土木工程专业能力导向型实践教学体系的探索

张学元，张道明，吕 春，郭国梁，郭 建

(齐齐哈尔大学 建筑与土木工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006)

随着经济的全球化和工程技术职业的发展，工程教育专业认证在国内外引起了广泛关注[1].工程教育认证强调能力导向，将关注点从“教师教什么，学生学什么”转变为“学生学会了什么，学生会做什么”，重点考查人才培养目标的合理性与人才培养的实效[2，3].

高等工程教育以培养现代工程师为主要目的，反映在教学过程中则是工程实践能力的培养和训练[4，5].工程教育认证标准(2015版)中关于实践教学体系的设置，明确提出培养学生的实践能力、创新能力、工程意识、协作精神及综合应用所学知识解决实际问题的能力.由此可见，专业认证背景下以能力培养为导向是高等工程教育实践教学的本质要求与时代要求.

1 土木工程专业实践教学现状

土木工程专业是实践性很强的应用型学科，实践教学直接关系到学生工程意识的建构、工程能力的培养[6].由于多年来形成了重理论、轻实践的教学模式，使得国内土木工程专业在实践教学上存在重要性认识不足、体系不完善、组织实施不规范、条件保障不足[7，9]等普遍性问题，具体表现在：

1.1 实验环节

实验教学仅是理论教学的补充，实验以验证型实验为主，创新不够，实验结果分析流于形式，学生难以对实验感兴趣[10，11].这种教学模式无法培养学生的思维能力和创新意识.

1.2 实习环节

实习偏于认识型，浅尝辄止，难以达到实习目的[12]；工程实践内容陈旧，缺乏更新；运用多学科知识和最新科技手段解决实际工程问题的教育相对缺乏，直接影响到学生工程实践能力的培养.

1.3 设计环节

建筑、结构、概预算、施工组织设计偏于固定形式，按照给定的样板照本宣科即可以完成，难以培养学生解决工程实际问题的能力[10].

2 能力培养导向型实践教学体系的构建

基于实践教学在土木工程专业人才培养中的重要地位，参照专业认证通用标准中的毕业要求，以能力培养为导向重新构建土木工程专业实践教学体系，以满足专业认证背景下对土木工程专业人才的培养要求，不断提高人才培养质量.

2.1 以能力培养为导向

工程教育认证标准(2015版)中对毕业要求分别从工程知识、问题分析、设计/开发解决方案、研究、使用现代工具、工程与社会、环境与可持续发展、职业规范、个人和团队、沟通、项目管理、终身学习等十二个指标进行能力考核要求的表述.上述指标中体现能力(问题分析能力、问题解决能力、研究能力、工具使用能力、团队合作能力、沟通能力、学习能力、管理能力等)要求的占多数.基于此，以土木工程专业建筑工程方向为例，进行以能力培养为导向的实践教学体系的构建，如图1所示.

图1 以能力培养为导向的实践教学体系

2.1.1 实验体系的构建

基础实验(大学物理实验、C语言程序设计等)、专业基础实验(材料力学实验、土木工程材料实验、混凝土结构设计原理实验、钢结构设计原理实验等)、专业实验(土工实验、建筑结构试验等)多以验证型实验为主，主要培养学生基于实验基本原理、进行实验方案设计、实验仪器操作使用、实验结果分析等研究能力.基于创新能力、工程能力的培养要求，将实验分为基础型、工程型、创新型三类，相关教学层次及教学目标如图2所示.

图2 实验教学层次与教学目标

基础型实验主要包括材料力学性能实验(涉及混凝土、钢材、土等)、杆件力学性能类试验(钢筋混凝土梁受弯试验、钢筋混凝土柱受压试验、钢梁受弯试验等)、平面分体系力学性能类试验等.通过工程图片、视频及工程案例等工程情境的创设，有利于学生对所学内容的意义进行建构.

以材料力学性能类实验中混凝土、低碳钢力学性能实验为例，在回顾荷载类型及材料破坏形态的基础上，以课堂中的粉笔受弯、受扭为例引导学生思考静载作用下的脆性破坏；以钢尺受弯为例引导学生思考静载作用下的塑性变形及其破坏，以风载作用下美国某大桥破坏实录及地震实录视频为例，介绍动荷载作用下结构响应.通过此类情境创设，让学生理解并掌握荷载作用下材料的力学性能表现及其指导意义.

