借鑒“創(chuàng)客”理念 重構(gòu)工科專業(yè)實踐教學(xué)體系

李博 張茂雨

摘 要：在新工科大背景下，應(yīng)用型本科院校的轉(zhuǎn)型發(fā)展已經(jīng)刻不容緩，對人才培養(yǎng)的能力要求提出了更高的標(biāo)準。通過對土木工程專業(yè)實踐教學(xué)體系的研究探索，闡述了國內(nèi)同類院校土木工程專業(yè)實踐教學(xué)的問題、學(xué)習(xí)模型的更新、實踐課程體系的優(yōu)化，以及實踐平臺的建設(shè)等。

關(guān)鍵詞：新工科；應(yīng)用型；實踐教學(xué)；土木工程；工程教育

隨著全球技術(shù)革命浪潮的迅速興起，以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)、新模式為特點的新經(jīng)濟蓬勃發(fā)展，亟須發(fā)展“新工科”建設(shè)，來支撐新經(jīng)濟發(fā)展的人才需要。在新形勢下，對工科人才的培養(yǎng)提出了更高的標(biāo)準——培養(yǎng)一大批工程實踐能力強、創(chuàng)新能力強、具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型“新工科”人才。因此，對專業(yè)實踐教學(xué)體系的改革已經(jīng)勢在必行。

一、實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的不足

通過對各兄弟院校的調(diào)研和筆者團隊多年的教學(xué)經(jīng)驗，對當(dāng)前土木工程專業(yè)實踐教學(xué)體系的問題有了較為深刻的認識，概括起來主要有如下幾點不足。

（1）學(xué)生工程思維和創(chuàng)新能力培養(yǎng)不足。多數(shù)應(yīng)用型本科院校都存在這樣的共性問題：人才培養(yǎng)目標(biāo)是明確的，但實踐課程的學(xué)分占比不足，教學(xué)內(nèi)容更新滯后；多數(shù)實踐環(huán)節(jié)以演示類或者模仿類為主，學(xué)生按部就班，對學(xué)生工程思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)幫助不大，人才培養(yǎng)的目標(biāo)難以實現(xiàn)。

（2）課程割裂，學(xué)生缺乏綜合運用能力培

養(yǎng)。實踐教學(xué)內(nèi)容僅按課程要求進行設(shè)計，沒有考慮前后課程之間的有機集成，導(dǎo)致知識點的應(yīng)用只限于某一門課程，缺少課程之間或?qū)W科之間的交叉融合，很難將系統(tǒng)的概念輸送給學(xué)生，導(dǎo)致學(xué)生在知識的綜合運用能力方面比較弱。

（3）缺乏實現(xiàn)創(chuàng)新想法的實踐平臺。多數(shù)院校的實踐平臺和教學(xué)內(nèi)容沒有與時俱進。以土木工程材料實驗課為例，均以演示性或者模仿性的實驗為主，設(shè)計性和綜合性的實驗涉及較少。教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、考核方式都難以促進學(xué)生自主探索和創(chuàng)新。

同時，很大一部分高校教師的實踐水平?jīng)]能與社會生產(chǎn)實際同步提升，學(xué)生得不到更加全面深入的實踐能力訓(xùn)練，導(dǎo)致學(xué)生的創(chuàng)新思維得不到激發(fā)。因此如何讓高校現(xiàn)有的師資滿足社會不斷發(fā)展的需要，也是亟待解決的問題之一。

二、學(xué)習(xí)模型的更新與創(chuàng)客運動的興起

那如何落實實踐教學(xué)的改革呢？國際著名教育學(xué)家和心理學(xué)家Bloom在1956年提出了知識學(xué)習(xí)的六個階段的金字塔結(jié)構(gòu)（下圖a）。隨著時代的變遷和社會的發(fā)展，對金字塔模型進行了修改（下圖b）[1]，把結(jié)果性的名詞變成正在進行的時態(tài)?？梢钥闯觯呀Y(jié)果式的學(xué)習(xí)變成了過程式的學(xué)習(xí)或者叫體驗式的學(xué)習(xí)，這也是當(dāng)下主流的學(xué)習(xí)理論。同時，通過對比發(fā)現(xiàn)，學(xué)習(xí)模型的最后一步“評價（evaluation）”被提前到第五步，而在頂端增加了“創(chuàng)造（creating）”。這也進一步看出，對學(xué)生的培養(yǎng)提出了更高的要求。而這種循序漸進的學(xué)習(xí)模型恰恰為我們工科專業(yè)實踐課程“轉(zhuǎn)型升級”指引了方向。

