基于能力目標的“模塊式”課程教學改革

關鍵詞：能力目標；模塊式教學；課程教學；混凝土結構；教學創新

中圖分類號：G640" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2096-000X（2025）17-0140-04

Abstract： The paper takes the course Fundamental Principles of Concrete Structures as an example and conducts an exploration and practice of course teaching reform based on competency-based objectives. Employing a backward teaching design and aligning with professional and competency development objectives， the study establishes three levels of course teaching objectives and restructures the teaching content into four modules. Building on modular teaching， various innovative teaching methods are implemented， including exploring ideological and political education in the curriculum to foster moral character; using engineering as a link to effectively connect key knowledge points; employing group-based project research， innovation and entrepreneurship training， discipline competitions， and research activities to enhance students' comprehensive qualities; utilizing information technology to improve learning efficiency. Furthermore， a comprehensive assessment system is constructed to ensure the achievement of course teaching objectives. Teaching practice demonstrates that the innovative reform of this course effectively enhances the quality and effectiveness of course teaching， providing valuable reference for achieving talent development objectives in knowledge， quality， and capability. It also offers beneficial insights for the construction of new engineering disciplines in universities and the cultivation of students' comprehensive abilities.

Keywords： competency objectives; modular teaching; course teaching; concrete structures; teaching innovation

在中國，新技術如大數據、云計算、“互聯網+”、人工智能和智能制造等正迅速崛起，推動著創新驅動發展戰略。在此背景下，高等教育改革正邁向新的歷史起點，其責任和使命是培養具備扎實理論基礎和創新實踐能力的高水平工程技術人才[1-2]。對于土木工程專業高等教育而言，隨著近年來土木工程行業的飛速發展，新材料、新技術的廣泛應用，以及“綠色”“低碳”“城市更新”“韌性城市”和“智能建造”等新理念和新要求不斷涌現[3-5]，培養高素質、復合型的土木工程專業人才成為重要使命[6-7]。混凝土結構基本原理是土木工程的重要專業核心課程，也是后續學習混凝土結構設計、建筑結構抗震等專業課程，以及開展相關課程設計及畢業設計的重要基礎，在土木工程專業課程體系中占有重要地位，對人才培養及畢業要求目標達成起著重要支撐作用[8-9]。然而，隨著行業快速發展、新技術不斷涌現，現有的課程教學已無法滿足教育部“雙萬計劃”提出的一流本科課程建設要求，也難以實現人才培養所需的知識、能力及素質方面的培養目標，亟須對課程進行教學改革[10-12]。基于此，教學團隊對武漢科技大學（以下簡稱“我校”）混凝土結構基本原理課程開展了基于能力目標的“模塊式”教學創新探索與實踐，從教學設計、教學內容、教學方法、考核及評價體系等多方面開展教學改革，有效提升了課程教學效果及人才培養質量。

一" 課程教學需解決的主要問題

（一）" 學情分析

混凝土結構基本原理課程的授課對象通常為土木工程專業三年級的學生。通過之前對理論力學、材料力學、結構力學等課程的學習，以及認識實習等教學活動，學生對混凝土結構有了初步認識。但是，由于在荷載作用下，混凝土構件的內力變化、內力分布規律、破壞特征等，具有“看不見、摸不著”的特點，學生難以建立結構內力、破壞特征等直觀形象，所以也很難理解結構設計的相關原理及理論公式。此外，課程章節內容繁多，涵蓋面廣，但相對分散。這使得學生很難將各個知識點有機地組織起來，形成一個系統化的認識體系。同時，混凝土結構基本原理課程是土木工程專業學習過程中第一門直接以工程設計為主要目標的課程，學生習慣于處理那些有客觀唯一解的問題，而對于需要自主設計的情況則感到相對困難。因此，該課程內容廣、難度大，與行業發展結合緊密，同時涉及理論、實驗、項目研究等多個教學環節，需要在教學中幫助學生牢固掌握基礎理論、系統理解各知識點的聯系、合理應用理論知識開展結構設計，同時緊跟行業發展，提高工程思維、工程意識及創新思維等方面的能力。

