基于创新实践能力培养的项目教学法探索与实践

袁晓静 邵永健 刘凡 马俊玲

[摘 要]社会经济的飞速发展对高校人才培养提出了更高的要求，亟须大批创新实践能力强的高层次人才。文章基于研究生创新实践能力现状、内涵及构成要素，以土建类专业为对象，以创新实践能力培养为目标，构建了“2个中心，4个阶段”的项目教学法框架。结合结构实验技术课程，围绕项目准备、论证、执行和评价四个阶段开展教学实践活动。通过跟踪学生在后续阶段的综合表现，评价项目教学法的实践效果。

[关键词]研究生教育;土建类;创新实践能力;项目教学法

[中图分类号] G643 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2022）03-0193-05

随着社会经济的飞速发展，各种异形结构、超高结构、复杂结构应运而生，如国家体育场、上海中心大厦、港珠澳大桥等[1]。国家基建需要大批创新型人才。研究生教育作为高层次人才培养的重要组成部分，是我国教育的重中之重，应积极探索人才培养的新模式，培养具有实践精神和创新能力的复合型高素质人才，以适应和支撑国家创新型发展战略[2]。

近年来创新实践能力的培养受到广泛关注，已成为研究生教育研究中的一个热点问题。朱根华、严志宏、杨明等[3]探索基于过程控制理论的研究生创新实践教育培养模式，从研究生的科研技能、创新能力、实践能力等环节入手，建立了一套主成分分析法学生综合评价体系。王瑞紅[4]在分析实践基地建设面临的主要问题的基础上，提出了实践基地建设的协同创新机制，指出协同创新对提高研究生实践能力有积极的促进作用。袁清珂、成思源、骆少明等[5]在机械工程专业以研究生培养质量为目标，探索了研究生实践环节的设置，明确了通过实验环节可以提高研究生的创新实践能力。此外，很多学者提出开放科研实验室，开拓校外实践基地，优化教学评价指标等方法来促进研究生创新实践能力的提升[6]。学者们一致认为，在研究生创新实践能力培养中，必须坚持“学生为本，立足实践”的教学理念。

项目教学法是引导学生主动思考问题、解决问题的教学方法。以项目带动教学，以学生为主体，探索性地实施一个完整的项目，把实践教学与理论教学有机结合，让学生在教师的帮助下掌握知识、获得技能、锻炼能力[7]。可见，强调实践和探索的项目教学法特别适用于土建类专业的教学活动，其能在强化理论知识的同时，提高学生的创新实践能力，培养出符合我国现代化基础建设需要的应用型和复合型人才。

一、研究生创新实践能力构成

（一）研究生创新实践能力现状

大部分研究生都是应届学生，没有工作经历。在学校，他们接受的都是应试教育，以课堂学习为主，以通过考试为目的;在家里，他们大部分是独生子女，动手能力较差，更别提参与生产实践活动了。

本科阶段设置的实践教学环节，大多以观摩为主，需要自主动手、独立完成的环节很少。到了研究生阶段，受客观条件限制，前期课程仍然以灌输式的课堂学习为主，虽然设置了实践学分，但仍然存在走马观花的现象，缺乏“荷枪实弹”的训练。学生在完成硕士学位论文时表现为：开题阶段，缺乏自主积极性，过于依赖导师;试验阶段，制订试验方案能力不足，实际操作能力差，过于依赖实验室教师。这导致试验周期长，试验效果差，最后自然也就写不出高质量的学位论文，更谈不上知识创新了[8]。

实践是土建类学生创新能力的基础，也是提升创新能力的源泉。实践环节的先天不足导致学生创新能力的缺失。

（二）研究生创新实践能力内涵及构成

创新实践能力[9]是指在有足够知识储备的基础上，通过积极参加实践活动，发现新问题，并尝试用创造性的思维和方法解决问题，从创新行为上反映创新能力的综合表现。创新和实践紧密联系，相互补充，相辅相成。创新离不开实践，实践有助于创新。

