土木工程課程設(shè)計實踐教學(xué)平臺研究

王薇　鄢本存　李耀莊　余志武

摘要：文章在分析中國土木工程高等教育特點的基礎(chǔ)上，闡述了課程設(shè)計實踐環(huán)節(jié)的重要意義及存在的問題。基于多年指導(dǎo)課程設(shè)計實踐教學(xué)經(jīng)驗積累，以及計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在高等教育中的應(yīng)用與發(fā)展趨勢，提出“整合資源，劃分模塊，構(gòu)建課程設(shè)計網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺”的思想，并在相關(guān)教學(xué)中加以應(yīng)用。文章是對傳統(tǒng)課程設(shè)計教學(xué)方法的探索改進，將有助于促進學(xué)生工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力的提高。

關(guān)鍵詞：土木工程；課程設(shè)計；模塊化；網(wǎng)絡(luò)教學(xué)

中圖分類號：TU-4 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1005-2909（2016）01-0142-04

隨著中國經(jīng)濟的高速發(fā)展和城市化進程的推進，對工程技術(shù)人才的需求不斷增加。土木工程高等教育作為培育工程技術(shù)人才的搖籃，肩負(fù)著建設(shè)創(chuàng)新型國家，培育更多卓越工程師的重任，面臨著前所未有的機遇和挑戰(zhàn)[1]。一方面中國基礎(chǔ)設(shè)施大量建設(shè)，新材料、新工藝及新技術(shù)不斷應(yīng)用于實際工程，工程結(jié)構(gòu)朝著大跨度、高層和復(fù)雜化方向發(fā)展，待研究的工程問題越來越多，這些都為土木工程學(xué)科的發(fā)展提供了難得的發(fā)展環(huán)境。另一方面，作為世界上最大規(guī)模工程教育的國家，中國工程技術(shù)人才雖然數(shù)量眾多，但質(zhì)量不容樂觀，特別是實踐能力、創(chuàng)新能力尤為不足，高素質(zhì)工程人才缺乏[2]。

當(dāng)前形勢對土木工程人才培養(yǎng)提出了新的要求，學(xué)生不僅要掌握扎實的專業(yè)基礎(chǔ)知識，更要注重工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；同時，新的教學(xué)方法和手段不斷應(yīng)用于教學(xué)，對學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)起到了促進作用。文章基于住建部“區(qū)域高校土木工程專業(yè)實踐教學(xué)一體化改革與實踐”課題，借鑒先進教育理念，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)信息化教學(xué)的發(fā)展方向，提出“整合資源，劃分模塊，構(gòu)建課程設(shè)計網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺”的思想，利用現(xiàn)代化的教育資源和教學(xué)手段，對土木工程人才的實踐能力、創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式進行探索，并對教育教學(xué)成果展開分析。

一、中國土木工程教育的發(fā)展及其實踐特性

中國土木工程高等教育起源于清末的鐵路?？茖W(xué)校以及隨后陸續(xù)創(chuàng)辦的路礦、鐵路學(xué)堂，到建國前期大約有20多所開設(shè)土木工程專業(yè)的院校。建國后，

土木工程專業(yè)結(jié)合國情并借鑒蘇聯(lián)教育模式，形成了專業(yè)設(shè)置、培養(yǎng)目標(biāo)、課程體系及教學(xué)內(nèi)容都有較強針對性的面向行業(yè)的人才培養(yǎng)模式。20世紀(jì)末，為適應(yīng)經(jīng)濟建設(shè)對復(fù)合型人才的需求進行了土木工程專業(yè)整合，縮小專業(yè)差距，拓寬專業(yè)口徑，確立“大土木”培養(yǎng)方案，注重工程素養(yǎng)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

經(jīng)歷幾十年的發(fā)展與積淀，中國土木工程高等教育逐漸由重理論、輕實踐的發(fā)展階段向理論與實踐并重的階段轉(zhuǎn)變。實踐環(huán)節(jié)在目前的土木工程教學(xué)中占有重要地位，實踐性的重要地位體現(xiàn)在兩個方面：（1）實踐性教學(xué)是土木工程課程體系的重要組成部分，一般院校的實踐性環(huán)節(jié)的課時會占到總課時的25%以上甚至更多；（2）實踐性環(huán)節(jié)是土木工程人才培養(yǎng)的重要步驟和教學(xué)質(zhì)量的重要保證，實踐性環(huán)節(jié)使學(xué)生的動手能力、科研能力及創(chuàng)新能力得到綜合培養(yǎng)[3]。

