組合結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改革與思辨能力培養(yǎng)的行動研究

黃振宇 吳瀛 隋莉莉 熊琛

摘要：思辨能力是工程類新型人才培養(yǎng)方案中的重要組成部分。以知識傳遞為中心的傳統(tǒng)組合結(jié)構(gòu)課程教學(xué)模式容易使學(xué)生局限于“生搬硬套”“死記硬背”式的被動學(xué)習(xí)，這一教學(xué)現(xiàn)狀與土木工程專業(yè)本科工程教育認(rèn)證的培養(yǎng)理念背道而馳。以組合結(jié)構(gòu)課程的實際教學(xué)內(nèi)容為依托，對土木工程專業(yè)本科學(xué)生思辨能力的提升機(jī)制從教學(xué)設(shè)計、教學(xué)法和學(xué)習(xí)績效評價作行動研究。教學(xué)內(nèi)容選自組合結(jié)構(gòu)教學(xué)課程中遇到的實際問題。教學(xué)過程中以學(xué)習(xí)共同體的方式，對遇到的工程問題進(jìn)行分析、推理、判斷、評價和反思。課堂教學(xué)中從模擬實際工程應(yīng)用角度分析學(xué)習(xí)績效評價，使用對比教學(xué)法引導(dǎo)學(xué)生綜合識別、分析、判斷、評價工程問題，以作為提升土木工程專業(yè)本科學(xué)生綜合素質(zhì)的有效途徑。

關(guān)鍵詞：組合結(jié)構(gòu)；思辨能力；行動研究；工程認(rèn)證；新工科

中圖分類號：G642.4；TU398.9-4? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ?文章編號：1005-2909（2023）03-0171-11

隨著中國現(xiàn)代化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)程的進(jìn)一步深化，特別是“一帶一路”倡議的提出，中國企業(yè)承攬的海外土木建筑工程項目與日俱增，項目類型涉及土木工程的各個領(lǐng)域。2015年，我國企業(yè)共對“一帶一路”相關(guān)近50個國家進(jìn)行直接投資，國家服務(wù)外包合同的執(zhí)行金額逾100億元人民幣[1]。同時，在當(dāng)前國內(nèi)建筑行業(yè)趨向飽和、企業(yè)競爭激烈且利潤微薄的環(huán)境下，深入貫徹“走出去”的大海外戰(zhàn)略是土木工程企業(yè)長久發(fā)展的必然趨勢。但由于國內(nèi)外的建設(shè)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)文化、設(shè)計市場等存在較大差異，在這些差異中，傳統(tǒng)土木工程課堂教學(xué)忽視對學(xué)生解決工程問題能力的培養(yǎng)。在解決問題能力培養(yǎng)中，學(xué)生能夠分析、推理、判斷、評價和應(yīng)用現(xiàn)有工程規(guī)范，同時有“由此及彼”及善于創(chuàng)新的思辨能力。這對土木工程專業(yè)學(xué)生打開思維、走出國門、銜接海外、提升國際化能力有重要意義，從而實現(xiàn)培養(yǎng)新時代卓越工程師的目標(biāo)。

一、土木工程專業(yè)培養(yǎng)思辨能力的必要性

（一）新工科教學(xué)和跨國工程需求

美國麻省理工學(xué)院針對工程類教育進(jìn)行了基準(zhǔn)研究。研究報告中，Graham [2]基于對50名工程領(lǐng)域的國際專家意見調(diào)查，探討未來國際化工程教育的發(fā)展方向： （1） 把校內(nèi)資源豐富的自主學(xué)習(xí)經(jīng)驗和量身定做的線上學(xué)習(xí)相結(jié)合；（2）提高學(xué)生工程學(xué)習(xí)的選擇性、靈活性和多樣性；（3）涵蓋跨學(xué)科學(xué)習(xí)、以人為本的工程和國際經(jīng)驗的課程。Galloway[3]更是認(rèn)為，21世紀(jì)的工程教育應(yīng)當(dāng)在繼續(xù)培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)、科學(xué)知識的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)工程師要形成道德判斷和洞察能力。這種選擇性、靈活性、多樣性的工程學(xué)習(xí)過程，實際上要求學(xué)生具備較高的思辨能力，才能在學(xué)習(xí)過程中作出選擇，并且面對靈活、多樣的工程問題能夠自我適應(yīng)和應(yīng)對，充分發(fā)揮自主能動性。而洞察能力，實際為思辨能力的更高體現(xiàn)。學(xué)生首先具備思辨能力，能對事物進(jìn)行有目的和理據(jù)的判斷，才能利用洞察能力。從國外的工程設(shè)計環(huán)境和工程師的主要職能來看，國外工程設(shè)計人員并不單一依賴計算假定和參考設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，在實現(xiàn)業(yè)主目標(biāo)的同時，更加注重“服務(wù)”業(yè)主，在滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)原則下節(jié)省成本或發(fā)揮更多的設(shè)計效能，實現(xiàn)了處理工程問題選擇性、靈活性、創(chuàng)造性和多樣性的特點，工程師敢想敢干、敢于創(chuàng)新。實現(xiàn)這種能力需要工程師具備較高思辨能力。

