土木工程专业课程教学与改革探索

绪论：在寻找写作灵感吗？爱发表网为您精选了1篇土木工程专业课程教学与改革探索，愿这些内容能够启迪您的思维，激发您的创作热情，欢迎您的阅读与分享！

２０１０年５月５日，国务院印发的《国家中长期教育改革和发展规划纲要（２０１０—２０２０年）》指出在高等教育人才培养中，培养理念、质量保障、评估机制、培养模式及社会需求定位等方面亟待提升［１］。２０２１年２月４日，教育部高等教育司印发的《教育部高等教育司２０２１年工作要点》强调，需要分层次和分类别建立高等教育高质量发展评估体系，推进高等教育实现“质量革命”。２０２１年６月２２日，教育部高等教育司印发的《教育部高等教育教学评估中心发布已通过工程教育认证专业名单》强调，当前工程教育中的工程性、实践性与创新性是高等工程教育满足国家对创新型工程科技人才的迫切需要。为此，在持续推进“产学研融合”的同时，教育部还联合多部门出台了“卓越工程师教育培养计划”，积极推进“新工科”建设。此外，工程教育专业培养模式也需要与国际接轨。中国工程教育认证协会（ＣＥＥＡＡ）与国际专业认证（ＥＣ２０００）具有一致的通用标准，都要求专业以学生为中心，评估体系都基于产出成果的质量，并且以成果为导向（ＯＢＥ）的教育改革一直强调学生学习需求与课程设置、教育方式等培养环节的契合度。因此专业认证不仅顺应了我国目前人才培养的社会需求，更强调了持续改进机制下培养模式的可持续发展性。换言之，专业认证是国际通行的工程教育质量保障制度，是优化我国工程人才培养模式、实现与国际工程教育接轨的便捷通道［２］。目前专业建设的国际认证范式实现了单纯知识技能输送向关键能力与关键素养提升的转变，把以学生为中心、适应社会需求导向和持续改进作为理念，根据国际组织（协议）和第三方机构的认证标准，对培养目标、毕业生能力和培养措施提出相应的要求，以开展评估、国际互认和系统认证的方式，达到提升教育质量和推动人才全球化的目的［３—４］。开展工程教育专业认证工作，既有利于我国工科人才与世界人才培养接轨，又为国内工程教育奠定了良好基础。同样工程教育专业认证关系着绝大多数工科院校的影响力、人才培养质量、发展状态等。所以工科院校需要集中优势资源构建相关认证策略，努力克服认证工作中遇到的各种难题。２０１６年６月２日，我国成为国际本科工程学位互认协议《华盛顿协议》的正式会员，意味着我国培养的工程教育专业学生可获得国际认证质量标准的“通行证”［５—６］。所以，工程教育专业认证不仅对工科毕业生走出国门有利，同时还能提升学校的专业地位，吸引优质生源。没有通过认证或者不主动申请认证的专业，其地位将会受到极大的挑战，甚至面临消失的困境。我国在工程教育人才培养数量方面有明显的优势，但在人才培养质量方面短板同样突出，尤其是学生的实操能力。从工程教育专业认证现状来看，我国高校在工程教育人才培养方面存在重理论、轻实践的现象。而国际本科工程学位互认协议《华盛顿协议》旨在通过双边或多边认可工程教育资格及工程师执业资格，促进工程师跨国执业。这类国际工程教育认证标准为我国各高校人才培养模式的变革提供了新的方向和突破口，也有力推动了我国工科毕业生就业的国际化进程。但正是在此背景下，我国高等院校工程专业的传统教学理念面临着严峻的挑战。为此，各高校亟须因地制宜、与时俱进地修订人才培养方案，使我国培养的工程教育人才达到国际化标准。土木工程作为工程专业的重要组成部分，其专业培养标准能够反映出工程专业的走向。土木工程专业划分了很多方向，如桥梁与隧道工程、结构工程、岩土工程、工程造价等；核心课程包括理论力学、混凝土结构设计原理、地基工程、结构力学等；就业单位类型主要有工程建设单位、设计公司、施工单位及质量监督站等。工程教育认证对土木工程专业的基本要求就是培养的土木工程专业学生能根据工程背景的相关知识，科学分析并提出能够合理解决土木工程专业的复杂工程问题。伴随着社会工业的发展，工程教育认证对各类工程专业的人才培养都提出了更高的要求。

一、土木工程专业课程教学存在的问题

（一）与产业关联性不足

国内大部分高校土木工程专业学生的实习方式主要是集中组织学生到工地或实训基地观摩、开展室内基础的验证性实验等［７］。在实习教学过程中基础理论知识与实际问题的结合远远不够，大多数学生很难将基础理论知识在实际工程中应用和拓展，对产业关注度不够，或是只关注产业中的某一环节，未能及时对产业热点研究作出调整。目前，大多数高等院校土木工程专业学生的实习质量偏低，产业关联性不足。

