土木工程專業(yè)課程教育模式的研究

王德輝 羅素蓉 王雪芳

[摘 要]土木工程是一門實踐性、專業(yè)性和系統(tǒng)性都很強的學(xué)科，其在國內(nèi)的教育模式主要延續(xù)中學(xué)教育，圍繞教學(xué)大綱，教師根據(jù)教材傳授知識，學(xué)生被動接受知識，這種教學(xué)模式難以培養(yǎng)應(yīng)用型、創(chuàng)新型和復(fù)合型人才。文章根據(jù)國內(nèi)外土木工程學(xué)科的課程設(shè)置，提出實踐型教學(xué)、啟發(fā)型教學(xué)和多學(xué)科交叉型教學(xué)的培養(yǎng)模式，以彌補現(xiàn)有教學(xué)模式的不足。

[關(guān)鍵詞]土木工程;應(yīng)用型;創(chuàng)新型;復(fù)合型

[中圖分類號] G642.3 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2021）10-0056-03

為了實現(xiàn)建設(shè)現(xiàn)代化，土木工程專業(yè)培養(yǎng)的人才既需要有扎實的理論功底，也需要有較強的實踐經(jīng)驗，具備從事設(shè)計、施工、管理和研究的能力。根據(jù)這個目標，土木工程專業(yè)的學(xué)生不僅需要掌握自然科學(xué)、工程科學(xué)和結(jié)構(gòu)計算等方面的基本知識，也需要熟悉土木工程方向的法律法規(guī)、理論前沿、發(fā)展趨勢和文獻檢索。

土木工程專業(yè)是一門專業(yè)性、系統(tǒng)性、實踐性都很強的學(xué)科?，F(xiàn)在的土木工程教學(xué)仍然延續(xù)中學(xué)教育的模式，教師圍繞教學(xué)大綱，根據(jù)教材傳授知識。在這種教育模式下，學(xué)生不僅缺乏實踐經(jīng)驗，也缺少主觀能動性。鑒于此，需要對目前的教育模式進行改革。

