土木工程專業創新實驗課程教學模式探索

劉人杰 逯靜洲 秦振 趙錕

[摘 要] 煙臺大學土木工程專業著力培養全體學生的創新精神和實踐能力，將創新實驗課程納入人才培養方案。從創新實驗課程教學中存在的問題出發，立足于創新實驗課程的目標和科技創新競賽的作用，構建了以能力培養為導向以賽教融合為驅動的創新實驗課程教學創新模式。新模式以強有力的導向性牽引著各項教學活動始終以全體學生創新精神和實踐能力培養為目標，保證創新實驗課程的教學過程不偏離初衷。新模式解決了科技創新競賽覆蓋學生比例低的問題，將創新精神和實踐能力的培養覆蓋全體學生。

[關鍵詞] 賽教融合;創新實驗課程;OBE理念

[基金項目] 2021年度煙臺大學教學改革研究項目“以能力培養為導向以賽教融合為驅動的理工類專業創新實驗課程教學模式研究”（jyxm2021052）;2020年度煙臺市校地融合發展項目“新型綠色建材產業驅動土木建筑類專業群建設”;2019年度山東省研究生教育優質課程“有限元分析”（SDYKC18082）

[作者簡介] 劉人杰（1988—），男，山東威海人，博士，煙臺大學土木工程學院副教授，土木工程系副主任，碩士生導師，主要從事土木工程研究;逯靜洲（1973—），男，山西天鎮人，博士，煙臺大學土木工程學院教授，院長，碩士生導師，主要從事土木工程研究;秦 振（1981—），男，山東濰坊人，學士，萬華建筑科技有限公司副總經理，主要從事集成房屋研發制造研究。

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）03-0145-04 [收稿日期] 2021-08-30

在“雙創”背景下，全國高校普遍注重大學生的創新精神和實踐能力培養[1]。自2015年國務院辦公廳頒布《關于深化高等學校創新創業教育改革的實施意見》以來，全國高校圍繞創新創業教育陸續開展教學改革和研究，并有步驟地將創新創業類課程納入人才培養方案，各高校開設的創新創業類課程形式多樣[2]。煙臺大學土木工程專業源自建校之初開設的建工系，肩負著土木工程設施的勘測、設計、建造等專業人才培養的重任。土木工程專業是對理論和實踐能力要求很高的專業，要求專業人才同時具備扎實的理論基礎、強烈的創新意識和出色的實踐能力。為切實加強科技創新教育，提高人才培養質量，在土木工程專業人才培養方案中設置了一系列創新實驗課程，形成了“能力培養導向，賽教融合驅動”的特色課程教學模式。

一、創新實驗課程介紹

高校作為高素質人才培養的搖籃，培養符合時代要求和國家需要的創新人才是推動高等教育綜合改革的必然趨勢[3]。煙臺大學土木工程專業高度重視強化實踐，提升學生的創新精神與實踐能力，已將科技創新教育融入人才培養方案的課程體系，要求科技創新學分不少于2學分。在土木工程專業的人才培養方案中，學生獲得科技創新學分的途徑包括科技創新獲獎學分認定和選修創新實驗課程。科技創新獲獎學分認定是指學生參加學校認定的科技創新競賽并獲獎，根據獲獎層次得到相應的科技創新學分。

科技創新競賽是指在高校課堂之外開展的，以學生實踐為主、教師指導為輔，綜合運用學科專業知識去分析和解決問題的競賽活動，是教學活動的重要延伸。一方面，科技創新競賽往往時間緊、工作量大、難度高，不少參賽學生因缺乏課本以外的專業理論知識和專業技能，比賽之前缺少為學生系統傳授知識和技能的工作，學生被迫付出大量時間和精力補充相關知識和技能，存在效率低、影響學業成績等問題。科技創新競賽往往對參賽隊伍數量有限制，導致競賽覆蓋的學生比例過低，大部分學生由于參賽隊伍數量限制或缺乏參賽信心而失去了通過競賽鍛煉自己的機會。另一方面，普通課堂教學活動沒有與科技創新競賽有機結合，沒能將競賽案例等資料融入課堂活動，使科技創新競賽與日常課堂教學之間存在藩籬。

選修創新實驗課程是指學生選修人才培養方案中設置的創新實驗課程，滿64個學時并通過考核可獲得2個科技創新學分。從目前來看，選修創新實驗課程是學生獲得科技創新學分的主要途徑，實驗課程教學研究十分必要。

二、創新實驗課程中存在的問題

（一）教學目標設定的導向性不強

教學目標是學生創新精神和實踐能力培養的主要“陣地”。因此，明確創新課程教學活動的出發點與歸宿，是控制課程教學全過程的“牛鼻子”，教學目標實現與否是判斷課程教學是否有效的依據[4]。有的教師對教學目標的重要性認識不足，僅僅為了完成教學大綱的編寫任務，在確定課程教學目標時空泛而虛化，導致實際可操作性不強。有的教師對創新實驗課程在人才培養中發揮的作用理解不深刻，誤將創新實驗課程當成普通的專業理論課程或狹隘地理解成科技創新競賽培訓班，在確定教學目標時存在偏離初衷、本末倒置等問題。總之，教學目標設定導向性不強的問題，影響創新實驗課程在人才培養中的作用發揮。

