土木工程專業(yè)能力導(dǎo)向型實踐教學(xué)體系的探索

張學(xué)元，張道明，呂 春，郭國梁，郭 建

(齊齊哈爾大學(xué) 建筑與土木工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

隨著經(jīng)濟(jì)的全球化和工程技術(shù)職業(yè)的發(fā)展，工程教育專業(yè)認(rèn)證在國內(nèi)外引起了廣泛關(guān)注[1].工程教育認(rèn)證強(qiáng)調(diào)能力導(dǎo)向，將關(guān)注點從“教師教什么，學(xué)生學(xué)什么”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩W(xué)生學(xué)會了什么，學(xué)生會做什么”，重點考查人才培養(yǎng)目標(biāo)的合理性與人才培養(yǎng)的實效[2，3].

高等工程教育以培養(yǎng)現(xiàn)代工程師為主要目的，反映在教學(xué)過程中則是工程實踐能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練[4，5].工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)(2015版)中關(guān)于實踐教學(xué)體系的設(shè)置，明確提出培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力、創(chuàng)新能力、工程意識、協(xié)作精神及綜合應(yīng)用所學(xué)知識解決實際問題的能力.由此可見，專業(yè)認(rèn)證背景下以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向是高等工程教育實踐教學(xué)的本質(zhì)要求與時代要求.

1 土木工程專業(yè)實踐教學(xué)現(xiàn)狀

土木工程專業(yè)是實踐性很強(qiáng)的應(yīng)用型學(xué)科，實踐教學(xué)直接關(guān)系到學(xué)生工程意識的建構(gòu)、工程能力的培養(yǎng)[6].由于多年來形成了重理論、輕實踐的教學(xué)模式，使得國內(nèi)土木工程專業(yè)在實踐教學(xué)上存在重要性認(rèn)識不足、體系不完善、組織實施不規(guī)范、條件保障不足[7，9]等普遍性問題，具體表現(xiàn)在：

1.1 實驗環(huán)節(jié)

實驗教學(xué)僅是理論教學(xué)的補充，實驗以驗證型實驗為主，創(chuàng)新不夠，實驗結(jié)果分析流于形式，學(xué)生難以對實驗感興趣[10，11].這種教學(xué)模式無法培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新意識.

1.2 實習(xí)環(huán)節(jié)

實習(xí)偏于認(rèn)識型，淺嘗輒止，難以達(dá)到實習(xí)目的[12]；工程實踐內(nèi)容陳舊，缺乏更新；運用多學(xué)科知識和最新科技手段解決實際工程問題的教育相對缺乏，直接影響到學(xué)生工程實踐能力的培養(yǎng).

1.3 設(shè)計環(huán)節(jié)

建筑、結(jié)構(gòu)、概預(yù)算、施工組織設(shè)計偏于固定形式，按照給定的樣板照本宣科即可以完成，難以培養(yǎng)學(xué)生解決工程實際問題的能力[10].

2 能力培養(yǎng)導(dǎo)向型實踐教學(xué)體系的構(gòu)建

基于實踐教學(xué)在土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)中的重要地位，參照專業(yè)認(rèn)證通用標(biāo)準(zhǔn)中的畢業(yè)要求，以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向重新構(gòu)建土木工程專業(yè)實踐教學(xué)體系，以滿足專業(yè)認(rèn)證背景下對土木工程專業(yè)人才的培養(yǎng)要求，不斷提高人才培養(yǎng)質(zhì)量.

2.1 以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向

工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)(2015版)中對畢業(yè)要求分別從工程知識、問題分析、設(shè)計/開發(fā)解決方案、研究、使用現(xiàn)代工具、工程與社會、環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展、職業(yè)規(guī)范、個人和團(tuán)隊、溝通、項目管理、終身學(xué)習(xí)等十二個指標(biāo)進(jìn)行能力考核要求的表述.上述指標(biāo)中體現(xiàn)能力(問題分析能力、問題解決能力、研究能力、工具使用能力、團(tuán)隊合作能力、溝通能力、學(xué)習(xí)能力、管理能力等)要求的占多數(shù).基于此，以土木工程專業(yè)建筑工程方向為例，進(jìn)行以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的實踐教學(xué)體系的構(gòu)建，如圖1所示.

圖1 以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的實踐教學(xué)體系

2.1.1 實驗體系的構(gòu)建

基礎(chǔ)實驗(大學(xué)物理實驗、C語言程序設(shè)計等)、專業(yè)基礎(chǔ)實驗(材料力學(xué)實驗、土木工程材料實驗、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理實驗、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理實驗等)、專業(yè)實驗(土工實驗、建筑結(jié)構(gòu)試驗等)多以驗證型實驗為主，主要培養(yǎng)學(xué)生基于實驗基本原理、進(jìn)行實驗方案設(shè)計、實驗儀器操作使用、實驗結(jié)果分析等研究能力.基于創(chuàng)新能力、工程能力的培養(yǎng)要求，將實驗分為基礎(chǔ)型、工程型、創(chuàng)新型三類，相關(guān)教學(xué)層次及教學(xué)目標(biāo)如圖2所示.