项目组结合土建专业人才培养的需求，构建了土建类研究生应具备的创新实践能力要素，如图1所示。

1.自主学习能力。研究生不仅要能接受他人传递的知识（研究生入学后的第1年，主要是通过学校开设的各类课程教学达到此培养目的），还要能在导师的指引下基于问题去探索、研究、发现和解决问题（后面1～1.5年的课题研究阶段，主要通过参与导师课题组的科研项目达到此培养目的）。这就要求研究生具备自主学习能力，能自主进行科技检索、筛选阅读和归纳总结各类文献，进而更新自己的知识结构。导师会根据自己在研究的科研项目，指导学生了解专业方向的国内外研究动态。学生需要通过自学去理解、探寻目前的热点课题，并结合自己的个人能力，和导师进行有效的沟通交流，最后凝练出适合自己的研究课题。

2.综合应用能力。有了足够的专业知识储备后，还应具有综合应用能力，即敏锐的观察能力、科学的思维方式、专业的研究方法和精准的成果表达。

3.实践活动能力。萨迪说：“无论你腹中有多少知识，假如不用便是一无所知。”土建类研究生作为肩负国家基建重任的高层次人才，必须有卓越的实践能力。研究生在校期间有各种科研实践活动，如主持各级创新计划项目，参与导师的各类科研项目;有社会实践活动，如协助本科生的授课、辅导、答疑活动，从事教学行政管理部门的辅助管理工作，结合论文参加的必要的工程实践活动，参加创新创业实践和各类专业竞赛。

应通过实践活动来检验理论知识的掌握及应用情况。在实践活动中，要勤于思考，敢于怀疑，勇于提问，并尝试用创造性的方法去解决问题。实践能力是研究生培养质量的重要指标，是创新能力的重要基础[10]。

4.知识创新能力。研究生教育区别于本科生教育之处就在于科研能力的培养。而科研的本质是知识创新。良好的实践能力，必然能激发出创新意识。有了创新的意识和创新的思维必须再次付诸实践， 在实践中持续改进，进而形成创新性成果。创新能力是研究生培养的重要目标。

5.团队协作能力。研究生创新实践能力的价值体现在培养适应社会需求的高素质人才群体。每个研究生毕业后都将走向自己的工作岗位，在不同的群体活动中面临不同的责任和挑战。一个人的能力再强也不可能面面俱到。创新实践能力需要在团体活动中展现和发挥。可见，团队协作能力是创新实践能力中不可或缺的能力要素。

二、基于创新实践能力培养的项目教学法

项目教学法最主要的特点是：以项目为主线，以学生为主体，注重理论与实践相结合。教师可通过指导将一个相对独立的项目交由学生自己处理。项目信息的收集、计划方案的设计、项目的实施及评价，都以学生为主体来完成。学生通过项目的执行，了解并把握整个过程及每一个环节中的基本要求。

土建类专业研究生培养以“较强的实践能力和创新能力”为主要目标。随着新工科理念的推出，研究生创新实践能力的培养有了更高的要求[11]。本文结合土建类专业的特点，构建以土建类研究生为对象，以实践课程为载体，以创新实践能力培养为目标的项目教学法（如图2所示），包括2个中心和4个阶段。

（一）2个中心

1.第1个中心：以学生为中心。传统的实践教学，都是以“教师指导”为中心，在教师的全程指导下，学生按照指定的程序，在指定时间内完成指定的任务。在项目教学法中，以学生“自我研究”为中心，教师指导为辅助。学生按照教师提出的目标要求，将一个完整的项目，按照自己事先制订好的计划有序执行。学生以项目组的形式参与到项目活动中，全员参与，互相探讨，分工协作，共同完成。这种教学方法有利于提高学生的学习热情，增强操作技能，激发创造灵感，让学生体验实践的艰辛，感受创新的乐趣。