（二）教學模式創新性不夠

教學模式是指在一定的教育思想、教學理論和學校理論指導下，在一定環境中教與學活動各要素之間的穩定關系和活動進程的結構形式[5]。有些創新實驗課程仍以教師講授學生被動接受的傳統教學模式為主，線上線下混合式教學、賽教融合教學、慕課、翻轉課堂等新型教學模式應用不足。在傳統教學模式下，學生的參與度不高，不利于激發學生的創新精神和強化學生的實踐能力。有的創新實驗課程則采用“放羊式”教學模式，放任學生自主完成學習和練習任務，教師的講解和輔導偏少。這種模式過度強調學生的自主學習，忽視了教師在擴充專業理論知識和課堂全過程把控方面的作用。從實際來看，傳統教學模式和“放羊式”教學模式均不能很好地滿足創新實驗課程教學目標的需要。

（三）教學內容設置不合理

教學內容指教學過程中同師生發生交互作用、服務于教學目的達成的動態生成的素材及信息。創新實驗課程與日常課程教學在內容上沒有形成有機聯系，存在教學內容重復問題、先修課程與后修課程的教學內容邏輯順序顛倒問題，不利于學生科學有序地掌握在創新實踐課程中擴展的專業理論知識[6]。各門創新實驗課程之間也存在教學內容重復問題，各門課程沒有形成科學分工和協作的課程體系。有的創新實驗課程存在擴展理論知識、擴展專業技能練習和擴展實踐能力訓練等教學內容結構不合理的問題，相互之間脫離有機聯系。有的創新實驗課程的教學內容覆蓋面過大且龐雜，缺少針對性，學生沒有足夠的時間和精力完成面面俱到的教學任務，導致學生對課程失去興趣，學習效果不好。

三、“能力培養導向，賽教融合驅動”模式

（一）“能力培養導向，賽教融合驅動”模式的含義

“能力培養導向”是指遵循OBE（Outcomes-Based Education）教育理念，以學生為中心，強調以學生接受教育后取得的成果為導向[7]。創新實驗課程設置的初衷就是培養具有創新精神和實踐能力的創新型人才。創新型人才培養重在學生能力的提升，這與OBE教育理念倡導的“以學生為中心、以能力為導向”的核心理念相契合[8]。“賽教融合驅動”是指將科技創新競賽活動的元素融入創新實驗課程的教學活動，驅動以創新精神和實踐能力培養目標的實現。

“能力培養導向，賽教融合驅動”模式是指堅持以能力培養為目標導向，明確創新實驗課程的目標導向性，從科技創新競賽中科學合理地提取有益有效元素融入創新實驗課程的教學過程，實現教育理念更新、教學模式創新、教學元素重構和教學資源整合，驅動創新實驗課程教學目標的實現。

（二）“能力培養導向，賽教融合驅動”模式的作用

“能力培養導向，賽教融合驅動”模式避免了“集中精力辦大賽”“為賽而賽”等浮躁做法，以強有力的導向性牽引著各項教學活動始終以全體學生創新精神和實踐能力培養為目標，保證創新實驗課程的教學過程不偏離初衷，避免了將創新實驗課程辦成科技創新競賽培訓班。

“能力培養導向，賽教融合驅動”模式將科技創新競賽與專業教育有機結合，使科技創新競賽的影響滲透到專業人才培養過程中，既可以強化先修課程的理論知識理解和應用，又可以擴展學習新的理論知識和新技能，培養創新精神和實踐能力，有利于提升人才培養質量和競爭力。

“能力培養導向，賽教融合驅動”模式將創新精神和實踐能力的培養覆蓋全體學生，全體同學都有機會通過大賽提升自己。全體學生的能力得到提升后，有利于提升學生在參加科技創新競賽時的積極性、自信心和技能水平，有利于提高學生在科技創新競賽中的獲獎數量和獲獎層次。

四、基于“能力培養導向，賽教融合驅動”的創新實驗課程教學模式構建

（一）根據人才培養方案，明確創新實驗課程目標

創新實驗課程支撐著3項畢業要求指標，包括學會使用現代工具、學會協調個人與團隊關系和擁有自主學習和創新精神。首先，人才培養方案中規定創新實驗課程能夠培養學生基于科學原理和專業知識，開發或選用現代工具和技術模擬與預測復雜工程問題，并具有判斷及分析其局限性的能力。其次，創新實驗課程能夠培養學生在多學科背景下的團隊中發揮作用，獨立或合作開展工作，具有參與、組織或協調團隊開展工作的能力。最后，創新實驗課程應使學生認識到自主學習和終身學習的必要性，具有自主學習適應社會和土木工程技術發展的意識和能力。