圖2 實驗教學(xué)層次與教學(xué)目標(biāo)

基礎(chǔ)型實驗主要包括材料力學(xué)性能實驗(涉及混凝土、鋼材、土等)、桿件力學(xué)性能類試驗(鋼筋混凝土梁受彎試驗、鋼筋混凝土柱受壓試驗、鋼梁受彎試驗等)、平面分體系力學(xué)性能類試驗等.通過工程圖片、視頻及工程案例等工程情境的創(chuàng)設(shè)，有利于學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容的意義進(jìn)行建構(gòu).

以材料力學(xué)性能類實驗中混凝土、低碳鋼力學(xué)性能實驗為例，在回顧荷載類型及材料破壞形態(tài)的基礎(chǔ)上，以課堂中的粉筆受彎、受扭為例引導(dǎo)學(xué)生思考靜載作用下的脆性破壞；以鋼尺受彎為例引導(dǎo)學(xué)生思考靜載作用下的塑性變形及其破壞，以風(fēng)載作用下美國某大橋破壞實錄及地震實錄視頻為例，介紹動荷載作用下結(jié)構(gòu)響應(yīng).通過此類情境創(chuàng)設(shè)，讓學(xué)生理解并掌握荷載作用下材料的力學(xué)性能表現(xiàn)及其指導(dǎo)意義.

以桿件力學(xué)性能類試驗中鋼筋混凝土梁正截面受彎破壞試驗為例，在回顧混凝土力學(xué)性能、鋼筋力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，以素混凝土梁為例，結(jié)合動畫視頻演示少筋梁的破壞；以鋼筋混凝土梁為例并結(jié)合動畫視頻演示適筋梁的破壞，以下部型鋼上部混凝土疊合層的疊合梁為例，結(jié)合動畫視頻演示超筋梁的破壞.通過此類情境創(chuàng)設(shè)，讓學(xué)生結(jié)合材料力學(xué)性能及試驗現(xiàn)象，明確承載力極限狀態(tài)，并建立結(jié)構(gòu)計算簡圖.

以平面分體系力學(xué)性能類試驗中靜載作用下的鋼桁架試驗為例，在回顧計算簡圖、胡克定律的基礎(chǔ)上，以一榀排架中三角形鋼屋架工程圖片為例，介紹計算簡圖的建立，以桿件與結(jié)構(gòu)間的關(guān)系為切入點介紹結(jié)構(gòu)設(shè)計流程，以內(nèi)力與應(yīng)力、應(yīng)力與應(yīng)變間的關(guān)系為例，介紹內(nèi)力與應(yīng)變間的關(guān)系及測試原理.

2.1.2 實習(xí)體系的構(gòu)建

認(rèn)識實習(xí)在一年級第二學(xué)期進(jìn)行，除傳統(tǒng)的工地參觀學(xué)習(xí)外，借助于信息化技術(shù)，讓學(xué)生在教室里直觀、形象地了解整個建造過程，彌補因時間、經(jīng)費不足等帶來的不利影響.為了保障實習(xí)效果，學(xué)生實習(xí)前先進(jìn)行預(yù)實習(xí)，提前了解實習(xí)內(nèi)容.課程實習(xí)包括工程地質(zhì)實習(xí)和測量實習(xí)，為培養(yǎng)團(tuán)隊合作能力，組建實習(xí)小組，增強(qiáng)學(xué)習(xí)過程中的會話、協(xié)作環(huán)節(jié)，有利于對所學(xué)內(nèi)容的建構(gòu).生產(chǎn)實習(xí)和畢業(yè)實習(xí)在四年級第一學(xué)期進(jìn)行，由于實習(xí)地點分散，不便于監(jiān)督管理，通過在線監(jiān)督技術(shù)(如微信定位)、網(wǎng)上考核技術(shù)等現(xiàn)代技術(shù)的引入，嚴(yán)格把控實習(xí)答辯環(huán)節(jié)(借助PPT介紹實習(xí)內(nèi)容、專家提問、教師提問、整改重修等)，全力保障實習(xí)教學(xué)目標(biāo).