結(jié)合中國教育政策和土木工程教育改革要求，我國和國際工程教育理念不謀而合?！秶抑虚L期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020） 》[4]（簡稱《教改綱要》），第十一章第三十二條“注重學(xué)思結(jié)合；倡導(dǎo)啟發(fā)式、探究式、討論式、參與式教學(xué)，幫助學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)；激發(fā)學(xué)生的好奇心，營造獨立思考、自由探索的良好環(huán)境”?！陡叩葘W(xué)校土木工程專業(yè)本科教育培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)方案及課程教學(xué)大綱》[5]規(guī)定了主要教學(xué)內(nèi)容：培養(yǎng)方案中，建議專業(yè)基礎(chǔ)課程構(gòu)成土木工程專業(yè)共同的專業(yè)平臺，其教學(xué)內(nèi)容是土木工程專業(yè)本科學(xué)生應(yīng)當(dāng)具備的知識基礎(chǔ)。專業(yè)指導(dǎo)委員會特別強(qiáng)調(diào)課程設(shè)置規(guī)定性和靈活性的結(jié)合，方案中提出的課程設(shè)置，重點在于課程內(nèi)容。專業(yè)指導(dǎo)委員會還指出在寬口徑土木工程專業(yè)建設(shè)方面，各院校能夠積極探索，為全國土木工程專業(yè)提供新經(jīng)驗。由此可見，土木工程專業(yè)的教學(xué)改革重視課程內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)“靈活性”“創(chuàng)新性”。然而，結(jié)合自身教學(xué)活動實踐和同行交流，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)工程設(shè)計類課程教學(xué)存在的問題：（1）學(xué)生課前預(yù)習(xí)效果差，主觀上不重視概念和原理，過于重視設(shè)計的技能；（2）學(xué)生在設(shè)計中缺乏自主性、探索性和創(chuàng)造性，“模仿”“照葫蘆畫瓢”式設(shè)計作業(yè)情況多；（3）教師只重視設(shè)計步驟指導(dǎo)過程，缺乏與學(xué)生的互動和引導(dǎo)，缺乏對教學(xué)過程的反思。

2017年土木工程專業(yè)評估（認(rèn)證）首次采用全國工程教育認(rèn)證新體系。吳琛和鄧毓旺[6]分析了評估（認(rèn)證） 新體系中以學(xué)生為中心、成果為導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)的核心理念；以土木工程專業(yè)評估（認(rèn)證）對學(xué)生發(fā)展、專業(yè)發(fā)展、國家發(fā)展的意義，提出了新一輪土木工程專業(yè)評估（認(rèn)證）需學(xué)習(xí)新理念、認(rèn)識新標(biāo)準(zhǔn)、采用新方法、實施新體系的4個實施核心。其研究認(rèn)為最新的工程教育認(rèn)證要求和“教改綱要”不謀而合，都旨在培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力、職業(yè)發(fā)展?jié)摿退急婺芰Α?/p>

同時，為了適應(yīng)教育部新工科教育改革，土木工程專業(yè)的教育者和研究者進(jìn)行了教學(xué)嘗試。黃湘湘[7]以結(jié)構(gòu)分析的能力建設(shè)為目標(biāo)，從豐富課程資源、教學(xué)計劃調(diào)整、設(shè)置小班討論課、進(jìn)行階段測驗和布置課程設(shè)計等方面進(jìn)行結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)改革，以提高學(xué)生分析、解決問題的能力和提高綜合素質(zhì)為目標(biāo)，“以學(xué)生為中心”的啟發(fā)式教學(xué)，不再以單向地灌輸知識為主，而是以學(xué)生掌握思路、學(xué)到方法和提高能力為主，以課內(nèi)帶動課外、課外補(bǔ)充課內(nèi)的方式，增強(qiáng)師生交流，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，將教學(xué)內(nèi)容與工程實際相結(jié)合。通過解決工程問題拓寬學(xué)生的知識面，增強(qiáng)他們對力學(xué)概念和原理的理解、應(yīng)用，提高分析、解決問題的能力和綜合素質(zhì)。陸仁強(qiáng)和湯汨[8]針對土木工程概論課程涵蓋內(nèi)容多、知識更新快等特點，基于團(tuán)隊化教學(xué)模式的教研成果，利用研討式教學(xué)模式，進(jìn)行研討式課堂教學(xué)的創(chuàng)新模式改革。該教學(xué)模式克服了傳統(tǒng)教學(xué)方法存在的問題和不足，順應(yīng)新時期“卓越工程師計劃”對土木工程概論課程教學(xué)改革提出的新要求。邵曉蓉[9]提出了以學(xué)生為中心、教師為輔助的教學(xué)理念，建立課程團(tuán)隊學(xué)習(xí)模式，采用多元化教學(xué)，實行全方位過程化考核（實驗前加強(qiáng)預(yù)習(xí)，實驗中采用“學(xué)生陳述法”，進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控）。研討式課堂教學(xué)改革成果可明顯提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性及興趣，教學(xué)效果顯著，具有一定的示范作用。

（二）教學(xué)設(shè)計

和國外強(qiáng)調(diào)的新工程教育理念相比，國內(nèi)土木工程專業(yè)教學(xué)改革的相關(guān)研究也逐漸關(guān)注教學(xué)法相關(guān)改革，尋求工程教育理念的創(chuàng)新研究。但根據(jù)工程實踐和經(jīng)驗，我國工程教育理念培養(yǎng)出來的工程師存在思維單一、創(chuàng)新能力不足等情況。例如，國內(nèi)設(shè)計工程氛圍強(qiáng)調(diào)規(guī)范條文，限制了工程師的創(chuàng)新能力，整個產(chǎn)業(yè)鏈設(shè)計水平參差不齊。以規(guī)范為最低要求，造成部分產(chǎn)業(yè)鏈的工程師規(guī)避責(zé)任，或極力避免承擔(dān)責(zé)任的現(xiàn)狀。敢于創(chuàng)新便意味著要承擔(dān)更大的風(fēng)險，久而久之工程師便不愿意創(chuàng)新。同時，國內(nèi)工程教學(xué)實踐依舊使用傳統(tǒng)講授法，存在“教師在臺上講，學(xué)生臺下聽”這種單一、缺乏交流和深度思維訓(xùn)練的教學(xué)現(xiàn)狀。而課堂交流、深度思維訓(xùn)練是洞察力、思辨力、創(chuàng)造力和全面能力的綜合培養(yǎng)，這顯然不符合現(xiàn)代大學(xué)教育的培養(yǎng)目標(biāo)。

