借鉴“创客”理念 重构工科专业实践教学体系

李博 张茂雨

摘 要：在新工科大背景下，应用型本科院校的转型发展已经刻不容缓，对人才培养的能力要求提出了更高的标准。通过对土木工程专业实践教学体系的研究探索，阐述了国内同类院校土木工程专业实践教学的问题、学习模型的更新、实践课程体系的优化，以及实践平台的建设等。

关键词：新工科；应用型；实践教学；土木工程；工程教育

随着全球技术革命浪潮的迅速兴起，以新技术、新业态、新产业、新模式为特点的新经济蓬勃发展，亟须发展“新工科”建设，来支撑新经济发展的人才需要。在新形势下，对工科人才的培養提出了更高的标准——培养一大批工程实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型“新工科”人才。因此，对专业实践教学体系的改革已经势在必行。

一、实践教学环节的不足

通过对各兄弟院校的调研和笔者团队多年的教学经验，对当前土木工程专业实践教学体系的问题有了较为深刻的认识，概括起来主要有如下几点不足。

（1）学生工程思维和创新能力培养不足。多数应用型本科院校都存在这样的共性问题：人才培养目标是明确的，但实践课程的学分占比不足，教学内容更新滞后；多数实践环节以演示类或者模仿类为主，学生按部就班，对学生工程思维和创新能力的培养帮助不大，人才培养的目标难以实现。

（2）课程割裂，学生缺乏综合运用能力培

养。实践教学内容仅按课程要求进行设计，没有考虑前后课程之间的有机集成，导致知识点的应用只限于某一门课程，缺少课程之间或学科之间的交叉融合，很难将系统的概念输送给学生，导致学生在知识的综合运用能力方面比较弱。

（3）缺乏实现创新想法的实践平台。多数院校的实践平台和教学内容没有与时俱进。以土木工程材料实验课为例，均以演示性或者模仿性的实验为主，设计性和综合性的实验涉及较少。教学模式、教学内容、考核方式都难以促进学生自主探索和创新。

同时，很大一部分高校教师的实践水平没能与社会生产实际同步提升，学生得不到更加全面深入的实践能力训练，导致学生的创新思维得不到激发。因此如何让高校现有的师资满足社会不断发展的需要，也是亟待解决的问题之一。

二、学习模型的更新与创客运动的兴起

那如何落实实践教学的改革呢？国际著名教育学家和心理学家Bloom在1956年提出了知识学习的六个阶段的金字塔结构（下图a）。随着时代的变迁和社会的发展，对金字塔模型进行了修改（下图b）[1]，把结果性的名词变成正在进行的时态。可以看出，他把结果式的学习变成了过程式的学习或者叫体验式的学习，这也是当下主流的学习理论。同时，通过对比发现，学习模型的最后一步“评价（evaluation）”被提前到第五步，而在顶端增加了“创造（creating）”。这也进一步看出，对学生的培养提出了更高的要求。而这种循序渐进的学习模型恰恰为我们工科专业实践课程“转型升级”指引了方向。

而最近开始兴起的创客运动，其“创客”正是以个人设计、个人制造为中心，以创新为理念的人，同时又是一群坚守创新、持续实践、乐于分享并且追求美好生活的一群人。美国作为创客文化的发源地，显示出强大的工业设计和创新能力，而这种能力与教育理念中对“创客”的培养密切相关。美国的大学有各式各样的创客工作室，为学生提供各种设计制作平台[2]，

同时还提供全面的创客教育课程体系。而国内的创客工作室更多的是依托社会资源，比如深圳的柴火创客空间、上海的新车间，并没有充分利用高校资源去建设。尤其是应用技术型大学，这方面的建设深度不够，且缺乏系统、优质的创客类实践课程。真正的创客应该具备以下几种能力：基本工具的使用、材料综合运

