新工科建設(shè)背景下土木工程材料一流課程建設(shè)實踐

文章編號：1671-489X（2025）14-0078-06DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2025.14.078

0 引言

新時代高等教育內(nèi)涵式和高質(zhì)量發(fā)展的重要途徑是推進一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)，這需要一流專業(yè)做支撐，而一流專業(yè)建設(shè)又以一流課程為基石。2019年10月發(fā)布的《教育部關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實施意見》明確指出，課程是人才培養(yǎng)的核心要素，一流本科課程建設(shè)要提升高階性、突出創(chuàng)新性、增加挑戰(zhàn)度[1]。為主動應(yīng)對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，加快培養(yǎng)新興領(lǐng)域工程科技人才，改造升級傳統(tǒng)工科專業(yè)，主動布局未來戰(zhàn)略必爭領(lǐng)域人才培養(yǎng)，教育部積極推進新工科建設(shè)[2]。為落實新工科專業(yè)的建設(shè)任務(wù)，核心課程建設(shè)同樣是關(guān)鍵工序。在一流課程和新工科建設(shè)的雙重背景下，高校的課程建設(shè)需要與時俱進，進行全面改革與創(chuàng)新，為培養(yǎng)適應(yīng)新時代社會發(fā)展要求的復(fù)合型人才提供保障。

土木工程材料課程是土木工程專業(yè)的核心專業(yè)基礎(chǔ)課，主要介紹石灰、石膏、水泥、混凝土、砂漿、鋼材、塑料、瀝青及瀝青混合料等工程材料的生產(chǎn)、制備、性能、技術(shù)規(guī)范和質(zhì)量檢測方法。交通大學(xué)土木工程專業(yè)是國家級一流本科專業(yè)建設(shè)點（2021年獲批），土木工程材料課程作為土木工程專業(yè)基礎(chǔ)課，其課程質(zhì)量是評價該專業(yè)建設(shè)質(zhì)量的重要依據(jù)。本文在梳理當(dāng)前土木工程材料課程教學(xué)中存在的主要問題的基礎(chǔ)上，結(jié)合新工科建設(shè)背景下的人才培養(yǎng)要求，探究該課程建設(shè)模式、教學(xué)改革與創(chuàng)新的主要內(nèi)容和路徑，搭建一流課程建設(shè)的腳手架。其建設(shè)思路可為新工科背景下工科專業(yè)課程教學(xué)改革提供借鑒。

1當(dāng)前土木工程材料課程教學(xué)中存在的主要問題

當(dāng)前，受工科專業(yè)課程特點和新時代大學(xué)生學(xué)習(xí)特征的影響，傳統(tǒng)的土木工程材料課程教學(xué)中存在一些突出問題，可概括為以下八個方面。

1）課程涵蓋的知識面廣，知識點繁雜，邏輯聯(lián)系少。教材中涉及的土木工程材料有幾大類幾十種，各種材料性能迥異，彼此之間又相對獨立，知識點分散，缺乏聯(lián)系，系統(tǒng)性差，導(dǎo)致學(xué)生難以把握重點。理論教學(xué)以介紹材料的性能為主，講授的知識缺乏層次性和高階性。

2）教學(xué)偏重理論，而實驗和實踐教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱。傳統(tǒng)教學(xué)以課堂理論教學(xué)為主，即便開設(shè)實驗教學(xué)，也只有幾個常規(guī)實驗，如水泥試驗、混凝土試驗、瀝青試驗等，學(xué)時少且主要為驗證性實驗。理論教學(xué)和實驗教學(xué)配合不夠，無法形成體系，限制了學(xué)生的認(rèn)知范圍，制約了其創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

3）課程之間缺乏融合交叉。傳統(tǒng)教材中主要介紹常規(guī)的土木工程材料，基本沒有涉及土木工程專業(yè)前沿的智能建造相關(guān)材料，這不利于新工科人才的能力培養(yǎng)。

4）教與學(xué)的過程枯燥無味，缺乏創(chuàng)新性，無法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。課程大部分內(nèi)容屬于概念性描述，導(dǎo)致學(xué)生的主要學(xué)習(xí)方式是機械性的背誦和記憶，學(xué)生表現(xiàn)出缺課、聽課注意力不集中等問題。而驗證性實驗在實驗開始前已有確定性結(jié)果，實驗教學(xué)呆板無趣，缺乏探索性和挑戰(zhàn)性，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高。

