基于“教-研-赛”的土木工程专业创新能力三维培养模式构建与实践

吴忠铁 曹万智 范萍萍 高忠虎

摘  要：新工科建设背景下为有效提升土木工程专业大学生的创新能力和综合素养，该文分析课程教学、项目研究、学科竞赛的优势和特点，构建项目与竞赛双驱动的土木工程专业创新能力三维培养平台，分析“教-研-赛”三维一体式的土木工程专业创新能力培养模式，探讨与其相关的政策和制度等因素，并进行实践与探索。结果表明，该三维培养模式能够有效促进课程教学创新改革，可以较好地提升学生的创新思维和创新能力，符合土木工程专业创新型人才培养的需求。

关键词：新工科；土木工程；教-研-赛;创新能力；三维培养模式

中图分类号：G640      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2023）20-0049-04

Abstract： In order to effectively cultivate college students' innovation ability and comprehensive quality under the background of new engineering construction， this paper analyzed the advantages and characteristics of curriculum teaching， and constructed virtual platform for innovation ability training of civil engineering driven by project research and subject competition， and discussed the three-dimensional training system of innovation ability in civil engineering based on the "Teaching-Research-Competition"， and further discussed the relevant policies and systems， and carried out practice and exploration. The results show that this three-dimensional cultivation mode promotes the reform of curriculum innovation teaching and effectively improves students' innovation thinking and ability. It can meet the demands of cultivating innovative talents in civil engineering.

Keywords： new engineering; civil engineering; teaching - research - competition; innovation ability; three-dimensional training mode

基金项目：2020年教育部第二批新工科研究与实践项目“适应土木工程绿色化及装配化发展需求的建材与制品专业人才培养探索与实践”（E-TMJZSLHY20202156）；2021年甘肃省高校创新创业教育教学改革研究项目“基于‘教-研-赛三维模式下的土木工程专业创新型人才培养模式探索与研究”（2021SJCXCYXM-02）；兰州工业学院课程思政建设研究项目“‘课程+思政+竞赛三位一体协同育人教学模式的探索与实践”（[2021]168-4）；2021年西北民族大学课程思政示范课程“结构力学A”（2021KCSZKC-30）

第一作者简介：吴忠铁（1982-），男，汉族，黑龙江绥化人，工学博士，教授，硕士研究生导师。研究方向为工程结构减隔震控制、加固改造和装配式结构。

二十一世纪的竞争是人才的竞争，创新是新时期社会发展的核心问题，培养创新型专业人才成为了大学教育新时期的目标与任务。随着“中国制造2025”等系列国家战略的推出实施，绿色建筑和智能制造对土木工程专业人才培养提出了更高的要求。目前土木工程专业本科生在知识和能力方面还存在许多明显的不足。例如基础理论知识不扎实，分析问题和解决问题能力不足；动手实践能力较弱，创新精神和意识缺乏。如何克服现存问题，提高大学生的创新能力是土木工程专业培养创新型人才的焦点。

在新工科建设背景下，李志强等[1]将课程思政融入新工科专业教育的教学实践，推动学生创新多样协同发展。范圣刚等[2]加强“双师型”教师队伍建设，完善学科竞赛机制，构建新的行业人才培养平台。张伟等[3]将学科基础课和专业选修课分成了初级实训、技能基础训练、系统训练与创新设计四个阶段，进而提升学生的实践创新能力。上述新工科背景下土木工程專业学生创新能力的培养主要集中在课程体系内，挖掘了专业内、专业间等课程的契合度和交叉度。目前单一的课程主导创新型人才培养模式已不能满足当前人才培养的要求。各高校专家和学者也深入开展学科竞赛与课程教学相结合的二元教学模式，产生了良好的教学效果[4-6]。很多专家和学者也开展了项目与课堂和项目与竞赛的二元体系人才培养模式，探索了项目与课程[7]、“课堂+项目”[8]“项目与竞赛”[9-10]在人才培养创新实践中的应用。

然而，高校对多元化教育教学联合培养模式研究相对较少，在新工科建设背景下，构建多元化教育教学模式是高校人才培养的必然趋势。本文以新时期土木工程专业创新型人才培养为目标，深入研究了土木工程专业人才培养的途径，利用课程教学、项目研究和学科竞赛的优势，提出了土木工程专业“课程-项目-竞赛”三维一体式创新能力培养平台，分析了“教-研-赛”三维一体式创新型人才培养模式，探讨了土木工程专业学生创新能力培养的保障措施，为土木工程专业三维一体式创新型人才培养模式的实施提供了重要的参考。

一  土木工程专业“课程-项目-竞赛”三维一体式创新能力培养平台的提出与构建

目前，高校中以课程教学为主的单一人才培养模式已不能满足新工科背景下创新型人才培养的需求，应建立多种培养方式联合应用的创新型人才培养方案。根据土木工程专业的特点，本文高效结合课程教学、项目研究、学科竞赛三者之间的优势，在土木工程专业学生培养中构建“课堂-项目-竞赛”三维一体式创新型人才培养平台，建立以课程教学为中心，以项目研究和学科竞赛为补充的人才培养模式，能够激发学生的积极性和主动性，驱动课程教学改革的不断发展，形成“教-研-赛”三维一体式创新型人才培养模式，具体如图1所示。

