土木工程專業(yè)升級態(tài)勢下的設計類課程教學改革

吳秀峰 劉海卿 張霓 趙中偉

摘? 要：在新工科理念驅(qū)使下，文章在分析產(chǎn)業(yè)變革、人才能力需求的基礎上，以知識體系搭接分析為切入點，闡述設計類課程“課堂+實踐”雙重教學特征及其在知識體系搭接中的節(jié)點作用。以鋼結(jié)構(gòu)設計課程為載體，從優(yōu)化教學內(nèi)容、項目驅(qū)動教學過程組織及學生成績多維考核體系等方面對該課程教學改革進行討論，為土木工程專業(yè)升級為智能建造專業(yè)的教學改革提供一定借鑒參考。

關(guān)鍵詞：設計類課程;教學改革;項目驅(qū)動;考核體系

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2022）08-0131-04

Abstract： Under the background of new engineering concept， this paper analyzes the industrial transformation and talent ability demand， and takes knowledge system overlap analysis as the starting point， expounds the dual teaching characteristics of design courses "classroom + practice" and its node role in knowledge system overlap. Taking steel structure design course as the carrier， this paper discusses the teaching reform of steel structure design course from the perspective of optimizing teaching content， project-driven teaching process organization and multi-dimensional evaluation system of student achievement. This study can provide some reference for the teaching reform of intelligent construction major.

Keywords： design courses; teaching reform; project-driven; assessment system

近年來，裝配化成為建造產(chǎn)業(yè)的引領方向，生產(chǎn)模式從“設計-施工”轉(zhuǎn)變?yōu)椤霸O計-深化設計與施工（制造）-裝配化施工（建造）”，從而引發(fā)土木工程專業(yè)本科生就業(yè)駐廠崗位比例升高，從事制造、建造的比例合達到90%以上。為了適應產(chǎn)業(yè)新的人才需求，教育部召開新工科建設研討會（2017年），提出了“問產(chǎn)業(yè)需求建專業(yè)，問技術(shù)發(fā)展改內(nèi)容，問學校主體推改革，問學生志趣變方法，問內(nèi)外資源創(chuàng)條件，問國際前沿立標準”的行動綱領，并構(gòu)建了七個新工科專業(yè)知識體系。在綱領指引下，國內(nèi)高校紛紛通過傳統(tǒng)土木工程專業(yè)升級或建設智能建造新專業(yè)等方式，來適應產(chǎn)業(yè)人才需求。這兩種途徑都是以土木工程專業(yè)為本，根據(jù)制造及建造崗位需求，在土木工程專業(yè)知識體系上搭接機械自動化、信息自動化等知識模塊[1]。

一、土木工程設計類課程教學作用分析

土木工程專業(yè)的設計類課程是銜接專業(yè)基礎課與畢業(yè)設計的橋梁，對培養(yǎng)學生專業(yè)素養(yǎng)起到關(guān)鍵作用。從教學環(huán)節(jié)角度，鋼結(jié)構(gòu)設計課程是順應專業(yè)認證要求及產(chǎn)業(yè)需求開設的新課程之一，是設計類課程中學時最高的課程;從外部產(chǎn)業(yè)需求角度，鋼結(jié)構(gòu)制造在《中國制造2025》指引下率先實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)升級，而且《鋼結(jié)構(gòu)設計標準》（設計類第一部標準）的頒布標志著核心技術(shù)全面與國際對接。綜上，鋼結(jié)構(gòu)設計是設計類課程中最具代表性的，同時也是最急需搭接智能建造新知識體系的，其知識體系中已經(jīng)涵蓋構(gòu)件設計、裝配式施工等知識模塊，但缺乏相關(guān)機械自動化及信息自動化等知識點。

根據(jù)丁烈云院士關(guān)于智能建造專業(yè)知識體系分析[1-2]，對傳統(tǒng)土木工程知識體系及智能建造知識體系進行模塊化分析，如圖1所示。通過對T形知識結(jié)構(gòu)的構(gòu)成及搭接過程分析可以發(fā)現(xiàn)，設計類課程模塊銜接了設計原理課程模塊與畢業(yè)設計模塊，具有“課堂+實踐”的明顯特征[3-5]。同時，設計類課程是傳統(tǒng)土木工程知識體系中的頂端，又是智能建造知識體系中的底端，是知識體系搭接過程中的重要節(jié)點。