用、基本物理和化学知识的运用、几何和制图知识的运用，并最终形成强大的创新能力。当下的工科类大学生，应该成为创客运动的主体和积极的推动者。土木工程专业是一个应用性很强的专业，对各方面的知识能力均有比较高的要求，但往往缺少知识的综合运用能力和表达能力的训练。创客及创客空间的培育恰恰重在这些能力的开发。因此，创客的理念与“新工科”的人才能力要求相吻合，又是双创融合的教育改革方向，让专业教育与创新创业教育深度融合，为应用型本科的转型发展提供了一条途径。

根据新工科“北京指南”，基于Bloom新的学习模型，借鉴创客理念，笔者就本校土木工程专业，探索应用技术型和创新创业型耦合的人才培养模式，提出了“4+创”的实践课程体系。注重学生理论学习与实践训练充分结合、模仿式学习与创新训练结合，搭建多样化的实践与创新平台，实现专业教育、创新创业教育与个性化培养的有效融合。

三、实践课程体系的优化和重构

（1）优化实践类课程体系，强化过程式教与学。实践课程体系的建设是实现应用技术型人才培养目标的关键问题之一。因此在实践课程体系优化时应做到三个融合：思维的融合——

具备能设计、会创新、有创意的能力；知识架构的融合——充分融合专业能力，体现材料、机械、力学等方面综合知识的运用，提升学生解决复杂问题的能力；技能的融合——具备基本工具的熟练使用、焊接和材料加工等能力。

根据新时期对工科专业的要求[3]，不少学校试图对土木工程专业进行过程式课程体系的调整，将过去分散的、依据学科目标设置的实践课程和教学内容重新进行梳理，按照人才培养目标和规格要求以及工程生产实现过程之间的联系进行整合，形成了系统的有层次的融知识教育、能力训练和素质培养为一体的螺旋递进的实践教学课程体系[4]。在总结国内外的应用型大学的课程体系改革的经验教训后，笔者认为应该强化过程式的教与学，以Bloom新的学习模型来指导实践类课程的重构和优化。

基于Bloom新的学习模型，对土木工程专业实践教学体系进行了系统的调整，根据低层次的“记忆&理解”到高层次的“创造”的要求，对每一学期实践课程的要求提出了不同的标准，并对教师讲授过程和学生学习过程提出了更高的标准。不仅仅只注重结果，通过对学生的引导，更加注重过程化的训练与评价，提高学生自学能力和解决问题的能力。同时对独立的实践课程也从低层次的单纯“记忆&理解”到高层次的“评价和创造”开展课程优化设计。

（2）以能力为核心，加强课程之间的知识贯穿。兼顾课程的系统性，并对知识点进行重构和优化，将感性认识与理性思维结合，在充分提升感性认识的前提下，强化理性思维的训练。通过调整实践课程的内容和教学形式，将过去分散的、依据学科目标设置的演示性实践向综合知识运用的实践转变。

这里笔者以第四学期的一门实践课程为例，对工程制图、材料力学及结构分析的课程进行重构和拓展，在2015级的培养方案中称之为

“综合技能实训（1）”。工程制图是一门需要较强空间想象和分析能力的实践类课程，是工科专业的必修课程之一，而材料力学及结构分析是学生必须熟练掌握的专业课程。为了更好地检验学生掌握程度，笔者将中国传统的木作技术（即技能）引入工程制图的教学中去，用木作技能将制图和结构分析融合在一起。课程中主要介绍了孔明锁和四脚八叉凳，让学生根据其特点，自行设计并绘制三视图和轴视图，然后利用Sap等软件分析凳子的受力特性，并对结构进行力学分析（理论）和讨论。同时，让学生亲自动手将实物做出来，并投入使用。

调查问卷显示，72%的学生认为这门课达到了预期效果，对知识的综合运用能力显著提高，尤其是制图能力、对材料特性的理解和结构分析能力的融合。而且学生问卷显示这门综合实训课程有效提高了学生解决问题的能力，将趣味性和知识性较好地融合，改善了“90后”学生的学习品质，并对将来进一步的学习和深造提供了积极的帮助。而在这门课程中提升了基本工具的使用能力、材料综合运用的能力、基本物理化学知识运用的能力、几何和制图知识运用能力，这也恰恰是创客所要具备的基本素质[5]。