（二）教学体系与课程内容存在偏颇

专业课教学存在课时量不足、教师授课内容有局限性等问题。比如土力学、基础工程、挡土结构设计等课程理论性较强，这些课程共有的特点是：概念、内容多；部分概念近似，容易混淆；数学公式推导较多，学生理解较为困难。尽管多媒体课件运用图片、音视频等素材，但学生对定义、原理、公式计算等内容学习的参与度较低，难以形成师生互动的高效教学模式。

（三）实验教学的效果欠佳

多数土木工程的专业课程是理论与实践并重的，在传统实验教学下学生的工程素质和实践创新能力均不能得到有效的培养［８］。以往实验教学模式是教师采用演示教学法讲解实验步骤及原理，学生记录实验方案，依葫芦画瓢，编写实验报告。学生无法将所学的理论知识运用到解决工程实际问题之中，也没有分析讲解如何处理问题的过程，学生解决工程问题的能力以及作为工程师的素养自然得不到提高。而且大部分土木工程专业教师在实验教学方面存在短板，教学形式单调，授课形式也以理论讲解为主。尤其是青年教师，他们大多缺乏土木工程实践经验，对学生专业实践能力以及学科素养能力的培养往往力不从心。（四）教学质量评价体系滞后现有的评价考核制度和模式致使学生把考试作为重心，经常会在考试前突击复习。这不仅对学生自身学业考评难以起到应有的作用，还极易挫伤学生学习的积极性，不利于学生夯实学科理论知识。以宁波大学土力学课程为例，教学质量评价采取平时成绩占３０％、实验成绩占２０％、期末考试占５０％的考核方式。学生平时成绩由出勤率、课堂表现及作业完成达标率构成。平时成绩的组成元素在一定程度上提高授课质量，但却改变不了个别学生对课堂学习的松懈态度。以往学科考核模式一般采用平时成绩占３０％、期末考试成绩占７０％的闭卷考试形式。这种考核模式使一些单纯以考试合格为目的的学生进行考前集中突击，如通过死记硬背、考前刷题等方式应对考试，导致学生对基础知识点的掌握缺乏深度。此外，某些专业课程的理论学分、实验及实践学分所占比例差别较大，考核的标准细则还需界定。

二、基于国际工程教育认证标准的土木工程专业课程教学改革

理论讲授、实践操作及生产实习是世界各国高等学校教育中的三个至关重要的培养环节。我国高校在加入《华盛顿协议》后，工程专业认证标准强调培养学生的综合素质和工程素养，如工科学生的实操能力、实际解决问题能力等。而现有的教学模式不能有效培养学生的工程素养、实操能力［９］。针对这一困境，国内外众多相关院校出台了相应举措予以应对。美国高校除了课堂授课以外，针对各学科特点推出了各种各样的学科科研项目，以此培养学生解决实际项目问题的能力。例如，麻省理工学院实施了ＵＲＯＰ计划，即开设了各种学科课题研究项目，鼓励学生积极参与，学生根据个人能力每周抽出５—１８小时投入这项工作，暑假期间投入的时间更多。这些举措在提高课堂教学效果的同时，更加夯实了学生工程研究的能力［１０］。但将工程教育专业认证及其成果导向教育（ＯＢＥ）理念与土木工程专业课程进行关联化、系统化的案例还较少，因而传统土木工程专业课程要以系统化设计与实施研究为目标，从工程教育专业认证的标准要求出发，以土木工程专业课程实施的理论为支撑，建立教学环节与课程元素之间的内在联系，进行科学合理的教学改革，助力各高校新工科建设的同时，有效达成教育的育人功能［１１］。