2.第2个中心：以实践过程为中心。传统实践教学中，大多以“課堂式灌输”为中心，以教师讲解为主，而学生主要是观摩或临摹。学生跟着教师的思路走，被动地接受知识。在项目教学法中，模拟真实项目，以学生自我建构知识为宗旨，自我探索为基础，寻找完成项目的方法，从而得到项目的研究成果。其强调实践过程，弱化学习结果。学生通过自主地完成一个系统的项目来提高自身的创新实践能力。

（二）4个阶段

项目教学法以项目为依托，根据土建类实践课程的特点，可以将项目教学法分解为4个主要阶段：项目准备阶段、项目论证阶段、项目执行阶段和项目评价阶段。

1.项目准备阶段。这个阶段，对教师来说主要就是选择合适的教学项目。教师应根据实际情况选定适合项目教学法的项目。“简单的不想做，难的不敢做”是研究生入学阶段的状态。设置难易适中的内容进行项目教学法，既能激发学生的兴趣和热情，又能锻炼其实践能力。还应根据学生个体的差异设置不同的教学目标，如一般目标和高级目标，让学生根据自己的能力自主选择，体现“教学有法，教无定法，贵在得法”的原则。

项目选定后，学生可自行分组，每组2～3人。项目组成立后，即开展前期调研。教师需要引导学生围绕项目目标开展前期准备。如：这个项目顺利开展的前提是什么，有哪几个关键步骤？在关键节点，需要注意些什么？哪些资料是值得学生查阅和研究的？以此来发挥教师的引导作用。

2.项目论证阶段。学生在做了充分的前期准备工作后，制订项目的计划方案。这个方案可行与否，实践基地的条件又是否满足，需要教师来审核把关。在这个阶段中，学生既可以在前期大胆发挥想象，又能保证项目的可靠执行。审核通过，锻炼了学生的创新力;不通过返回，也可培养学生理论联系实际的意识，并锻炼学生良好的心理素质。

这一过程既可以加强师生之间的互动、学生之间的交流，又可以训练学生的逻辑思维能力和语言表达能力。

3.项目执行阶段。项目组成员编制详细的项目实施方案，对项目的组成要素进行合理分解，有序安排。实施过程中涉及的新知识、新方法、新技术，需要进行专项研究;遇到的实际操作难点和关键点，需要项目团队精诚合作，共同解决。学生需要在教师的指导下，注意数据的收集及处理，成果的积累与表达。在执行过程中，要擅于观察总结，发现问题，提出问题。

在执行过程中，学生遇到困难时，教师应给予启发性的提示;学生操作错误时，教师需及时提醒与纠正，以免挫折过多，打击学生的实施热情。

4.项目评价阶段。不同于以往的教学方法，项目教学法强调“以学生为中心”，在学生执行项目的过程中锻炼各种能力，因此项目的评价标准就不能仅仅以最后的考核成绩（或报告）为标准。项目评价应具备科学性，要体现项目过程性的评价。评价应由三方面构成：学生自我评价、团队（或成员）互相评价和教师评价。评价内容要覆盖理论知识掌握及应用能力、实际操作能力及创新意识等要素。

项目教学法将传统的“单元式碎片式实践”转化为 “项目式系统式实践”，让学生体验一个完整的项目。硕士学位论文是研究生培养中最重要的部分，包括论文的选题、开题、做题（中期检查、预答辩、评阅）和结题（答辩）等环节。项目教学法其实也是模拟了论文的完成过程。

三、项目教学法在实验教学中的实践

实践是认知之本，是创新之源，是培养创新能力的必经之路。实验教学是提高实践能力的重要手段。很多高校都把实验教学与理论教学、学位论文研究并列。

对于土建类研究生来说，开展实验研究的能力是衡量实践能力的主要标准。由于本科阶段有相关的实验技能课程，所以在研究生阶段一般不设置实验课。但是从科研试验阶段研究生的表现来看，他们对一些基本实验技能的掌握缺乏完整性和系统性。学生在这些简单的实验技能上耽误时间、浪费精力，甚至走弯路。因为传统的实验教学将这些基本的实验技能分割成几个独立的、不连贯的小实验，每个小实验都采用统一的过程、固定的步骤进行大班实验教学，最后以提交一份统一格式的实验报告结束。由于空间限制和个体差异，有些学生并没有参与其中，只是作为旁观者。这制约了学生的主观能动性，降低了学生的学习热情。