一、教改內(nèi)容

（一）培養(yǎng)應(yīng)用型人才

土木工程作為一門實踐性很強的學(xué)科，學(xué)習(xí)者不僅需要進行各種自然科學(xué)理論學(xué)習(xí)，也需要進行多層次的實習(xí)訓(xùn)練[1]。理論是用來指導(dǎo)實踐的，缺乏實踐的理論，是相對空洞的。發(fā)達國家特別注意教學(xué)和實踐相結(jié)合，如美國、英國、德國、加拿大、法國、新西蘭、澳大利亞和日本[2]等，為了滿足工程需要，大學(xué)通過聘用一些經(jīng)驗豐富的企業(yè)工程師，與企業(yè)共同制訂課程，針對工程實際需要，培養(yǎng)大學(xué)生解決實際工程問題的能力。在暑假期間，學(xué)校會要求大學(xué)生參與工程實習(xí)，在學(xué)生畢業(yè)之前讓學(xué)生了解工程中的一些常見問題，并結(jié)合課程學(xué)習(xí)的理論，使學(xué)生畢業(yè)之后即可勝任工作，有效減少大學(xué)生實際經(jīng)驗欠缺的問題[3- 4]。舉例來說，美國密歇根州立大學(xué)的本科生在教學(xué)中有一個極其重要的環(huán)節(jié)就是internship，即實習(xí)，學(xué)生一般會在暑假去公司打工，在攢學(xué)費的同時，等于參加了工作。這樣等畢業(yè)時學(xué)生已經(jīng)具備1年左右的工作經(jīng)驗，同時實踐見聞可以有效地促進其學(xué)習(xí)。北美一些學(xué)校每年有3個月的強制性見習(xí)期，見習(xí)期算學(xué)分。這樣學(xué)生畢業(yè)后可以回到原見習(xí)單位工作，即使去其他單位，因為有了工作經(jīng)驗和對行業(yè)的了解，學(xué)生也很容易物色到適合自己的工作單位。學(xué)生較早進入社會，會使得他們看起來很成熟，不會顯得幼稚。英國帝國理工學(xué)院的一些教師具有“工程師”稱號，這些教師取得博士學(xué)位后，往往先到公司企業(yè)工作幾年，積累一些工程經(jīng)驗并獲得“工程師”稱號后再到學(xué)校工作。一方面，這些教師具有豐富的實際經(jīng)驗，編寫的教材切合實際，上課的時候會有的放矢，內(nèi)容更加生動形象，學(xué)生畢業(yè)后運用校內(nèi)所學(xué)也能很快得心應(yīng)手。英國帝國理工學(xué)院大多采用的不是統(tǒng)一的教材，教師每次課前都要編寫講義，隨講隨發(fā)，課程結(jié)束后，教師便將講義裝訂成冊，而正式出版物僅作為參考書使用。這些講義超出了現(xiàn)有的教科書，一些例題和習(xí)題很貼近實際，其中很多就是教員親身經(jīng)歷的具體工程問題。這樣的課程特別強調(diào)實用，跟上時代，學(xué)生畢業(yè)后能很快進入角色。德國柏林工大非常重視實踐環(huán)節(jié)和能力的培養(yǎng)，專業(yè)的課程設(shè)計、實踐環(huán)節(jié)都以小組的形式出現(xiàn)，這些學(xué)生的團結(jié)協(xié)作精神都非常強。另一方面，教師和企業(yè)界的聯(lián)系也非同一般，他們可以將最新的研究成果應(yīng)用于實際工程中。加拿大多倫多大學(xué)的Co-op （Co-operative Education） 項目是其高等教育的一個特色，學(xué)生可以一邊在校學(xué)習(xí)一邊工作，成績優(yōu)秀的本科生一年級以后，一個學(xué)期上課，一個學(xué)期工作，共上課8個學(xué)期，工作6個學(xué)期。學(xué)校組織企業(yè)來招聘學(xué)生，如果兩個學(xué)期沒有收到企業(yè)招聘，則學(xué)校取消Co-op資格。學(xué)生每個學(xué)期完成一份Co-op工作報告，報告由企業(yè)和教師共同評審，通過后才能拿到學(xué)分。通過Co-op項目，學(xué)生很容易在畢業(yè)后找到工作。法國國立路橋工程師學(xué)校也非常重視多層次的實習(xí)訓(xùn)練，很多課程結(jié)合工廠的實際問題設(shè)置課程，要求學(xué)生去工廠參觀，了解實際問題，和相關(guān)技術(shù)負責(zé)人進行討論，提出相應(yīng)的解決辦法，并動手解決這些生產(chǎn)實際問題，從而使學(xué)生在畢業(yè)的時候能熟練解決工程實際問題。新西蘭的奧克蘭大學(xué)也極為重視實踐教學(xué)，其課程成績通常由考試成績、平時成績（實踐性環(huán)節(jié)）和考勤等幾部分組成，且實踐性環(huán)節(jié)所占的比重較大。澳大利亞的阿德萊德大學(xué)的各個課程很注重行業(yè)所需的各種現(xiàn)代化工具的應(yīng)用，和行業(yè)聯(lián)系非常緊密，學(xué)生在學(xué)校期間就能夠?qū)W會比較實用的現(xiàn)代工程服務(wù)所需的工具，從而提高適應(yīng)行業(yè)的能力。日本的長崎大學(xué)特別強調(diào)實踐應(yīng)用的重要性，學(xué)校一直積極努力為學(xué)生創(chuàng)造實踐機會，經(jīng)常組織學(xué)生參加工地實踐、研究中心、工廠實習(xí)等實踐活動。諸多的實踐活動可以讓學(xué)生更早地體驗實際工程，走出教室，走出課本，讓所學(xué)習(xí)到的知識更加立體化。