（一）  坚持课程教学在创新型人才培养中的基础地位和中心地位

课堂教学是学生接受知识的主要途径，课程是教师传授知识和学生学习知识的主要载体，其知识内容主要来源于教材，具有明显的体系性和完整性。课堂教学主要形式仍是以教为主，引导学生自主学习，夯实专业理论基础。课堂教学是提高学生的基本知识素养和基本实践能力的重要环节，对土木工程专业学生的基本专业知识和基本实践能力及创新能力的培养具有重要的作用。高质量课堂教学可以为学生进行项目研究和参与学科竞赛提供良好的信心，为创新思维和创新能力培养奠定较好的基础。因此，要坚持课程教学的基础地位和中心地位。

（二）  坚持项目研究在创新型人才培养中的深度驱动作用

项目研究是激发学生创新思维与增强知识创新的重要途径，是创新能力提升的重要環节。其主要形式是以研为主，推动学生自主学习，提升学生自身能力。土木工程专业学生参与科研项目可以培养创新意识，激发创新思维，提高学生的创新能力。在整个项目研究过程中学生会不断发现自身知识的不足和欠缺，可以通过自主学习进行提升，同时也可以将问题反馈到课程教学，通过专题培训与课程渗透来实现对行业前沿知识的补充，进一步启发学生的思维，提升学生的能力，可以作为课程教学过程中学生创新思维和创新能力培养的有力补充。项目研究是对专业内相关工程技术问题的探讨和研究，在深度的学习过程中激发学生的创新思维，具有明显的前沿性，其特点是零散不集中。项目研究一般执行期为1～2年，学生可以有较充裕的时间来完成大学生相关专业知识的学习和补充，进而解决项目研究问题。科研问题的解决对学生创新能力提升具有至关重要的作用，是对土木工程专业课程教学的深度驱动。

（三）  坚持学科竞赛在创新型人才培养中的广度驱动作用

学科竞赛是大学生创新能力提升最为普遍的实践平台，也是最容易接触和入手的学科竞技活动，可以使大学生获得更多的知识，是创新思维和创新能力培养的重要平台。其思想是以赛为主，激发学生的自主学习，提升自身能力。其有别于课程教学的系统性和专业性，也不同于项目研究的高度创新性，具有明显的行业前沿性和竞争性，更加强调学生的专业知识运用能力和动手实践能力。通过学科竞赛可以让学生提前接触土木工程学科的前沿知识，是对课程教学的深度强化，可以作为课程教学过程中创新思维和创新能力培养的重要补充。根据高校学科竞赛榜名单，土木工程专业学生可以参加的竞赛有13个，其中包括力学类竞赛、智能建造类竞赛、节能减排类竞赛和结构设计类竞赛及交叉学科类竞赛。学科竞赛的内容集中地反映了学科前沿和发展方向的问题，往往包含很多土木工程专业理论课程和实践课程的重要内容。学科竞赛既能推动课程教学创新，又能促进项目研究方向的调整。项目研究成果可以作为相关学科竞赛的作品，进行创新思维和创新能力的再次提升，是对大学生创新思维和创新能力培养的广泛驱动。

二  土木工程专业“教-研-赛”三维一体式创新能力培养模式的实践与效果

（一）  推进课程改革，以教促创

土木工程专业的力学课程如理论力学、材料力学、结构力学及弹性力学和专业课程如钢筋混凝土设计原理、结构设计、钢结构、建筑抗震设计和基础工程均为学生创新思维和创新能力的培养奠定了基础。但这些课程不能及时反映行业前沿的热点。根据新时期创新人才培养的要求，使课程教学和学科竞赛与项目研究紧密结合，融合行业前沿的相关内容，积极推动课赛融合和课研融合，以学科竞赛和项目研究目标为引导，充分调动学生的积极性和主动性，发挥学生的自主学习能力，进而提升学生的创新思维和创新能力。通过土木工程专业“教-研-赛”三维一体式创新能力培养模式的实践与探索，目前在结构力学、结构设计、钢结构等课程中均进行了力学类竞赛和结构设计类竞赛的赛教融合，钢结构、钢筋混凝土结构与结构设计类和智能建造类竞赛进行课研融合。

2022年土木工程学院获得校级教学改革项目12项，其中教育教学改革研究一般项目6项、混凝土结构设计原理等一流本科课程3项、混凝土结构设计原理等MOOC建设2项和土木工程虚拟仿真实验教学中心1项，较之前有明显提高。这些教学改革项目的进行充分体现课程教学创新改革的效果。

