新工科背景下面向土木工程研究生的教學改革探索
——以“高等建筑材料學”課程為例

李 莉，彭妙娟

（上海大學 力學與工程科學學院，上海 200444）

引言

2017年，我國高等教育界首次提出新工科概念，“復(fù)旦共識”“天大行動”和“北京指南”被認為是新工科教育“三部曲”，共同構(gòu)成了新工科教育的體系格局［1］。2018年3月，教育部辦公廳公布了首批“新工科”研究與實踐項目，標志著我國的新工科教育進入實質(zhì)性實施階段。2021年4月，習近平總書記在清華大學考察時強調(diào)，對現(xiàn)有學科專業(yè)體系進行調(diào)整升級，瞄準科技前沿和關(guān)鍵領(lǐng)域，推進新工科、新醫(yī)科、新農(nóng)科、新文科建設(shè)，加快培養(yǎng)緊缺人才［2］。

新工科教育在“四新”中發(fā)揮著引領(lǐng)和支撐的作用，是促進我國從工程教育大國走向工程教育強國的重要舉措［3］。新工科教育的具體內(nèi)涵是：新理念、新特征、新知識、新模式、新機會和新人才［4］，即不僅要建設(shè)新型的工科，還要用這種新型的理念和模式改造傳統(tǒng)的工科，為培養(yǎng)新時代的工程師服務(wù)［5］。

對傳統(tǒng)工科專業(yè)來說，既面臨新工科教育的挑戰(zhàn)，也要響應(yīng)“工程教育國際認證”的新要求。與此同時，研究生招生規(guī)模的逐步擴大和培養(yǎng)標準的日漸提高，也為研究生培養(yǎng)和課程設(shè)置帶來了更多壓力，教師需要在設(shè)置具體課程的同時，考慮不同學習基礎(chǔ)的學生，并給予足夠的正向反饋，以幫助學生建立科研自信和興趣。

一、課程建設(shè)背景

（一）課程簡介

2021年，中華人民共和國教育部發(fā)布了《學術(shù)學位研究生核心課程指南（試行）》（以下簡稱《指南》），要求在土木工程專業(yè)學術(shù)學位研究生中設(shè)置“高等建筑材料學”課程，并詳細規(guī)定了課程目標和教學內(nèi)容，要求通過本課程的學習，學生能夠熟悉土木工程發(fā)展對高性能建筑材料的需求及高性能建筑材料的研究、應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，掌握主要高等建筑材料的性質(zhì)、用途、制備技術(shù)，以及性能檢測和控制方法。教學內(nèi)容應(yīng)涵蓋高性能混凝土、纖維增強水泥基復(fù)合材料、高性能鋼、工程高分子聚合物材料、纖維增強樹脂基復(fù)合材料、智能材料以及無機燒結(jié)熔融材料等各種高性能材料［6］。

（二）課程特點分析

從《指南》對課程的要求和定位不難發(fā)現(xiàn)，“高等建筑材料學”是一門面向“大土木”學科背景研究生的基礎(chǔ)課，其教學活動應(yīng)具備以下特點。

1.適合采用單元式或?qū)ｎ}式的課程組織形式。不同的高性能材料雖然在功能或作用上具備相似性，但在材料構(gòu)成和強度形成機理、影響因素、制備工藝等方面差異較大，不宜統(tǒng)一講授。

2.適合“以點帶面”，以“啟發(fā)-研討”交互為主的形式組織課堂教學。課程涉及的內(nèi)容主題較為豐富，基本涵蓋了當前主要的新型建筑材料且相關(guān)研究也正處于高速發(fā)展階段。同時，“大土木”學科背景下，同一班級不同學生的專業(yè)方向也存在差異。

3.適合線上線下混合的教學形式。在時長有限的課堂教學中組織多主題的研討，需要教師提前下發(fā)相關(guān)知識材料和學生做好充分的閱讀準備，因此線上資源的建設(shè)是十分必要的，線上課程的建設(shè)將為教學活動順利開展提供有力的保障和積極的補充。

