新工科背景下课程教学创新及考核改革探索

2023-04-05肖南何丽红黄阜凌同华徐泽沛

科技风 2023年6期

肖南何丽红黄阜凌同华徐泽沛

1.长沙理工大学土木工程学院湖南长沙 410114；2.长沙市第一医院超声科湖南长沙 410005

一、概述

以新技术、新产业、新模式为特点的世界范围内新一轮的科技与产业革命迫使工科教育培养多样化、创新型的科技人才，因此，新工科建设日趋成为工程教育创新改革的主流[1]。新工科中的新包含“新兴”“新型”和“新人”三个方面的含义[2-3]。新工科特点在于引领性、创新性、交融性，其建设目标是：服务国家战略和未来产业发展需求，培养造就一批具有创新能力、跨界整合能力、高素质的复合型卓越工程科技人才[4]。

“土力学”是土木、建筑、交通、水利、采矿和地质工程等专业的重要专业基础课，受众面广，对于在校生学习和社会专业工程人员参考都具有重要作用。在工程建设中，建筑物地基、路堤、隧道、地铁、边坡稳定等都要应用“土力学”的理论和方法解决。在笔者所在的学院，针对“土力学”该门课程制定的教学目标是使学生掌握“土力学”的有关概念、基本原理和主要的计算方法，掌握土的物理力学性质指标的室内试验与现场测试方法，达到能应用“土力学”的基本知识、原理和方法解决与土有关的实际工程问题的初步能力。教学方式是课堂讲授为主，现场参观、提问与案例式或研讨式教学相结合。

“土力学”课程的教学效果直接关系到学生的知识结构和能力。为了提高学生的知识结构和能力，许多高校进行了相应的改革探索。本文以社会需求为导向，理论教学与能力培养并重，使学生系统地掌握基本理论，具有良好的能力和素质，教学内容创新、教学方法改革、考核方法改进和课堂内外培训相结合，对新工科背景下的“土力学”课堂教学模式改革进行探索。

二、“土力学”教学实践中存在的主要问题

“土力学”在教学实践中存在以下主要问题：

(1)理论教学课程的知识体系框架不够清晰，导致学生不容易掌握整门课程的基本概念和流程。例如，在土的物理性质及工程分类这一章中，常规的讲法就是按照土的三相组成和三相比例指标→无黏性土的密实度和黏性土的物理特征→地基土的分类顺序来讲，但是在该章节中，并未建立起课程知识体系框架，学生在学习方面也比较吃力。

(2)每个章节的教学内容相对独立，没有很好地挖掘和建立章节与章节之间的关联性。例如，在土的物理性质及工程分类这一章后，接着就是地下水与土的渗透性，这两章之间的转折很突兀，没有建立起土的物理性质和土的渗透性方面的关联性。

(3)在课程的实验方面，实验的课程安排不合理，实验内容和项目相对单一，综合性和设计性的实验较少且过于简单。这些实验不能很好地培养学生的能力，不能有效地发挥学生的创造力。实验与实验之间也没有相关性，实验内容的安排没有考虑到如何跟所学习的课程衔接，没有使用系统的概念来设计整个课程的实验。

(4)由于学生不理解专业基础课和专业课之间的关系，也不理解专业基础课对于他们所学专业的重要性，所以他们对学习专业基础课并没有多重视，也就没有投入他们百分之百的注意力。学生对于“土力学”这门课程的兴趣也是一个值得考虑的问题，有很多学生的积极性并没有被充分调动起来。

(5)在教学模式及考试方式上也有一些问题，理论性的内容偏多，理论联系实际方面的内容远远不够，特别是在能力、技能、培养创新等方面还有很大提高。考试方面片面强调概念，客观记忆题占多数，出现了学生死记硬背，不求甚解的错误导向。

三、“土力学”教学改革与探索的主要内容

针对以上问题，急需改革“土力学”的课程体系，完善“土力学”的培养目标，为学生提供一个科学、实用、系统的“土力学”课程体系。探索“土力学”理论与实践相结合，创新“土力学”的教学方法，改革考试方法。

(1)基于工程实践能力培养的“土力学”整合课程体系。通过“土力学”课程教学内容的研究和分析，理顺了各知识点之间的关系，建立起“土力学”课程知识体系框架。以土的物理性质及工程分类这一章为例，将土的生成、土的三项组成及土的结构组成一个知识点，根据此知识点推出液相、固相、气相的概念，最终导出土的粒径级配这一概念，将土的物理性质指标、土的工程性质、土的压实性组成一个知识点，推出无黏性土的特性与黏性土的特性概念，再结合上面土的粒径级配的概念，最终推导出本章的最后的内容，也就是土的工程分类。以土的压缩性和地基沉降计算这一章为例，将侧限压缩试验，压缩性指标及压缩性原位测试组成一个知识点，根据此知识点推出压缩系数、压缩指数、压缩模量和变形模量的计算方法，从而得出地基沉降量的计算方法，再对该计算方法进行分析，导出应力历史对地基沉降的影响、地基沉降与时间的关系等内容，最终导出饱和土的单向固结理论。

(2)通过教学内容和进度调整，实现“土力学”课程教学内容的优化整合，避免“土力学”课程教学内容脱节或重复，使得“土力学”课程内的章节突破单一的课程建设模式，采用以章节为主线的项目教学法，培养学生的学习研究能力，形成了从局部到整体的系统性的“土力学”课程体系。例如，在土的物理性质及工程分类这一章中，当讲到土的三项比例指标时，创新性地将土中水的概念进行延伸，使学生初步接触到地下水与土的渗透性这一章里面的部分内容，形成一定的记忆，从而使得学生学习后面一章节的时候，理解更加深刻，记忆更加牢固。