（二）" 需解決的教學“痛點”問題

1" 如何開展課程內容優化與重塑，實現課程“兩性一度”

隨著高性能混凝土結構、裝配式混凝土結構等新材料、新結構在土木工程行業的快速發展，以及BIM、數字孿生等信息技術應用，保持課程高階性、創新性，實現課程挑戰度，成為課程建設的難點。如何進一步優化及重塑課程內容成為課程改革必須解決的重點問題。

2" 如何創新教學模式，培養學生綜合素養

隨著綠色建筑、低碳經濟的發展，社會對土木專業人才綜合素質要求越來越高。如何在提升學生專業技能的同時，有效培養學生社會責任意識及人文素質，成為課程建設的又一個難點。如何整合各類教學模式及開展教學創新，成為課程改革必須解決的又一個重點問題。

3" 如何完善考核評價體系，保障教學目標有效達成

針對課程內容重塑及教學模式創新，不斷完善主觀及客觀考核評價體系，開展單項及綜合評價，實現對教學考核過程可回溯、教學效果評價可量化，實現從知識、能力、素質三方面開展考核評價，成為課程改革必須解決的第三個重點問題。

二" 課程教學的創新思路及舉措

（一）" 依據Ao-To-Tc逆向教學設計，開展“模塊式”教學內容重構

采用基于能力目標的逆向教學設計思路，按照能力目標制定課程教學目標，再根據課程教學目標構建教學內容，形成“能力目標→教學目標→教學內容”的Ao-To-Tc（Ability objectives-Teaching objectives-Teaching content）逆向教學設計。按照“專業能力”和“素質”劃分為4個教學模塊：“專業能力基礎模塊”“專業能力拓展模塊”“素質基礎模塊”“素質拓展模塊”，每一個模塊包含具體的教學目標和相應的教學內容。由上述模塊進行組合，形成對能力目標的支撐，實現“模塊式”教學內容重構。具體方法如下。

首先，依據行業和學科發展需求，根據“學生中心”及“產出導向（OBE）”教學理念，將本課程教學所需要達成的能力目標設置為“混凝土結構基礎設計能力”“混凝土結構中級設計能力”及“混凝土結構高級設計能力”3個層級的能力目標。其中，“混凝土結構基礎設計能力”由“專業能力基礎模塊”和“素質基礎模塊”2個教學模塊進行支撐；“混凝土結構中級設計能力”由“專業能力基礎模塊”“專業能力拓展模塊”和“素質基礎模塊”3個教學模塊進行支撐；“混凝土結構高級設計能力”由“專業能力基礎模塊”“專業能力拓展模塊”“素質基礎模塊”“素質拓展模塊”4個教學模塊進行支撐。

然后，對每一個教學模塊中的教學目標及對應教學內容進行設計。“專業能力基礎模塊”包含的教學目標為：掌握混凝土結構力學性能，掌握結構設計原理，掌握結構設計方法。其對應的教學內容為：課堂教學（教材、PPT等），線上資源自學（智慧樹課程：參考書、規范、圖紙等），實驗教學，作業及綜合習題（線上課程平臺）。“專業能力拓展模塊”包含的教學目標為：掌握經濟、環境及社會對結構設計的影響和分析方法，掌握結構優化的原理和實踐方法，掌握復雜結構問題的分析和解決方法。其對應的教學內容為：工程案例分析，項目研究，相關學科競賽。“素質基礎模塊”包含的教學目標為：具備工程責任意識，具備家國情懷。其對應的教學內容為：課程思政，工程事故分析。“素質拓展模塊”包含的教學目標為：具備團隊協作能力，具備國際視野，具備創新意識及創新思維。其對應的教學內容為：小組式項目研究，雙語教學（包含國內外規范對比），學科發展及科研動態介紹，相關的大學生創新創業項目，科研試驗。