根據(jù)中國最新出臺的 《高等學(xué)校土木工程本科指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范》[4]，土木工程專業(yè)已經(jīng)形成了完整的實踐教學(xué)體系，主要包括課程實驗（各課程相關(guān)試驗、開放性試驗、設(shè)計性試驗）、 設(shè)計（課程設(shè)計與畢業(yè)設(shè)計）、實習(xí)（認(rèn)識實習(xí)、生產(chǎn)實習(xí)、畢業(yè)實習(xí)）三部分。其中，課程設(shè)計是重要的實踐性教學(xué)內(nèi)容，是理論聯(lián)系實際的橋梁。

二、課程設(shè)計實踐環(huán)節(jié)的作用及存在的問題

（一）土木工程課程設(shè)計的作用

土木工程課程設(shè)計是在相關(guān)課程結(jié)束后綜合安排的實踐性環(huán)節(jié)，一般要求結(jié)合課程內(nèi)容，針對工程問題，根據(jù)原始設(shè)計資料，完成滿足一定功能要求和結(jié)構(gòu)或布局方面的設(shè)計。課程設(shè)計是相關(guān)課程在實踐方向的延伸，通過課程設(shè)計，檢驗學(xué)生對基本理論的理解和掌握程度，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用相關(guān)知識來分析和解決問題的能力。

課程設(shè)計的具體作用體現(xiàn)在以下3個方面：（1）鞏固理論知識，聯(lián)系實際問題：在分析、解決實際工程問題過程中，各學(xué)科知識得到鞏固，形成體系，理論與實踐相互融合；（2）培養(yǎng)工程意識、設(shè)計思想：通過解決工程問題，初步了解方案分析、設(shè)計方法及流程，熟悉國家現(xiàn)行規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)；（3）培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)、創(chuàng)新能力：實際工程問題要求學(xué)生發(fā)揮自主學(xué)習(xí)能力，設(shè)計出滿足基本功能要求的設(shè)計成果，更要發(fā)揮創(chuàng)新思維，合理選擇結(jié)構(gòu)參數(shù)、結(jié)構(gòu)形式， 在滿足設(shè)計要求的基礎(chǔ)上選擇最優(yōu)方案。

總之，土木工程專業(yè)課程設(shè)計對學(xué)生基礎(chǔ)知識的鞏固，工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有重要意義。

（二）課程設(shè)計教學(xué)存在的問題

根據(jù)作者多年課程設(shè)計教學(xué)經(jīng)驗、學(xué)生反饋意見以及相關(guān)研究表明[5]-[6]，當(dāng)前土木工程課程設(shè)計存在學(xué)生的積極性、主動性不夠，課程實踐性不強，提交成果存在思路不清、重點缺乏以及脫離實際等問題，具體表現(xiàn)在以下4個方面。

（1）選題方面：課程設(shè)計題目雖然來源于實際工程，但多是對工程問題的模擬、簡化，與實際情況相差甚遠(yuǎn)；部分原始設(shè)計數(shù)據(jù)陳舊并沿用多年，不僅與本專業(yè)前沿理論缺少聯(lián)系，沒有體現(xiàn)學(xué)科最新的理論和技術(shù)，更不能滿足學(xué)生設(shè)計成果多樣化的要求。

（2）教學(xué)方面：沿用傳統(tǒng)的課堂模式，即由教師講解設(shè)計步驟、重難點，學(xué)生參考相關(guān)設(shè)計規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，完成設(shè)計任務(wù)。在這種教學(xué)模式中，教師是教學(xué)過程的主體，學(xué)生處于被動接受狀態(tài)，自主性沒有體現(xiàn)；課堂教學(xué)難免出現(xiàn)重理論、輕實踐的傾向，有閉門造車之嫌。

（3）教學(xué)指導(dǎo)方面：指導(dǎo)資料有限，一般只提供相關(guān)參考書目與包含基本設(shè)計要求的指導(dǎo)書；師生之間缺少交流渠道，僅僅是通過固定時間的答疑，學(xué)生的問題得不到及時答復(fù)，導(dǎo)致教師對學(xué)生的指導(dǎo)不足，學(xué)生難以找到切入點，造成學(xué)習(xí)上的盲目性，在時間有限的情況下，勢必會影響到設(shè)計結(jié)果。

（4）成績評定方面：缺少平時的考核環(huán)節(jié)，教師不了解學(xué)生完成課程設(shè)計的過程，最終只是通過設(shè)計成果評定學(xué)生成績，導(dǎo)致考核分?jǐn)?shù)不客觀、不科學(xué)；同時，學(xué)生設(shè)計成果中存在的問題，不能及時反饋給學(xué)生。

