新工科背景下土木工程研究生创新能力培养模式探索

郑辉　轩帅飞　梁雪娇　祝方才　刘方成

摘 要：科技革命和产业变革对我国的工业发展提出了新的要求，“新工科”为工程教育改革提供了方向。科技革命和产业变革对工程专业人才培养也提出了新的挑战，未来新兴产业需要的是创新能力强、具备国际竞争力、工程实践能力强的“新工科”人才。土木工程高素质人才的培养机制面临的最大困境是现实的社会需求与面向未来的工程技术之间的脱节，研究生实践能力不强、创新能力不足。文章结合湖南工业大学土木工程学院研究生培养的实际情况，从优化课程体系、完善导师制度、重视科研实践等方面探索建立研究生创新创业能力培养模式的有效策略。

关键词：新工科;土木工程;创新能力;研究生

一、引言

“新工科”（EmergingEngineeringEducation：3E）是基于国家战略发展新需求、国际竞争新形势、立德树人新要求而提出的我国工程教育改革方向，通过“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”构成了新工科建设的“三部曲”，开拓了工程教育改革新路径。科技革命和产业变革对工程专业人才培养提出了新的挑战，未来新兴产业需要的是创新能力强、具备国际竞争力、工程实践能力强的“新工科”人才。这就要求学校对学生的培养提出新的要求，《斯坦福2025》建议，学生的培养应该以“使命性学习”替代“专业性学习”，让学生的学习目标从掌握具体的专业知识提升到具有服务社会、解决全球性综合性的能力。

目前，智能化、高性能复合材料在土木工程中得到了广泛应用;预制拼装BIM技术、数字化建造技术、3D打印技术等智慧建造也在土木建筑领域得到了广泛应用;云技术、大数据也使得工程项目管理可视化。随着新工科建设的深入，传统土木工程专业必将面临新的机遇和挑战。当前，土木工程高素质人才的培养机制面临着的最大困境是现实的社会需求与面向未来的工程技术之间的脱节。学校的传统培养模式不能适应社会发展的需要，高学历研究生毕业后求职困难，企业对掌握新技术人才又“一才难求”，因此迫切需要对目前研究生的能力培养模式进行改进。

湖南工业大学土木工程一级学科于2010年获得硕士学位授予权，下设岩土工程、结构工程、桥梁与隧道工程、供热燃气通风及空调、市政工程五个二级学科硕士点，目前在校研究生70人，导师25人，师生比达到0.33，此外拥有总值5000多万的仪器设备。但近年来，研究生的培养还是存在实践能力不强、创新能力不足等突出问题，因此探索在新工科背景下的创新能力培养模式很有必要。结合本校的实践，借鉴美国目前的研究生培养模型，创新能力培养模式可从改革课程体系、完善导师制度、重视科研实践等方面入手。

二、改革课程体系

改革课程体系主要是探索构建综合性课程、问题导向课程与交叉学科研讨课程，提高课程兴趣度和学业挑战度。调整前后虽然总学分基本保持不变，但选修课的可选择范围增加，下表为主要的选修课对比。对比发现，相比2015版培养方案，新版培养方案的选修课门数增加了50%，总门数增加了9门，且打破了学科组的概念，学生可结合自身课题研究的需要选修合适的课程。这无疑有利于交叉学科的发展。而且学院在大量调研的基础上，更新了课程体系，选修课中仅8门维持前一版方案，开设了19门新课供学生选择。新培养方案的课程设置突出了课程的前沿性、交叉性、综合性和科学性，为跨学科、交叉学科知识的打通创造条件，为人才的创新培养奠定基础。

另外，研究生教育的课堂教学方式也进行了变革，除了必要的以教师板书或PPT教授为主的被动式教学外，要求教师增加研讨会、科研实践等方式进行教学。以必修课程高等混凝土结构原理为例，教师不再以目前市面上的教材来设计课程教学内容和进度，而是将32个课时分解成8个模块，每个模块设计一個教学主题，教师讲授2个课时，然后提出3个开放性的问题，学生4～5人一组，分成3个小组，每组学生通过查文献、设计试验、理论模拟等方式提出1个开放性问题的解决思路，然后给每组45分钟时间用于研讨。课程结束后，学生将对有关混凝土结构的至少8个问题进行主动思考和总结，虽然不能面面俱到，但也启发了学生去发现问题和解决问题。这种课程教学的改革，使得课堂教学以学生为中心，教师提纲挈领，通过广泛的启发、讨论引导学生积极讨论，以开拓学生的研究思路。

此外，研究生教育还应结合慕课、互联网课程，将具体知识点的教学交给网课，锻炼学生的自主学习能力，将课堂真正变成开放式的、启发式的教学阵地。当然，这种改革对教师提出了新的要求，教师需要率先改变自己的心态，多花时间和精力，多接触本领域前沿技术，跟踪新技术的发展，并善于提出开放性的问题，甚至提出教师本人也无法给出正确答案的问题，以此促进学生的发展。

三、完善导师制度

研究生导师是研究生培养的主要责任人，导师自身的道德水平、学术素养和科研能力都深深地影响着学生。虽然国家和学校鼓励导师群或者集中指导制，但实际操作的时候往往还是单个导师对研究生进行指导，而且还经常出现部分导师的工作重心在申请课题、完成横向课题、跑业务等事务上的现象，采取了“放羊模式”进行研究生培养。传统意义上的“师徒制”不仅不利于开阔研究生的视野开阔，更会使研究的科研和能力培养受导师科研兴趣而左右，限于导师精力和侧重点的问题，这种培养模式是研究生创新能力培养的障碍。为改变这一困局，可采用导师群指导学生的模式。通过建立研究生科研团队，发挥集体的力量，使研究生接触更多的学术思想，促进学生的自主创新。

“导师群”制度一般是指一群导师和研究生在一定的管理机制下，有组织有计划地进行系统协作、共同学习，以学术交流为平台，取长补短。一般可在不改变既有研究生培养模式的基础上，学院通过设置第二指导老师将研究生和导师按照研究方向、研究兴趣进行组队，如下图所示。

以土木学院为例，目前平均1位导师1年可指导1个研究生，通过导师群的制度，可将3～4位导师组成一个兴趣小组，该小组内有3～4老师，9～12位研究生。兴趣小组不以行政强度为基础，主要基于兴趣，研究方向也可以不同。兴趣小组定期展开学术交流活动，每次活动实现确定1～2个讨论主题，由高年级学生或者教师进行主讲，提出研究思路或者研究方向，其他导师和学生进行头脑风暴、广泛讨论。定期召开类似活动不仅可以拓展学生的学术视野，增加学生接触前沿技术的机会，建立平等、民主、和谐的师生关系还可以促进教师间相互学习、相互交融、取长补短，融合出新的研究点。兴趣小组还可以使得成员更有计划观念，无形中形成良性竞争机制。