而最近開始興起的創(chuàng)客運動，其“創(chuàng)客”正是以個人設(shè)計、個人制造為中心，以創(chuàng)新為理念的人，同時又是一群堅守創(chuàng)新、持續(xù)實踐、樂于分享并且追求美好生活的一群人。美國作為創(chuàng)客文化的發(fā)源地，顯示出強大的工業(yè)設(shè)計和創(chuàng)新能力，而這種能力與教育理念中對“創(chuàng)客”的培養(yǎng)密切相關(guān)。美國的大學(xué)有各式各樣的創(chuàng)客工作室，為學(xué)生提供各種設(shè)計制作平臺[2]，

同時還提供全面的創(chuàng)客教育課程體系。而國內(nèi)的創(chuàng)客工作室更多的是依托社會資源，比如深圳的柴火創(chuàng)客空間、上海的新車間，并沒有充分利用高校資源去建設(shè)。尤其是應(yīng)用技術(shù)型大學(xué)，這方面的建設(shè)深度不夠，且缺乏系統(tǒng)、優(yōu)質(zhì)的創(chuàng)客類實踐課程。真正的創(chuàng)客應(yīng)該具備以下幾種能力：基本工具的使用、材料綜合運

用、基本物理和化學(xué)知識的運用、幾何和制圖知識的運用，并最終形成強大的創(chuàng)新能力。當(dāng)下的工科類大學(xué)生，應(yīng)該成為創(chuàng)客運動的主體和積極的推動者。土木工程專業(yè)是一個應(yīng)用性很強的專業(yè)，對各方面的知識能力均有比較高的要求，但往往缺少知識的綜合運用能力和表達能力的訓(xùn)練。創(chuàng)客及創(chuàng)客空間的培育恰恰重在這些能力的開發(fā)。因此，創(chuàng)客的理念與“新工科”的人才能力要求相吻合，又是雙創(chuàng)融合的教育改革方向，讓專業(yè)教育與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育深度融合，為應(yīng)用型本科的轉(zhuǎn)型發(fā)展提供了一條途徑。

根據(jù)新工科“北京指南”，基于Bloom新的學(xué)習(xí)模型，借鑒創(chuàng)客理念，筆者就本校土木工程專業(yè)，探索應(yīng)用技術(shù)型和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型耦合的人才培養(yǎng)模式，提出了“4+創(chuàng)”的實踐課程體系。注重學(xué)生理論學(xué)習(xí)與實踐訓(xùn)練充分結(jié)合、模仿式學(xué)習(xí)與創(chuàng)新訓(xùn)練結(jié)合，搭建多樣化的實踐與創(chuàng)新平臺，實現(xiàn)專業(yè)教育、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育與個性化培養(yǎng)的有效融合。

三、實踐課程體系的優(yōu)化和重構(gòu)

（1）優(yōu)化實踐類課程體系，強化過程式教與學(xué)。實踐課程體系的建設(shè)是實現(xiàn)應(yīng)用技術(shù)型人才培養(yǎng)目標(biāo)的關(guān)鍵問題之一。因此在實踐課程體系優(yōu)化時應(yīng)做到三個融合：思維的融合——

具備能設(shè)計、會創(chuàng)新、有創(chuàng)意的能力；知識架構(gòu)的融合——充分融合專業(yè)能力，體現(xiàn)材料、機械、力學(xué)等方面綜合知識的運用，提升學(xué)生解決復(fù)雜問題的能力；技能的融合——具備基本工具的熟練使用、焊接和材料加工等能力。

根據(jù)新時期對工科專業(yè)的要求[3]，不少學(xué)校試圖對土木工程專業(yè)進行過程式課程體系的調(diào)整，將過去分散的、依據(jù)學(xué)科目標(biāo)設(shè)置的實踐課程和教學(xué)內(nèi)容重新進行梳理，按照人才培養(yǎng)目標(biāo)和規(guī)格要求以及工程生產(chǎn)實現(xiàn)過程之間的聯(lián)系進行整合，形成了系統(tǒng)的有層次的融知識教育、能力訓(xùn)練和素質(zhì)培養(yǎng)為一體的螺旋遞進的實踐教學(xué)課程體系[4]。在總結(jié)國內(nèi)外的應(yīng)用型大學(xué)的課程體系改革的經(jīng)驗教訓(xùn)后，筆者認為應(yīng)該強化過程式的教與學(xué)，以Bloom新的學(xué)習(xí)模型來指導(dǎo)實踐類課程的重構(gòu)和優(yōu)化。