以培养研究生的创新实践能力为目标，结合研究生一年级的结构实验技术课程，根据实验室的特定条件，项目组开展项目教学法教学实践。

（一）项目准备阶段

1.项目选题。结构实验是一项科学实践性很强的活动，是研究和发展工程新结构、新材料的重要手段，在工程结构科学研究和技术革新等方面起着重要作用。试件作为一个系统，所受到的外部作用（如力、位移、温度等）是系统的输入数据，试件的反应（如应变、应力、位移等）是系统的输出数据。通过对输出数据的量测、采集和分析处理，可以了解试件系统的特性而做出评价。应力值是评定结构工作状态的重要指标。在实验研究中，应变量测几乎是必不可少的一项工作[12]。

结合实验室的条件，项目组选定悬臂梁受荷下的内力量测项目开展项目教学法。通过实施一个完整的项目教学，让学生进行基本实验技能的学习，培养学生做科研试验的能力。

2.理论计算。理论分析、数值模拟和科学试验是土建专业主要的三种科研手段。研究生首先要有足够的理论计算能力，在试验阶段才能运筹帷幄。在学生理解了项目的目标以后，要求学生提交一份理论计算书，计算出悬臂梁在受荷下的理论内力。这就需要学生做充分的调研活动，收集悬臂梁的参數（如截面尺寸、材料性能）、加载制度和受荷等情况。

3.制订项目计划。教师通过项目小组讨论的形式，引导学生分析实验方法和实施步骤。学生通过自行查阅文献，翻阅规范规程，确定实验方法和测量设备，最后拟定项目的执行计划（如图3所示）。

（二）项目论证阶段

制订好项目的执行计划后，由教师主持项目论证，和学生探讨项目计划的可行性及可能遇到的问题。教师确认计划可行后，即可进入执行阶段;有不合理的地方需要学生再次修改完善。

（三）项目执行阶段

1.应变片的粘贴。应变片是应变电测技术中的感受原件，其粘贴质量的好坏对测量结果影响很大。电阻应变片的粘贴技术复杂，工作量大，技术要求十分严格。常规教学实验要求在规定时间内完成一个粘贴的流程。至于粘贴好的应变片是否能很稳定地进行测量工作并不做要求，学生对于应变片的粘贴质量对后续测量的影响更是没有概念。

项目教学法中，这个阶段，学生不再是依葫芦画瓢，敷衍了事，而是严格按照自己事先制订好的粘贴步骤操作。从筛选、打磨、清洗，到贴片、固化、焊接，再到固定、检查、保护，都必须规范操作。否则，面临的将是无法测量，重新粘贴。根据项目计划，一共需要粘贴6片应变片（见图4），2～3人一组的话，每人至少贴2片，通过重复操作，学生可以熟练掌握应变片的粘贴技术要领。

2.温度补偿效应。应变片粘贴完成后，需将应变片接入桥路，为下一步的测试工作准备。在使用惠斯登电桥原理接线前，需要了解温度补偿片的作用。温度补偿片到底有多重要？如何抵消温度效应？很多研究生在进入科研试验阶段后，仍不清楚温度补偿片的作用和原理，经常忽视温度补偿片的制备，给试验的应变采集工作带来很大的困扰。在项目教学中设置此环节可以加深研究生的理解。