（3）打造集设计、制作和创新三位一体的实践平台，实现专业教育与个性化教育融合。取消了部分传统的演示性实验室，以虚拟仿真类实验室来代替。依托学校各类科技创新平台和重点实验室，打造集设计、制作和创新为一体的实训室，以多种考核形式培养学生创新能力和实践能力。比如混凝土工艺实验室，让学生去“玩”混凝土，在混凝土抗压实验中，没有给出配合比，也没有给出设计强度，让学生通过所学混凝土及其制备知识，设计配合比并养护，最后通过比赛的形式给出评价，即抗压强度统计值的高低评定成绩，这样就促使学生从被动的学习转为主动的思考和实践。对学生的混凝土配合比知识、混凝土的制作工艺、综合运用能力、创新能力等进行了多重考核。同时在这个实践平台上开发了学生的实践能力训练计划项目，即混凝土类家具结构设计和制作工艺，作为对学有余力的学生实践与创新训练的平台。类似的实践平台還有融合土木工程材料和结构鉴定加固两门课程的高性能复合材料实践平台，融合工程力学类、结构设计类课程的工程结构创新实践平台，融合工程制图、结构设计、施工技术和工程概预算的BIM实践平台，融合工程制图、3D打印和CNC制作的可视化实践平台，最终打造融合课堂、实训中心、一线工程实践的混合型学习平台。

四、与创业教育的融合：积极探索师生共创模式

通过专业教育和创新创业教育的深度融合，在笔者所在学院开展了“4+创”的创新创业教学模式。即四年的常规专业教育，在不增加学生额外学业负担的前提下，针对全员学生，适当融入创新创业类实务课程，在学生接受综合类专业实践训练的同时，通过课堂、实践平台、创客空间等多种方式，普及学生创新创业的基本知识和能力，培养学生创新能力、创业意识和创业精神。并在此基础上，选拔有创业兴趣和潜力的学生进入创业学院和师生共创平台。创业学院负责学生的创业理论教育和创业体验教育。师生共创平台（众创空间）负责学生的创业实践教育，比如木工坊，现已成功创造了良好的社会效益和经济效益，近年来接待了多家高校和创业学院的考察交流。

工科专业的实践教学体系的改革必须从简单的模仿性实践向综合性实践转变。实践教学应更加注重知识的综合运用，并在实践过程中进行创新。对于应用型本科院校，应结合自身学校的特点和区域性优势，对实践教学体系进行有步骤、有层次的重构和优化，以学生能力的培养为核心，从低年级课程到高年级课程逐步进行教学内容设计和教学组织优化，充分发挥校内外实践平台的功能，充分利用现代教育手段，全面提升实践教学环节的内涵和品质。

参考文献：

[1] Anderson， L.W. and Krathwohl， D. R. A Taxonomy for learning， teaching， and assessing： a revision of Blooms taxonomy of educational objectives[M]. New York： Longman， 2000.

[2] 王志强，李菲，卓泽林. 美国高校创客教育与STEM教育的融合、理念、路径、启示[J]. 复旦教育论坛，2016，14（4）：101-107.

[3] 克劳雷，等. 重新认识工程教育——国际CDIO培养模式与方法[M]. 顾佩华，沈民奋，陆小华，译. 北京：高等教育出版社，2009.

[4] 张茂雨，李博，朱云辉，等. 应用技术型本科高校土木工程专业SCCIM-CDIO人才培养模式探索[J]. 中国大学教学，2016（12）：52-55.

[5] 王佑镁. 当前我国高校创客教育实践的理性认识综述[J]. 现代远程教育研究，2014（4）：20-31.

[资助项目：浙江省2016年高等教育教学改革项目“创客教育在应用型本科中的探索与实践研究”（jg20160260）]

[责任编辑：余大品]