5）學(xué)習(xí)時間不足。學(xué)生進行課程學(xué)習(xí)的主要渠道只有課堂，有效學(xué)習(xí)時間明顯不足，學(xué)習(xí)不能保證持續(xù)化和深入化。

6）學(xué)生接觸工程實例和科研項目的機會較少。除了課本和有限的實驗室空間外，學(xué)生很難有機會將自己學(xué)到的土木工程材料知識應(yīng)用于科學(xué)研究和工程實際。

7）教學(xué)評價以期末考試成績?yōu)橹饕卸ㄒ罁?jù)，很多學(xué)生把握不了學(xué)習(xí)重點，眉毛胡子一把抓，導(dǎo)致期末考試成績偏低。過程考核內(nèi)容缺乏挑戰(zhàn)度，無法綜合評價“以學(xué)為中心”的教學(xué)效果。

8）課程思政建設(shè)滯后。長期以來，工科教學(xué)側(cè)重專業(yè)知識的傳授，忽略了對學(xué)生責(zé)任心、自豪感和使命感的喚醒，對新工科建設(shè)背景下土木工程專業(yè)應(yīng)用型人才綜合素質(zhì)的培養(yǎng)明顯不足。

上述問題的產(chǎn)生可以歸因為學(xué)生學(xué)習(xí)特點、課程特點與新工科人才培養(yǎng)要求之間存在差異。因此，新工科建設(shè)背景下的人才培養(yǎng)必須打通一流課程建設(shè)的壁壘，有效提高課程建設(shè)質(zhì)量。

2土木工程材料課程建設(shè)的前期準(zhǔn)備

從2012年2月開始，交通大學(xué)土木工程材料課程教學(xué)團隊開始著手進行該課程的教學(xué)改革。

微課具有情景真實、主題突出、資源多樣、形式靈活、交互性強、便于傳播、應(yīng)用簡單等優(yōu)點，這與土木工程材料課程的特點相符，適合作為本門課程的輔助教學(xué)手段。2012年，教學(xué)團隊嘗試將微課教學(xué)引入土木工程材料課程教學(xué)。2014年，教學(xué)團隊在實驗教學(xué)方面嘗試采取開放實驗室、學(xué)生自行設(shè)計綜合實驗等方式，對理論教學(xué)進行補充。與此同時，團隊教師以獲批的國家自然科學(xué)基金和省部級科研項目為平臺，吸納本科學(xué)生參與土木工程材料的科學(xué)研究工作。2016年5月，在學(xué)校推動卓越工程師培養(yǎng)計劃的局勢下，積極與校外企業(yè)聯(lián)系合作，先后與中鐵、中建等施工單位建立校企聯(lián)合培養(yǎng)模式。借此，學(xué)生有機會在施工單位參與土木工程材料入場檢測等實踐活動。

通過長期深耕基礎(chǔ)性教學(xué)工作，教學(xué)團隊先后獲批多項與土木工程材料課程相關(guān)的教學(xué)改革項目，如表1所示。2012年2月至2016年12月期間，團隊主要成員成功獲批三項校級教學(xué)改革項目。2020年，土木工程材料課程被立項為交通大學(xué)首批一流課程；2021年，該課程獲批省首批一流本科課程建設(shè)項目。2022年，該課程建設(shè)獲批省教學(xué)改革項目。上述教學(xué)改革項目的立項和實施為土木工程材料課程建設(shè)提供了有力支持。

3土木工程材料一流課程建設(shè)的實踐探索

交通大學(xué)土木工程材料課程建設(shè)堅持以學(xué)生為中心，以教學(xué)產(chǎn)出為導(dǎo)向，以新工科人才培養(yǎng)為目標(biāo)。在教學(xué)改革實踐中注重：在知識傳授和能力培養(yǎng)方面提升高階性、突出創(chuàng)新性、增加挑戰(zhàn)度[3]；強化課堂設(shè)計，杜絕單純知識傳遞；強化師生互動、生生互動，解決好創(chuàng)新性、批判性思維培養(yǎng)問題；以激發(fā)學(xué)習(xí)動力和專業(yè)志趣為著力點；完善過程考核與評價機制；探索研究型、項目式學(xué)習(xí)方式；提升課程教學(xué)的深度、廣度和溫度。課程建設(shè)按照四階段遞進式模式進行。該課程建設(shè)與學(xué)生能力提升之間的關(guān)系如圖1所示。