土木工程專業(yè)涉及多學(xué)科交叉，涉及數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等基礎(chǔ)自然學(xué)科，同時也和歷史、藝術(shù)、美學(xué)等人文社科類學(xué)科有千絲萬縷的關(guān)系。從教學(xué)設(shè)計角度上看，土木工程專業(yè)教育涵蓋的問題既要解決良構(gòu)問題[10]，如公式推導(dǎo)、工程計算復(fù)核等；也要解決劣構(gòu)問題，如尚未界定明確、需提供多種解決方法和途徑的工程設(shè)計。針對教學(xué)設(shè)計，在教育框架下的學(xué)習(xí)是一個生產(chǎn)而非積累過程，目的是要讓學(xué)生通過已獲知識來解決新問題，并根據(jù)需要不斷獲取新知識。教學(xué)設(shè)計應(yīng)當(dāng)以讓學(xué)生獲得以不確定方式使用無限資源的能力，才是教育而非人員培訓(xùn)的結(jié)果。土木工程的教學(xué)宗旨應(yīng)上升到工程教育的新高度。

土木工程專業(yè)大多數(shù)課程，越來越傾向職業(yè)技能培訓(xùn)，而非注重基本素質(zhì)培養(yǎng)的教育范疇。以組合結(jié)構(gòu)課程為例，課程設(shè)置的目的是教學(xué)生解決工程問題，運用組合結(jié)構(gòu)理論來解決工程問題，但是教育是通過運用原則和特殊情況檢測原則，旨在培養(yǎng)依照問題包括任何不測之事來尋找解決方法的能力[11]。在教學(xué)設(shè)計中，土木工程專業(yè)中常規(guī)工程問題和依照計算公式設(shè)計方案的是公式化教學(xué)，而教育中分析問題、解決問題的方法體現(xiàn)了慎思明辨的思辨能力，解決不測之事應(yīng)當(dāng)符合土木工程教育擬解決的劣構(gòu)問題。因此，在教學(xué)設(shè)計中應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對思辨能力的引導(dǎo)和培養(yǎng)。

（三）土木教學(xué)中的思辨能力培養(yǎng)

在現(xiàn)有國內(nèi)土木工程專業(yè)教學(xué)改革類文獻(xiàn)中，探討微觀層面的教學(xué)大多數(shù)研究者傾向先回顧教學(xué)過程然后提出相應(yīng)的教學(xué)建議。楊述明等[12]提出了基于MOOC 平臺和及時教學(xué)理念的混合教學(xué)模式，主要包括課前自主性學(xué)習(xí)、課堂針對性講解、課后綜合性評估3個階段。教學(xué)模式利用了MOOC 平臺的網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)勢和及時教學(xué)的角色轉(zhuǎn)換新思維，為解決課程體系不足、思維模式定式、互動實踐薄弱、學(xué)習(xí)被動化、積極性差、參與性弱、實踐能力不足的問題提供了思路。白云和寇磊[13]分析了國內(nèi)外土木工程全球化程度和教學(xué)效果，提出了教學(xué)方法上采用案例教學(xué)法及團(tuán)隊完成課程報告方法，將理論與實踐更好地融合，并綜合學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、思辨能力和團(tuán)隊精神提出多尺度的考核方式。帥英等[14]探討了“CDIO”工程教育模式在土木工程材料課程教學(xué)改革中的應(yīng)用，CDIO 包括Conceive（構(gòu)思）、Design（設(shè)計）、Implement（實施）和Operate（運行），核心理念是利用大學(xué)學(xué)科齊全、資源豐富等優(yōu)勢，結(jié)合工程實際，使學(xué)生的基礎(chǔ)知識、個人素養(yǎng)、團(tuán)隊精神和工程意識4個方面的能力得到訓(xùn)練和提升，用于激發(fā)學(xué)生的主動性和創(chuàng)造性，提升教學(xué)質(zhì)量。經(jīng)過梳理發(fā)現(xiàn)，土木工程專業(yè)的教改方向愈發(fā)強(qiáng)調(diào)對教學(xué)過程的審視，并更加重視主動性、思辨性的提升，以此改進(jìn)教學(xué)質(zhì)量。但同時，現(xiàn)有的相關(guān)研究尚未梳理課后反饋的實證微觀層面，通常停留在“以小見大”的宏觀層面的教育討論，缺少微觀的且關(guān)注培養(yǎng)學(xué)生思辨能力的研究聚焦。

思辨能力主要在我國外語課堂中被廣泛討論。文秋芳[15]將思辨能力定義為“依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，對事物或看法做出有目的、有理據(jù)的判斷的能力”，是學(xué)習(xí)者自身的、微觀的能力。在思辨理論層次模型中，將思辨能力細(xì)化為第一層次元思辨能力和第二層次思辨能力。前者是指對思辨計劃、檢查、調(diào)整與評估的技能，后者包括分析、推理、評價等與認(rèn)知相關(guān)的技能和標(biāo)準(zhǔn)，以及開放、自信、堅毅等與思辨品質(zhì)相關(guān)的人格特質(zhì)。并且第二層次受第一層次的管理與監(jiān)控。思辨能力的培養(yǎng)一直是西方高校，尤其是研究型大學(xué)課程設(shè)計的核心。思辨能力不應(yīng)該局限于個別專業(yè)或課堂，應(yīng)當(dāng)是新世紀(jì)國際型人才應(yīng)當(dāng)具備的基本能力。然而國內(nèi)土木工程專業(yè)教育尚無專門文獻(xiàn)探討思辨能力的重要性，思辨能力在土木工程專業(yè)教學(xué)中被長期忽視。

