基于工程素養和學術能力培養的工程地質教學改革探索

馬建軍 黃林沖 梁禹 黨文剛

[摘 要] 以土木工程專業基礎課工程地質為例，開展了基于工程素養和學術能力培養的教學改革探索。通過工程案例教學、啟發性教學、開放性問題、綜合能力評價等方法著力培養學生工程素養，結合文獻調研、學術研討和論文撰寫等方式培養學生的學術能力，實現了工程素養、學術能力、創新能力和學生綜合素質的全面提升。

[關鍵詞] 新工科;工程素養;學術能力;改革探索

[基金項目] 中山大學教育質量工程本科教學改革項目;2017年廣東省新工科研究與實踐項目

[作者簡介] 馬建軍（1983—），男，湖北襄陽人，哲學博士，副教授，主要從事隧道及地下空間工程研究及教學工作;黃林沖（1981—），男，湖北咸寧人，工學博士，教授，博士生導師，中山大學教務部教務管理處副處長，主要從事工程力學、重大工程防災減災方面的研究與教學工作;梁 禹（1986—），男，湖南長沙人，工學博士，副研究員，主要從事隧道工程研究及教學工作;黨文剛（1987—），男，山東菏澤人，工學博士，副教授，主要從事巖石力學研究及教學工作。

[中圖分類號] G642.0 ? ?[文獻標識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2020）36-0150-03 ? ?[收稿日期] 2020-01-10

一、引言

當前粵港澳大灣區建設已經提升到國家戰略高度，新工科建設也在全國范圍內如火如荼地開展。為了貫徹《關于高等學校加快“雙一流”建設的指導意見》，推進高等教育改革[1]，中山大學土木工程學院深化科教融合，以點帶面積極打造“金課”。

工程地質作為土木工程專業基礎課，為后續專業課程提供最基礎的地質學專業知識、初步的地質環境認識、基本的工程地質問題分析方法和深入的工程建設環境保護協同發展理念。同時，作為一門工程與環境相互作用及協同發展的基礎課程，也是土木工程專業學生首次系統了解土木與水利、交通、海洋等學科融合發展的專業定位，工程地質率先被納入本院的“金課”試點建設課程。

二、存在的問題

課程組深入學習了具有新技術、新業態、新產業和新模式等特征的新工科發展需求[2，3]，綜合分析后發現現有的工程地質教學存在不足。

（一）工程問題理念不突出

工程地質學科面向工程問題，落點在地質，實際指向工程與地質環境相互作用。大多數開設工程地質課程的院校都引進地質學研究背景的教師進行授課，在課程設置上，大多依據經典的地質學類教材，展示地質學的知識點較多，沒有從工程建設需要和地質環境保護這一矛盾而又統一的觀點去設置課程內容，導致地質學部分偏重，工程理念及地質環境保護的意識不夠突出。

（二）工科學生工程素養、家國情懷等綜合素質不全面

工程地質課程起點是工程，瞄準的是工程問題，學習該課程之后學生應該具有一定的工程素養和人文情懷[4，5]。但是調研中很多學生反映，工程地質枯燥，以背誦和記憶為主要的學習方式，如同高中地理學的延伸。這也暴露出我國傳統工程教育與新工科發展需求脫節的短板，導致學生工程素養缺乏，只重視知識灌輸，而忽略了家國情懷等人文素質培養。

（三）工程地質學習表面化

在科技進步日新月異的今天，新工科建設已經成為高等教育的重要共識，但如何在工程地質課程中設置合理的教學環節，培養學生的創新能力和獨立思考能力仍然是一個亟待解決的問題。目前，大多數學生依然重視知識點的記憶和概念的理解，輕視本學科發展，忽視解決問題能力的培養。最突出的表現是老師講的知識點書本沒有就不復習，先問考試內容，然后再劃定學習范圍，課程作業不重視，課堂聽課看心情。因此，傳統課堂環境下培養的學生應試能力強，缺乏學習前沿知識的能力和獨立思考的能力，無法勝任面向國家戰略和區域經濟發展的挑戰性工作[6]。考慮到工程地質課程是實現以“水土交融、土木水利融和發展”為特色“大土木”的出發點和專業學習的動力[7]，中山大學土木工程學院“金課”試點改革落在工程地質上，為培養學生的工程問題分析能力、創新思維能力和持續創新能力打好牢固基礎。