二、課程建設(shè)要素分析

（一）教學材料選取

研究生教育和本科教育的區(qū)別不僅體現(xiàn)在知識結(jié)構(gòu)完善、學習內(nèi)容深化、思考維度增多等方面，更重要的是培養(yǎng)和訓練學生的思維方式，使其具備處理陌生問題或新問題的能力，對工科專業(yè)的研究生尤為如此，包括對問題的定義、分解、聯(lián)系實際的抽象化思考和給出具象的解決方案?！吨改稀芬呀?jīng)規(guī)定了本課程的基本教學內(nèi)容，但并無指定教材，而目前各類建筑材料方面的教材主要針對的是本科生教學，側(cè)重基礎(chǔ)知識，較少涉及前沿研究，教學案例也較為淺顯和簡略，并不適用于本課程教學。因此，需要在《指南》框架下考慮本專業(yè)研究生平均基礎(chǔ)知識水平，收集教學素材，重構(gòu)教案。教學素材以研究專著和科技文獻為主，其中文獻應(yīng)兼顧經(jīng)典文獻和前沿成果，并輔以工程案例圖像、視頻資源等。

（二）教學方法設(shè)計

大部分本專業(yè)研究生已在本科階段學習過“建筑材料”或“土木工程材料”等前期課程，具備了閱讀理解本課程基礎(chǔ)知識的能力，教學組織的主要目的是引導(dǎo)學生關(guān)注前沿研究進展、梳理知識發(fā)展脈絡(luò)，形成相對完整的知識結(jié)構(gòu)，并引導(dǎo)學生立足學習內(nèi)容積極思考，與個人專業(yè)研究方向結(jié)合、給科研工作帶來啟發(fā)、加強科研自信。同時，認知心理學的理論也已經(jīng)證明，認知沖突是學習者認知投入的核心動力之一，學習者自身新舊概念的沖突以及學習者與他人的觀點沖突等均是觸發(fā)學生認知投入的重要來源［7］。因此，可以通過“問題研討”來人為制造“認知沖突”，引導(dǎo)學生進行批判性反思與對話。一方面，加強學生的學習印象，強化學習效果；另一方面，鍛煉了學生的材料組織和表達能力。這些都是從事科研工作的必備素養(yǎng)，研究生培養(yǎng)中應(yīng)尤為重視。

同時，在研討過程中還可以通過“生生互評、師生交互”等方式鼓勵學生從不同角度分析問題、聯(lián)系實際表達觀點。有研究發(fā)現(xiàn)，當學生意識到自身的行為和表現(xiàn)是處于被觀察和監(jiān)督的狀態(tài)時，會傾向于采取更積極的學習策略，學習更加投入［7］。

（三）在線資源建設(shè)

研究生階段的教學應(yīng)重視對學生文獻閱讀能力的培養(yǎng)。同時，以學生為中心的課堂教學模式也需要知識性教學資源的導(dǎo)入。建立在線課程，將書本知識、工程應(yīng)用案例、前沿文獻、相關(guān)教學視頻等通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，方便學生預(yù)習和結(jié)合自身基礎(chǔ)與研究方向靈活自主學習。課堂教學以重難點講解和主題研討為主。

（四）過程性考核設(shè)計

課程考核是檢驗學生學習效果的重要途徑。新工科教育強調(diào)的是思維和能力的培養(yǎng)，相應(yīng)地，課程考核也應(yīng)側(cè)重學生學習能力和輸出能力的過程性評價。結(jié)合研討式教學特點，本課程的考核綜合利用線上和線下學習數(shù)據(jù)，按平時成績和期末考查各占50%計算。平時成績包括：考勤和課堂表現(xiàn)（線上和線下，10%）、課后作業(yè)和思考題（線上和線下，20%）、主題研討（線下，20%）；期末考查為開卷考試（線下，50%），線上教學期間可改為在線大作業(yè)。其中，課堂表現(xiàn)重點關(guān)注學生的思想態(tài)度，包括討論和提問是否積極、是否尊重其他成員等。

（五）課程思政融入

新工科教育對研究生培養(yǎng)的要求除了能創(chuàng)造性地解決學習和工作中的問題外，還應(yīng)具備合格的專業(yè)素養(yǎng)、健康的心理素質(zhì)和正確的理想信念。目前研究生教學普遍側(cè)重技術(shù)原理推導(dǎo)、分析和解釋，忽略了對問題發(fā)現(xiàn)背景、知識探索過程方面的介紹。相比于本科教育，研究生課程思政要克服學習過程中更加明顯的專業(yè)領(lǐng)域隔閡［8］。土木工程專業(yè)是典型的工科專業(yè)，現(xiàn)有工程技術(shù)原理是人類從數(shù)百年的工程實踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗、吸取教訓而形成的，建筑材料開發(fā)利用的歷史也是人類不斷挑戰(zhàn)自然極限、超越自我的歷史。在教學過程中回顧先輩足跡、展現(xiàn)工程技術(shù)創(chuàng)新的歷史價值，引導(dǎo)學生思考工程技術(shù)進步的外在需求、內(nèi)在驅(qū)動和技術(shù)創(chuàng)新的源頭，有助于激發(fā)學生的創(chuàng)新意識、培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維，也有助于學生增強社會責任感、樹立敬業(yè)精神和正確的價值觀。

