基于《建筑结构与力学》教学改革培养大学生科技创新能力

（浙江同济科技职业学院，浙江 杭州 311231）

1 研究背景

创新是生产力，是国家强盛之基。《“十三五”国家科技创新规划》、《中国教育现代化2035》和《加快推进教育现代化实施方案（2018－2022年）》等文件都着重强调，要大力弘扬新时期工匠精神，着力培养技术技能型人才，促进专业教育与创新教育有机结合。大学生科技创新能力的培养对于增强民族自主创新能力有着深远的社会意义。

各高校及各专业学科都十分重视大学生课外科技创新活动的开展与实施，都把这类活动看成是促进大学生创新型人才培养的加速器和孵化器。20世纪80年代初开始，国家举办“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛、“挑战杯”大学生创业计划大赛等，此类赛事的开展有力推进了大学生科技创新教育的深入。浙江省大学生结构设计竞赛由浙江省教育厅大学生科技竞赛委员会主办，自2002年至今已连续举办了十八届。我院学生在大学生科技创新竞赛中取得了一定的成绩，但由于受到各方面的束缚，还存在着一些问题，学生目前的创新能力普遍不足。

1)缺乏创新氛围，科技创新活动参与率低[1]。尽管国家和和学校都大力提倡学生科技创新，但很多学生并不重视科技创新活动。据调查显示，学生更多地满足于在考试中取得好成绩去获得奖学金，很多学生认为，科技竞赛和科技发明是少数优秀学生的事，离他们非常遥远，即使参加竞赛的学生，也只是为了应付学校的技能学分要求而被动参与。

2)思维活跃，但缺乏科技创新思维和科技创新实践能力[2]。学生有很多想法，但大量的想法和科技创新相去甚远。学生会学不会做，针对书本上的问题，学生往往可以给出较为完美的回答，但根据自己所学的知识设计的作品却是大同小异，由此学生又会因为无法学以致用而感觉前途迷茫。

2 教学现状

2.1 课程定位

《建筑结构与力学》是建筑工程技术专业重要的一门专业课程，在第一和第二学期开设，总学时120，学分为4分，周课时4课时，以建筑施工图识读、建筑材料与检测等课程为基础，为学生学习后续的基础工程施工、主体工程施工、建筑施工组织设计等课程做准备。兼具理论知识和技术应用，是专业课程中较难学好的一门课程。《建筑结构与力学》主要研究材料力学和结构构件的力学性能，教学目标是让学生掌握结构概念，理解和熟悉结构构造做法，具备分析和解决实际工程中一般结构问题的能力，以解决施工中常见的结构问题，为将来从事施工现场的技术和管理工作奠定基础。

2.2 学情特点

建筑工程技术是一个兼具应用性和实践性的学科，《建筑结构与力学》是一门重要的专业基础课，学生在学习该课程时，已经对本专业有了一定的认知。因为数理基础不扎实，学生理解力学和结构概念存在一定的难度。

以往的《建筑结构与力学》课堂教学模式以教师讲解、学生听讲为主。学生听懂知识点存在难度，部分学生即使听懂了，练习时还是无从下手，无法将知识内化于心。在“教为主、学为次；师为重，生为轻”的课堂模式下，学生被动接受知识，学习主动性不强，积极思考、主动表达的机会与时间少[3]。“95后”、“00后”学生善于使用电子设备，为了丰富教学方法和教学手段，改变学习环境，我们搭建了在线教学平台，尽管如此，课程教学仍然处于理论讲解和知识传递的层面，很难促进学生学习能力的提升，更难以培养学生的创新思维、实践能力和团队合作能力。学生对实践操作性项目表现出相当的热情，但逻辑思维能力较弱，导致他们在创新能力发挥方面受到阻碍。

3 基于课堂教学改革培养创新能力

《建筑结构与力学》作为建筑工程技术专业学生必修的一门核心课程，如何让学生学会学扎实，并激发学生的创新思维，培养学生的创新能力，是课堂教学改革的重要内容，也是课程建设及专业建设的重要方向。

3.1 课堂教学方法创新改革

将科技创新理念贯穿于整个教学过程中，多渠道增加实践教学内容，提高实践课课时比例，充分调动学生的学习积极性，激发创新潜能，避免过去经常出现的学习目的缺乏的现象[4]。优化《建筑结构与力学》课程教学体系，强调以学生为中心的教学理念，将结构模型设计制作的实践内容融入到专业课程教学中，注重“教中学，学中做”相结合。

充分利用结构模型制作实训室的软硬件资源，采用理论教学和动手制作实践相结合的教学手段。在实际教学过程中，通过结构工程案例或结构模型演示导入课程，再以理论知识解释问题，从而引导学生在实践操作中探索和解决问题[5]。结构模型设计制作是创新思维培养的重要形式和实现载体[6-7]。结构模型制作过程包含材料选择、结构选型、理论计算、加工制作、展示答辩、加载测试等过程。模型设计制作实践项目可以充分考察学生力学知识和结构概念的理解与掌握；同时，任课教师通过这个过程了解学生知识掌握和计算能力方面的薄弱环节，以便在教学中有针对性地强化训练。