采用半桥单补的接法来研究温度变化对应变测量的影响。以测试片和温度补偿应变片充当外半桥，学生需根据仪器的桥路示意图，自行完成此接法（见图5）。用红外线灯以30～50cm的距离，先对温度补偿片进行加热，同时观察仪器读数有无变化及变化趋势。记录观察结果后，等待补偿片充分冷却。再用红外线灯同时加热测量应变片和温度补偿片，观察仪器读数的变化，并记录观察结果。通过这个专项练习，学生真正掌握了温度补偿片的作用。

3.悬臂梁受荷下的应变量测。对应变片进行可靠的保护后，学生再次确认粘贴好的应变片是否有损坏，全部正常方可进入下一步工作。学生根据电阻应变仪的电路提示，辨别正确的连线方式，将应变片采用多点测量桥路连接到静态电阻应变仪中，测量悬臂梁上不同位置的四点应变。

悬臂梁需分级加载，分级记录数据。在测量过程中，教师引导学生掌握结构实验常见的几个专业术语，如加载装置、加载制度、加载级别、初读数和读数差等;让学生知道文字表述、表格归纳和图片记录这3种常用的成果表达方式。最后将实际量测结果与理论计算结果进行比对（偏差数据情况见表1），引导学生进行误差分析。

通过这一过程，学生掌握了静载实验的研究方法和技能，学会了成果的正确表达方式，同时了解了理论计算与实验数据之间必然存在差异的现象及原因分析。

4.基于不同桥路连接下的应变关系。完成上述实验环节后，学生验证了悬臂梁变截面处等强度的概念。可以利用这个等值关系，借助静态电阻应变仪，利用惠斯登电桥 “相邻桥臂异号，相对桥臂同号”的规律，来完成4种不同的桥路连接方法，并总结不同桥路连接下的输出应变关系（见图6）。

（四）项目评价阶段

项目执行完毕后，学生整理报告，对实验过程进行分析，处理实验数据，对整个项目获得的实验技能进行总结，并进行自我评价。报告没有固定的格式，学生自己设计。教师结合整个项目过程对学生进行综合评价，肯定学生的努力与付出，中肯地提出建议。不同小组之间进行互相评价，互相学习，扬长避短。

（五）项目教学法实践效果

在研究生进入科研试验前，这个项目教学帮助学生获得了几种重要的实验技能，提高了学生做科研试验的综合能力，取得了较好的教学效果，主要表现在以下几方面。

1.改变了学生的学习观念，激发了学生的学习热情。学生在自主完成项目过程中积极研究和探索，学习能力大大提高。

2.开放实验室，给学生提供宽松的环境和自由发挥的空间，这既巩固了理论教学的效果，又提高了学生的实践能力。

3.通过项目方案的制订、实施、总结和讨论，锻炼了学生的独立思考能力和汇报表达能力，提升了他们的创新能力。

4.加强了师生之间，生生之间的交流和沟通，强化了团队合作意识。

通过对2016年以来参加过项目教学法的80余名研究生进行在校期间的跟踪调查，我们发现：90%学生都参加了创新结构设计竞赛，期间表现突出;60%的学生申报了省研究生科研创新计划项目和校级研究生创新项目，其中有学生最后还获得了省优秀硕士学位论文和校优秀硕士学位论文的荣誉。从进入实验室进行科研试验的表现来看，参加过项目教学法的研究生能迅速进入状态，表现出很强的动手能力和协调能力，在协助导师完成研究项目时表现优异。

四、结论

高校作为培养创新人才的基地、实施科技创新的摇篮，为适应我国经济建设的高速发展，需要深化改革，寻找更多的培养创新人才的改革突破口。本文以土建类专业为例，构建以创新实践能力培养为目标的“2中心、4阶段”项目教学法，并以结构实验技术实验课程为例开展教学实践，培养学生自主学习、综合运用、实践活动、知识创新和团队协作等能力，并跟踪调查了这些学生在后续学习活动中的表现，评价了该教学方法对土建类研究生创新实践能力提高的效果。

[ 参 考 文 献 ]

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[责任编辑：刘凤华]