(3)实验教学内容整合整改及其综合应用。“土力学”试验课程教学旨在十分密切地配合“土力学”理论课程的教学大纲要求，在其理论教学内容的基础上开设的基本试验教学课。通过这些相关试验课的开设，加强其专业理论的进一步深化理解和掌握，提高本专业学生的实验技能和动手能力，从而为今后后续专业课程的学习打下坚实的基础。试验教学要求本专业学生学好理论的同时，熟练地掌握“土力学”试验的基本原理、方法和基本仪器的操作技能，完成规定的试验课及试验报告的数据填写和整理工作。根据“土力学”课程的特点，从系统的角度对实验教学中课程的实践环节进行了对内容统一且合理的安排，建立了基础研究实践能力培养信息平台。例如，在土的液限和塑限实验中，采用了泾阳某工程现场的土样为例，作出圆锥下沉深度和相应的含水量的关系图，最终使学生总结得出液限、塑限和塑性指数。在学习土体抗剪强度试验方法中，通过对“土力学”学科的理解以及对土体抗剪强度的理解，首先对试验前期的流变固结进行理解，得出测量土体抗剪强度的方法，分析不固结不排水试验和固结不排水试验参数特性，以及在不同饱和度情况对土的强度的影响规律，从而使学生理解土体应力强度指标的含义以及在试验和工程活动中抗剪强度指标的重要性。

(4)以教学内容为导向的研究性设计类型整合。采用“兴趣、理解、实践、应用”循序渐进的方式，逐步培养学生的学习兴趣和实践能力，促进创新能力的培养。创新课程分组教学方法，使学生达到情感与理性的统一。在教学方法上，从单一的“填鸭式”课堂教学转向积极的启发式讨论式教学，注重学生创新能力的培养。除此之外，教师还需要充分备课，根据学生的反应，不断修改教学计划，因人而异，改进教学方法。除了原有的师生问答等传统教学方法外，还采用了一些新的教学方法，如小组学习、小组讨论、学生教学、案例教学等。教师也需要充分利用现代信息技术，以多媒体课件的形式实施教学内容。通过视频、动画、仿真演示等，教师对基本概念和理论及其工程含义进行了清晰的阐述和展示。还可以将学校或学校周围的项目施工作为平台，将课堂搬到工地，全程跟踪工程项目施工进行全真教学，直接使课堂教学内容与实际工作相对接，实现学习过程与工作过程的无缝对接。这些生动的教学方法明显提高学生学习的积极性和主动性，学生们的学习兴趣和课堂抬头率有较大的提升。

(5)探索新的考试评价方式。为贯彻课程体系的框架理念，实现课程改革目标，促进学生全面发展，需要探索新的考试评价方式。在“土力学”考试改革与评价方法中，兼顾了学生学习的过程与结果。期末总分由常规成绩、实践成绩、期末考试成绩组成，其中常规成绩通过平时课堂表现、作业、课堂考试成绩、课堂讨论、阅读报告等多个方面来评估。常规成绩和实践成绩总和占总成绩的50%，其余的部分由期末考试组成，但期末试卷的题目会重视能力考核，主观题占70%以上。

四、教学改革效果

笔者所在的长沙理工大学课题组的教师们通过长期坚持的教学改革，积极探索和尝试先进的教学方法，形成了勤奋求实、不断创新的教学模式，取得了一些良好的教学效果。

(一)学生的知识水平、创新能力和实践能力显著提高

通过对“土力学”课程的改革，学生的基础理论、实验操作技能和综合能力得到明显提高。学生的毕业设计质量、各类设计竞赛获奖情况和就业适应性也有明显提高。在过去的几年里，有学生的毕业设计被评为湖南省优秀本科毕业论文，多名学生在多项竞赛中获得国家、省、部级奖项，国家发明专利和论文方面也多有建树。

(二)就业率和考研录取率稳步上升

以社会需求为导向，注重提高学生的实践能力和创新能力。注重工程意识和创新精神的培养，加强专业核心课程建设。在过去3年中，毕业生的就业率一直保持在98%左右，学生受到各个设计、施工或者甲方单位的赞扬，有很多学生受雇于知名企业。通过教学改革，考研录取率稳步上升。

(三)教学研究成果丰硕

“土力学”课程教学改革以来，教师队伍在教学研究方面取得了长足的进步和发展。在过去5年中，获得了10余个教学研究项目，发表了20余篇基于课程教学改革研究的论文。

(四)培养优秀教师队伍

近年来，教师队伍在年龄、学历、职称结构等方面得到了极大优化，现有教授10余人，副教授及讲师20余人，所有教师均具有硕士学位，其中20余人获得博士学位。形成了一支学历、职称、年龄合理；富有创新精神、工作热情、充满活力的教师队伍，教学效果良好。他们经常受到学校主管领导和学生的表扬，部分教师在国家级、省部级的青年教师基本教学技能竞赛、青年教师演讲比赛等教学竞赛中名列前茅。

“土力学”课程是土木工程专业的基础课程和重点课程，是学生掌握就业理论的必修课程，也是研究生考试的必学科目。经过多年的努力，“土力学”课程被评为我校优秀课程。

(五)良好的改革效果反馈

改革效果得到了学生、教师、学校教学督导团的高度评价和认可，在“土力学”的授课过程中采用了清晰、灵活、先进的教学方法，取得了良好的教学效果，该种方法也被教师们广泛接受。“土力学”课程的讲师在教学评价中也被评为优秀，由于教授的“土力学”课程可以集中调动学生的积极性，提高学生的实践能力、创新意识及实际操作能力，受到了学生的好评和欢迎，也为湖南省乃至全国培养了一大批合格的土木工程专业领域人才。