主义核心价值观

在课程中，通过引入我国优秀传统文化和社会主义核心价值观的内容，强调国家建设和社会发展对土木工程师的使命和责任。特别是通过弘扬爱国主义精神，引导学生树立正确的世界观、人生观和价值观，增强他们的社会责任感。这部分内容不仅帮助学生理解个人与社会的关系，也为他们未来的职业生涯奠定坚实的思想基础。

（二）职业道德教育

土木工程行业高度依赖诚信和责任感。因此，在授课过程中，特别强调职业道德的重要性，包括诚信、责任、公正以及维护公共利益等方面。通过案例分析或实践项目，让学生了解职业道德在实际工作中的具体体现和应用，帮助他们在职业生涯中始终秉持高标准的职业操守。虽然职业道德教育属于专业素养的一部分，但它与思政目标紧密相关，共同促进学生全面发展。

（三）工程伦理教育

工程伦理是土木工程师必备的重要素质之一。教学中重点强调工程伦理的重要性，如社会责任、环境保护、安全性和公正性等。通过系统化的工程伦理教育，培养学生良好的职业素养和道德观念，使他们能够在面对复杂工程问题时做出负责任的决策。这部分内容不仅是专业能力的一部分，也是思政教育的重要组成部分，旨在塑造具有高度责任感的专业人才。

（四）社会责任感与工程实践

引导学生关注社会发展和民生改善，培养他们对社会问题的敏感度和关注度。通过实践活动，让学生有机会参与到实际工程项目中，增强他们的社会责任感和工程实践能力。此外，结合中国共产党建设新中国的历史使命，帮助学生认识到坚持党的领导对于推动社会进步和发展的重要性，进一步增强他们的历史使命感和社会责任感。

范例	知识点	课程思政点	思政育人预期成效
1	电测法测定材料的弹性模量E和泊松比μ实验	引入“阳江阳春围墙坍塌事故”，融入混凝土强度发展理论及养护需求，强化理解中国共产党党员的历史使命和责任感	树立“中国特色社会主义制度是当代中国发展进步的根本制度保障，是具有鲜明中国特色、明显制度优势、强大自我完善能力的先进制度
2	压杆稳定实验	引入“齐齐哈尔体育馆坍塌事故”，采用数值模拟和动画演示等技术手段，理解工程师的责任和社会使命	了解中国共产党带领中国人民改革开放以来取得的成就，树立正确的工程观念和历史观
3	通过综合分析材料拉、压、扭强度指标，判定材料强度理论适用性实验	引入无损检测、新材料分布式检测技术的发展现状，引导学生紧跟行业热点，理解国家的现实需求和政策制定方略	明确中国特色社会主义制度的优越性，增强民族自信心和自豪感，积极践行社会主义核心价值观。增强学生的专业责任感、国家认同感和担当使命感

在课程教学中，思政教育应贯穿于专业知识传授之中，帮助学生理解土木工程原理与项目运行的基本规律。通过教学引导，使学生认识到土木工程不仅是技术性工作，更是需要多方协作与系统协调的社会实践。因此，应在教学过程中注重团队合作能力的培养，鼓励学生相互学习、共同完成项目任务，在实践中体会集体力量的重要性，增强团队精神与责任意识。与此同时，课程应鼓励学生发挥创新精神，积极探索新的解决方案与设计理念，通过实践项目提升其创新能力与解决实际问题的能力，为未来土木工程领域输送具有开拓精神的专业人才。在专业素养方面，应强化学生的质量意识，使其深刻理解工程质量对公众安全和社会稳定的重要意义。通过案例分析和实践项目，培养学生在设计、施工及管理过程中的质量管理能力。此外，课程还应引导学生了解与土木工程相关的法律法规、行业标准与职业道德规范，帮助其建立合规意识与职业操守观念，理解工程活动所承担的社会责任。这部分内容虽然不属于传统意义上的思政教育，但与思政目标高度契合，体现了社会责任感与法治意识的统一。在全球化背景下，课程也应注重拓展学生的国际视野，提升跨文化交流能力，通过引入国际工程项目案例，帮助学生理解不同文化环境下的工程管理模式与价值理念。最后，结合国家“双碳”战略，课程应加强绿色建筑、低碳施工等内容的教学，引导学生关注环境保护与可持续发展问题，培养其绿色工程意识和可持续发展的理念。