思辨能力在工程應(yīng)用中的作用，可以從工程應(yīng)用中體現(xiàn)。工程應(yīng)用是自然科學(xué)的一部分，是基于數(shù)理性方法對遇到的工程問題進(jìn)行推理、分析并提出工程設(shè)計方案。在跨國、境外外包工程中，還涉及跨文化的復(fù)雜認(rèn)知活動，需要運用思辨能力對工程方案作出判斷。結(jié)合具體工程問題來說明：在組合結(jié)構(gòu)設(shè)計中，如何發(fā)揮不同材料各自的優(yōu)點，保證不同材料共同工作達(dá)到“取長補(bǔ)短”的效果是組合結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵科學(xué)問題。由于組合結(jié)構(gòu)有節(jié)約鋼材、提高材料利用率、降低造價、抗震性能好和施工方便等優(yōu)點，在工程建設(shè)中得到迅速發(fā)展。工程設(shè)計外部條件千變?nèi)f化，組合結(jié)構(gòu)設(shè)計知識與能力的掌握對實際工程問題和就業(yè)有重要影響。而伴隨工程項目國際化加深的趨勢，國內(nèi)建筑企業(yè)迫切希望高校培養(yǎng)具有全球化視野和可持續(xù)發(fā)展理念的卓越工程師，思辨能力不僅是處理跨國工程或者（跨文化）溝通交流的基礎(chǔ)，也是考慮實際工程問題獲得最大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，同時是在國際土木工程市場競爭中保持優(yōu)勢的重要支撐。

因此，思辨能力作為學(xué)生微觀的學(xué)習(xí)行為的重要組成部分，是工程應(yīng)用相關(guān)教學(xué)鮮有觸及的能力。組合結(jié)構(gòu)課程是土木工程重要的專業(yè)課程，也是學(xué)生走向工程設(shè)計崗位獲得技能的重要課程，也是目前科研及工程應(yīng)用的熱門方向。如何滿足現(xiàn)代土木工程行業(yè)對高等教育的要求，提高學(xué)生的思辨能力是土木工程高等教育亟待深入研究的一個重要課題。

二、依托“學(xué)習(xí)共同體”的組合結(jié)構(gòu)課程改革的思辨能力提升機(jī)制

為了培養(yǎng)學(xué)生的思辨能力，沒有遵從傳統(tǒng)工程教學(xué)法來構(gòu)建組合結(jié)構(gòu)課堂，而是引入“學(xué)習(xí)共同體”的概念，并結(jié)合線上微信群、QQ群等通訊平臺發(fā)布、記錄、監(jiān)督和反饋教學(xué)活動，強(qiáng)調(diào)支撐以意義協(xié)商為內(nèi)涵的（在線）學(xué)習(xí)平臺，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)過程溝通，在學(xué)習(xí)中發(fā)揮群體動力作用的辦法。由于文章研究者同時也是課程教學(xué)實際工作者，結(jié)合實際教學(xué)工作中的問題，對教學(xué)過程中發(fā)生的教學(xué)活動進(jìn)行研究，最終目的是推動研究成果能夠為教育工作者理解、掌握和應(yīng)用，解決實際教學(xué)問題。因此，研究被定義為土木工程專業(yè)教育的行動研究。在實際教學(xué)中，通過參考之前研究的教育設(shè)計，回顧第一作者的土木工程專業(yè)課的教學(xué)法、教學(xué)設(shè)計、學(xué)習(xí)績效評估和學(xué)生對相關(guān)課程的課后反饋，幫助厘清微觀教育過程中和思辨能力相關(guān)的具體教學(xué)實踐、存在問題和教學(xué)建議。

（一）教學(xué)法的選擇

對學(xué)生思辨能力的培養(yǎng)，在教學(xué)法上采用講授法、討論法、直觀演示法、練習(xí)法及學(xué)習(xí)共同體中的自主學(xué)習(xí)法。講授法通過敘述、描繪、解釋、推論來傳遞信息、傳授知識、闡明概念、論證定律和公式，引導(dǎo)學(xué)生分析和認(rèn)識問題。這種教學(xué)方法使用的依據(jù)是為了培養(yǎng)思辨能力的第一層次。但大量依靠這種學(xué)習(xí)方法，不易調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、積極性，目前，大多土木工程專業(yè)課采用了這種方法，教學(xué)效果不佳。討論法是學(xué)習(xí)共同體最重要的知識交流、傳遞方式，共同體成員都參加活動，可以培養(yǎng)合作精神，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)的獨立性。同時，討論法不僅局限于學(xué)生之間的交流，由于學(xué)習(xí)共同體模糊了教師和學(xué)生之間的界限，因此，教師和單個學(xué)生，或教師和多個學(xué)生之間的交流，依舊也是討論法使用的范疇。演示法是教師在課堂上進(jìn)行示范性實驗，播放工程視頻，讓學(xué)生通過觀察獲得感性認(rèn)識。練習(xí)法主要用于教師布置設(shè)計作業(yè)，并且作為績效評價的依據(jù)。同時也用于給學(xué)生留思考題，對遇到生產(chǎn)問題，讓學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)資源自主學(xué)習(xí)的方式尋找答案，提出解決問題的措施，然后提出討論評價。自主學(xué)習(xí)法應(yīng)用于課程拓展內(nèi)容教學(xué)，組織學(xué)生自主學(xué)習(xí)。依托土木工程專業(yè)課程組合結(jié)構(gòu)，根據(jù)具體知識內(nèi)容的特點，據(jù)學(xué)生實際特點和教學(xué)環(huán)境，采用上述多種教學(xué)法的組合進(jìn)行組合結(jié)構(gòu)教學(xué)。表1總結(jié)了節(jié)選的教學(xué)內(nèi)容及對應(yīng)的教學(xué)方法。經(jīng)過對教學(xué)內(nèi)容和相應(yīng)教學(xué)方法的梳理，認(rèn)為理論深度較高的內(nèi)容，例如組合結(jié)構(gòu)的基本概念和基礎(chǔ)分析理論，依舊不能脫離教師的講演，可以作為學(xué)生基礎(chǔ)知識點，是第一層次思辨能力的培養(yǎng)依據(jù)。與實際工程問題結(jié)合較密切的課程內(nèi)容，例如“鋼與混凝土組合梁、鋼管混凝土構(gòu)件設(shè)計、試驗測試方法”，學(xué)生發(fā)揮思辨能力的空間較大，可采用討論法和練習(xí)法。而“組合結(jié)構(gòu)前沿”這種靈活性、多樣性較多的課程內(nèi)容，主要由教師引導(dǎo)入門，然后依靠學(xué)生的學(xué)習(xí)能動性，通過自主學(xué)習(xí)完成。