對于土木工程專業(yè)大學(xué)生的畢業(yè)論文，國內(nèi)外的論文內(nèi)容也存在較大差別。國外一些大學(xué)的畢業(yè)生論文往往根據(jù)一個實際工程問題，要求學(xué)生圍繞該問題到各政府部門和企業(yè)單位尋求數(shù)據(jù)支持，開展相關(guān)實驗研究，對數(shù)據(jù)進行詳細的分析，找到解決問題的技術(shù)途徑和方法，這樣可以使得畢業(yè)生的論文具有應(yīng)用性和完整性。舉例來說，美國里賈納大學(xué)的本科畢業(yè)答辯將學(xué)生分為2～3人一組，每個小組完成一個論文題目，畢業(yè)生答辯委員會的成員一半來自企業(yè)，具有較為深厚的工程技術(shù)理論和實踐經(jīng)驗，其分別從實用和有效兩方面對畢業(yè)生答辯提問，檢驗學(xué)生工程實踐和解決問題的能力，并將評判成績計入總分。論文不僅要解決工程問題，還要進行完整的經(jīng)濟分析，包括投資額、成本回收期、使用壽命、投資回收期等，論文從實用性和經(jīng)濟性兩方面進行討論。同樣，日本長崎大學(xué)的本科生畢業(yè)論文研究也多從實際工程出發(fā)，以工程為背景，進行立體的研究，使得論文研究更具現(xiàn)實指導(dǎo)意義，同時也具有一定的社會價值，更重要的是讓學(xué)生得到更全面的思維訓(xùn)練，能夠多維度地思考問題、分析問題，從而解決問題，而不是僅僅停留在理論分析的層面。

除了培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力外，北美一些高校對教師也提出了更高的要求，學(xué)校與企業(yè)結(jié)合，重視實踐工程教育，也就是提倡“雙師型”教師。學(xué)校注重與企業(yè)加強合作，明確企業(yè)在人才培養(yǎng)中的職責(zé)，從事本科生教學(xué)的教師需要到基層企業(yè)鍛煉若干時間，并將這些實踐活動跟職稱評審掛鉤，以加強高校教師隊伍的工程特色。

（二）培養(yǎng)創(chuàng)新型人才

目前的大學(xué)生教育仍然以傳授知識模式為主，盡管有一些學(xué)生參與了學(xué)校舉辦的創(chuàng)新項目，但也主要是按照教師的研究方案執(zhí)行，學(xué)生缺乏獨立思考和創(chuàng)新的能力。而在發(fā)達國家，如美國、意大利、澳大利亞[2]等，課程上不僅僅是教師的講授，更多的是教師通過設(shè)置大量的啟發(fā)性問題讓學(xué)生思考，這些問題沒有固定答案，學(xué)生需要通過查找資料、與教師和同學(xué)之間的討論和互動才能解決。比如一些課程設(shè)計，通常是幾個學(xué)生一組進行方案設(shè)計和結(jié)構(gòu)計算，學(xué)生遇到問題或者有些新的想法時，可隨時和教師進行溝通討論，在某個問題上，教師可以和學(xué)生進行長時間的討論，并發(fā)表自己的觀點。這樣的討論能啟發(fā)學(xué)生形成自己的想法，從而讓學(xué)生更加深刻地理解課程的知識點。舉例來說，美國密歇根州立大學(xué)在給學(xué)生傳授知識的同時，更注重學(xué)生獨立思考能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。每次上完課，教師會留下思考題，讓學(xué)生課后進行討論和獨立思考，每隔一段時間教師會提出一個問題，讓學(xué)生思考如何解決這個問題、解決這個問題的機理是什么。亞利桑那大學(xué)的本科生課程往往采用小班教學(xué)，在上課的過程中，學(xué)生可以和教師自由交流，這極大地激發(fā)了學(xué)生的積極性。遇到較難的課程，有些學(xué)生會把教師課程全部錄下回去消化。課程定期設(shè)置討論課，教師提出某個問題，學(xué)生圍繞該問題展開討論。通常情況下，教師課堂上講授的內(nèi)容并不多，而課后的作業(yè)卻非常繁重，需要參考大量的書籍才能完成。雖然學(xué)生可以通過討論來完成作業(yè)，但大多數(shù)學(xué)生還是常常要學(xué)習(xí)到半夜，這樣才能完成課后閱讀和作業(yè)。課程最終成績由課堂出勤和參與、課后閱讀和作業(yè)、期中考試、學(xué)期報告、討論課和期末考試組成，每個部分所占比例相近。從課程最終成績可以看出，平時的討論課涉及課后閱讀、學(xué)期報告、討論課，這些占了較大比例，足以體現(xiàn)對學(xué)生創(chuàng)新能力的重視程度。這些學(xué)術(shù)討論不并局限于課堂中，學(xué)生在校園里可隨時隨地討論各種學(xué)術(shù)問題，甚至在用餐時，三五成群的人可以就某個主題圍坐在一張圓桌邊進行討論。意大利的威尼斯建筑大學(xué)課程設(shè)計時間通常是7～10天，在固定的教室，3～4名學(xué)生為一組進行方案設(shè)計和結(jié)構(gòu)計算，一般有5～6組，總計20名左右的學(xué)生。遇到問題或者有新的想法時，學(xué)生可以隨時和教授進行討論溝通，教授和學(xué)生就某個學(xué)術(shù)問題進行長時間的討論，而不是學(xué)生聽教師說。通過這樣的討論和互動，學(xué)生會有自己的想法，對于課程的認識也更加深刻。澳大利亞的臥龍崗大學(xué)非常重視創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)，其高年級的本科生任課教師往往是科研成果突出的教師，由他們給高年級本科生傳授一些新穎和前沿性的知識，并由他們單獨出卷考試，讓高年級本科生接觸并掌握前沿性的研究成果。盡管澳大利亞的人口僅占世界人口的0.3%，但其對世界的科技貢獻超過了3%，這也跟澳大利亞對創(chuàng)新性人才培養(yǎng)的教育制度分不開。香港理工大學(xué)的教學(xué)往往無固定教材，教師采用PPT講義，并提供相關(guān)的參考書和文獻資料給學(xué)生查閱自學(xué)。在上課過程中，教師也會根據(jù)相關(guān)學(xué)科的發(fā)展或本人研究工作的進展更新PPT的內(nèi)容，以保證課程的先進性和實用性。課后教師會布置作業(yè)、小論文或者Project等，讓學(xué)生以獨立或者以小組的形式完成任務(wù)，通常Project沒有標準答案，學(xué)生通過合作討論、查找文獻和編寫程序來解決問題，這樣可以培養(yǎng)學(xué)生獨立思考、創(chuàng)新思維和溝通寫作的能力。