以杆件力学性能类试验中钢筋混凝土梁正截面受弯破坏试验为例，在回顾混凝土力学性能、钢筋力学性能的基础上，以素混凝土梁为例，结合动画视频演示少筋梁的破坏；以钢筋混凝土梁为例并结合动画视频演示适筋梁的破坏，以下部型钢上部混凝土叠合层的叠合梁为例，结合动画视频演示超筋梁的破坏.通过此类情境创设，让学生结合材料力学性能及试验现象，明确承载力极限状态，并建立结构计算简图.

以平面分体系力学性能类试验中静载作用下的钢桁架试验为例，在回顾计算简图、胡克定律的基础上，以一榀排架中三角形钢屋架工程图片为例，介绍计算简图的建立，以杆件与结构间的关系为切入点介绍结构设计流程，以内力与应力、应力与应变间的关系为例，介绍内力与应变间的关系及测试原理.

2.1.2 实习体系的构建

认识实习在一年级第二学期进行，除传统的工地参观学习外，借助于信息化技术，让学生在教室里直观、形象地了解整个建造过程，弥补因时间、经费不足等带来的不利影响.为了保障实习效果，学生实习前先进行预实习，提前了解实习内容.课程实习包括工程地质实习和测量实习，为培养团队合作能力，组建实习小组，增强学习过程中的会话、协作环节，有利于对所学内容的建构.生产实习和毕业实习在四年级第一学期进行，由于实习地点分散，不便于监督管理，通过在线监督技术(如微信定位)、网上考核技术等现代技术的引入，严格把控实习答辩环节(借助PPT介绍实习内容、专家提问、教师提问、整改重修等)，全力保障实习教学目标.

2.1.3 设计体系的构建

设计体系包括课程设计与毕业设计，课程设计包括：建筑设计(民用建筑设计、工业建筑设计)；结构设计(混凝土结构课程设计、钢结构课程设计、基础工程课程设计)；施工设计(建筑工程施工组织设计课程设计、建筑工程概预算课程设计).针对现有课程设计各环节彼此独立的现状(建筑、结构、施工设计未针对同一工程而进行，无连续性)，基于连续性原则，要求学生针对同一工程依次进行建筑、结构、施工设计，这种具有一脉相承的连续体系能够激发学生对完成自己所创作作品的热情，培养学生解决工程问题的综合能力(分析能力、解决能力、团队合作能力等)，课程设计体系的内容及要求如图3所示.

图3 基于连续性原则的课程设计体系

毕业设计环节为实现与实际工程相接轨，聘请企业专家从题目拟定、设计指导、成绩考核等过程全程参与，要求学生按照现行工程规范、标准进行设计.毕业论文题目可以来自于教师科研项目，为培养研究能力提供实战演练机会.为体现使用现代工具能力的培养，要求毕业设计中的结构内力计算部分采用结构力学求解器或PKPM中的PK进行建模计算，混凝土柱大、小偏压判定运用Excel编程判定等，使学生在实践中得到了锻炼和提高.

2.1.4 技能与创新实践体系的构建

工程教育认证标准(2015版)中关于实践教学体系的设置，明确提出要培养学生的实践能力和创新能力，技能与创新实践体系的设置，是培养学生实践能力和创新能力的重要途径.在技能实践环节，突出应用学科特色，通过砌筑工艺、钢筋模板工艺实训，培养学生的实践操作能力；在综合实践环节，基于BIM技术，进行建筑设计、结构设计、三维算量与清单计价、项目管理与投标等技能的综合训练，培养学生在使用现代工具的同时综合运用所学专业知识解决工程问题的实践操作能力；在科研实践环节，要求学生结合所学专业知识，针对某一感兴趣问题，以小组为单位提出新的观点与看法，可行性分析后进行专利撰写模拟，着重培养学生的创新能力.

2.2 以认证标准为准绳

工程教育认证标准(2015版)中对师资队伍、持续改进、支持条件等方面有明确的规定.基于此要求，从以下几个方面进行改进优化，以达到认证标准的相关要求.