學(xué)生動用第二層次的思辨能力完成與實際工程問題結(jié)合密切的課程，在整個課程設(shè)計的最后階段，學(xué)習(xí)共同體成員不僅要樂于、勇于探究組合結(jié)構(gòu)問題，更要善于結(jié)合前沿研究去反思、改進(jìn)現(xiàn)有的工程方法。

（二）教學(xué)設(shè)計

1.課前

以課程微信群、QQ群形式召集學(xué)生上線，教師首先拋出一個即將要講授的與重要概念或理論相關(guān)的工程問題。同時指出哪方面是非常重要的工程問題（如圓形和方形鋼管混凝土截面承載力），布置最基本的問題（鋼-混凝土組合作用、鋼管約束作用），引出話題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行文獻(xiàn)調(diào)研。通過數(shù)據(jù)庫、文章和報告，引導(dǎo)學(xué)生對某個工程科學(xué)問題有感性了解，這個階段旨在培養(yǎng)學(xué)習(xí)共同體內(nèi)部的好奇心。學(xué)生對實際工程能力的好奇心會轉(zhuǎn)變成他們對工程理論的探索。為了解決工程問題，學(xué)生必須發(fā)揮思辨能力和自主能力，結(jié)合曾經(jīng)解決過的工程問題，并比較現(xiàn)有的工程問題，做出判斷。在這個階段，學(xué)生在線上（QQ群）進(jìn)行個人觀點陳述，不同學(xué)生之間進(jìn)行頭腦風(fēng)暴（brainstorming），帶動學(xué)習(xí)共同體成員集思廣益。學(xué)生也通過這一能力對工程存在問題和解決方案產(chǎn)生了初步判斷。

2.課堂

課堂階段先通過復(fù)習(xí)課前布置好的作業(yè)，針對概念講授教學(xué)，強(qiáng)化關(guān)鍵工程問題相關(guān)知識點（組合效應(yīng)：1+1>2）。通過回顧此前在微信群、QQ群中討論的主要問題（例如：設(shè)計一個組合柱截面，分別采用傳統(tǒng)鋼筋混凝土截面、圓形和方形鋼管混凝土截面，評估哪種截面最經(jīng)濟(jì)），引出埋藏在學(xué)生心里的疑問并互動。由于此前在微信群和QQ群的互動中共同體內(nèi)部成員已經(jīng)達(dá)成心理共識，對出現(xiàn)的工程問題形成了初步認(rèn)識，此時通過共同體內(nèi)部成員的交流、展示學(xué)生提出的解決方案，能培養(yǎng)學(xué)習(xí)共同體的思辨能力。圖1為組合結(jié)構(gòu)課程中學(xué)習(xí)共同體針對組合柱截面的設(shè)計作業(yè)，從組合結(jié)構(gòu)概念的學(xué)習(xí)、組合截面的選型、計算理論到計算結(jié)果合理評估及優(yōu)化，都發(fā)揮了學(xué)習(xí)共同體自主學(xué)習(xí)能力和思辨能力。在第一步中形成組合結(jié)構(gòu)共同工作的概念，培養(yǎng)思辨能力的第一層次，然后根據(jù)教學(xué)內(nèi)容（以約束效應(yīng)為例），給學(xué)生空間，鼓勵學(xué)生在承載力計算假定、截面設(shè)計結(jié)果中自主詢問、自行解決問題；在得到計算結(jié)果后，進(jìn)一步要求學(xué)習(xí)共同體成員對計算結(jié)果評估、優(yōu)化，發(fā)揮思辨能力的第二層次，對問題和答案進(jìn)行合理評辨、思辨，最終實現(xiàn)課堂教學(xué)目標(biāo)。另外，在組合結(jié)構(gòu)課程中，結(jié)合相關(guān)工程問題，引導(dǎo)學(xué)生通過閱讀國內(nèi)外最新文獻(xiàn)、做規(guī)范調(diào)研，再次創(chuàng)造學(xué)習(xí)共同體提升思辨能力的空間，強(qiáng)化思辨能力的第二層次。

3.課后

結(jié)合探討的內(nèi)容，課后布置相關(guān)的設(shè)計案例課題，列舉相關(guān)解決設(shè)計案例的計算工具和方法，同時也將前沿的、尚未推廣的處于研究階段的工程技術(shù)和方法推薦給學(xué)生，讓學(xué)習(xí)共同體和共同體的個體成員對問題進(jìn)行全方位的思考，通過深度思辨、分析，形成一個完善的組合結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。并要求學(xué)生完成組合結(jié)構(gòu)設(shè)計后能夠表述解決工程問題的過程和主要依據(jù)。表2是課程工程案例設(shè)計涉及到的計算方法、計算工具及前沿技術(shù)拓展。

