土木工程专业升级态势下的设计类课程教学改革

吴秀峰 刘海卿 张霓 赵中伟

摘  要：在新工科理念驱使下，文章在分析产业变革、人才能力需求的基础上，以知识体系搭接分析为切入点，阐述设计类课程“课堂+实践”双重教学特征及其在知识体系搭接中的节点作用。以钢结构设计课程为载体，从优化教学内容、项目驱动教学过程组织及学生成绩多维考核体系等方面对该课程教学改革进行讨论，为土木工程专业升级为智能建造专业的教学改革提供一定借鉴参考。

关键词：设计类课程;教学改革;项目驱动;考核体系

中图分类号：G642 文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2022）08-0131-04

Abstract： Under the background of new engineering concept， this paper analyzes the industrial transformation and talent ability demand， and takes knowledge system overlap analysis as the starting point， expounds the dual teaching characteristics of design courses "classroom + practice" and its node role in knowledge system overlap. Taking steel structure design course as the carrier， this paper discusses the teaching reform of steel structure design course from the perspective of optimizing teaching content， project-driven teaching process organization and multi-dimensional evaluation system of student achievement. This study can provide some reference for the teaching reform of intelligent construction major.

Keywords： design courses; teaching reform; project-driven; assessment system

近年来，装配化成为建造产业的引领方向，生产模式从“设计-施工”转变为“设计-深化设计与施工（制造）-装配化施工（建造）”，从而引发土木工程专业本科生就业驻厂岗位比例升高，从事制造、建造的比例合达到90%以上。为了适应产业新的人才需求，教育部召开新工科建设研讨会（2017年），提出了“问产业需求建专业，问技术发展改内容，问学校主体推改革，问学生志趣变方法，问内外资源创条件，问国际前沿立标准”的行动纲领，并构建了七个新工科专业知识体系。在纲领指引下，国内高校纷纷通过传统土木工程专业升级或建设智能建造新专业等方式，来适应产业人才需求。这两种途径都是以土木工程专业为本，根据制造及建造岗位需求，在土木工程专业知识体系上搭接机械自动化、信息自动化等知识模块[1]。

一、土木工程设计类课程教学作用分析

土木工程專业的设计类课程是衔接专业基础课与毕业设计的桥梁，对培养学生专业素养起到关键作用。从教学环节角度，钢结构设计课程是顺应专业认证要求及产业需求开设的新课程之一，是设计类课程中学时最高的课程;从外部产业需求角度，钢结构制造在《中国制造2025》指引下率先实现了产业升级，而且《钢结构设计标准》（设计类第一部标准）的颁布标志着核心技术全面与国际对接。综上，钢结构设计是设计类课程中最具代表性的，同时也是最急需搭接智能建造新知识体系的，其知识体系中已经涵盖构件设计、装配式施工等知识模块，但缺乏相关机械自动化及信息自动化等知识点。

根据丁烈云院士关于智能建造专业知识体系分析[1-2]，对传统土木工程知识体系及智能建造知识体系进行模块化分析，如图1所示。通过对T形知识结构的构成及搭接过程分析可以发现，设计类课程模块衔接了设计原理课程模块与毕业设计模块，具有“课堂+实践”的明显特征[3-5]。同时，设计类课程是传统土木工程知识体系中的顶端，又是智能建造知识体系中的底端，是知识体系搭接过程中的重要节点。

综合以上分析，为了增强土木工程专业学生及教师对新工科理念的理解，拓展专业能力，适应新职业岗位要求，以钢结构设计课程为载体，进行教学改革是必要的。

二、基于T形知识体系的教学内容改革

钢结构设计课程内容繁多但学时较少，采用传统讲授内容，会造成学生上课听得懂却无法灵活运用;学生在学习过程中对教师的依赖度高，工程背景及设计依据理解浅薄，设计成果存在矛盾;学生主动思考和查证过程的时间过于紧张，完成的不充分，对学生创新思维的培养不利。

将问题导向融入到教学内容中[6]，构建以毕业要求为目标的导向、以学生能力培养为中心的讲授内容，是优化教学内容改革秉承的中心思想[7]。

为此，把传统的讲授学时划分为以驱动教学方式为主体的课内设计和创新实践两个主题模块。其中，课内设计设置三个主题，每个主题均包括工程背景讲解、设计技术讲解、项目选题、问题研讨等授课内容;创新实践模块内容主要根据前期设计成果，以实验室为模拟生产线，在对实验室设备性能及BIM技术理解的基础上，对设计成果进行装配式分析及深化设计。以40学时的钢结构设计课程为例，进行了教学内容的学时安排，见表1。

在组织“课内设计+创新实践”的教学内容过程中，以下几个方面，是构造准绳：

（1）强调设计软件合理应用，让学生从中对《钢结构设计标准》及相关行业规范充分理解，加深对设计中的相关影响因素理解，提高学生实际设计能力，提高学生获得感。

（2）充分利用实验平台，通过建造模型，让学生了解相关机械运作模式，操作工具对装配式构件及连接进行加工、组建及运输，从而将机械自动化相关知识点融入到教学活动中来。

（3）让学生对数据采集及分析方法有充分认识，构造学生信息组织能力;将BIM技术运用到钢结构设计课程中，将二维平面图与三维模型相结合，做到信息化相关知识的学习与应用。

