新工科視域下工程案例課程教學模式的研究★

王貴祿，陳燕菲，于麗穎

(1.貴陽信息科技學院土木工程系,貴州 貴陽 550025; 2.貴陽市花溪區英語實驗學校,貴州 貴陽 550025)

0 引言

教學模式是從教學的整體出發,根據教學的規律原則提煉出的教學活動的基本程序或框架,具有典型性、穩定性特征[1-2]。科技產業革命使得教育面臨新的挑戰,促使教育工作者采用新的教學思想和理論,培養支撐行業轉型升級的專業人才。創新驅動快速推動建筑企業轉型升級,創新驅動實質上是人才驅動,土木工程“新工科”面向新型建筑工業化、智能建造與建筑工業化協同發展培養人才,教學改革的重要方向是增強學生的工程素養與職業核心能力。隨著土木建筑新材料、新技術、新工藝不斷推陳出新,教材與教學模式受時間、空間等條件局限問題凸顯,為此高校需加強和當地住房與城鄉建設廳、土木工程學會、建筑力學學會、工程造價協會、房地產協會等政府及學術團體聯系,應聚焦政府、企業等多主體教學資源。尤其是要加大產教深層次融合,專業人才培養目標從“學科導向”轉為“以產業需求為導向”,按照行業轉型升級人才業務規格培養新工科人才[3]。

1 土木工程專業教學背景

當前,中國建筑業進入了存量競爭的新常態,建筑產業對土木工程畢業生從以前的單純技術型逐漸轉向技術、經營、管理復合型;本科人才的業務規格更加注重工程素養和職業核心能力。為此,現行《高等學校土木工程本科專業指南》強調了在教學的各個環節中要努力嘗試“基于問題、基于項目、基于案例”的研究型學習方式[4]。大學生從踏入校園的入學教育直至完成畢業設計,學生工程素養和實踐能力形成迭代呈現四個層次:第一層次是工程項目認知與專業基礎能力形成階段。學生通過入學教育、土木工程概論、土木工程制圖、土木工程材料、理論力學、材料力學與結構力學、工程經濟學、工程地質、測量學、房屋建筑學等專業基礎課程學習;金工實習、認識實習、測量實習、土木工程材料實驗、房屋建筑學課程設計實踐等對工程項目具備了基本認知和專業基礎能力。第二層次是工程項目熟悉與專業能力形成階段。學生學習了混凝土結構設計原理、砌體結構、鋼結構、高層建筑結構、組合結構設計、基礎工程、土木工程施工與組織、工程計量與計價、建筑設備、項目管理等專業課程,在教師指導下獨立完成了鋼筋混凝土結構課程設計、鋼結構課程設計、基礎工程課程設計、工程計量與計價課程設計;完成了工程地質實習、生產實習等實踐教學環節,專業知識框架已基本搭建,專業能力已初步具備。第三層次是工程實踐創新能力形成階段。學生根據自己的愛好進入實驗室,進入校級、省級與國家級科研平臺、進入大學生科技創新實踐基地與產學研協作實踐教學基地,完成綜合性設計性實驗,完成大學生科研項目,或主動爭取參加教師的科研項目研究,或參與職業技能考證,強化職業資格。第四層次是工程應用能力形成階段。學生最后一年或半年深入相關企業進行畢業實習和畢業設計,獨立完成一個完整工程項目的建筑、結構與預算內容[4]。

2 課程工程案例理論模型建構

2.1 工程案例貫穿課程體系

為培養學生大工程觀,增強學生工程素養與實踐能力,教學實施中可將工程建設工程項目全壽命周期(如圖1所示)案例全套設計文件(項目前期可行性研究報告、建筑工種圖形、結構工種計算書與圖形、設備工種圖形、施工組織設計文件)引入到土木工程專業基礎課程、專業核心課程、專業方向課程、專業實習課程體系教學中。

2.2 《房屋建筑學》課程工程案例教學模式

房屋建筑學課程涵蓋建筑空間組合與建筑構造兩大板塊,主要闡述了民用與工業建筑設計的基本原理和方法,房屋構造組成、構造原理和構造設計方法,體現了建筑設計從總體到細部,從平面到空間的全過程。基于增強建筑設計原理與構造的有機聯系,加深學生對完整工程項目設計全過程的熟悉,課程教學中,以區域優質項目圖形文件案例作為教學輔助主線,創新構建課程工程案例教學模式(如圖2所示),以項目為驅動,為學生創設真實的“工程場景”教學環境。