2.1.3 設(shè)計體系的構(gòu)建

設(shè)計體系包括課程設(shè)計與畢業(yè)設(shè)計，課程設(shè)計包括：建筑設(shè)計(民用建筑設(shè)計、工業(yè)建筑設(shè)計)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(混凝土結(jié)構(gòu)課程設(shè)計、鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計、基礎(chǔ)工程課程設(shè)計)；施工設(shè)計(建筑工程施工組織設(shè)計課程設(shè)計、建筑工程概預(yù)算課程設(shè)計).針對現(xiàn)有課程設(shè)計各環(huán)節(jié)彼此獨立的現(xiàn)狀(建筑、結(jié)構(gòu)、施工設(shè)計未針對同一工程而進(jìn)行，無連續(xù)性)，基于連續(xù)性原則，要求學(xué)生針對同一工程依次進(jìn)行建筑、結(jié)構(gòu)、施工設(shè)計，這種具有一脈相承的連續(xù)體系能夠激發(fā)學(xué)生對完成自己所創(chuàng)作作品的熱情，培養(yǎng)學(xué)生解決工程問題的綜合能力(分析能力、解決能力、團(tuán)隊合作能力等)，課程設(shè)計體系的內(nèi)容及要求如圖3所示.

圖3 基于連續(xù)性原則的課程設(shè)計體系

畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)為實現(xiàn)與實際工程相接軌，聘請企業(yè)專家從題目擬定、設(shè)計指導(dǎo)、成績考核等過程全程參與，要求學(xué)生按照現(xiàn)行工程規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計.畢業(yè)論文題目可以來自于教師科研項目，為培養(yǎng)研究能力提供實戰(zhàn)演練機(jī)會.為體現(xiàn)使用現(xiàn)代工具能力的培養(yǎng)，要求畢業(yè)設(shè)計中的結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算部分采用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器或PKPM中的PK進(jìn)行建模計算，混凝土柱大、小偏壓判定運用Excel編程判定等，使學(xué)生在實踐中得到了鍛煉和提高.

2.1.4 技能與創(chuàng)新實踐體系的構(gòu)建

工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)(2015版)中關(guān)于實踐教學(xué)體系的設(shè)置，明確提出要培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力，技能與創(chuàng)新實踐體系的設(shè)置，是培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的重要途徑.在技能實踐環(huán)節(jié)，突出應(yīng)用學(xué)科特色，通過砌筑工藝、鋼筋模板工藝實訓(xùn)，培養(yǎng)學(xué)生的實踐操作能力；在綜合實踐環(huán)節(jié)，基于BIM技術(shù)，進(jìn)行建筑設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、三維算量與清單計價、項目管理與投標(biāo)等技能的綜合訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生在使用現(xiàn)代工具的同時綜合運用所學(xué)專業(yè)知識解決工程問題的實踐操作能力；在科研實踐環(huán)節(jié)，要求學(xué)生結(jié)合所學(xué)專業(yè)知識，針對某一感興趣問題，以小組為單位提出新的觀點與看法，可行性分析后進(jìn)行專利撰寫模擬，著重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力.

2.2 以認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)繩

工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)(2015版)中對師資隊伍、持續(xù)改進(jìn)、支持條件等方面有明確的規(guī)定.基于此要求，從以下幾個方面進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，以達(dá)到認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求.

2.2.1 加強(qiáng)雙師型師資隊伍建設(shè)

配置既有理論水平又有工程實踐能力的“雙師型”教師隊伍是全力保障實踐教學(xué)師資要求的重要途徑.通過校外引進(jìn)和校內(nèi)培養(yǎng)，逐漸形成結(jié)構(gòu)合理、技術(shù)過硬、素質(zhì)優(yōu)良的師資隊伍.聘請企業(yè)中工程實踐經(jīng)驗豐富、理論基礎(chǔ)扎實的工程技術(shù)人員作為兼職教師，要求專職教師定期走進(jìn)第一線學(xué)習(xí)實踐，是對實踐教學(xué)與行業(yè)發(fā)展同步化的進(jìn)一步保障.

2.2.2 優(yōu)化實踐教學(xué)考核方案

傳統(tǒng)的實踐教學(xué)考核多以一次性考核作為考核結(jié)果，這樣的結(jié)果是“方便了教師，放松了學(xué)生”，難以保障實踐教學(xué)的質(zhì)量.基于此，工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)(2015版)中明確提出要求建立教學(xué)過程質(zhì)量監(jiān)控機(jī)制，體現(xiàn)過程考核的重要意義.對于實驗環(huán)節(jié)，除出勤考核和實驗報告考核外，增設(shè)預(yù)實驗考核、現(xiàn)場操作考核；對于實習(xí)環(huán)節(jié)(校內(nèi))，除傳統(tǒng)的出勤考核、實習(xí)報告考核外，增設(shè)小組考核、答辯考核；對于實習(xí)環(huán)節(jié)(校外)，除傳統(tǒng)的實習(xí)報告、實習(xí)答辯考核外，增設(shè)網(wǎng)上考核、定位考核.通過考核多元化、過程化、合理化，進(jìn)一步優(yōu)化考核方案.

