基于工程素养和学术能力培养的工程地质教学改革探索

马建军 黄林冲 梁禹 党文刚

[摘 要] 以土木工程专业基础课工程地质为例，开展了基于工程素养和学术能力培养的教学改革探索。通过工程案例教学、启发性教学、开放性问题、综合能力评价等方法着力培养学生工程素养，结合文献调研、学术研讨和论文撰写等方式培养学生的学术能力，实现了工程素养、学术能力、创新能力和学生综合素质的全面提升。

[关键词] 新工科;工程素养;学术能力;改革探索

[基金项目] 中山大学教育质量工程本科教学改革项目;2017年广东省新工科研究与实践项目

[作者简介] 马建军（1983—），男，湖北襄阳人，哲学博士，副教授，主要从事隧道及地下空间工程研究及教学工作;黄林冲（1981—），男，湖北咸宁人，工学博士，教授，博士生导师，中山大学教务部教务管理处副处长，主要从事工程力学、重大工程防灾减灾方面的研究与教学工作;梁 禹（1986—），男，湖南长沙人，工学博士，副研究员，主要从事隧道工程研究及教学工作;党文刚（1987—），男，山东菏泽人，工学博士，副教授，主要从事岩石力学研究及教学工作。

[中图分类号] G642.0    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）36-0150-03    [收稿日期] 2020-01-10

一、引言

当前粤港澳大湾区建设已经提升到国家战略高度，新工科建设也在全国范围内如火如荼地开展。为了贯彻《关于高等学校加快“双一流”建设的指导意见》，推进高等教育改革[1]，中山大学土木工程学院深化科教融合，以点带面积极打造“金课”。

工程地质作为土木工程专业基础课，为后续专业课程提供最基础的地质学专业知识、初步的地质环境认识、基本的工程地质问题分析方法和深入的工程建设环境保护协同发展理念。同时，作为一门工程与环境相互作用及协同发展的基础课程，也是土木工程专业学生首次系统了解土木与水利、交通、海洋等学科融合发展的专业定位，工程地质率先被纳入本院的“金课”试点建设课程。

二、存在的问题

课程组深入学习了具有新技术、新业态、新产业和新模式等特征的新工科发展需求[2，3]，综合分析后发现现有的工程地质教学存在不足。

（一）工程问题理念不突出

工程地质学科面向工程问题，落点在地质，实际指向工程与地质环境相互作用。大多数开设工程地质课程的院校都引进地质学研究背景的教师进行授课，在课程设置上，大多依据经典的地质学类教材，展示地质学的知识点较多，没有从工程建设需要和地质环境保护这一矛盾而又统一的观点去设置课程内容，导致地质学部分偏重，工程理念及地质环境保护的意识不够突出。

（二）工科学生工程素养、家国情怀等综合素质不全面

工程地质课程起点是工程，瞄准的是工程问题，学习该课程之后学生应该具有一定的工程素养和人文情怀[4，5]。但是调研中很多学生反映，工程地质枯燥，以背诵和记忆为主要的学习方式，如同高中地理学的延伸。这也暴露出我国传统工程教育与新工科发展需求脱节的短板，导致学生工程素养缺乏，只重视知识灌输，而忽略了家國情怀等人文素质培养。

（三）工程地质学习表面化

在科技进步日新月异的今天，新工科建设已经成为高等教育的重要共识，但如何在工程地质课程中设置合理的教学环节，培养学生的创新能力和独立思考能力仍然是一个亟待解决的问题。目前，大多数学生依然重视知识点的记忆和概念的理解，轻视本学科发展，忽视解决问题能力的培养。最突出的表现是老师讲的知识点书本没有就不复习，先问考试内容，然后再划定学习范围，课程作业不重视，课堂听课看心情。因此，传统课堂环境下培养的学生应试能力强，缺乏学习前沿知识的能力和独立思考的能力，无法胜任面向国家战略和区域经济发展的挑战性工作[6]。考虑到工程地质课程是实现以“水土交融、土木水利融和发展”为特色“大土木”的出发点和专业学习的动力[7]，中山大学土木工程学院“金课”试点改革落在工程地质上，为培养学生的工程问题分析能力、创新思维能力和持续创新能力打好牢固基础。