學(xué)生在工程案例設(shè)計中通過查找國內(nèi)外文獻(xiàn)，提高了搜集信息、鑒別信息和應(yīng)用信息的能力，為后續(xù)完成設(shè)計內(nèi)容打下了較好的基礎(chǔ)，這對鍛煉學(xué)生思辨能力的第二層次具有重要作用。同時，可以加深他們對原來所學(xué)概念的認(rèn)識。

（三）學(xué)習(xí)績效評價

1．考核標(biāo)準(zhǔn)

為了培養(yǎng)學(xué)生足夠的思辨能力，取消傳統(tǒng)較為單一的“平時成績+期末考試”的課程考核方式，采用多樣化、過程式課程評價方式。組合結(jié)構(gòu)課程過程式考核環(huán)節(jié)包括以下幾個方面。

（1）課前線上問題回答、互動，評價學(xué)生課前參與度。

（2）組合結(jié)構(gòu)文獻(xiàn)、資料收集及問題回答，評價學(xué)生信息收集能力、辨別能力和應(yīng)用能力。

（3）組合結(jié)構(gòu)案例設(shè)計，如新型組合梁、剪力連接件、組合柱等，評價學(xué)生應(yīng)用知識能力。

（4）組合結(jié)構(gòu)案例設(shè)計作業(yè)匯報，著重評價學(xué)生的表達(dá)、辯論及綜合思辨能力。

過程式考核方式設(shè)計3次課程設(shè)計案例由學(xué)習(xí)共同體成員自發(fā)組成小組，分工來完成，首先，介紹案例背景、解決問題的工具及方法，接著引導(dǎo)學(xué)生自主計算自主解決工程設(shè)計問題，包括自學(xué)設(shè)計軟件。設(shè)計兩次以PPT匯報形式的綜合考評，考評的指標(biāo)包括表述能力、專業(yè)能力、創(chuàng)新性、個人貢獻(xiàn)、團(tuán)隊協(xié)作能力、思辨能力等，評分表見表3。

2.課后反饋

課程教學(xué)課堂完成后，向參與課程的33名學(xué)生發(fā)放課堂教學(xué)效果測評問卷。由于問卷是在線填寫的，學(xué)生必須填寫完所有問卷中的問題才能夠成功提交，因此研究方法不存在問卷回收率的問題。問卷中涵蓋10項問題，表4總結(jié)了問卷前8項的調(diào)查結(jié)果。其中，第2、4，5、6、7題反映思辨能力相關(guān)的態(tài)度和教學(xué)效果；第1、3、8反映課程評估要求和測評教學(xué)效果的其他方面。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對組合結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)效果持積極態(tài)度。其中，教學(xué)態(tài)度、認(rèn)真程度和投入精力，互動效果、參與投入程度、思考和解題能力，總體教學(xué)水平達(dá)到了90%以上，實驗設(shè)置合理性、輔導(dǎo)的積極性和有效性達(dá)到了100%，說明采用的教學(xué)方法受到大多數(shù)學(xué)生歡迎：學(xué)生對思辨能力相關(guān)的教學(xué)活動、教學(xué)效果保持積極態(tài)度。同時我們發(fā)現(xiàn)，有40%和5%的學(xué)生對“課堂紀(jì)律”打了“良”和“中”，認(rèn)為可能是基于在線課堂和學(xué)習(xí)共同體的教學(xué)方式討論和提問頻次多，對教學(xué)過程的流暢性有所影響。有5%的學(xué)生對“作業(yè)的有效性、針對性和批改作業(yè)及時性和完整性”，以及5%的人對“教學(xué)資源充分性和有效性”打“中”，認(rèn)為這部分反映了思辨能力的第一層次教學(xué)支持的不足，以及思辨能力第一層次向第二層過渡過程中的銜接不夠。這可能是學(xué)習(xí)共同體的教學(xué)安排相較傳統(tǒng)教學(xué)法來說教師的“主體性”被削弱造成的。同時，面對這種新的教學(xué)模式，學(xué)生可能需要更長適應(yīng)期，有大量模糊教師和學(xué)生等級差異的學(xué)習(xí)共同體模式不能避免的問題。

為了進(jìn)一步了解教學(xué)過程中存在的問題，問卷在第9、第10項設(shè)置了開放性問題。根據(jù)學(xué)生所使用的具體評論內(nèi)容，對學(xué)生的觀點分為積極、中立和消極的態(tài)度，并且對相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了主題分析，在表5整理并節(jié)選出了關(guān)鍵觀點。