三、課程改革探索

土木工程學院以實際工程問題為導向，提出了基于工程素養和學術能力培養的課程建設方案，全面提高學生工程素質和學術能力，使學生具備可再深造的學術潛力和直接參與工程建設的能力。

（一）圍繞工程問題設置課程大綱，貫徹新工科人才培養理念

普通高校一般先選定教材，按照教材章節內容設定課程教學大綱，這樣利于學生參考教材學習，教師教學也很輕松，期末學生復習按部就班即可獲得高分。這顯然無法滿足新工科建設的需要。因此，工程地質課程組打破常規大綱設置方法，圍繞工程問題設置不同的知識體系，始于引論——全球未來面臨的工程問題和地質問題，隨后引入地質學章節——人類賴以生存的地球和宇宙，圍繞巖石、礦物、地形、地貌、地質結構及其演化動力等內容，每一部分章節都涉及具體的工程挑戰，然后依次討論不良地質問題和對應的工程處理手段，最后是學科前沿，包括環境巖土、海洋巖土、深部采礦、核廢料存儲、非常規能源開發、月球采礦等等。這樣的體系化教學大綱對教師提出了更高的要求，任課教師除了具備地質學專業知識，還要有一定的工程經驗和學術前沿追蹤能力。

教學大綱不僅設置了教學內容和對應學時，也提出了對應的教學方法和教學理念。教學大綱規定：工程問題研討教學環節必須融入家國情懷和未來戰略需求，培養學生以工科報國的人格高尚情操，給學生們以人生目標，即以實現國家興旺和民族復興為己任。因此，教學大綱在設定教學內容和進度的同時，也對學生能力層次劃分：一重能力為基礎知識，理解和掌握基本理論;二重能力為學以致用，工程實踐能力，能夠融會貫通舉一反三;三重能力為主動學習解決工程問題，有較強的創新能力，可培養成為綜合型工科領袖人才。

（二）采用課程負責人制度，組建具有工程背景和學術潛力的課程教師隊伍

為了提升教學大綱執行效率，教研室通過綜合考核的方式去遴選課程負責人，課程負責人通過學術背景調查和工程背景座談去選擇合適的教師。課程教師遴選必備素質包括：學術能力、工程背景、溝通能力、校企合作關系構建和長遠發展規劃等。因此，首次工程地質學科組教師必須具備較強的學術背景，在國際期刊上和國內行業期刊上有一定的學術貢獻。其次，遴選的教師必須具備一定的行業經驗，如隧道與地下空間工程、水利工程、采礦工程和海洋巖土等方面的經驗。因此，進一步要求遴選的教師大都參與主持和參加過國家課題，完成過企業委托的橫向課題，這些企業也可為學生實習和后期現場觀摩學習提供協助。

（三）以工程問題為導向的啟發性課堂教學模式

工程地質是“大土木”專業基礎課，課程目標定位是引導學生理解工程問題，培養工程意識，啟發本專業后續課程學習，樹立工程建筑活動與地質環境協同發展理念，為培養學生工程應用技能和科研實踐創新能力打好基礎。因此，本課程課堂教學以工程問題為導向，每個教學內容都設置了貼切的工程問題，部分工程問題也是開放性的，鼓勵學生智者見智，穿插于課堂之中;每節課都會留下課后作業，以繪圖的方式描述工程問題、地質概念和地質現象。如此開明宗義，課堂之中工程問題隨時都可能拋出，學生課堂上沒有時間去神游和看手機，因為大家都帶著問題去學習和思考。同時，課后作業可能是老師依據知識點臨時口頭留下的，學生們如果課堂注意力不集中，很可能無法準確記錄問題，無法高質量完成平時作業。