三、课程改革探索

土木工程学院以实际工程问题为导向，提出了基于工程素养和学术能力培养的课程建设方案，全面提高学生工程素质和学术能力，使学生具备可再深造的学术潜力和直接参与工程建设的能力。

（一）围绕工程问题设置课程大纲，贯彻新工科人才培养理念

普通高校一般先选定教材，按照教材章节内容设定课程教学大纲，这样利于学生参考教材学习，教师教学也很轻松，期末学生复习按部就班即可获得高分。这显然无法满足新工科建设的需要。因此，工程地质课程组打破常规大纲设置方法，围绕工程问题设置不同的知识体系，始于引论——全球未来面临的工程问题和地质问题，随后引入地质学章节——人类赖以生存的地球和宇宙，围绕岩石、矿物、地形、地貌、地质结构及其演化动力等内容，每一部分章节都涉及具体的工程挑战，然后依次讨论不良地质问题和对应的工程处理手段，最后是学科前沿，包括环境岩土、海洋岩土、深部采矿、核废料存储、非常规能源开发、月球采矿等等。这样的体系化教学大纲对教师提出了更高的要求，任课教师除了具备地质学专业知识，还要有一定的工程经验和学术前沿追踪能力。

教学大纲不仅设置了教学内容和对应学时，也提出了对应的教学方法和教学理念。教学大纲规定：工程问题研讨教学环节必须融入家国情怀和未来战略需求，培养学生以工科报国的人格高尚情操，给学生们以人生目标，即以实现国家兴旺和民族复兴为己任。因此，教学大纲在设定教学内容和进度的同时，也对学生能力层次划分：一重能力为基础知识，理解和掌握基本理论;二重能力为学以致用，工程实践能力，能够融会贯通举一反三;三重能力为主动学习解决工程问题，有较强的创新能力，可培养成为综合型工科领袖人才。

（二）采用课程负责人制度，组建具有工程背景和学术潜力的课程教师队伍

为了提升教学大纲执行效率，教研室通过综合考核的方式去遴选课程负责人，课程负责人通过学术背景调查和工程背景座谈去选择合适的教师。课程教师遴选必备素质包括：学术能力、工程背景、沟通能力、校企合作关系构建和长远发展规划等。因此，首次工程地质学科组教师必须具备较强的学术背景，在国际期刊上和国内行业期刊上有一定的学术贡献。其次，遴选的教师必须具备一定的行业经验，如隧道与地下空间工程、水利工程、采矿工程和海洋岩土等方面的经验。因此，进一步要求遴选的教师大都参与主持和参加过国家课题，完成过企业委托的横向课题，这些企业也可为学生实习和后期现场观摩学习提供协助。

（三）以工程问题为导向的启发性课堂教学模式

工程地质是“大土木”专业基础课，课程目标定位是引导学生理解工程问题，培养工程意识，启发本专业后续课程学习，树立工程建筑活动与地质环境协同发展理念，为培养学生工程应用技能和科研实践创新能力打好基础。因此，本课程课堂教学以工程问题为导向，每个教学内容都设置了贴切的工程问题，部分工程问题也是开放性的，鼓励学生智者见智，穿插于课堂之中;每节课都会留下课后作业，以绘图的方式描述工程问题、地质概念和地质现象。如此开明宗义，课堂之中工程问题随时都可能抛出，学生课堂上没有时间去神游和看手机，因为大家都带着问题去学习和思考。同时，课后作业可能是老师依据知识点临时口头留下的，学生们如果课堂注意力不集中，很可能无法准确记录问题，无法高质量完成平时作业。

（四）知识迁移和学术潜力培养

知识迁移和学术潜力培养的主要目的是强化课程学习的综合性、系统性和前沿性。考虑到绝大部分学生都会继续深造，在工程地质课程中适当培养学生的学术能力是“厚基础、重能力、突出创新”的重要举措。本课程的第一次作业就是分析一个工程事故，采用标准的期刊格式去完成一篇案例论文。论文要求除了格式规范外，还要查阅必要的科学文献、新闻报道、工程地质报告、经典案例和经典科学理论和分析方法等。助教和授课教师严格按照学术规范进行评阅和打分，在课堂上及时反馈学生学术论文写作问题，同时也会给出优秀文章让学生们研读，从本科阶段就培养学生科技论文写作能力，为研究生科研训练打好坚实的基础。