三、課程設(shè)計教學(xué)平臺的主體思想

土木工程課程設(shè)計中存在的問題，不僅影響到其實踐教學(xué)效果，很難激發(fā)學(xué)生的積極性、自主性以及創(chuàng)新性，更不利于培養(yǎng)其分析問題、解決問題能力。同時，作者在多年的教學(xué)與科研過程中，積累了豐富的工程案例材料，而計算機與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展為教育教學(xué)工作帶來了極大的便利，特提出針對土木工程課程設(shè)計實踐環(huán)節(jié)的“整合資源，劃分模塊，構(gòu)建課程設(shè)計網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺”的教育教學(xué)改革思想。

（一）整合教學(xué)資源

資源整合是指在已積累相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，針對課程設(shè)計需要，結(jié)合當(dāng)前的教學(xué)手段和教學(xué)理念，實現(xiàn)課程設(shè)計資料內(nèi)容與結(jié)構(gòu)上的融合，整合出多樣化的原始設(shè)計資料和內(nèi)容充實、有針對性、系統(tǒng)性的指導(dǎo)資料，具體來說包括以下3個方面。

（1）多樣化的原始設(shè)計資料：通過整理相關(guān)科研資料和成果，選取課程設(shè)計題目，強調(diào)課程設(shè)計的實際工程背景；變簡單的工程分析和計算為工程設(shè)計，強調(diào)設(shè)計的整體概念，實現(xiàn)課程設(shè)計綜合性、開放性及創(chuàng)新性；設(shè)置不同的設(shè)計要求，強調(diào)設(shè)計成果的多樣性，鼓勵學(xué)生的創(chuàng)新性思維。

（2）系統(tǒng)性、邏輯性的輔導(dǎo)教學(xué)資料：系統(tǒng)性是指完成設(shè)計所需要的相關(guān)資料能全部找到，邏輯性要求資料整理要有連貫性，按照設(shè)計內(nèi)容的先后順序整理

。在此基礎(chǔ)上，整合出多樣化的設(shè)計資料，最終形成輔導(dǎo)教學(xué)資料庫。

（3）結(jié)合多媒體技術(shù)：多媒體作為一種成熟的輔助教學(xué)技術(shù)，在形象信息傳遞方面具有獨特優(yōu)勢。將相關(guān)資料制作成課件、視頻文件，同時整合土木工程設(shè)計、施工相關(guān)的實際工程視頻文件。

（二）劃分模塊

“模塊化”思想要求將課程設(shè)計網(wǎng)絡(luò)平臺按照不同的功能要求分解為具有相互獨立性但又具有一定聯(lián)系功能的模塊。模塊化具有高聚合與低耦合兩個典型特征。高聚合體現(xiàn)在一個功能模塊只能完成單一的功能，低耦合體現(xiàn)在每個模塊盡可能獨立完成某個特定的子功能，并且要求模塊之間連接盡可能的簡單。通過研究與實踐，土木工程專業(yè)課程設(shè)計網(wǎng)絡(luò)平臺采用圖1所示的模塊組織方式。

其中，各模塊的功能分別為：（1）課程設(shè)計任務(wù)模塊：實現(xiàn)課程設(shè)計任務(wù)的分配，并預(yù)留接口，可以不斷更新設(shè)計任務(wù)書；（2）課程設(shè)計預(yù)習(xí)模塊：完成課程設(shè)計知識預(yù)習(xí)；（3）課程設(shè)計自檢模塊：完成預(yù)習(xí)后的知識檢測；（4）課程設(shè)計范例模塊：往屆課程設(shè)計優(yōu)秀的電子文檔；（5）虛擬設(shè)計模塊：課程設(shè)計的動畫演示；（6）成果提交模塊：學(xué)生課程設(shè)計成果提交；（7）課程設(shè)計批閱模塊：教師對學(xué)生的成績批閱及成績匯總；（8）網(wǎng)上交流模塊：課程設(shè)計中師生、生生之間的交流，通過留言的形式。

本課程設(shè)計模塊化結(jié)構(gòu)各模塊功能相互獨立，在后期更新維護過程中，某個模塊內(nèi)容添加，不影響其他模塊的功能，同時，通過部分預(yù)留模塊，可以在后期根據(jù)需要持續(xù)添加模塊。