（二）  研教融合，以研促创

根据项目研究的特点，研教融合主要有学生参与教师项目和大学生创新项目两种方式。参与科研项目是以学生为主导，教师为辅，充分激发学生的积极性和主动性。在项目的进行过程中由于学生学习知识的深度和广度的差异，专业知识基础的强弱各不相同，基于课程学习的专业内容可能存在明显的不足，因此需要补充课程教学外更多的知识内容，填补专业知识教学过程中的欠缺。学生在项目研教过程中的疑难问题有两种解决方案：第一，坚持学生学习的中心地位。通过项目任务的推进和完成引导学生积极主动的学习，鼓励学生自行解决，激发创新思维，培养创新能力。第二，坚持教师引导的辅助地位。项目研究中疑难问题可以通过指导老师和相关课程教师引导来解决。同时，项目研究成果可以作为中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛等交叉学科竞赛作品进行参赛，在学科竞赛中具有很强的竞争力，为学科竞赛的进行提供了良好的基础。

在2021年第七届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛甘肃赛区中获得银奖2项，铜奖1项。在2022年第十二届全国大学生电子商务“创新、创意及创业”挑战赛甘肃赛区中获得银奖1项，学生的参赛作品为大学生创新创业项目的研究成果。2022年西北民族大学土木工程学院本科生申请创新创业项目获得立项8项，较2021年增幅50%，充分体现了学生创新思维和创新能力的提高。

（三）  賽教融合，以赛促创

在高校学科竞赛榜名单中，土木工程专业学生可以参加的学科竞赛有13个，竞赛内容均可以与部分课程内容相结合。以全国大学生结构设计信息技术大赛为例，竞赛内容以绿色建筑和智能建筑为主题，涉及课程有材料力学、结构力学、钢筋混凝土结构设计原理、钢结构、基础工程、建筑制图、土力学、建筑工程抗震、高层结构设计、建筑CAD、工程概预算和BIM技术应用等，延伸课程包括广厦CAD自动成图软件和装配式建筑设计与分析。根据大多数学生的专业基础和实践及创新能力的情况，学生很难独立完成赛题内容，需要教师不断指导和讲解，实现学生对问题的解决。同时，学生可以根据赛题的内容查阅相关文献。经过4个月的专业技能培训完成赛题。通过竞赛，学生的专业知识得到很大的扩展，动手实践能力得到了大幅度提升，创新思维也得到了锻炼，创新能力得到了有效的强化，是大学生创新思维和创新能力培养的重要环节。2022年第四届“全国大学生结构设计信息技术大赛”中西北民族大学10支参赛队伍，获得特等奖2项、一等奖3项、二等奖3项和三等奖1项，共计9个奖项。2021年第十四届全国大学生结构设计竞赛获得全国一等奖1项。这些成绩充分体现了土木工程专业学生的创新思维和创新能力培养的效果。

三  土木工程专业学生创新能力三维培养模式的保障措施

学校和学院的相关政策与制度对土木工程专业创新型人才的培养平台的构建和培养体系的形成起到了至关重要的作用。以学校教学改革、项目研究、学科竞赛激励制度为出发点，形成相应保障制度和措施是对土木工程专业“教-研-赛”三维一体式创新能力培养模式实施的有利保障。主要有以下几个方面。

第一，鼓励和支持教师的课程教学创新改革。依据新工科建设的要求，需要在课程教学过程中融合新的教学理念和方法，不断增强与行业前沿的联系，为创新能力的提升奠定良好的基础。建立基于强化实践能力和创新能力的良好的课程教学体系，完善突出学生的实践能力和创新能力的课程培养计划，增强理论课程和实践课程间的知识相互渗透，提高学生整体实践和创新能力的培养基础。

第二，进一步完善学生参与项目研究制度，鼓励学生参与项目研究。首先，激发教师申请科研项目的积极性和主动性，丰富项目研究的多样性，保障学生参与项目研究的可选性；其次，激励学生申请大学生创新项目的主动性，增加项目资助的幅度；再次，改善学生参与教师科研项目的激励机制；最后，完善学生参与教师项目的评价机制。

第三，形成稳定的土木工程专业学科竞赛机制。建立健全有效的土木工程专业学科竞赛制度，调动教师与学生的积极性和主动性，在制度的运行过程中寻找存在的问题，不断改进和完善，进而建立更为高效的土木工程专业学科竞赛制度。

第四，建立“课程-项目-竞赛”三维一体化保障制度。在正常的制度制定过程中强调课程教学创新对学生创新能力培养的基础作用，重视项目研究对学生创新思维和创新能力的提升作用，突出学科竞赛对实践创新能力的推动作用，积极支持构建土木工程专业“课程-项目-竞赛”三维一体式的创新能力培养平台，形成土木工程专业“教-研-赛”三位一体的实践和创新能力有效培养模式。

四  结束语

本文通过研究课程教学、项目研究和学科竞赛的特点和优势，建立以课程教学为中心，以项目研究和学科竞赛为补充的“一中心，两驱动”的三维一体式创新能力培养平台，有利于以教促创、以研促创、以赛促创的实现，形成了“教-研-赛”三维一体式创新能力培养模式。该三维培养模式的构建将为完善与调整土木工程专业创新人才培养方案提供重要参考，为建立更为完善的土木工程专业的创新思维和创新能力培养平台提供一种新的思路和方向。

参考文献：

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