通過上述“模塊式”教學內容重構，滿足了面向產出的專業人才培養需求，保證知識體系的完整性，實現了課程的高階性、創新性和挑戰度，有效解決了教學內容結構無法滿足學生能力及素質培養需求的教學痛點。

（二）" 以能力和素質培養為目標，探索教學方法創新

為保障教學模塊能夠有效達成教學目標，實現對能力目標的有效支撐，教學團隊依據“理論與實驗結合、線下與線上結合、課堂與課外結合”的教學思路，通過探索課程思政教學方法，采用問題引導式、工程案例式、項目研究式等教學模式，開展小組式項目研究，應用信息化教學手段，結合學科競賽、大學生創新創業項目、科研等課外活動等方式，開展多方面的教學方法創新。具體如下。

1" 課程思政，實現立德樹人

針對每個章節特點，建立典型土木人、土木事案例庫，在專業知識講授中，對愛國主義、家國情懷、工程師責任等進行教育，實現立德樹人。主要形成了以典型人物、經典科研故事、典型工程為主的“三類”課程思政教學資源。在杰出人物方面，通過介紹老一輩杰出人物愛國奉獻、不畏艱辛、愛崗敬業的先進事跡，培養學生的家國情懷和責任擔當精神；通過介紹新一代杰出人物的創新成果和創新技術，在拓展學生專業認知的同時，激發學生勇于創新、勇于探索的熱情，引導學生熱愛專業、熱愛科學、追求卓越。在經典科研故事方面，通過講解經典理論方法的原理及發展過程，讓學生了解經典理論由淺入深、不斷發展、不斷完善的過程，了解一代代前輩的努力和貢獻；通過介紹國內學者專家和本校教師在混凝土結構方面的科研創新、技術創新成果，讓學生在深刻掌握經典理論方法、了解學科前沿的同時，潛移默化地培養其科學研究精神。在典型工程方面，通過介紹重要標志性超高層建筑來增強學生的文化科技自信和專業歸屬感、認同感，通過介紹典型工程事故案例加強學生的責任意識、法治意識、安全意識、工程倫理和職業規范素養。

2" 以工程為紐帶，實現知識點有效串聯

本課程包含受彎、受剪、受壓、受拉、受扭及預應力混凝土構件等多種結構形式，知識點多而散，但卻相互之間有著密切的聯系，為了有效串聯本課程的所有知識點，團隊通過多種教學手段、以工程為紐帶，通過問題引導、案例分析等方式，對每一章節知識點在實際工程中的應用背景及作用進行說明，引導學生學習知識點時能主動聯系實際工程，培養學生課程學習與工程應用相結合的工程思維。此外，通過跨章節綜合習題、與混凝土結構相關的學科競賽、開展重點內容的相關實驗等多種手段，訓練學生綜合應用各章節知識點的能力。我們有效解決了學生中長期存在的難以對各知識點形成體系化應用，不能理解實際工程應用環境，只會參照書本例題“照葫蘆畫瓢”，以及不能活學活用等問題。

3" 多方并舉，提升學生綜合素質

針對課程教學長期存在的“重專業知識、缺素質培養”的問題，團隊以培養學生工程意識、工程思維及創新能力為目標，采用工程事故案例分析、小組式項目研究、雙語教學、國內外規范對比、學科發展及科研動態介紹、相關大學生創新創業項目以及科研活動等多種方式。其中，工程事故案例通過分析社會報道較為廣泛實際工程事故，有力吸引學生注意力，采用分析事故現象、剖析結構缺陷、探討結構改進措施等脈絡，充分調動學生參與分析、理解本質、應用理論的主觀能動性，幫助學生梳理知識點，有力提升了學生的工程思維和工程能力。小組式項目研究即針對重要知識點，以工程問題為題，設計研究項目，要求學生組隊開展項目資料收集、理論分析及推導，開展項目經濟性、安全性、環境影響等因素評價，鍛煉學生團隊協作能力，訓練利用各類資源的能力；在小組分工時，要求學生落實每一個組員的具體貢獻，如組長負責整個項目的研究方案制定、工作推進及報告整理，其他組員可根據自己愛好選擇資源收集整理、理論推導及分析、匯報展示等各項主要工作任務；通過多個項目訓練，充分鍛煉了學生理論應用能力及團隊協作能力。此外，結合部分優秀學生，吸引他們參與學科競賽、大學生創新創業項目及科研項目等，通過第二課堂，鍛煉學生掌握現代學科發展、技術應用手段，激發學生探索解決當前混凝土結構技術方面存在問題的動力及能力，培養學生的創新思維及創新能力。