（五）兼顾基础知识、工程素养及学术能力的综合能力评价体系

通过学习国外先进经验，结合工程地质课程培养目标，实施以工程問题为导向和学术能力培养的教学模式，建立了兼顾基础知识、工程素养及学术能力的综合能力评价体系。基础知识的考核通过平时课程作业（绘图训练、问题调查、地质过程、选线选址训练）及期末考试中的客观题来考查，其主要目的是督促学生重视基础，为后续学习做好知识储备。工程素养考查的是学生通过本课程学习是否具备看见图纸或者照片就可以想象出地质结构和对应的工程问题;是否能够以工程师的思维去回顾地质历史、分析工程地质难点、提出初步选址、勾勒工程范围、预测未来地质问题和构建工程建筑活动蓝图。更深层次的能力是对实际工程中遇到的地质问题，利用所学知识进行分析，提出多种解决方案，提升工程意识。这种考核通常以课程作业、课堂提问和期末考试主观题的方式来实现。其中，期末考试的内容中，要求主观题必须有60%以上，而且必须以实际工程和地质问题为背景，要求学生从工程师的角度去看问题，提出解决方案。学术能力的考查除了学术论文撰写之外，还要求学生们以分组做报告的形式来展示自己团队的科研成果，通过综合评价实现厚基础、重能力、突出创新的教学目的。

（六）课程回顾与反馈机制

土木工程学院建立了课程回顾和反馈机制，定期与学生座谈和课后回访，实现教学过程和学习效果联动，动态控制教学节奏，有的放矢。学生们也通过社交媒体反馈教学过程，教师也可以实时掌握学生的学习状态，调整教学方法，提高教学效果。

四、初步成效

工程地质是中山大学土木工程学院打造的试点“金课”，基于该课程，课程组开展了基于工程素养和学术能力培养的工程地质教学改革探索。经过回访和课程反馈发现，学业成绩优秀率高达33%，及格率为98.4%，说明课程改革基本实现了教学目的。调研后也发现，学生们对后续专业课程的认识度提升到85.7%，而在本课程之前的认识度为35.5%。这充分说明，本课程对后续课程学习的启发和认知起到了关键作用，学生们的工程素养和学术能力也得到了很大的提升。接近40%的学生在工程地质课程答辩汇报中展现了良好的学术能力和科学的工程分析方法，得到了答辩老师的一致好评。接近80%的学生文献调研能力和学术写作能力得到了很大的提高，充分说明本次教学改革初具成效，后续教学活动需要不断完善和优化教学方法。

五、结论与创新

本文以中山大学土木工程学院的试点“金课”建设项目“工程地质”为例，开展了基于工程素养和学术能力培养的教学改革探索。课程回顾和调查发现，课程中的工程案例教学、启发性教学、开放性问题、学术论文撰写、综合能力评价等方法对培养学生工程素养和学术能力起到了积极的作用，教学效果明显。同时，启发了学生后续学习专业课程的工程思维，激发了专业课程的学习热情，提升了学习能力。考虑到科技日新月异，现有的教学体系距真正实现中山大学培养目标还有一定的差距，中山大学工科“金课”试点范围还要继续扩大，新的教学方法和教学理念有待进一步探索和研究。

参考文献

[1]胡朝英，黄海燕，龙立焱.土木工程卓越工程师培养实践教学体系的建设[J].教育教学论坛，2016（38）：269-270.

[2]教育部高等教育司.教育部办公厅关于推荐新工科研究与实践项目的通知[Z].教高司函[2017]33号，2017.

[3]李华，胡娜，游振声.新工科：形态、内涵与方向[J].高等工程教育研究，2017（4）：16-19.

[4]张土乔，张燕，邵煜，等.问题和工程案例为导向的工程流体力学课堂教学改革[J].教育教学论坛，2019（3）3：105-107.

[5]章慧蓉，李炎锋.基于创新和实践能力培养的“土木工程施工生产实习”实践教学研究[J].中国建设教育，2017（05）：78-81.

[6]黄林冲，孙鹏飞，梁禹.新工科建设中力学专业人才培养模式探讨[J].课程教育研究，2019（1）：242-243.

[7]李培根.未来工程教育中的实践意识[J].高等工程教育研究，2010（06）：6-8.