（一）教学理念的改革

１.理论支撑：教学论、课程论对土木工程专业课程教学改革提供支撑建立在众多教育学理论、心理学理论等基础之上形成的教学论、课程论，其主要观点包括：教学可以促进人的发展，学习是学习者主动构建的过程，课程是教和学相互作用的桥梁和纽带。而现代大学课程分类主要是以分科课程为主，突出不同学科课程的专业性、系统性。因此土木工程专业的教学改革要根据学科教学的特点来规划，具体课程应该包括能促进社会和个体和谐发展、学生关键能力及个性全面发展的内容。基于这些理论而开展的探究式学习、项目式学习等学习方式为土木工程专业学习提供多种路径。２.认证导向：以工程教育专业认证标准为土木工程专业课程教学改革导向复杂工程问题解决、工程实践、ＯＢＥ学习产出理念及诊断改进是工程教育专业认证的基本特征。《工程教育认证标准（２０１８版）》对学生的学业能力、培养理念、课程设置、培养目标、师资力量、办学条件、诊断改进等方面提出了明确要求，并通过匹配专业教师队伍、课程设置、培养模式、资金支持等方式强调所有课程都应该将“解决复杂工程问题”能力的培养作为教学目标，各类课程应各司其责，共同支撑该能力的达成。《工程教育认证标准解读及使用指南（２０２０版）》对土木工程专业学生的培养目标提出了具体要求，针对土木工程专业的不同课程设计与实施进行了系统化的研究。两版认证内容前后衔接，认证标准提高并细化。３.目标达成：立足实际，将土木工程专业课程教学改革目标细化具体课程目标为：通过学习土木工程专业的理论知识，更好地提升学生分析和解决实际工程问题的能力；在实习和试验过程中把理论知识具体化，促进学生对理论知识的理解和吸收。土木工程专业的课程目标既可与其他课程目标进行交叉融合，又可针对某一课程目标作出相应调整。土木工程专业课程教学改革的实施可以从工程理论、工程实践、工程法制、工程师培养等方面着手，发掘具有指导意义的课程实践，因地制宜，为教学改革目标提供切实可行的方案。

（二）教学措施的改革

基于国际工程教育专业认证背景，各高校应积极转变培养模式，坚持以培养学生的关键能力和认证导向为目标进行人才培养方案改革。高校教师要认真履行教育教学职责，依据工程教育人才培养目标和学生发展需求，结合工程问题，改变课堂教学思维，培养学生解决复杂工程问题的能力；结合信息化教学，为建设具有地方特色的土木工程专业目标提供保证。１.转变教学形式与方法教学内容和教学方式方法应贴近工程项目的实际需要，优化相关课程与工程实践相关的理论知识，使学生更加全面地了解土木工程专业课程体系。相应的举措有：借助现代化教学设备和计算机仿真，采用启发性教学与互动性教学相结合的教学模式；通过实践作业和自主ＰＰＴ讲解，提升学生学习的实效性，培养学生自主探索和创新能力；加强工程现场学习与自主实验设计环节，邀请有工程经验的导师讲解实际工程情况，并结合土木工程教学中的理论体系进行分析，改变传统的演示性实验操作方法，让学生自主设计实验方案，给予指导；授课内容穿插日常工程项目案例，丰富学生的感性认识，提升学生的学习兴趣。２.改进实验与实践教学学校依托岩土力学实验室探索小型室内试验，通过增设创新性实验、减少演示性实验等方式提升学生的实践能力。每学期安排学生设计实验方案，通过小型室内试验的完成培养学生分析和解决实际问题的能力，并激发学生自主学习和独立思考的能力。例如，在开展竖向单桩承载力实验时，可以让学生去实训基地直接观测和模拟操作，引导学生利用基础理论知识的分析以解决实际问题，并通过现场案例的讲解等加深对理论知识的理解，摆脱以往死记硬背、不懂应用的常态。３.探索成绩考核机制革新当前学生学业能力测试考核模式，结合实际工作需要侧重于考核学生运用所学知识解决实际工程项目的能力。例如，《土木工程制图》《土木工程施工》等实操课程考核成绩为平时成绩占２０％、实操成绩占３０％、期末考试占５０％。平时成绩包括课前任务点完成率、课外作业、日常手算及Ｍａｔｌａｂ软件编程等。这不仅能帮助学生记住日常所学、巩固所学知识点，还能提升学生运用Ｍａｔｌａｂ等编程软件解决实际问题的能力。例如，《基础工程》和《地基处理》等基础理论知识授课，教师应提前一周将学习的任务点推送给学生，通过分组合作的形式运用知网、万方、ｗｅｂｏｆｓｃｉｅｎｃｅ等数据库进行自主学习并及时汇报学习进展及遇到的问题，这不仅可以提高学生学习的参与度，还能够提升学生自主学习的能力，改变以往侧重套公式计算案例题的考核模式。通过分析和解决实际工程案例，可以提升学生对知识的理解度。教师每个学期可以设计２—４次左右的大作业。例如，结合工程案例的设计与计算，让学生分组调查研究专业前沿并作出解决工程问题的演讲报告等。在期末考试环节中，试卷应根据课程目标设置题型及题量，不仅要考核学生的基础理论知识，还应适当增加一些解决实际工程问题的实操性题目，达到土木工程教育认证对学生核心素质“５＋７”能力培养的要求。此研究成果可以为其相关专业的教学改革起到示范作用。

