土木工程专业课程教育模式探究

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［摘要］土木工程是一门实践性、专业性和系统性都很强的学科，其在国内的教育模式主要延续中学教育，围绕教学大纲，教师根据教材传授知识，学生被动接受知识，这种教学模式难以培养应用型、创新型和复合型人才。文章根据国内外土木工程学科的课程设置，提出实践型教学、启发型教学和多学科交叉型教学的培养模式，以弥补现有教学模式的不足。

［关键词］土木工程；应用型；创新型；复合型

为了实现建设现代化，土木工程专业培养的人才既需要有扎实的理论功底，也需要有较强的实践经验，具备从事设计、施工、管理和研究的能力。根据这个目标，土木工程专业的学生不仅需要掌握自然科学、工程科学和结构计算等方面的基本知识，也需要熟悉土木工程方向的法律法规、理论前沿、发展趋势和文献检索。土木工程专业是一门专业性、系统性、实践性都很强的学科。现在的土木工程教学仍然延续中学教育的模式，教师围绕教学大纲，根据教材传授知识。在这种教育模式下，学生不仅缺乏实践经验，也缺少主观能动性。鉴于此，需要对目前的教育模式进行改革。

一、教改内容

（一）培养应用型人才

土木工程作为一门实践性很强的学科，学习者不仅需要进行各种自然科学理论学习，也需要进行多层次的实习训练[1]。理论是用来指导实践的，缺乏实践的理论，是相对空洞的。发达国家特别注意教学和实践相结合，如美国、英国、德国、加拿大、法国、新西兰、澳大利亚和日本[2]等，为了满足工程需要，大学通过聘用一些经验丰富的企业工程师，与企业共同制订课程，针对工程实际需要，培养大学生解决实际工程问题的能力。在暑假期间，学校会要求大学生参与工程实习，在学生毕业之前让学生了解工程中的一些常见问题，并结合课程学习的理论，使学生毕业之后即可胜任工作，有效减少大学生实际经验欠缺的问题[3-4]。举例来说，美国密歇根州立大学的本科生在教学中有一个极其重要的环节就是in⁃ternship，即实习，学生一般会在暑假去公司打工，在攒学费的同时，等于参加了工作。这样等毕业时学生已经具备1年左右的工作经验，同时实践见闻可以有效地促进其学习。北美一些学校每年有3个月的强制性见习期，见习期算学分。这样学生毕业后可以回到原见习单位工作，即使去其他单位，因为有了工作经验和对行业的了解，学生也很容易物色到适合自己的工作单位。学生较早进入社会，会使得他们看起来很成熟，不会显得幼稚。英国帝国理工学院的一些教师具有“工程师”称号，这些教师取得博士学位后，往往先到公司企业工作几年，积累一些工程经验并获得“工程师”称号后再到学校工作。一方面，这些教师具有丰富的实际经验，编写的教材切合实际，上课的时候会有的放矢，内容更加生动形象，学生毕业后运用校内所学也能很快得心应手。英国帝国理工学院大多采用的不是统一的教材，教师每次课前都要编写讲义，随讲随发，课程结束后，教师便将讲义装订成册，而正式出版物仅作为参考书使用。这些讲义超出了现有的教科书，一些例题和习题很贴近实际，其中很多就是教员亲身经历的具体工程问题。这样的课程特别强调实用，跟上时代，学生毕业后能很快进入角色。德国柏林工大非常重视实践环节和能力的培养，专业的课程设计、实践环节都以小组的形式出现，这些学生的团结协作精神都非常强。另一方面，教师和企业界的联系也非同一般，他们可以将最新的研究成果应用于实际工程中。加拿大多伦多大学的Co-op（Co-opera⁃tiveEducation）项目是其高等教育的一个特色，学生可以一边在校学习一边工作，成绩优秀的本科生一年级以后，一个学期上课，一个学期工作，共上课8个学期，工作6个学期。学校组织企业来招聘学生，如果两个学期没有收到企业招聘，则学校取消Co-op资格。学生每个学期完成一份Co-op工作报告，报告由企业和教师共同评审，通过后才能拿到学分。通过Co-op项目，学生很容易在毕业后找到工作。法国国立路桥工程师学校也非常重视多层次的实习训练，很多课程结合工厂的实际问题设置课程，要求学生去工厂参观，了解实际问题，和相关技术负责人进行讨论，提出相应的解决办法，并动手解决这些生产实际问题，从而使学生在毕业的时候能熟练解决工程实际问题。新西兰的奥克兰大学也极为重视实践教学，其课程成绩通常由考试成绩、平时成绩（实践性环节）和考勤等几部分组成，且实践性环节所占的比重较大。澳大利亚的阿德莱德大学的各个课程很注重行业所需的各种现代化工具的应用，和行业联系非常紧密，学生在学校期间就能够学会比较实用的现代工程服务所需的工具，从而提高适应行业的能力。日本的长崎大学特别强调实践应用的重要性，学校一直积极努力为学生创造实践机会，经常组织学生参加工地实践、研究中心、工厂实习等实践活动。诸多的实践活动可以让学生更早地体验实际工程，走出教室，走出课本，让所学习到的知识更加立体化。对于土木工程专业大学生的毕业论文，国内外的论文内容也存在较大差别。国外一些大学的毕业生论文往往根据一个实际工程问题，要求学生围绕该问题到各政府部门和企业单位寻求数据支持，开展相关实验研究，对数据进行详细的分析，找到解决问题的技术途径和方法，这样可以使得毕业生的论文具有应用性和完整性。举例来说，美国里贾纳大学的本科毕业答辩将学生分为2~3人一组，每个小组完成一个论文题目，毕业生答辩委员会的成员一半来自企业，具有较为深厚的工程技术理论和实践经验，其分别从实用和有效两方面对毕业生答辩提问，检验学生工程实践和解决问题的能力，并将评判成绩计入总分。论文不仅要解决工程问题，还要进行完整的经济分析，包括投资额、成本回收期、使用寿命、投资回收期等，论文从实用性和经济性两方面进行讨论。同样，日本长崎大学的本科生毕业论文研究也多从实际工程出发，以工程为背景，进行立体的研究，使得论文研究更具现实指导意义，同时也具有一定的社会价值，更重要的是让学生得到更全面的思维训练，能够多维度地思考问题、分析问题，从而解决问题，而不是仅仅停留在理论分析的层面。除了培养学生的实践能力外，北美一些高校对教师也提出了更高的要求，学校与企业结合，重视实践工程教育，也就是提倡“双师型”教师。学校注重与企业加强合作，明确企业在人才培养中的职责，从事本科生教学的教师需要到基层企业锻炼若干时间，并将这些实践活动跟职称评审挂钩，以加强高校教师队伍的工程特色。