3 課程教學實施

3.1 《房屋建筑學》課程教學改革理念

房屋建筑學課程在教學改革實踐中秉承OBE教育理念,明確提出課程教學能力高階目標(如表1所示),將工程思維與設計思維的培養深度嵌入課程體系,以工程案例圖形語言為載體,授課模式實現了以教師為中心的單向灌輸模式向以學生為中心的互動教學模式轉變,促進了學生以學習知識為本向解決實際工程問題能力為本的轉變。

表1 房屋建筑學課程能力目標

3.2 工程案例引入課堂與課外實踐

3.2.1 《房屋建筑學》課程教學過程

課前:教師將“中天未來方舟”“黔源大廈”“茅臺國際商務中心”等貴州省區域優質項目全套圖形文件上傳至“超星學習通”。學生在線學習微課或閱讀教師推薦的文獻資料。課中:教師講解“核心”內容,以項目為載體,師生共同完成疑點、重難點解析,協作探究,教師引導學生開展討論,討論內容為某項目設計理念與立面造型創意或平面空間組合或構造組成、構造原理、構造設計等真實的工程“問題”。課后:學生閱讀教師推薦的文獻圖形資料或開展“第二課堂”。案例輔助教學將課程理論教學與實踐由課內延伸至課外,延伸項目施工現場。 教學實施中采用“以學生為中心”的互動教學模式,教師將課程知識、能力與素質目標落到實處。

3.2.2 工程案例教學示例

特色的超級城市綜合體項目“中天未來方舟”(如圖3所示)是全國生態智能建筑試點樓盤,全國首個清潔能源低碳節能示范居住區,總建筑面積720萬m2。墻體構造章節教師課前介紹:建筑圍護結構的節能設計原理,上傳未來方舟某組團總平面圖、建筑設計總說明、平面圖、立面與剖面圖、部分構造細部大樣圖,提出墻體構造章節學習能力培養高階問題之一:中國建筑節能設計氣候分為嚴寒地區A區、嚴寒地區B區、寒冷地區、夏熱冬冷地區與夏熱冬暖地區,針對夏熱冬冷的“貴陽”地區,墻體構造設計是優選抹灰型外保溫(如圖4所示),還是龍骨內填型外墻內保溫(如圖5所示)。課中教師引導學生掌握建筑單體節能設計與構造難點,熟悉現行的墻體保溫節能的國家與地方規范標準。高階問題之二:門廳應結合功能和立面造型綜合設計,教師給出某梯間式住宅單元設計基本素材,請學生選擇圖6(a)或圖6(b),闡述理由。

4 結語

2023年7月,高等學校土木工程專業指導分委會推出了TML-TMGC-081001—2023高等學校土木工程本科專業指南,旨在全面推動土木工程專業內涵式發展,突出專業的時代特征,面向新型城鎮化、智慧城市、“雙碳”目標等國家戰略,適應土木工程行業新工科人才培養需求,聚焦國家一流專業、一流課程建設,落實專業教學質量國家標準和銜接工程教育專業認證的質量保障標準[5]。區域優秀的工程項目具有創新的設計理念、先進的施工工藝與工法,專業教學中優選高校所在區域典型混合結構、框架結構、排架結構、鋼結構、組合結構成套圖形設計文件,將典型案例作為教學輔助主線,工程案例嵌入課程課堂教學與課外實踐,通過工程項目將課程體系有機銜接起來。教學實施中,教師課前提出課程的高階知識能力目標,同時將精心準備的工程案例輔助教學資料放在網絡平臺上,學生可先行預習,熟悉圖形文件,思考知識點與教學內容;課堂教學中教師針對性引導學生完成高階性知識點突破[6-7];課后可到案例現場延伸學習。課程教學中采用基于案例的討論式學習和基于項目的探究式與研究性學習的方式。達到最終在掌握理論知識的基礎上創造性地進行構造設計、建筑設計,培養了學生工程思維、工程素養與實踐創新能力、初步的設計思維與能力。案例式教學模式創新體現了以學生為中心的教學理念,將培養學生工程素養與職業核心能力的目標落到實處。