綜合以上分析，為了增強土木工程專業(yè)學生及教師對新工科理念的理解，拓展專業(yè)能力，適應新職業(yè)崗位要求，以鋼結(jié)構(gòu)設計課程為載體，進行教學改革是必要的。

二、基于T形知識體系的教學內(nèi)容改革

鋼結(jié)構(gòu)設計課程內(nèi)容繁多但學時較少，采用傳統(tǒng)講授內(nèi)容，會造成學生上課聽得懂卻無法靈活運用;學生在學習過程中對教師的依賴度高，工程背景及設計依據(jù)理解淺薄，設計成果存在矛盾;學生主動思考和查證過程的時間過于緊張，完成的不充分，對學生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)不利。

將問題導向融入到教學內(nèi)容中[6]，構(gòu)建以畢業(yè)要求為目標的導向、以學生能力培養(yǎng)為中心的講授內(nèi)容，是優(yōu)化教學內(nèi)容改革秉承的中心思想[7]。

為此，把傳統(tǒng)的講授學時劃分為以驅(qū)動教學方式為主體的課內(nèi)設計和創(chuàng)新實踐兩個主題模塊。其中，課內(nèi)設計設置三個主題，每個主題均包括工程背景講解、設計技術(shù)講解、項目選題、問題研討等授課內(nèi)容;創(chuàng)新實踐模塊內(nèi)容主要根據(jù)前期設計成果，以實驗室為模擬生產(chǎn)線，在對實驗室設備性能及BIM技術(shù)理解的基礎上，對設計成果進行裝配式分析及深化設計。以40學時的鋼結(jié)構(gòu)設計課程為例，進行了教學內(nèi)容的學時安排，見表1。

在組織“課內(nèi)設計+創(chuàng)新實踐”的教學內(nèi)容過程中，以下幾個方面，是構(gòu)造準繩：

（1）強調(diào)設計軟件合理應用，讓學生從中對《鋼結(jié)構(gòu)設計標準》及相關(guān)行業(yè)規(guī)范充分理解，加深對設計中的相關(guān)影響因素理解，提高學生實際設計能力，提高學生獲得感。

（2）充分利用實驗平臺，通過建造模型，讓學生了解相關(guān)機械運作模式，操作工具對裝配式構(gòu)件及連接進行加工、組建及運輸，從而將機械自動化相關(guān)知識點融入到教學活動中來。

（3）讓學生對數(shù)據(jù)采集及分析方法有充分認識，構(gòu)造學生信息組織能力;將BIM技術(shù)運用到鋼結(jié)構(gòu)設計課程中，將二維平面圖與三維模型相結(jié)合，做到信息化相關(guān)知識的學習與應用。

通過教學改革實踐，擴展了設計類課程的教育基礎條件，彰顯了設計類課程在培養(yǎng)創(chuàng)新應用型人才中的“教學+實踐”雙重作用，實現(xiàn)了專業(yè)設計改革的有序發(fā)展。

三、基于STEM法規(guī)范教學項目及其實施過程

多學科知識融合，需要學生具備完善的知識儲備和動手操作能力。如圖2所示，STEM學習法注重學生們在教室里、實驗室里重現(xiàn)和體會研究、發(fā)現(xiàn)科學問題的過程[8]。它符合問題導向的教學思維模式，有助于學生借助科學（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學（Mathematics）這四個維度去發(fā)現(xiàn)和認識問題。STEM法則對于融合多專業(yè)的知識，培養(yǎng)學生寬廣視野較為適合。