1）階段I為理論教學(xué)的基礎(chǔ)改革期，跨學(xué)科重組課程內(nèi)容，將不同專業(yè)的知識和技能相融合，突出新工科建設(shè)背景下課程間相互融通的新特征。同時，將理論知識點按層次梳理，區(qū)分一般性知識點、高階性知識點和具有一定挑戰(zhàn)性的知識點。

表12012一2022年交通大學(xué)土木工程材料課程教學(xué)改革項目

2）階段ⅡI為實驗教學(xué)的補充完善期，以設(shè)置綜合設(shè)計性實驗為創(chuàng)新點，結(jié)合一般演示性實驗教學(xué)內(nèi)容，充分調(diào)動學(xué)生參與實驗的積極性，完善和增強實驗教學(xué)環(huán)節(jié)。

3）階段IⅢ為實踐教學(xué)的創(chuàng)新提升期，將科學(xué)研究和實際工程現(xiàn)場參觀實習(xí)引入課程教學(xué)，進一步增強實踐教學(xué)的挑戰(zhàn)性，培養(yǎng)學(xué)生解決實際工程問題的能力。

4）階段IV為課程思政的滴灌升華期，將課程思政與專業(yè)課有機融合，幫助學(xué)生塑造專業(yè)自信心和自豪感、樹立工匠精神和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神等。

四階段遞進式課程建設(shè)模式契合了新工科應(yīng)用型人才的培養(yǎng)要求，且容易及時發(fā)現(xiàn)問題并進行診改。從圖1所示的邏輯關(guān)系可以看出，四階段遞進式課程建設(shè)模式體現(xiàn)了循序漸進的特點，符合新時代工科專業(yè)學(xué)生能力培養(yǎng)與提升的客觀要求。該模式全面展現(xiàn)了課程跨界、融合、多元、協(xié)同的特色，高度契合新工科建設(shè)背景下土木工程專業(yè)建設(shè)的客觀要求，能夠充分發(fā)揮課程的價值引領(lǐng)作用，結(jié)合當(dāng)前工科學(xué)生的學(xué)習(xí)特征，突出學(xué)生的主體地位，增強學(xué)習(xí)的趣味性和積極性，調(diào)動他們學(xué)習(xí)與思考的主動性，激發(fā)其參與實踐與創(chuàng)新的內(nèi)驅(qū)力。

圖1四階段遞進式課程建設(shè)模式

4土木工程材料課程教學(xué)改革與創(chuàng)新的主要內(nèi)容與路徑

4.1 主要內(nèi)容

結(jié)合新工科建設(shè)和一流課程建設(shè)要求與土木工程材料課程教學(xué)中存在的問題，堅持傳統(tǒng)與創(chuàng)新相結(jié)合、理論與實踐相結(jié)合、線上與線下相結(jié)合、本門課程與其他相關(guān)課程相結(jié)合、專業(yè)教育與思政教育相結(jié)合的原則，從理論教學(xué)、實驗教學(xué)、實踐教學(xué)、課程考核、課程思政五大環(huán)節(jié)入手，對課程內(nèi)容、教學(xué)方法與手段、考核依據(jù)、思政元素融入等方面進行大刀闊斧的改革和創(chuàng)新實踐，具體內(nèi)容如圖2所示，其中包含常規(guī)性內(nèi)容和改革創(chuàng)新的重點內(nèi)容，力爭全面對標(biāo)新工科人才培養(yǎng)要求。

4.2路徑

在尋求教學(xué)改革與創(chuàng)新路徑的過程中，堅持路徑簡短、針對性強、開放長效的原則。

4.2.1革新教學(xué)理念，變重教為重學(xué)

從教學(xué)理念上突破，深入挖掘新工科建設(shè)背景下應(yīng)用型土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)的內(nèi)涵，解讀一流課程建設(shè)目標(biāo)要求。教學(xué)內(nèi)容與形式的改革注重激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、引導(dǎo)學(xué)生思考、鼓勵學(xué)生參與實踐、鞏固和強化基礎(chǔ)理論，根據(jù)學(xué)生的不同個性和知識點差異因材、因點施教，充分調(diào)動學(xué)生的自主性，突出學(xué)生在教學(xué)活動中的主體地位，注重教學(xué)產(chǎn)出，由關(guān)注“教師講授了什么”轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)注“學(xué)生學(xué)會了什么”。

4.2.2 完善和強化實驗教學(xué)