基于Bloom新的學(xué)習(xí)模型，對土木工程專業(yè)實踐教學(xué)體系進行了系統(tǒng)的調(diào)整，根據(jù)低層次的“記憶&理解”到高層次的“創(chuàng)造”的要求，對每一學(xué)期實踐課程的要求提出了不同的標(biāo)準，并對教師講授過程和學(xué)生學(xué)習(xí)過程提出了更高的標(biāo)準。不僅僅只注重結(jié)果，通過對學(xué)生的引導(dǎo)，更加注重過程化的訓(xùn)練與評價，提高學(xué)生自學(xué)能力和解決問題的能力。同時對獨立的實踐課程也從低層次的單純“記憶&理解”到高層次的“評價和創(chuàng)造”開展課程優(yōu)化設(shè)計。

（2）以能力為核心，加強課程之間的知識貫穿。兼顧課程的系統(tǒng)性，并對知識點進行重構(gòu)和優(yōu)化，將感性認識與理性思維結(jié)合，在充分提升感性認識的前提下，強化理性思維的訓(xùn)練。通過調(diào)整實踐課程的內(nèi)容和教學(xué)形式，將過去分散的、依據(jù)學(xué)科目標(biāo)設(shè)置的演示性實踐向綜合知識運用的實踐轉(zhuǎn)變。

這里筆者以第四學(xué)期的一門實踐課程為例，對工程制圖、材料力學(xué)及結(jié)構(gòu)分析的課程進行重構(gòu)和拓展，在2015級的培養(yǎng)方案中稱之為

“綜合技能實訓(xùn)（1）”。工程制圖是一門需要較強空間想象和分析能力的實踐類課程，是工科專業(yè)的必修課程之一，而材料力學(xué)及結(jié)構(gòu)分析是學(xué)生必須熟練掌握的專業(yè)課程。為了更好地檢驗學(xué)生掌握程度，筆者將中國傳統(tǒng)的木作技術(shù)（即技能）引入工程制圖的教學(xué)中去，用木作技能將制圖和結(jié)構(gòu)分析融合在一起。課程中主要介紹了孔明鎖和四腳八叉凳，讓學(xué)生根據(jù)其特點，自行設(shè)計并繪制三視圖和軸視圖，然后利用Sap等軟件分析凳子的受力特性，并對結(jié)構(gòu)進行力學(xué)分析（理論）和討論。同時，讓學(xué)生親自動手將實物做出來，并投入使用。

調(diào)查問卷顯示，72%的學(xué)生認為這門課達到了預(yù)期效果，對知識的綜合運用能力顯著提高，尤其是制圖能力、對材料特性的理解和結(jié)構(gòu)分析能力的融合。而且學(xué)生問卷顯示這門綜合實訓(xùn)課程有效提高了學(xué)生解決問題的能力，將趣味性和知識性較好地融合，改善了“90后”學(xué)生的學(xué)習(xí)品質(zhì)，并對將來進一步的學(xué)習(xí)和深造提供了積極的幫助。而在這門課程中提升了基本工具的使用能力、材料綜合運用的能力、基本物理化學(xué)知識運用的能力、幾何和制圖知識運用能力，這也恰恰是創(chuàng)客所要具備的基本素質(zhì)[5]。