三、課程內(nèi)容模塊設(shè)計

（一）線上線下混合的教學活動

本課程結(jié)合校內(nèi)的超星學習平臺，采用了線上線下混合的授課形式，進行了課前、課中和課后三個階段的學習活動設(shè)計，如圖1所示。

圖1 線上線下混合的教學設(shè)計

首先在超星學習平臺建立在線課程，課前上傳授課主題相關(guān)的學習資料，包括代表性的科技文獻、教師制作的學習要點提示、思考題、微課等視頻資料及建議閱讀的參考文獻列表等，供不同基礎(chǔ)和興趣的學生帶著問題選讀、進行必要的課前準備。在學生閱讀預(yù)習的過程中，教師可通過在線消息系統(tǒng)定時為學生答疑。

課中首先概述本課主題，對重難點進行講解，尤其關(guān)注課前答疑中出現(xiàn)的問題。隨后結(jié)合課前思考題的回答情況提出問題，要求學生以小組為單位進行討論并匯報討論結(jié)果。根據(jù)小組匯報情況，繼續(xù)拋出問題，引導(dǎo)學生在課堂中展開更深層次的討論。上述“問題—討論—匯報—問題”的過程視討論的進展情況和討論的問題深度一般要開展數(shù)輪，最終一步步完成教師預(yù)定的教學目標。最后進行課堂小結(jié)，重申重難點內(nèi)容，并對討論過程中學生關(guān)注較多或誤解較多的問題進行拓展講解，或引出新的思考題供學有余力的學生在課外自主探索。

課后，通過在線平臺布置課后作業(yè)，并上傳本次課程主題相關(guān)的拓展材料，供有余力的學生選做。

（二）過程性考核方法

在課前環(huán)節(jié)，主要通過思考題完成情況、學習資料訪問次數(shù)、學習時長等數(shù)據(jù)分析學生的預(yù)習效果。課堂考核則分為生生互評和教師評分兩個部分。其中，生生互評是指在分組匯報時，由其他學生對匯報小組打分，打分表由教師設(shè)計和提供，也可開展線上投票或問卷；教師評分則是指在整個研討過程中，教師對在場學生的研討表現(xiàn)進行打分，打分點涵蓋匯報內(nèi)容質(zhì)量、參與討論的積極程度、資料準備的充分程度及小組配合情況等。課后評價則主要依據(jù)課后作業(yè)成績。

（三）思政元素滲透

將思政元素融入專業(yè)課教學的關(guān)鍵在于結(jié)合課程內(nèi)容特點找到自然的契合點，在知識教育的同時激發(fā)情感共鳴，通過培養(yǎng)學生的專業(yè)責任感、社會責任感，調(diào)動學生的自主學習興趣、形成創(chuàng)新意識和執(zhí)行力，即課程思政教育在專業(yè)課中的主要實現(xiàn)方式之一是調(diào)動情感共鳴、實現(xiàn)精神層面的升華。這種認知活動需要人與人之間的互動交流，在情感的流動中引發(fā)共鳴，難以通過紙面材料和單向線上教學實施。因此，本課程的思政元素融入主要通過線下課堂的研討活動實現(xiàn)，結(jié)合學生討論的主題，穿插引入知識背景相關(guān)的技術(shù)發(fā)展歷程、重要人物事跡、歷史發(fā)展影響等要素，使其既符合專業(yè)知識傳授的目的，又能吸引學生的關(guān)注，調(diào)動個人情感和經(jīng)驗，從而自然、有序、相互呼應(yīng)地傳遞正確的價值觀。

結(jié)語

“高等建筑材料學”課程是新工科教育背景下土木工程專業(yè)研究生的核心必修課，課程內(nèi)容兼顧理論性、前沿性和實踐性，目前沒有成熟的教材，需要教師根據(jù)本校學生的特點結(jié)合不同教材、論著和科研文獻編寫講義，不斷完善教學內(nèi)容和教學方法。