根據(jù)表5發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對課程的積極評價中，特別提到了“思考”“思維”，說明學(xué)生重視思維層次的培養(yǎng)。作為學(xué)習(xí)共同體成員，學(xué)生已經(jīng)不滿足于掌握傳統(tǒng)的知識結(jié)構(gòu)，更重視在認(rèn)知上、思維上的提升，特別是思維引導(dǎo)、思考空間方面的積極評價，說明學(xué)生對于思辨能力的第二層面的需求較高?！胺諊谩薄伴_放”“周到”表示學(xué)生對學(xué)習(xí)共同體這種學(xué)習(xí)模式和相關(guān)教學(xué)安排的教學(xué)效果較滿意。但同時也發(fā)現(xiàn)，學(xué)生似乎認(rèn)為學(xué)習(xí)共同體的方式來培養(yǎng)思辨能力缺乏針對性，例如“對于不同程度的學(xué)生情況可以采取不同的方式”，而且學(xué)生認(rèn)為自己的“基礎(chǔ)沒有那么扎實”“最好放在大三”“挫傷積極性”。反映了學(xué)生認(rèn)為以培養(yǎng)思辨能力為目的的學(xué)習(xí)共同體方式調(diào)動了他們較高的認(rèn)知能力，但學(xué)生出于對自身基礎(chǔ)的懷疑，對于這種培養(yǎng)方式缺乏信心。一些學(xué)生認(rèn)為單單是達(dá)成思辨能力的第一層次就需要花費大量精力，希望教師發(fā)揮指導(dǎo)幫助的作用，例如“對規(guī)范中公式講解偏少”“缺少軟件指導(dǎo)”等評價。說明即使學(xué)習(xí)共同體模糊了教師和學(xué)生的“等級差異”，學(xué)生不必“服從”教師的“指令”而得到了更多自主性，但是學(xué)生依舊希望得到資深教師和專業(yè)人士的幫助，從而能更加深入地參與到他們的學(xué)習(xí)共同體活動中。同時，這些態(tài)度較消極的實證數(shù)據(jù)表明，思辨能力的第一層次培養(yǎng)不足，會影響思辨能力第二層次的培養(yǎng)。

（四）建議和意見

通過梳理問卷調(diào)查的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，總體上，學(xué)生對以培養(yǎng)思辨能力為目標(biāo)、以學(xué)習(xí)共同體為教學(xué)方式的教學(xué)安排較滿意。但同時也有消極的反饋能夠成為持續(xù)改進(jìn)課堂教學(xué)的依據(jù)。為此，回顧組合結(jié)構(gòu)課程整個教學(xué)設(shè)計、課前、課堂和課后、學(xué)習(xí)績效評價等全過程，提出了針對土木專業(yè)設(shè)計類課程中思辨能力的教學(xué)和研究的建議。

（1）夯實基礎(chǔ)，利用課前準(zhǔn)備：學(xué)生對于課堂紀(jì)律、教學(xué)內(nèi)容的復(fù)雜性和課業(yè)繁重的消極反饋，反映出要達(dá)成思辨能力的第二層次，對思辨能力的第一層次進(jìn)行培養(yǎng)。由于課堂內(nèi)教學(xué)時間有限，教師對課前準(zhǔn)備做系統(tǒng)性設(shè)計，將知識性的、概念性的構(gòu)架盡早傳授給學(xué)生；課前，教師要整理學(xué)生對于形成知識概念中遇到的難點，在課堂上針對經(jīng)常出現(xiàn)的難點做重點講解，幫助學(xué)生形成思辨能力的第一層次。

（2）善用討論，探索新方法：學(xué)生的積極反饋，肯定了學(xué)習(xí)共同體的教學(xué)方式。學(xué)生沒有對傳統(tǒng)的土木工程教學(xué)法完全表示否定的態(tài)度，因此，根據(jù)思辨能力層次推進(jìn)的進(jìn)度，仍需要將傳統(tǒng)教學(xué)法納入教學(xué)體系中。在思辨能力的第一層次設(shè)置講授法、練習(xí)法，逐漸過渡到更高層次的討論法、自主學(xué)習(xí)法相結(jié)合的教學(xué)模式。同時，過程性考核的方式，盡管有些學(xué)生尚需要時間適應(yīng)，但長期來看對培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力、團(tuán)隊協(xié)作、演講匯報能力等可能起到積極的作用。新的學(xué)習(xí)方法要求學(xué)習(xí)共同體成員互相討論，但是現(xiàn)有的、圖書館式的安靜空間不足以支撐需要互動、討論型的課程的教學(xué)過程。所以，建議學(xué)校加強(qiáng)搭建適合討論的學(xué)習(xí)空間。

（3）抓大不放小，“整體”和“局部”相協(xié)調(diào)。開放性問卷調(diào)查結(jié)果顯示，一些學(xué)生認(rèn)為課程任務(wù)偏重，對使用規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的公式來源在講授中沒有交代清楚，缺少軟操作學(xué)習(xí)，部分設(shè)計案例難度較大，挫傷學(xué)習(xí)的積極性等。這表明，思辨能力的培養(yǎng)需要照顧學(xué)生的學(xué)習(xí)情緒。布置的任務(wù)超過學(xué)生的思辨能力的第一層次，學(xué)生會產(chǎn)生畏難情緒，失去信心，停止對新知識的探索。所以今后在組合結(jié)構(gòu)課程講授中采取“整體”和“局部”方式講清組合結(jié)構(gòu)基本概念和各國規(guī)范公式的來源，編寫難度適中的讓學(xué)生易上手的工程設(shè)計案例，讓不同層次的學(xué)生能夠迅速進(jìn)入“設(shè)計角色”。同時，這也需要加強(qiáng)與其他課程的緊密銜接，建議教師可定期組織專業(yè)課群組進(jìn)行交流，整合和銜接與組合結(jié)構(gòu)緊密關(guān)聯(lián)的專業(yè)課如結(jié)構(gòu)力學(xué)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、材料力學(xué)等，建議形成課程群教師集中討論教學(xué)模式，凝練對提升組合結(jié)構(gòu)教學(xué)涉及的力學(xué)概念、概念設(shè)計思想、重要專業(yè)知識集錦。在使用設(shè)計軟件和工具環(huán)節(jié)，建議學(xué)校給予設(shè)計室機(jī)房資源支持，并搭建好針對組合結(jié)構(gòu)類專業(yè)課的線上培訓(xùn)教程，以方便學(xué)生課后進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。組織教師或助教不定期進(jìn)行問題解答，才能和教師合作構(gòu)建學(xué)習(xí)共同體促進(jìn)教學(xué)活動，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的思辨能力。