2.2.3 擴(kuò)大實驗室開放力度

實驗室是學(xué)生從事基礎(chǔ)實驗和創(chuàng)新實驗的場地，工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)(2015版)中明確提出實驗室應(yīng)該便于學(xué)生使用，開放實驗室是對傳統(tǒng)實驗室使用理念上的創(chuàng)新.通過開放實驗室，使學(xué)生的實驗活動變被動為主動，既為學(xué)生的創(chuàng)新能力、動手能力的培養(yǎng)提供了有利的支持，又提高了實驗室的利用率.

2.2.4 加強(qiáng)校內(nèi)外實習(xí)基地建設(shè)

實習(xí)基地是開展實踐教學(xué)的專業(yè)場所，關(guān)系到實習(xí)的質(zhì)量與效果.工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)(2015版)中明確提出高校應(yīng)與企業(yè)合作共建實習(xí)和實訓(xùn)基地，在教學(xué)過程中為學(xué)生提供參與工程實踐的平臺.通過測量實踐、施工工藝實踐教學(xué)基地、建筑模型實驗室、數(shù)值仿真實驗室等校內(nèi)實習(xí)基地的建設(shè)，以保障校內(nèi)實踐教學(xué)；通過與企業(yè)合作，建設(shè)校外實習(xí)基地，以齊齊哈爾大學(xué)土木工程系為例，與中鐵二十三局集團(tuán)有限公司、龍建路橋股份有限公司、天津廣源恒信工程管理有限公司、齊翔建工集團(tuán)、齊齊哈爾市建筑設(shè)計研究院等多家單位建立合作關(guān)系，為學(xué)生從事生產(chǎn)實習(xí)與畢業(yè)實習(xí)(路橋施工方向、工程監(jiān)理方向、房建施工方向、工程設(shè)計方向等)提供有利保證.

3 實踐教學(xué)結(jié)果反饋

齊齊哈爾大學(xué)為省屬應(yīng)用型本科院校，土木工程專業(yè)開設(shè)于2010年.在總結(jié)2010版人才培養(yǎng)方案實踐教學(xué)經(jīng)驗基礎(chǔ)上，2014版人才培養(yǎng)方案實踐教學(xué)體系設(shè)置時充分考慮了能力培養(yǎng)導(dǎo)向性原則.經(jīng)過4年的嘗試與探索，人才培養(yǎng)質(zhì)量顯著提高，教師團(tuán)隊獲得省教學(xué)成果獎2項，學(xué)生的進(jìn)步尤其體現(xiàn)在實踐動手能力和創(chuàng)新能力等方面.土木2014級～2016級學(xué)生在省內(nèi)各項賽事中取得突破性的好成績.2017年、2018年連續(xù)兩年獲得黑龍江省“龍建杯”測量分項大賽特等獎；2017年獲得黑龍江省輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土設(shè)計大賽特等獎；2016～2018年連續(xù)三年獲得黑龍江省大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽一等獎，位居省屬高校前列；2017年獲得省高?！褒埥ū敝R競賽一等獎，BIM建模大賽二等獎；2018年獲批3項國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，位居學(xué)校各專業(yè)前列；學(xué)生作為第一作者發(fā)表科研論文、申請實用新型專利人數(shù)逐年上升；土木2014級就業(yè)率、就業(yè)質(zhì)量、考研率均明顯勝于往屆.實踐證明：以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向、以認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)繩的土木工程專業(yè)實踐教學(xué)體系是有效的、可行的.

4 結(jié)論

1)在實驗教學(xué)中創(chuàng)設(shè)工程情境，有助于學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容意義的建構(gòu)，有助于學(xué)習(xí)、研究能力的培養(yǎng)；在實習(xí)教學(xué)中通過設(shè)置實習(xí)小組進(jìn)而強(qiáng)化會話、協(xié)作機(jī)制，有助于學(xué)生團(tuán)隊合作能力、溝通管理能力的培養(yǎng).

2)基于連續(xù)性原則的課程設(shè)計，能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，有助于分析問題、解決問題能力的培養(yǎng)；通過設(shè)置技能與實踐創(chuàng)新環(huán)節(jié)，較大幅度地提升實踐能力和創(chuàng)新能力.

3)以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向、以認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)繩的實踐教學(xué)體系能夠體現(xiàn)實踐能力、創(chuàng)新能力、團(tuán)隊合作能力等綜合能力的培養(yǎng).實踐教學(xué)體系需結(jié)合學(xué)校特色、專業(yè)特色而設(shè)置，沒有統(tǒng)一的固定模式，但以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的宗旨是不變的.