除此之外，國外一些大學(xué)還通過學(xué)術(shù)報告和科研工作培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。一些大學(xué)經(jīng)常邀請同行專家開展學(xué)術(shù)報告，對于感興趣的課題，本科生也可自由地選擇旁聽，了解行業(yè)發(fā)展動態(tài)。在培養(yǎng)學(xué)生參與科研工作前，學(xué)生先學(xué)習(xí)安全知識學(xué)習(xí)制度，參加實驗室安全知識培訓(xùn)并在網(wǎng)上通過考試后，才可以進入實驗室。在學(xué)生操作相關(guān)專業(yè)儀器前，各專業(yè)實驗室對學(xué)生進行嚴格的高端精密儀器操作培訓(xùn)，學(xué)生首次操作儀器時還需要有專門的儀器負責(zé)人在旁邊進行監(jiān)督評價，評價合格后方可獨立操作儀器。對所有實驗室，學(xué)生都可以通過網(wǎng)站進行預(yù)約，查看儀器的可用時間，并嚴格按照預(yù)約的時間使用儀器。一些共享儀器可讓一些有資金資助的學(xué)生在線支付儀器使用費用后開展自己的研究，使學(xué)生的科研能力得以提升。

（三）培養(yǎng)復(fù)合型人才

相對于國內(nèi)的課程設(shè)置來說，美國課程設(shè)計的寬度和廣度高于國內(nèi)，其更強調(diào)學(xué)生知識結(jié)構(gòu)的完整性，包括較多的社會、人文知識的補充，從而培養(yǎng)出復(fù)合型人才[5-6]。比如美國的內(nèi)布拉斯加大學(xué)，他們的課程注重寬度和廣度，強調(diào)學(xué)生知識結(jié)構(gòu)體系的完整性，土木工程專業(yè)課程設(shè)置包括了數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、地質(zhì)學(xué)、生物學(xué)、工程科學(xué)、人文、社會科學(xué)、英語、作文、演講、報告寫作、工程經(jīng)濟學(xué)和統(tǒng)計學(xué)等。近兩年，國內(nèi)高校也開始加快發(fā)展和大力推動與土木工程、建筑工業(yè)相關(guān)的互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字、智能建造等領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研究、專業(yè)建設(shè)、人才培養(yǎng)和學(xué)科建設(shè)，做好發(fā)動機，支持和引領(lǐng)國內(nèi)土木行業(yè)、建筑工業(yè)，以及和相關(guān)企業(yè)做好產(chǎn)業(yè)升級和轉(zhuǎn)型。與此同時，很多高校重視加強視覺智能研究，加強與土木工程產(chǎn)業(yè)的跨界深度融合，重點開展可信安全的機器視覺理論及其關(guān)鍵技術(shù)的研究，通過與產(chǎn)業(yè)細分應(yīng)用場景的結(jié)合，力爭在智能建造和智能運營維護管理方面獲得創(chuàng)新性應(yīng)用，滿足國家重大戰(zhàn)略需求與經(jīng)濟社會發(fā)展需要。迄今為止，同濟大學(xué)、青島理工大學(xué)、北京建筑大學(xué)和北方工業(yè)大學(xué)已經(jīng)開設(shè)智能建造專業(yè)，未來還會有一批高校開設(shè)智能建造專業(yè)。在新工業(yè)革命浪潮下，全球工業(yè)發(fā)展趨勢及其對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的影響，對工科專業(yè)人才在能力上提出了新的要求，具體如下。