2.2.1 加强双师型师资队伍建设

配置既有理论水平又有工程实践能力的“双师型”教师队伍是全力保障实践教学师资要求的重要途径.通过校外引进和校内培养，逐渐形成结构合理、技术过硬、素质优良的师资队伍.聘请企业中工程实践经验丰富、理论基础扎实的工程技术人员作为兼职教师，要求专职教师定期走进第一线学习实践，是对实践教学与行业发展同步化的进一步保障.

2.2.2 优化实践教学考核方案

传统的实践教学考核多以一次性考核作为考核结果，这样的结果是“方便了教师，放松了学生”，难以保障实践教学的质量.基于此，工程教育认证标准(2015版)中明确提出要求建立教学过程质量监控机制，体现过程考核的重要意义.对于实验环节，除出勤考核和实验报告考核外，增设预实验考核、现场操作考核；对于实习环节(校内)，除传统的出勤考核、实习报告考核外，增设小组考核、答辩考核；对于实习环节(校外)，除传统的实习报告、实习答辩考核外，增设网上考核、定位考核.通过考核多元化、过程化、合理化，进一步优化考核方案.

2.2.3 扩大实验室开放力度

实验室是学生从事基础实验和创新实验的场地，工程教育认证标准(2015版)中明确提出实验室应该便于学生使用，开放实验室是对传统实验室使用理念上的创新.通过开放实验室，使学生的实验活动变被动为主动，既为学生的创新能力、动手能力的培养提供了有利的支持，又提高了实验室的利用率.

2.2.4 加强校内外实习基地建设

实习基地是开展实践教学的专业场所，关系到实习的质量与效果.工程教育认证标准(2015版)中明确提出高校应与企业合作共建实习和实训基地，在教学过程中为学生提供参与工程实践的平台.通过测量实践、施工工艺实践教学基地、建筑模型实验室、数值仿真实验室等校内实习基地的建设，以保障校内实践教学；通过与企业合作，建设校外实习基地，以齐齐哈尔大学土木工程系为例，与中铁二十三局集团有限公司、龙建路桥股份有限公司、天津广源恒信工程管理有限公司、齐翔建工集团、齐齐哈尔市建筑设计研究院等多家单位建立合作关系，为学生从事生产实习与毕业实习(路桥施工方向、工程监理方向、房建施工方向、工程设计方向等)提供有利保证.

3 实践教学结果反馈

齐齐哈尔大学为省属应用型本科院校，土木工程专业开设于2010年.在总结2010版人才培养方案实践教学经验基础上，2014版人才培养方案实践教学体系设置时充分考虑了能力培养导向性原则.经过4年的尝试与探索，人才培养质量显著提高，教师团队获得省教学成果奖2项，学生的进步尤其体现在实践动手能力和创新能力等方面.土木2014级～2016级学生在省内各项赛事中取得突破性的好成绩.2017年、2018年连续两年获得黑龙江省“龙建杯”测量分项大赛特等奖；2017年获得黑龙江省轻质高强混凝土设计大赛特等奖；2016～2018年连续三年获得黑龙江省大学生结构设计大赛一等奖，位居省属高校前列；2017年获得省高校“龙建杯”知识竞赛一等奖，BIM建模大赛二等奖；2018年获批3项国家级大学生创新创业项目，位居学校各专业前列；学生作为第一作者发表科研论文、申请实用新型专利人数逐年上升；土木2014级就业率、就业质量、考研率均明显胜于往届.实践证明：以能力培养为导向、以认证标准为准绳的土木工程专业实践教学体系是有效的、可行的.

4 结论

1)在实验教学中创设工程情境，有助于学生对所学内容意义的建构，有助于学习、研究能力的培养；在实习教学中通过设置实习小组进而强化会话、协作机制，有助于学生团队合作能力、沟通管理能力的培养.

2)基于连续性原则的课程设计，能够激发学生学习热情，有助于分析问题、解决问题能力的培养；通过设置技能与实践创新环节，较大幅度地提升实践能力和创新能力.

3)以能力培养为导向、以认证标准为准绳的实践教学体系能够体现实践能力、创新能力、团队合作能力等综合能力的培养.实践教学体系需结合学校特色、专业特色而设置，没有统一的固定模式，但以能力培养为导向的宗旨是不变的.