（二）培养创新型人才

目前的大学生教育仍然以传授知识模式为主，尽管有一些学生参与了学校举办的创新项目，但也主要是按照教师的研究方案执行，学生缺乏独立思考和创新的能力。而在发达国家，如美国、意大利、澳大利亚[2]等，课程上不仅仅是教师的讲授，更多的是教师通过设置大量的启发性问题让学生思考，这些问题没有固定答案，学生需要通过查找资料、与教师和同学之间的讨论和互动才能解决。比如一些课程设计，通常是几个学生一组进行方案设计和结构计算，学生遇到问题或者有些新的想法时，可随时和教师进行沟通讨论，在某个问题上，教师可以和学生进行长时间的讨论，并发表自己的观点。这样的讨论能启发学生形成自己的想法，从而让学生更加深刻地理解课程的知识点。举例来说，美国密歇根州立大学在给学生传授知识的同时，更注重学生独立思考能力和创新能力的培养。每次上完课，教师会留下思考题，让学生课后进行讨论和独立思考，每隔一段时间教师会提出一个问题，让学生思考如何解决这个问题、解决这个问题的机理是什么。亚利桑那大学的本科生课程往往采用小班教学，在上课的过程中，学生可以和教师自由交流，这极大地激发了学生的积极性。遇到较难的课程，有些学生会把教师课程全部录下回去消化。课程定期设置讨论课，教师提出某个问题，学生围绕该问题展开讨论。通常情况下，教师课堂上讲授的内容并不多，而课后的作业却非常繁重，需要参考大量的书籍才能完成。虽然学生可以通过讨论来完成作业，但大多数学生还是常常要学习到半夜，这样才能完成课后阅读和作业。课程最终成绩由课堂出勤和参与、课后阅读和作业、期中考试、学期报告、讨论课和期末考试组成，每个部分所占比例相近。从课程最终成绩可以看出，平时的讨论课涉及课后阅读、学期报告、讨论课，这些占了较大比例，足以体现对学生创新能力的重视程度。这些学术讨论不并局限于课堂中，学生在校园里可随时随地讨论各种学术问题，甚至在用餐时，三五成群的人可以就某个主题围坐在一张圆桌边进行讨论。意大利的威尼斯建筑大学课程设计时间通常是7~10天，在固定的教室，3~4名学生为一组进行方案设计和结构计算，一般有5~6组，总计20名左右的学生。遇到问题或者有新的想法时，学生可以随时和教授进行讨论沟通，教授和学生就某个学术问题进行长时间的讨论，而不是学生听教师说。通过这样的讨论和互动，学生会有自己的想法，对于课程的认识也更加深刻。澳大利亚的卧龙岗大学非常重视创新性人才的培养，其高年级的本科生任课教师往往是科研成果突出的教师，由他们给高年级本科生传授一些新颖和前沿性的知识，并由他们单独出卷考试，让高年级本科生接触并掌握前沿性的研究成果。尽管澳大利亚的人口仅占世界人口的0.3%，但其对世界的科技贡献超过了3%，这也跟澳大利亚对创新性人才培养的教育制度分不开。香港理工大学的教学往往无固定教材，教师采用PPT讲义，并提供相关的参考书和文献资料给学生查阅自学。在上课过程中，教师也会根据相关学科的发展或本人研究工作的进展更新PPT的内容，以保证课程的先进性和实用性。课后教师会布置作业、小论文或者Project等，让学生以独立或者以小组的形式完成任务，通常Project没有标准答案，学生通过合作讨论、查找文献和编写程序来解决问题，这样可以培养学生独立思考、创新思维和沟通写作的能力。除此之外，国外一些大学还通过学术报告和科研工作培养学生的创新能力。一些大学经常邀请同行专家开展学术报告，对于感兴趣的课题，本科生也可自由地选择旁听，了解行业发展动态。在培养学生参与科研工作前，学生先学习安全知识学习制度，参加实验室安全知识培训并在网上通过考试后，才可以进入实验室。在学生操作相关专业仪器前，各专业实验室对学生进行严格的高端精密仪器操作培训，学生首次操作仪器时还需要有专门的仪器负责人在旁边进行监督评价，评价合格后方可独立操作仪器。对所有实验室，学生都可以通过网站进行预约，查看仪器的可用时间，并严格按照预约的时间使用仪器。一些共享仪器可让一些有资金资助的学生在线支付仪器使用费用后开展自己的研究，使学生的科研能力得以提升。