（二）秉承專業方向優勢，遴選競賽種類

梳理專業方向的科技創新競賽，結合現有師資力量指導科技創新競賽的優勢和指導經驗，合理選擇一種科技創新競賽作為課程元素，融入創新實驗課程。全國大學生結構設計競賽和全國大學生結構設計信息技術大賽是主要面向土木工程專業的兩項具有較大影響力的科技創新競賽，競賽組織的目的與創新實驗課程的目標高度契合。全國大學生結構設計競賽旨在構建高校工程教育實踐平臺，進一步培養大學生的創新意識、團隊協同和工程實踐能力，切實提高創新人才培養質量。全國大學生結構設計信息技術大賽旨在提高高等學校土木工程專業及相關專業創新型、應用型人才的培養質量，推進高校BIM實踐教學，提高大學生的科技創新能力和實踐技能。我院土木工程專業結構工程方向教師有豐富的指導經驗，依托全國大學生結構設計競賽和全國大學生結構設計信息技術大賽開設了“大跨空間結構建模及分析技術”和“BIM結構建模及施工模擬技術”兩門創新實驗課程，各32學時。

（三）汲取科技創新競賽元素，打造示范課堂

“能力培養導向”的原則要求汲取科技創新競賽中的有益元素，助力創新實驗課程目標的達成。在全國大學生結構設計競賽和“大跨空間結構建模及分析技術”課程的融合過程中，充分考慮了課程教學目標和競賽特點。大跨空間結構形式豐富、造型美觀、受力合理，備受建筑師和工程師的青睞，廣泛應用于各大公共建筑。有關大跨空間結構的賽題在全國大學生結構設計競賽中頻繁出現，體現了行業領域對大跨空間結構領域知識和能力的重視。此外，歷屆全國大學生結構設計競賽均要求參賽學生能夠使用專業軟件進行正確的結構建模和分析，培養大學生的創新意識和團隊協作意識，這與創新實驗課程的目標高度契合。基于“能力培養導向，賽教融合驅動”模式，“大跨空間結構建模及分析技術”課程設置了四大教學模塊，包括大跨空間結構專業知識模塊、AutoCAD三維繪圖技能模塊、Midas/Gen結構軟件建模與分析技能模塊和模擬團隊參賽模塊。

大跨空間結構專業知識模塊旨在講解大跨空間結構的發展歷史、結構形式和典型結構的設計要點，既擴展了大跨空間結構理論知識，又為完成指定結構設計競賽賽題打下理論基礎。以選定的競賽賽題為例，采用教師講解+學生上機操作的方式，訓練學生的AutoCAD三維繪圖技能和Midas/Gen結構軟件建模與分析技能，既培養了學生使用現代工具進行建模和分析的能力，又傳授了完成賽題需要的軟件操作技能。在模擬團隊參賽模塊中，參考競賽的組隊模式，3人一組。在小組協作的基礎上完成合理簡化的競賽賽題要求，形成匯報PPT、建筑結構有限元計算書和手工模型，培養了學生的團隊寫作能力、文案撰寫能力、語言表達能力和動手實踐能力。

創新精神和實踐能力是當代土木工程專業人才應具備的優良素質，為此，煙臺大學土木工程專業將創新實驗課程納入人才培養方案。從創新實驗課程教學中存在的問題出發，立足于創新實驗課程的目標和科技創新競賽的作用，構建了以能力培養為導向、以賽教融合為驅動的創新實驗課程教學創新模式。新模式以強有力的導向性牽引著各項教學活動始終以全體學生創新精神和實踐能力培養為目標，保證創新實驗課程的教學過程不偏離初衷，避免了將創新實驗課程辦成科技創新競賽培訓班。新模式將科技創新競賽的影響滲透到專業人才培養過程中，既可以強化先修課程的理論知識理解和應用，又可以擴展學習新的理論知識和新技能，培養創新精神和實踐能力，有利于提升人才培養質量和競爭力。新模式解決了科技創新競賽覆蓋學生比例低的問題，將創新精神和實踐能力的培養覆蓋全體學生，全體同學都有機會通過大賽提升自己。全體學生的能力得到提升后，有利于提升學生在參加科技創新競賽時的積極性、自信心和技能水平，有利于提高學生在科技創新競賽中的獲獎數量和獲獎層次。

參考文獻

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Exploration on the Teaching Model of Innovative Experimental Courses in Civil Engineering Major

LIU Ren-jie1， LU Jing-zhou1， QIN Zhen2， ZHAO Kun2

（1. School of Civil Engineering， Yantai University， Yantai， Shandong 264005， China; 2. Technology R&D Department of Wanhua House Technology Ltd.， Yantai， Shandong 265599， China）

Abstract： The civil engineering major of Yantai University strives to cultivate the innovative spirit and practical ability of all students， and incorporates innovative experimental courses into the talent training program. Starting from the existing problems in the teaching of innovative experimental courses， and based on the goals of innovative experimental courses and the role of scientific and technological innovation competition， the innovative experimental course teaching innovation model oriented by ability cultivation and driven by the integration of competition and teaching is constructed. The new model guides various teaching activities and always aims at the cultivation of all students’ innovative spirit and practical ability， ensuring that the teaching process of innovative experimental courses does not deviate from the original intention. The new model solves the problem of the low proportion of students involved in scientific and technological innovation competitions， makes sure that the cultivation of innovative spirit and practical ability covers all students.

Key words： integration of competition and teaching; innovative experimental courses; OBE concept