借助教師團隊主持、參與的工程實際項目及經(jīng)驗，廣泛征集素材，以裝配式構(gòu)造為核心，將復雜工程有機地轉(zhuǎn)化為難度適宜的設計要求。

利用STEM四個維度去編撰審查驅(qū)動式教學項目[9]，可以更好地保證項目具體化、真實化和多樣化，完善更新驅(qū)動式教學的設計題目庫，讓課內(nèi)設計達到真題真做的標準。

讓學生依據(jù)STEM學習法則開展項目研究，使學生真正能進入從工程背景到實際操作的多角度體驗式學習[10]。本次教學改革將教室場景轉(zhuǎn)換到企業(yè)、實驗及科研場景，更具行業(yè)規(guī)范、工程案例、崗位要求，在標準規(guī)范、期刊報告和設計手冊中借鑒基于智能建造的現(xiàn)代主流設計思路、工藝設備、施工工法等方面的知識，提高學生自主接觸新知識的能力。

借助學習通等學校提供的網(wǎng)絡共享平臺，加強學生評委組建設，讓教學組織更為規(guī)范，在教師團隊指導下，學生進行初步互評，不斷完善學生設計成果，提高設計效率;保證學生完成時間靈活化，才能讓學生體現(xiàn)出個體差異，真實反映學生志趣及能力。學生從跟著老師跑，到篩選適合自己的學習來源和學習方式，可以讓學生從淺入深，從慢到快，改善學生自我管理的能力，提升學習效率，逐漸形成自我更新知識的能力，從而達到學、懂、會、用的目的。

四、適用于過程性評價的成績構(gòu)成

目前，這類課程還存在較為死板、粗糙的試卷評價模式、論文作業(yè)評價模式和開卷考試模式，已經(jīng)不太適應新的教學活動。

新的學生成績考核體系是一種多目標的二維考核評價體系，以“態(tài)度、知識、能力”為基本出發(fā)點，以“兩性一度”為考核階梯，在不同層次上注重不同的核心考核內(nèi)容評價及引導性考核內(nèi)容評價，如圖3所示。

新的考核體系以“態(tài)度、知識、能力”為基本出發(fā)點，以“兩性一度”為考核階梯[11]，在不同層次上注重重點考核及引導性考核，其中重點考核是對標設計類課程對畢業(yè)目標的強支撐而進行，圍繞土木工程專業(yè)知識和能力而設定，強調(diào)“固本”;引導性考核靈活機動，圍繞下一階段任務和本階段拓展而設置考核條件，實現(xiàn)“榮枝”。通過固本榮枝，將知識體系的多維化、多層次化特征體現(xiàn)在具體的教學過程和過程考核中，讓學生清楚地明白知識體系發(fā)展脈絡，真實感受到自己的能力提升過程，從而完成對學生的效率觀念培養(yǎng)，專業(yè)能力的培養(yǎng)與提升，實踐能力的提升及拓展。

五、結(jié)束語

1. 根據(jù)學生自身素質(zhì)和學校教學條件，擴展設計類課程的教育基礎條件，提高設計類課程在培養(yǎng)創(chuàng)新應用型人才中的“教學+實踐”雙重作用，創(chuàng)新性地將課程教學特點與新工科具體要求緊密結(jié)合，尋求傳統(tǒng)專業(yè)課程升級的改革方法。

2. 提升教師團隊對智能建造這一新工科領域的知識儲備，提升教師團隊對“目標導向、學生中心、持續(xù)改進”的認知力和執(zhí)行力。以點帶面，為實現(xiàn)同類設計課程的知識結(jié)構(gòu)升級、教學質(zhì)量保證和教師專業(yè)素養(yǎng)發(fā)展積累有益經(jīng)驗。

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基金項目：本文系2018年遼寧省高等教育教學改革項目“新工科背景下‘大土木’人才培養(yǎng)模式研究與實踐”（LN_UPRP20180185）;遼寧工程技術(shù)大學本科教學改革“土木工程專業(yè)升級態(tài)勢下的設計類課程教學改革”（2020LNTU-BKJY007）的研究成果

作者簡介：吳秀峰（1976-），男，漢族，遼寧阜新人，博士，副教授，碩士研究生導師，研究方向為鋼結(jié)構(gòu)設計方法。