（三）構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)平臺

結(jié)合計算機與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，構(gòu)建課程設(shè)計網(wǎng)站。學(xué)生通過訪問網(wǎng)站，自主學(xué)習(xí)，完成課程設(shè)計任務(wù)；教師通過訪問網(wǎng)站與學(xué)生溝通，并進行設(shè)計成果的收集和批閱，完成課程設(shè)計的整個過程。利用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)快捷方便的特點構(gòu)建教學(xué)網(wǎng)站，探索適合土木工程專業(yè)的教學(xué)模式，能進一步拓展教學(xué)陣地。其突出特點體現(xiàn)在：（1）師生能不受時間、空間的限制方便地連入網(wǎng)站，完成各自任務(wù)。（2）網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下有豐富的資源，較強的交互性，便于自主學(xué)習(xí)、自主探究，減少學(xué)生對教師的依賴，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。

四、課程設(shè)計網(wǎng)絡(luò)平臺的結(jié)構(gòu)

課程設(shè)計網(wǎng)站不僅要突出設(shè)計任務(wù)，為學(xué)生完成課程設(shè)計提供支持，同時基于網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)的模式，更要以學(xué)生為中心，為自主學(xué)習(xí)過程提供最大的幫助。課程設(shè)計教學(xué)平臺堅持以人為本的原則，遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，主要結(jié)構(gòu)見圖2。

五、課程設(shè)計平臺的實踐及效果反饋

地下建筑規(guī)劃與設(shè)計課程設(shè)計是土木工程專業(yè)隧道及地下工程方向本科生課程體系中一門重要的工程實踐類必修課。要求學(xué)生在完成基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)和生產(chǎn)實習(xí)后，以地下建筑系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計為任務(wù)主線展開的綜合性實踐訓(xùn)練。

目前地下建筑規(guī)劃與設(shè)計課程設(shè)計平臺已建成（圖3），并逐漸投入到兩屆學(xué)生的應(yīng)用當(dāng)中。設(shè)計題目結(jié)合作者參與的多個相關(guān)科研項目，經(jīng)過具體細(xì)化，提取多份原始設(shè)計資料，最終形成5個不同的設(shè)計題目；同時在設(shè)計任務(wù)方面，給予學(xué)生更多選擇，鼓勵大膽創(chuàng)新。

根據(jù)學(xué)生的設(shè)計成果及調(diào)查反饋，采用課程設(shè)計網(wǎng)絡(luò)平臺以后，課程設(shè)計教學(xué)效果總體良好。一方面，由于設(shè)計資料的多樣化，使學(xué)生的成果呈現(xiàn)出多樣化的特征；另一方面，由于選題來源于實際工程，部分學(xué)生借助于網(wǎng)絡(luò)地圖工具，在原始設(shè)計資料的基礎(chǔ)上，更清晰地了解當(dāng)?shù)氐牡匦?、地貌，道路、建筑分布情況，提交的成果更符合實際。

六、結(jié)語

土木工程專業(yè)課程設(shè)計網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺是中南大學(xué)結(jié)合工程教育發(fā)展需要，借鑒先進教育理念進行教學(xué)改革的成果。通過構(gòu)建該平臺，不僅實現(xiàn)校內(nèi)教學(xué)資源的積累、管理、共享使用和評價，為師生提供交流平臺；同時也為區(qū)域優(yōu)質(zhì)資源共享奠定基礎(chǔ)，充分體現(xiàn)了讓教育受益社會的理念。本平臺的初步應(yīng)用，得到了教師和學(xué)生的好評，取得了很好的效果，但在實際應(yīng)用當(dāng)中也發(fā)現(xiàn)了很多問題，有待在未來的教學(xué)實踐中進一步探索、解決。

課程設(shè)計是土木工程實踐教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，也是一個多學(xué)科綜合的實踐教學(xué)活動，對學(xué)生工程分析、設(shè)計能力的培養(yǎng)，設(shè)計思想的形成具有重要作用。當(dāng)前的課程設(shè)計環(huán)節(jié)，教學(xué)內(nèi)容相對單一，沒有體現(xiàn)大工程背景下學(xué)科交叉融合和綜合訓(xùn)練，缺少系統(tǒng)的、獨立的、反映工程實踐教學(xué)自身規(guī)律的教學(xué)體系，缺乏系統(tǒng)理論指導(dǎo)。所以，有必要展開課程設(shè)計教學(xué)理論研究與教學(xué)改革，通過整合，實現(xiàn)土木工程專業(yè)課程設(shè)計的系統(tǒng)性、理論性的目的。

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（編輯 歐陽雪梅）