（四）知識遷移和學術潛力培養

知識遷移和學術潛力培養的主要目的是強化課程學習的綜合性、系統性和前沿性。考慮到絕大部分學生都會繼續深造，在工程地質課程中適當培養學生的學術能力是“厚基礎、重能力、突出創新”的重要舉措。本課程的第一次作業就是分析一個工程事故，采用標準的期刊格式去完成一篇案例論文。論文要求除了格式規范外，還要查閱必要的科學文獻、新聞報道、工程地質報告、經典案例和經典科學理論和分析方法等。助教和授課教師嚴格按照學術規范進行評閱和打分，在課堂上及時反饋學生學術論文寫作問題，同時也會給出優秀文章讓學生們研讀，從本科階段就培養學生科技論文寫作能力，為研究生科研訓練打好堅實的基礎。

（五）兼顧基礎知識、工程素養及學術能力的綜合能力評價體系

通過學習國外先進經驗，結合工程地質課程培養目標，實施以工程問題為導向和學術能力培養的教學模式，建立了兼顧基礎知識、工程素養及學術能力的綜合能力評價體系。基礎知識的考核通過平時課程作業（繪圖訓練、問題調查、地質過程、選線選址訓練）及期末考試中的客觀題來考查，其主要目的是督促學生重視基礎，為后續學習做好知識儲備。工程素養考查的是學生通過本課程學習是否具備看見圖紙或者照片就可以想象出地質結構和對應的工程問題;是否能夠以工程師的思維去回顧地質歷史、分析工程地質難點、提出初步選址、勾勒工程范圍、預測未來地質問題和構建工程建筑活動藍圖。更深層次的能力是對實際工程中遇到的地質問題，利用所學知識進行分析，提出多種解決方案，提升工程意識。這種考核通常以課程作業、課堂提問和期末考試主觀題的方式來實現。其中，期末考試的內容中，要求主觀題必須有60%以上，而且必須以實際工程和地質問題為背景，要求學生從工程師的角度去看問題，提出解決方案。學術能力的考查除了學術論文撰寫之外，還要求學生們以分組做報告的形式來展示自己團隊的科研成果，通過綜合評價實現厚基礎、重能力、突出創新的教學目的。

（六）課程回顧與反饋機制

土木工程學院建立了課程回顧和反饋機制，定期與學生座談和課后回訪，實現教學過程和學習效果聯動，動態控制教學節奏，有的放矢。學生們也通過社交媒體反饋教學過程，教師也可以實時掌握學生的學習狀態，調整教學方法，提高教學效果。

四、初步成效

工程地質是中山大學土木工程學院打造的試點“金課”，基于該課程，課程組開展了基于工程素養和學術能力培養的工程地質教學改革探索。經過回訪和課程反饋發現，學業成績優秀率高達33%，及格率為98.4%，說明課程改革基本實現了教學目的。調研后也發現，學生們對后續專業課程的認識度提升到85.7%，而在本課程之前的認識度為35.5%。這充分說明，本課程對后續課程學習的啟發和認知起到了關鍵作用，學生們的工程素養和學術能力也得到了很大的提升。接近40%的學生在工程地質課程答辯匯報中展現了良好的學術能力和科學的工程分析方法，得到了答辯老師的一致好評。接近80%的學生文獻調研能力和學術寫作能力得到了很大的提高，充分說明本次教學改革初具成效，后續教學活動需要不斷完善和優化教學方法。

五、結論與創新

本文以中山大學土木工程學院的試點“金課”建設項目“工程地質”為例，開展了基于工程素養和學術能力培養的教學改革探索。課程回顧和調查發現，課程中的工程案例教學、啟發性教學、開放性問題、學術論文撰寫、綜合能力評價等方法對培養學生工程素養和學術能力起到了積極的作用，教學效果明顯。同時，啟發了學生后續學習專業課程的工程思維，激發了專業課程的學習熱情，提升了學習能力。考慮到科技日新月異，現有的教學體系距真正實現中山大學培養目標還有一定的差距，中山大學工科“金課”試點范圍還要繼續擴大，新的教學方法和教學理念有待進一步探索和研究。

參考文獻

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[7]李培根.未來工程教育中的實踐意識[J].高等工程教育研究，2010（06）：6-8.