（三）教学模式的改革

１.计算机辅助教学（ＣＡＩ）面对传统的多媒体教学模式造成的教学困境，引入ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ、Ｓｙｓｔｅｍｖｉｅｗ、Ｌａｂｖｉｅｗ、Ｍｏｄｅ⁃ｌｓｉｍ、ＳＴＫ［１２］仿真软件来辅助教学，打造信息化教学环境。对于一些可虚拟化的教学实践可进行仿真模拟，将理论学习运用于实际操作，不仅可以促进学生对理论知识的理解与巩固，还能提升学生的实践操作能力。针对各种复杂的土木工程教学难点可以采用建立几何模型、设置边界条件展示其内部原理，将原理结构清晰而富有趣味地展示在学生面前；可以通过旋转、翻转、平移调整观察的视角对工程模型进行理解。通过计算机虚拟仿真对工程立体结构、受力性能及过程进行再现模拟，如混凝土受力过程、钢结构空间组成等［１３］。通过专业软件采集数据建模进行相关参数的自动化分析，实现学科理论知识与实操的有机融合，不仅可以降低教育成本，还能够提升教学效果，为其他地方应用型大学提供参考和借鉴。２.项目化教学项目化教学是以独立项目为载体、任务为驱动、学生为主体的互动教学模式。由于项目的设计、实施、评价等整个流程由学生完成，故项目教学可充分调动学生学习的主动性、自主性、创造性，实现教师教与学生学的角色转换，提升学生分析问题、解决问题的能力。因此，教师可将各章节分成若干任务点，并根据教学任务点数量将学生分成若干项目小组实施教学［１４］。将项目化教学引入土木工程专业课程中，教师可以根据教学任务点及相关工程具体实操案例对项目进行设计，然后把项目分解成多个下发至各个小组，最后在教师指导下以各组自评、互评、教师点评相结合的方式进行评价和考核。因此，项目教学法不仅可以提升学生分析和解决问题的能力，还可以培养学生的自主学习能力、实操能力及团队精神，对于促进土木工程专业教学改革大有裨益。３.混合式教学为进一步提升教学效果，课程教学可以采用线上与线下相融合的模式：教师将教案、讲义、教学片段、典型案例、讨论、作业等课程资源上传至超星或学习通等线上平台供学生课前预习；学生在课堂授课环节对课前学习内容进行充分讨论并发表自己的见解，使课堂授课环节实现“需求”导向和有的放矢的结合，充分发挥教师的主导性与学生的主体性，实现线上与线下教学优缺点的互补。任课教师可以通过分析线上平台的数据，例如典型案例的讨论情况、任务点完成的情况、作业完成质量等观测点调整授课方式和进度。同时，教师还要考虑每个学生对知识接收的差异性，基于线上平台数据分析有针对性地上传教学资源，使接收能力较差的学生可重复学习，而对于学习效果相对较好的学生可根据自己的需求选择部分片段内容进行学习，这样学生可以根据自身情况及学习风格自主安排学习计划，增强学生学习的能动性及实效性。４.双师型融合教学传统课堂教学模式拘泥于单线性的课堂面授，并不能很好地适应工科专业教学。因此转变传统教学模式，寻求理论与实践双指导路径成为工科专业教学的关键。通过走访高校人事部门及问卷调查发现，当前工程教育类专业教师大部分是名校应届博士毕业生，其学科知识较扎实且具有较强的学术研究能力，但普遍缺乏相关企业勘察、测量、施工等一线实践经验。只有少数是从企业引进的，但仍缺乏实际指导经验［１５］。因此，借鉴国外教育培养模式，吸纳一批具有一线施工经验的工程师及技术人员组建校外教学团队与校内教师进行双师型融合教学，实现优势互补，可以在较短时间内提升教育教学质量及教师专业成长。双师型课堂在工科教学中的应用将有力推动工程专业隐性知识与显性知识的转换，在走出去与引进来的过程中实现理论知识和实践经验的双向传输，提升工科学生解决实际工程问题的能力。

三、结论

基于工程教育专业认证标准修订土木工程专业人才培养方案，从教学理念、教学举措和教学模式三个方面实施课程教学改革，使人才培养方案既能满足工程教育专业认证的要求，又可以培养工程教育相关专业学生在实操环境下分析和解决工程问题的能力。对土木工程专业课程进行教学改革，要以学生的关键能力和关键素养为教育理念，提高实践课时比重，提升教育教学质量，实现工程教育专业认证标准下学生素质培养要求，构建具有前瞻性、可操作性的土木工程教学体系。

作者:熊勇林 高游 单位:宁波大学