4" 信息化手段，提升學生學習效率

為支撐模塊式教學目標的有效達成，團隊充分探索應用現代信息化教學手段。在線下課堂教學為主的模式下，積極建設課程網站，通過智慧樹等網絡平臺分享參考書、規范、圖紙等教學資源，通過智慧樹發布作業、綜合訓練及開展小組式教學，利用智慧樹平臺對學情數據進行分析；利用圖書館在線資源、專業網站相關資源及微信小程序等多種手段，協助學生開展項目研究、大創項目及科研等教學活動；并將虛擬實驗室與線下實驗結合，全面鍛煉學生的工程實踐能力。

（三）" 構建綜合性考核體系，保障課程教學目標達成

課程考核包括平時考核和期末考核兩個部分，成績占比分別為40%和60%，課程總成績由這兩個部分進行綜合評定。平時考核包含課后作業、項目匯報、實驗報告和綜合測試等多個環節，分數均為10分。其中，項目匯報依據基礎理論、研究方法、研究結論的合理及正確性評價學生知識掌握程度；依據研究工具、資源應用、研究匯報、團隊分工協作評價學生開展項目研究綜合能力；依據是否考慮人文、環境影響，是否開展經濟及安全綜合評價，是否提出合理的創新思路等方面評價學生的工程思維和創新思維。此外，依據學生參與學科競賽、大學生創新創業項目及科研活動情況，對學校專業知識及素質、能力進行額外的定性分析，作為對上述定量評價方法的補充。

三" 教學改革成效

課程的創新改革有效提升了教學質量及教學效果，對人才培養目標及畢業要求達成形成了有力支撐。通過試卷分析、學生評教分析及試驗、課程設計情況分析，并結合近年來用人單位、畢業生反饋信息等數據，可知課程目標達成度均在0.7以上，用人單位及畢業生反饋信息中關于本課程所支撐的三個畢業要求指標點達成度均在0.8以上，證實本專業學生對該課程知識的掌握程度及應用能力得到明顯提高，課程創新有效解決了教學中長期存在的難點問題，有效增強了學生的工程實踐及創新能力，實現了對知識、素質及能力方面人才培養目標的有效支撐，較好實現了課程的“兩性一度”。近年來，我校混凝土結構基本原理課程獲批省級一流本科課程，教學團隊獲批省級教學團隊，土木專業獲批國家級一流本科專業建設點。2021—2024年，學生獲相關學科競賽國家級獎52項，省部級獎53項。教學團隊獲省級教學成果二等獎1項，校級教學成果一等獎1項、二等獎2項。

四" 結束語

以能力目標為導向的模塊化教學改革，從課程內容重塑、教學方法創新、評價體系構建等多方面，探索適應多層級能力培養的課程教學機制，使學生不僅掌握了課程相關的專業理論知識，更加深了對混凝土結構設計與施工的認識，充分體現出對學生專業理論知識、實踐及創新能力方面的培養作用，為新工科背景下的專業課程教學改革，以及高素質綜合性專業人才培養提供了有力支持。本課程采用的教學創新方法及措施，符合工程教育認證、一流本科專業的建設要求，順應當前現代信息教育發展方向，適用于各高校土木類相關課程，以及非土木類工科專業課程開展教學創新改革，具有重要的推廣和應用價值。

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