综上所述，“知行合一”理念下的土木工程教学改革中的思政元素是提高学生综合素质和社会责任感的重要途径。通过将思政元素融入教学中，可以培养出更多具有爱国精神、职业道德和社会责任感的高素质人才，为我国的土木工程建设和社会发展做出更大的贡献。将家国情怀融入专业教育，以培养学生的专业责任感、国家认同感、担当使命感和奋斗紧迫感。通过这种方式，学生能够自觉将爱国情、强国志、报国行融入坚持和发展中国特色社会主义事业、建设社会主义现代化强国、实现中华民族伟大复兴的奋斗中。

五、土木工程实验教学“知行合一”的持续改进方向

第一，进一步优化实验教学内容确保实验教学内容与最新的工程实践和行业标准保持一致，以使学生能够掌握最新的实验方法和技能。注重实验教学内容与理论教学的有机融合，以实现知识的有效衔接和应用。增加综合性、设计性实验项目的比例，以培养学生的独立思考和创新能力。

第二，强化实验教学管理，建立健全实验教学管理制度，包括实验教学的组织、实施、考核等方面，以确保实验教学的质量。引入现代化教学管理方式，如信息化管理、数据统计和分析等，以提高实验教学管理的效率和准确性。加强实验教学与理论教学的协调配合，实现教学资源共享和优势互补。

第三，创新实验教学方法，积极引入现代化教学方法，如反转课堂、小组讨论、案例分析等，以激发学生的学习兴趣和主动性。结合工程实践和科研项目，将实验教学与实际工程问题相结合，以培养学生的实际操作能力和问题解决能力。鼓励教师进行教学创新和改革，探索适合学生的实验教学新模式。

第四，完善实验教学评价体系，建立完善的实验教学评价体系，以实现对实验教学的科学评价。评价内容应包括实验教学质量、教师教学水平、学生学习效果等方面，以确保实验教学持续改进。采用多元化的评价方法，如学生自评、互评、教师评价等，以全面了解学生的学习情况和教师的教学效果。

第五，加强实验教学与工程实践的联系，通过加强实验教学与工程实践的联系，使学生能够更好地将理论知识应用于实际工程中。加强与相关企业和行业的合作与交流，为学生提供更多的实践机会和平台。将工程实践中的实际案例引入实验教学，以增强学生对实际工程问题的认识和理解。

第六，培养学生的创新意识和实践能力，在实验教学中积极鼓励学生进行创新思维和实践操作，以培养学生的创新意识和实践能力。通过设置一些开放性的实验项目和研究课题，引导学生自主探究和解决问题，以激发他们的创新潜能。鼓励学生参加科研项目和学术竞赛等活动，以培养学生的科研能力和创新精神。

六、结语

结合国家级教学示范中心的办学要求和“知行合一”的工程教育理念，持续深化土木工程实验中心课程改革，有机结合相似理论在工程实验中的指导作用，通过改进专业课程设置、优化教学管理方法为新基建时代土木工程全面人才的培养提供了良好平台，对促进国家人才战略、推动教育体制创新改革、提升人才培养质量等都具有重要意义。

依托广东工业大学在大湾区的区位和人才优势，紧密结合国家新基建项目不断提升实验教学的质量和水平，培养具有创新意识和实践能力的土木工程人才。在实验教学中，应注重学生的主体地位，发挥教师的引导作用，将实验教学与理论教学有机融合，以实现知识传授、能力培养和素质提高的统一。实现“知行合一”的工程教育理念，需要不断加强实验教学与工程实践的联系，鼓励学生参与实际工程项目，以提高他们的实际操作能力和问题解决能力。同时，应注重学生的创新意识和实践能力的培养，以培养出更多的创新型、复合型、应用型人才。

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