通过教学改革实践，扩展了设计类课程的教育基础条件，彰显了设计类课程在培养创新应用型人才中的“教学+实践”双重作用，实现了专业设计改革的有序发展。

三、基于STEM法规范教学项目及其实施过程

多学科知识融合，需要学生具备完善的知识储备和动手操作能力。如图2所示，STEM学习法注重学生们在教室里、实验室里重现和体会研究、发现科学问题的过程[8]。它符合问题导向的教学思维模式，有助于学生借助科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）这四个维度去发现和认识问题。STEM法则对于融合多专业的知识，培养学生宽广视野较为适合。

借助教师团队主持、参与的工程实际项目及经验，广泛征集素材，以装配式构造为核心，将复杂工程有机地转化为难度适宜的设计要求。

利用STEM四个维度去编撰审查驱动式教学项目[9]，可以更好地保证项目具体化、真实化和多样化，完善更新驱动式教学的设计题目库，让课内设计达到真题真做的标准。

让学生依据STEM学习法则开展项目研究，使学生真正能进入从工程背景到实际操作的多角度体验式学习[10]。本次教学改革将教室场景转换到企业、实验及科研场景，更具行业规范、工程案例、岗位要求，在标准规范、期刊报告和设计手册中借鉴基于智能建造的现代主流设计思路、工艺设备、施工工法等方面的知识，提高学生自主接触新知识的能力。

借助学习通等学校提供的网络共享平台，加强学生评委组建设，让教学组织更为规范，在教师团队指导下，学生进行初步互评，不断完善学生设计成果，提高设计效率;保证学生完成时间灵活化，才能让学生体现出个体差异，真实反映学生志趣及能力。学生从跟着老师跑，到筛选适合自己的学习来源和学习方式，可以让学生从浅入深，从慢到快，改善学生自我管理的能力，提升学习效率，逐渐形成自我更新知识的能力，从而达到学、懂、会、用的目的。

四、适用于过程性评价的成绩构成

目前，这类课程还存在较为死板、粗糙的试卷评价模式、论文作业评价模式和开卷考试模式，已经不太适应新的教学活动。

新的学生成绩考核体系是一种多目标的二维考核评价体系，以“态度、知识、能力”为基本出发点，以“两性一度”为考核阶梯，在不同层次上注重不同的核心考核内容评价及引导性考核内容评价，如图3所示。

新的考核体系以“态度、知识、能力”为基本出发点，以“两性一度”为考核阶梯[11]，在不同层次上注重重点考核及引导性考核，其中重点考核是对标设计类课程对毕业目标的强支撑而进行，围绕土木工程专业知识和能力而设定，强调“固本”;引导性考核灵活机动，围绕下一阶段任务和本阶段拓展而设置考核条件，实现“荣枝”。通过固本荣枝，将知识体系的多维化、多层次化特征体现在具体的教学过程和过程考核中，让学生清楚地明白知识体系发展脉络，真实感受到自己的能力提升过程，从而完成对学生的效率观念培养，专业能力的培养与提升，实践能力的提升及拓展。

五、结束语

1. 根据学生自身素质和学校教学条件，扩展设计类课程的教育基础条件，提高设计类课程在培养创新应用型人才中的“教学+实践”双重作用，创新性地将课程教学特点与新工科具体要求紧密结合，寻求传统专业课程升級的改革方法。

2. 提升教师团队对智能建造这一新工科领域的知识储备，提升教师团队对“目标导向、学生中心、持续改进”的认知力和执行力。以点带面，为实现同类设计课程的知识结构升级、教学质量保证和教师专业素养发展积累有益经验。

参考文献：

[1]丁烈云.智能建造创新型工程科技人才培养的思考[J].高等工程教育研究，2019（5）：1-4+29.

[2]刘世平，骆汉宾，孙峻，等.关于智能建造本科专业实践教学方案设计的思考[J].高等工程教育研究，2020（1）：20-24.

[3]刘华新，张旭，毕重，等.土木工程专业结构设计类系列课程改革与实践[J].辽宁工业大学学报（社会科学版），2009，11（1）：134-136.

[4]王凯英，孟宪强，廖明军，等.结构设计类课程教学改革探索[J].高等建筑教育，2010，19（6）：106-107.

[5]陈辉强，蒋彦涛，陈思甜，等.土木工程类课程设计教学改革探讨与实践[J].科教导刊（中旬刊），2016（6）：125-126.

[6]段晓牧，吴秀峰.《钢结构》课程教与学相结合的教学方法研究[A].土木建筑教育改革理论与实践（第12卷）[C].武汉：武汉理工大学出版社，2010：217-219.

[7]翟淑琴，李秀平.新工科建设背景下大学物理实验教学探索[J].教育理论与实践，2020，40（3）：56-58.

[8]董陈琦岚.基于STEM项目学习的学生能力评价研究[D].天津：天津师范大学，2017.

[9]吴秀峰，杨春玲，段晓牧.任务驱动式教学在钢结构课程中的实践研究[A].土木建筑教育改革理论与实践（第12卷）[C].武汉：武汉理工大学出版社，2010：236-238.

[10]程维库，徐纪敏，袁志.学习体验主导型教学评价指标体系构建与应用——以广州大学华软软件学院为例[J].广东交通职业技术学院学报，2020，19（1）：99-102.

[11]耿永志，赵小兰.实践“金课”的特质与推进策略[J].教育理论与实践，2020，40（18）：19-22.

基金项目：本文系2018年辽宁省高等教育教学改革项目“新工科背景下‘大土木’人才培养模式研究与实践”（LN_UPRP20180185）;辽宁工程技术大学本科教学改革“土木工程专业升级态势下的设计类课程教学改革”（2020LNTU-BKJY007）的研究成果

作者简介：吴秀峰（1976-），男，汉族，辽宁阜新人，博士，副教授，硕士研究生导师，研究方向为钢结构设计方法。