（4）“思維提升”和“創(chuàng)新同步”：學(xué)生對于和思辨能力相關(guān)的“思想”“思維提升”的積極反饋，是適應(yīng)國家“大海外”戰(zhàn)略和新工科培養(yǎng)方案大環(huán)境的結(jié)果，也是適應(yīng)大環(huán)境后發(fā)揮能動性的體現(xiàn)。當(dāng)前土木工程行業(yè)面臨著前所未有的巨大行業(yè)變革，建筑信息化技術(shù)、預(yù)制裝配化技術(shù)、智能建造、5G技術(shù)、人工智能和機(jī)器人等等技術(shù)已逐步融入土木工程領(lǐng)域，給土木工程專業(yè)人才的培養(yǎng)帶來了巨大的沖擊?！熬G色施工”“節(jié)能環(huán)保”“碳達(dá)峰、碳中和”使土木行業(yè)向更精細(xì)化方向發(fā)展。因此，未來可充分利用領(lǐng)軍企業(yè)和行業(yè)龍頭工程資源，結(jié)合實際工程項目，在組合結(jié)構(gòu)未來的課程教學(xué)中，引入產(chǎn)教融合協(xié)同育人的理念，結(jié)合面向國家重大工程需求、面向人民生活健康、面向國家經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場，銜接和引入建筑工業(yè)化和“碳達(dá)峰、碳中和”的國家戰(zhàn)略理念，完善現(xiàn)有的案例教學(xué)和充實教學(xué)內(nèi)容。

（5）“多課程”和“多科研”支持教學(xué)改進(jìn)：組合結(jié)構(gòu)類的專業(yè)課程是一門綜合性很強(qiáng)的課程，需要多門課程作為基礎(chǔ)支撐，對學(xué)生的思辨能力要求較高。同時，為了順應(yīng)行業(yè)的快速發(fā)展，需要實時補(bǔ)充前沿知識并與之銜接。教師既作為教學(xué)者又作為研究者，要結(jié)合相應(yīng)的最新行業(yè)研究成果作為教學(xué)素材，這樣可以開拓學(xué)生的視野，進(jìn)一步提升學(xué)生的思辨能力，也為學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、創(chuàng)新思維的培養(yǎng)打開一扇門，為學(xué)生繼續(xù)深造銜接也有巨大幫助；同時，由于工科類教師教研停留在本學(xué)科內(nèi)部的知識結(jié)構(gòu)的研究，少有人將工科的教育研究和其他學(xué)科的概念相結(jié)合，或?qū)⒐た频慕逃芯糠旁谛袆友芯康目蚣芟?，需要進(jìn)一步吸取教學(xué)法、教育學(xué)的研究理論，實現(xiàn)教研相長。

三、結(jié)語

結(jié)合國家“大海外”戰(zhàn)略，教育部提倡發(fā)展“新工科”內(nèi)涵，從思辨能力的角度依托組合結(jié)構(gòu)課程教學(xué)，對土木工程本科生培養(yǎng)給出了行動建議?；谘芯空咦陨淼慕虒W(xué)過程和教學(xué)經(jīng)驗，回顧了教學(xué)過程中的微觀活動，對土木工程專業(yè)本科學(xué)生思辨能力的提升機(jī)制從教學(xué)設(shè)計、教學(xué)法和學(xué)習(xí)績效評價做行動研究。教學(xué)過程以學(xué)習(xí)共同體的方式，對遇到的工程問題進(jìn)行分析、推理、判斷、評價和反思，得到教學(xué)改革的建議可為同類課程、同行及研究者提供參考。今后還需要建立長期的反饋體系，持續(xù)完善改進(jìn)機(jī)制，并優(yōu)化各個教學(xué)環(huán)節(jié)。另外，引入基于學(xué)習(xí)共同體的學(xué)習(xí)過程及討論法和自主學(xué)習(xí)法對學(xué)生的自律性、興趣和習(xí)慣息息相關(guān)。學(xué)習(xí)共同體是學(xué)習(xí)共同體內(nèi)部成員達(dá)成意識形態(tài)上的高度統(tǒng)一、為了共同的學(xué)習(xí)（興趣）目標(biāo)，自發(fā)形成的學(xué)習(xí)模式。這種自發(fā)學(xué)習(xí)的模式中，學(xué)生有大量自主性，會使用更多“課余時間”參與學(xué)習(xí)。由于研究方法中沒有對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程從“他者”的角度進(jìn)行觀察，研究者對學(xué)生利用“課余時間”的學(xué)習(xí)過程暫無法深入探討，暫不能厘清學(xué)習(xí)共同體中由于學(xué)生發(fā)揮自主性的“學(xué)習(xí)時間分配”和“學(xué)習(xí)效果”之間的關(guān)系，這也是未來開展線上、線下混合教學(xué)法研究的重要方向。

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Abstract：

Critical thinking ability is an important part of the training program of new engineering talents. Traditional teaching mode of the course of composite structures focuses on knowledge transfer and this mode limits students to passive learning—“blind acceptance and imitation” and “cramming”. This is contrary to the educational ideology of civil engineering education certification at undergraduate level. Based on the teaching content of composite structures， this paper conducts an action research on the mechanism of improving the critical thinking ability of undergraduate students majoring in civil engineering from the aspects of teaching design， teaching method and learning performance evaluation. The teaching contents are selected from the practical problems encountered in the course of composite structures. We analyze， evaluate and reflect upon the teaching and learning process in the form of learning community. From the perspective of simulating practical engineering application， to analyze learning performance evaluation， comparative teaching method is used in classroom teaching to guide and train students to identify， analyze， evaluate and predict engineering problems holistically， which is an effective way to improve the comprehensive quality of undergraduate students in civil engineering.

Key words：

composite structures; critical thinking ability; action research; engineering certification; new engineering

（責(zé)任編輯 鄧 云）