（三）培养复合型人才

相对于国内的课程设置来说，美国课程设计的宽度和广度高于国内，其更强调学生知识结构的完整性，包括较多的社会、人文知识的补充，从而培养出复合型人才[5-6]。比如美国的内布拉斯加大学，他们的课程注重宽度和广度，强调学生知识结构体系的完整性，土木工程专业课程设置包括了数学、物理、化学、地质学、生物学、工程科学、人文、社会科学、英语、作文、演讲、报告写作、工程经济学和统计学等。近两年，国内高校也开始加快发展和大力推动与土木工程、建筑工业相关的互联网、数字、智能建造等领域的学术研究、专业建设、人才培养和学科建设，做好发动机，支持和引领国内土木行业、建筑工业，以及和相关企业做好产业升级和转型。与此同时，很多高校重视加强视觉智能研究，加强与土木工程产业的跨界深度融合，重点开展可信安全的机器视觉理论及其关键技术的研究，通过与产业细分应用场景的结合，力争在智能建造和智能运营维护管理方面获得创新性应用，满足国家重大战略需求与经济社会发展需要。迄今为止，同济大学、青岛理工大学、北京建筑大学和北方工业大学已经开设智能建造专业，未来还会有一批高校开设智能建造专业。在新工业革命浪潮下，全球工业发展趋势及其对传统产业的影响，对工科专业人才在能力上提出了新的要求，具体如下。1.数字化：将各种与工程问题相关的信息转变为可以度量的数字，并根据相关理论建立起数学模型，通过计算机进行分析处理。2.信息化：掌握和运用信息技术和信息化工具，处理、分析和解决各种工程实际问题。一般认为，数字化能力是信息化能力的基础。3.网络化：能够通过互联网平台，按照一定的网络协议相互沟通，与相关各方共享硬件、软件、数据资源和思路方案，以共同分析和解决工程问题。4.智能化：综合应用信息技术、网络技术、智能控制技术和工程学科专业技术处理、分析和解决各种工程问题。5.综合化：综合运用各种跨学科领域知识，掌握多学科知识和技术，能很好地解决实际工程问题。

二、结论

土木工程作为一门实践性、专业性和系统性的学科，不仅要求学生熟悉数学、力学、结构理论等自然科学，也要求学生掌握土木工程方向的法律法规、理论前沿、发展趋势和文献检索。然而，目前的教学模式仍然延续传统的教育模式，教师围绕教学大纲，根据教材传授知识，学生被动接受知识，这种教学模式难以培养应用型、创新型和复合型人才。本文结合国外大学土木工程专业的培养模式，提出了理论结合实际式教学、启发式教学和多学科交叉式教学，这些教学模式不仅能提高学生的动手能力，也能启发学生的创造性思维，并能拓宽学生的知识领域。

作者:王德辉 罗素蓉 王雪芳 单位:福州大学土木工程学院