（3）打造集設(shè)計、制作和創(chuàng)新三位一體的實踐平臺，實現(xiàn)專業(yè)教育與個性化教育融合。取消了部分傳統(tǒng)的演示性實驗室，以虛擬仿真類實驗室來代替。依托學(xué)校各類科技創(chuàng)新平臺和重點實驗室，打造集設(shè)計、制作和創(chuàng)新為一體的實訓(xùn)室，以多種考核形式培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和實踐能力。比如混凝土工藝實驗室，讓學(xué)生去“玩”混凝土，在混凝土抗壓實驗中，沒有給出配合比，也沒有給出設(shè)計強度，讓學(xué)生通過所學(xué)混凝土及其制備知識，設(shè)計配合比并養(yǎng)護，最后通過比賽的形式給出評價，即抗壓強度統(tǒng)計值的高低評定成績，這樣就促使學(xué)生從被動的學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)為主動的思考和實踐。對學(xué)生的混凝土配合比知識、混凝土的制作工藝、綜合運用能力、創(chuàng)新能力等進行了多重考核。同時在這個實踐平臺上開發(fā)了學(xué)生的實踐能力訓(xùn)練計劃項目，即混凝土類家具結(jié)構(gòu)設(shè)計和制作工藝，作為對學(xué)有余力的學(xué)生實踐與創(chuàng)新訓(xùn)練的平臺。類似的實踐平臺還有融合土木工程材料和結(jié)構(gòu)鑒定加固兩門課程的高性能復(fù)合材料實踐平臺，融合工程力學(xué)類、結(jié)構(gòu)設(shè)計類課程的工程結(jié)構(gòu)創(chuàng)新實踐平臺，融合工程制圖、結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工技術(shù)和工程概預(yù)算的BIM實踐平臺，融合工程制圖、3D打印和CNC制作的可視化實踐平臺，最終打造融合課堂、實訓(xùn)中心、一線工程實踐的混合型學(xué)習(xí)平臺。

四、與創(chuàng)業(yè)教育的融合：積極探索師生共創(chuàng)模式

通過專業(yè)教育和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的深度融合，在筆者所在學(xué)院開展了“4+創(chuàng)”的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教學(xué)模式。即四年的常規(guī)專業(yè)教育，在不增加學(xué)生額外學(xué)業(yè)負擔(dān)的前提下，針對全員學(xué)生，適當(dāng)融入創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類實務(wù)課程，在學(xué)生接受綜合類專業(yè)實踐訓(xùn)練的同時，通過課堂、實踐平臺、創(chuàng)客空間等多種方式，普及學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的基本知識和能力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、創(chuàng)業(yè)意識和創(chuàng)業(yè)精神。并在此基礎(chǔ)上，選拔有創(chuàng)業(yè)興趣和潛力的學(xué)生進入創(chuàng)業(yè)學(xué)院和師生共創(chuàng)平臺。創(chuàng)業(yè)學(xué)院負責(zé)學(xué)生的創(chuàng)業(yè)理論教育和創(chuàng)業(yè)體驗教育。師生共創(chuàng)平臺（眾創(chuàng)空間）負責(zé)學(xué)生的創(chuàng)業(yè)實踐教育，比如木工坊，現(xiàn)已成功創(chuàng)造了良好的社會效益和經(jīng)濟效益，近年來接待了多家高校和創(chuàng)業(yè)學(xué)院的考察交流。

工科專業(yè)的實踐教學(xué)體系的改革必須從簡單的模仿性實踐向綜合性實踐轉(zhuǎn)變。實踐教學(xué)應(yīng)更加注重知識的綜合運用，并在實踐過程中進行創(chuàng)新。對于應(yīng)用型本科院校，應(yīng)結(jié)合自身學(xué)校的特點和區(qū)域性優(yōu)勢，對實踐教學(xué)體系進行有步驟、有層次的重構(gòu)和優(yōu)化，以學(xué)生能力的培養(yǎng)為核心，從低年級課程到高年級課程逐步進行教學(xué)內(nèi)容設(shè)計和教學(xué)組織優(yōu)化，充分發(fā)揮校內(nèi)外實踐平臺的功能，充分利用現(xiàn)代教育手段，全面提升實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的內(nèi)涵和品質(zhì)。

參考文獻：

[1] Anderson， L.W. and Krathwohl， D. R. A Taxonomy for learning， teaching， and assessing： a revision of Blooms taxonomy of educational objectives[M]. New York： Longman， 2000.

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[3] 克勞雷，等. 重新認識工程教育——國際CDIO培養(yǎng)模式與方法[M]. 顧佩華，沈民奮，陸小華，譯. 北京：高等教育出版社，2009.

[4] 張茂雨，李博，朱云輝，等. 應(yīng)用技術(shù)型本科高校土木工程專業(yè)SCCIM-CDIO人才培養(yǎng)模式探索[J]. 中國大學(xué)教學(xué)，2016（12）：52-55.

[5] 王佑鎂. 當(dāng)前我國高校創(chuàng)客教育實踐的理性認識綜述[J]. 現(xiàn)代遠程教育研究，2014（4）：20-31.

[資助項目：浙江省2016年高等教育教學(xué)改革項目“創(chuàng)客教育在應(yīng)用型本科中的探索與實踐研究”（jg20160260）]

[責(zé)任編輯：余大品]