3.2 构建创新实践项目

构建典型结构模型设计制作项目，采用合理的教学组织形式，循序指引，提高学生主观能动性。教师设计典型模型制作方案，体现结构中常见构件——柱、梁、板的受力特点，和常见结构材料——混凝土、钢材等的材料性能。从图纸设计，到选材下料，再组装构件，再到整体结构成型、承载、破坏之全过程以一种有效的模式，让学生组队完成。

针对学生知识理解和动手能力方面的差异，教师应注重因材施教，分别指导。指导过程中，教师应以科技创新思维培养为理念，注重培养学生的科技创新能力，引导学生提出问题、分析问题和解决问题，分析构件受力特点，优化模型设计方案，在结构模型加载过程中，注意对比分析构件实际受力与理论分析受力情况。同时，各组模型方案做对比分析，指导学生深入和拓展学习结构知识，相互学习，共同提高。在实践项目实施过程中，教师侧重于当好引导者，营造良好的教学氛围，培养学生学习主动性和探索精神，增强学生动手实践能力、团队协作能力与科技创新意识。

3.3 增加认识实习环节

增加认识实习环节、企业调研，参观优秀工法展示，拓宽视野，提高科技创新能力。认识实习不仅可以在校内实训基地开展，也可以参观大型结构建造项目，有效提高实习效果。认识实习可以由学校统一组织安排，也可以采取灵活的方式，围绕实习目标自主实习，提高实习效率，也培养学生自主学习的能力。校内企业和校外合作企业为认识实习提供了广泛的平台，为学生参加认识实习提供便利，也为学生就业做好铺垫。

认识实习的内容既要符合专业要求，又要兼顾学生顶岗实习和就业需要。实习内容包括建筑参观讲解、参观建筑材料生产工艺、参观建造过程、参加专题讲座、撰写实习报告等。认识实习强调亲身参与、实践积累；认识岗位，体验角色。

3.4 建设结构模型制作专业社团

课程学习时间相对有限，对于具有创新意识和具备创新能力的学生来说，课程的学习还远远不够。这些学生的学习兴趣和学习热情需要第二课堂，即专业社团来拓展。结构模型设计在概念设计后要进行力学分析。学生在学习力学时，往往觉得枯燥难懂，引入简单的力学软件辅助计算，以提高学生的学习热情。计算软件作为专业学习的重要工具，对于具有创新能力的学生来说，应用计算软件是一项重要的基本能力。力学软件的模拟计算结果需要实际加载实验来验证其可靠性，模型加载实验结果与模拟计算的差异，可以引导学生探索新的模型方案，尝试更新结构体系，使用新的建筑材料等。模型加载的结果和软件计算的结果互相印证，促使学生深入学习思考，拓宽思路，唤醒科技创新潜能。以结构模型制作专业社团为平台，带领各兴趣小组开展的活动，使学生初步养成按图施工、优化方案、结构建模与数值模拟的技能，为科技创新或相关就业打下坚实基础。

3.5 组织学生参加学科竞赛和创新实践

大学生结构设计竞赛是培养大学生创新思维、创新意识和合作精神的一项重要学科竞赛，作为大学生创新能力训练的一个重要平台，在扩大学生的专业视野、提高科技创新能力和工程实践能力等方面发挥着重要作用[8]。结构设计竞赛是建筑工程教育教育个性化的有效手段，也是因材施教的重要体现。它不再是传统的“老师主导”、“知识讲授”被动接收知识的教学模式，而是以向“学生为主、老师引导”的实践型和创新型的人才培养模式转变。大学生结构设计竞赛每年举办一次，从院赛选拔，到组队参加省赛，再到晋级国赛已形成系列赛事。在创新人才培养驱动之下，以学科竞赛为导向，经过多年的建设与积累，结构设计竞赛与训练团队已形成了稳定的梯队。指导教师团队由具有一定教学水平、科研能力和工程经验的双师素质教师组成。从课堂教学到竞赛指导，教师在培养学生创新能力全过程中起着极其重要的作用。

3.6 建立过程性评价体系

明确学习目的和培养方案，建立过程性考核评价体系。结构模型设计与制作涵盖的知识面广、学科逻辑性强，结合制图规范、结构设计理论与设计规范、结构性能优化、制作工艺、力学分析、创新能力等建立该课程的过程性考核评价体系。

知识理解和技能掌握同等重要，因此须提高实践操作项目在总评中的考核比例，以多种方式考核学生全面的学习水平。以课堂学习和课内实训为基础项目，以各项技能竞赛和创新竞赛为发展项目，鼓励有创新能力的学生多多参赛。对于在各类竞赛中获奖的学生，在相关学科的考核成绩中应给予充分体现。

4 总结

一个国家、一个民族、一个社会、一个团队，其发展前景与创新密切相关，而创新需要创新型人才；创新型人才除了需要创新意识、创新精神、创新激励以外，还需要创新思考、创新实践和创新训练。坚持把创新思维培育、创新素质提升融入到专业课程教学之中，实现基本技能与综合应用能力双融合，实现课内实践与校外实习双渗透，实现校内科技创新和校外专业实践双结合。进一步优化课程教学改革，积极探索建设学生专业社团、实训中心、校外实训基地，在今后的课堂教学改革中，不断强化学生实践技能和科技创新能力的培育，确保大学生科技创新能力培养的持续化、系统化，从而提升高等教育人才培养的质量。