1.數(shù)字化：將各種與工程問題相關(guān)的信息轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢远攘康臄?shù)字，并根據(jù)相關(guān)理論建立起數(shù)學(xué)模型，通過計算機進行分析處理。

2.信息化：掌握和運用信息技術(shù)和信息化工具，處理、分析和解決各種工程實際問題。一般認為，數(shù)字化能力是信息化能力的基礎(chǔ)。

3.網(wǎng)絡(luò)化：能夠通過互聯(lián)網(wǎng)平臺，按照一定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相互溝通，與相關(guān)各方共享硬件、軟件、數(shù)據(jù)資源和思路方案，以共同分析和解決工程問題。

4.智能化：綜合應(yīng)用信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能控制技術(shù)和工程學(xué)科專業(yè)技術(shù)處理、分析和解決各種工程問題。

5.綜合化：綜合運用各種跨學(xué)科領(lǐng)域知識，掌握多學(xué)科知識和技術(shù)，能很好地解決實際工程問題。

二、結(jié)論

土木工程作為一門實踐性、專業(yè)性和系統(tǒng)性的學(xué)科，不僅要求學(xué)生熟悉數(shù)學(xué)、力學(xué)、結(jié)構(gòu)理論等自然科學(xué)，也要求學(xué)生掌握土木工程方向的法律法規(guī)、理論前沿、發(fā)展趨勢和文獻檢索。然而，目前的教學(xué)模式仍然延續(xù)傳統(tǒng)的教育模式，教師圍繞教學(xué)大綱，根據(jù)教材傳授知識，學(xué)生被動接受知識，這種教學(xué)模式難以培養(yǎng)應(yīng)用型、創(chuàng)新型和復(fù)合型人才。本文結(jié)合國外大學(xué)土木工程專業(yè)的培養(yǎng)模式，提出了理論結(jié)合實際式教學(xué)、啟發(fā)式教學(xué)和多學(xué)科交叉式教學(xué)，這些教學(xué)模式不僅能提高學(xué)生的動手能力，也能啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，并能拓寬學(xué)生的知識領(lǐng)域。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 常鴻飛，夏軍武，賈福萍，等.大土木專業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計原理精品課程教材建設(shè)思考[J].高等建筑教育，2016（5）：67-70.

[2] 胡昌斌，谷音.海外留學(xué)看土木[M].北京：人民交通出版社有限公司，2018.

[3] 何美麗.土木工程施工實習(xí)的探討與實踐[J].課程教育研究，2012（23）：241.

[4] 趙希榮，朱中華.加強校內(nèi)外實習(xí)基地建設(shè)，培養(yǎng)學(xué)生實踐創(chuàng)新能力[J].高教論壇，2010（7）：45-47.

[5] 祁貴國，魯可乙.土木工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式探討[J].高等建筑教育，2013（1）：26-29.

[6] 徐禮華，傅旭東，彭華，等.土木工程專業(yè)復(fù)合型創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系的構(gòu)建與實踐[J].高等建筑教育，2016（1）：55-60.

[責(zé)任編輯：陳 明]

[收稿時間]2020-06-17

[基金項目]2018年福州大學(xué)一流本科教學(xué)改革建設(shè)項目。

[作者簡介]王德輝（1983-），男，河南人，博士，博士后，副研究員，主要從事超高性能混凝土的凝結(jié)硬化，以及石灰石粉對水泥基材料凝結(jié)硬化和性能的影響等研究工作。