增設(shè)混凝土配合比設(shè)計和砂漿配合比設(shè)計兩個綜合設(shè)計性實驗。通過給定骨料最大粒徑、混凝土的強度等級和稠度，由學(xué)生進行原材料性能測試、混凝土配合比設(shè)計、配合比實驗驗證和調(diào)整等。通過定期開放實驗室、開設(shè)綜合設(shè)計性實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，為學(xué)生搭建親自動手操作、主動參與實驗的平臺，讓學(xué)生自行使用實驗室提供的基本原材料設(shè)計工程復(fù)合材料，并完成對其性能的測試。此外，將演示性實驗內(nèi)容制作成音像課件供學(xué)生反復(fù)觀看、學(xué)習(xí)。通過以上方式幫助學(xué)生對土木工程材料的物理組成、性能等形成更直觀的認(rèn)識，讓學(xué)生的主觀思考融入材料設(shè)計和實驗方案設(shè)計，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維和動手能力。

圖2土木工程材料課程教學(xué)改革與創(chuàng)新的主要內(nèi)容

4.2.3 將微課引入理論教學(xué)

對土木工程材料課程知識體系進行梳理，確定重點和難點知識，設(shè)計微課教學(xué)方案、學(xué)生自主學(xué)習(xí)任務(wù)單和學(xué)習(xí)反饋單，采用白板和錄課軟件錄制微課件，為學(xué)生反復(fù)學(xué)習(xí)和進行有針對性的學(xué)習(xí)提供微課資源。

4.2.4將科研問題和實際工程問題引入實踐教學(xué)

提煉縱向和橫向研究課題中與土木工程材料相關(guān)的子課題，在研究生的協(xié)助下指導(dǎo)本科生利用實驗室開放日參與科學(xué)研究，同時安排學(xué)習(xí)小組帶著課堂中發(fā)現(xiàn)的問題到實習(xí)基地參觀學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)小組回到學(xué)校實驗室完成研究后將結(jié)果和方案反饋給設(shè)計和施工單位，讓學(xué)生最大程度參與實際工程的設(shè)計與施工，形成科研反哺教學(xué)的模式。

4.2.5建立電子教學(xué)資源共享平臺

建立公共信箱、注冊云賬戶并上傳實驗視頻、微課教學(xué)相關(guān)課件、實際工程圖片等案例教學(xué)電子資源，與專業(yè)相關(guān)的超級工程和先進人物的視頻資源，為學(xué)生提供豐富的學(xué)習(xí)資源。

4.2.6 開展線上輔助教學(xué)

土木工程材料課程授課過程中利用超星學(xué)習(xí)通平臺建課。使用平臺中的簽到、上傳資源、發(fā)布通知、發(fā)布作業(yè)、隨堂測試等功能進行深度輔助教學(xué)。使用QQ群、微信群和騰訊會議平臺進行答疑。同時，結(jié)合中國大學(xué)慕課、愛課程、酷學(xué)等在線教育平臺上的教學(xué)資源拓展線上教學(xué)的維度，學(xué)生可以隨時隨地、反復(fù)多次利用線上教學(xué)資源進行自主學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)效果。

4. 2. 7 進行課程交叉與融合

結(jié)合專業(yè)背景，將無機結(jié)合穩(wěn)定類材料、路用合成材料等主要道路材料相關(guān)知識納入土木工程材料課程教學(xué)；開設(shè)基于Python編程語言的水泥混凝土配合比設(shè)計的程序開發(fā)專題訓(xùn)練；增加智能材料如3D打印混凝土等的概述內(nèi)容；布置專題報告，要求學(xué)生圍繞智能建造獨立進行文獻檢索，撰寫學(xué)術(shù)報告；增加延伸性和創(chuàng)新性的課程討論，如圍繞未來在月球上進行土木工程建設(shè)所需材料的性能和制備方法等展開討論；增設(shè)小組協(xié)同研究專題，如基于機器學(xué)習(xí)的混凝土強度預(yù)測等。

4.2.8完善課程考核體系

鑒于土木工程材料課程教學(xué)內(nèi)容覆蓋面廣、教學(xué)形式多樣化，采用過程性考核和終結(jié)性考核相結(jié)合的方式量化學(xué)生的學(xué)習(xí)成績，評價其學(xué)習(xí)效果。

過程性考核包括：1）行為表現(xiàn)性考核，包括學(xué)習(xí)和參與實驗的積極性和態(tài)度、學(xué)習(xí)過程中表現(xiàn)出的精神風(fēng)貌、與師生相處的和諧程度、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維和專業(yè)精神；2）活動參與性考核，包括微課等線上教學(xué)資源的使用、課堂問答與討論、參與課內(nèi)實驗和課外綜合設(shè)計性實驗、查閱專業(yè)文獻、參與科研項目和實際工程現(xiàn)場調(diào)研、觀看行業(yè)先進人物事跡和超級工程的視頻；3）成果展示性考核，包括作業(yè)、課程報告、文獻綜述、實驗報告、科研項目總結(jié)、現(xiàn)場實習(xí)報告。各項根據(jù)考核內(nèi)容賦予不同的權(quán)重。

圖3土木工程材料課程建設(shè)成果

終結(jié)性考核以期末考試為主。

此外，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力將考核內(nèi)容分為一般性評價內(nèi)容和高階性評價內(nèi)容。例如，參與科研項目和課外綜合設(shè)計性實驗、查閱專業(yè)文獻等屬于高階性評價內(nèi)容。

4.2.9 挖掘思政元素

從聽、看、感多維度挖掘思政元素并融入土木工程材料課程教學(xué)。以專業(yè)知識點為載體，挖掘其中蘊含的思政元素。收集思政素材，建設(shè)思政資源，推進從知識倫理到關(guān)懷倫理的轉(zhuǎn)變。思政元素主要包括：行業(yè)先進人物事跡，如詹天佑、林同炎、錢令希等前輩的光輝事跡；正反兩面的典型專業(yè)案例，如中國超級工程、近些年來影響重大的工程事故等；對未來專業(yè)發(fā)展的思考，如智能材料、綠色低碳材料等。以此培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)自豪感、社會責(zé)任感、工匠精神、科學(xué)思維和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神。

5土木工程材料課程建設(shè)成果

交通大學(xué)土木工程材料一流課程建設(shè)明確課程目標(biāo)，培養(yǎng)和提升學(xué)生的理解能力、創(chuàng)新精神、實踐能力、綜合分析能力和解決實際問題的能力，教育教學(xué)以產(chǎn)出為導(dǎo)向，專注于學(xué)生學(xué)到了什么、能做什么，形成了四大核心成果。

5.1 教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)

從理論環(huán)節(jié)、實驗環(huán)節(jié)、實踐環(huán)節(jié)、課程思政環(huán)節(jié)重構(gòu)了教學(xué)內(nèi)容，保證課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)合理、與時俱進、專業(yè)融通、富有挑戰(zhàn)性。

5.2 教學(xué)方法創(chuàng)新

引入慕課、微課、線上教學(xué)等現(xiàn)代化教學(xué)手段，采用案例教學(xué)、場景化教學(xué)等方式，實現(xiàn)科研、現(xiàn)場施工與教學(xué)互助。

5.3 教學(xué)資源生成

形成了完備的教學(xué)資源，包括微資源包、綜合設(shè)計實驗指導(dǎo)書、視頻、圖片等，促進學(xué)生個性化發(fā)展。

5.4教學(xué)團隊建設(shè)

建立了一支教學(xué)素質(zhì)過硬的教師隊伍，通過配置成員梯隊、參與教學(xué)競賽、開展教研項目立項工作等方式，不斷提高教學(xué)團隊成員的教育教學(xué)水平和責(zé)任心。

土木工程材料課程建設(shè)成果如圖3所示。

6 結(jié)束語

課程是人才培養(yǎng)的核心要素，課程質(zhì)量直接決定人才培養(yǎng)質(zhì)量。在新工科建設(shè)背景下，建設(shè)適應(yīng)新時代要求的一流課程可以為創(chuàng)新型人才培養(yǎng)提供有力支撐[4]。因此，高校專業(yè)課程教學(xué)改革與創(chuàng)新要以學(xué)生為中心，著力培養(yǎng)和提高學(xué)生的應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力，將思政教育深度融入專業(yè)教學(xué)全過程，實現(xiàn)“三全育人”和立德樹人根本任務(wù)。本文通過創(chuàng)新教學(xué)理念、優(yōu)化課程設(shè)計、強化課程思政、更新教學(xué)內(nèi)容、改革教學(xué)方法、完善考核評價方式等改革與創(chuàng)新實踐，搭建土木工程材料一流課程建設(shè)的主要架構(gòu)，建設(shè)滿足新工科“兩性一度”要求的一流課程。該課程建設(shè)思路為高校打造適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展、產(chǎn)業(yè)升級和技術(shù)進步要求的課程體系提供了借鑒。

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