土木工程专业创新型人才培养模式改革与探索

徐能雄 张 彬

培养土木工程专业创新型人才是新时代的迫切需求。为此进行培养模式的改革与探索，构建了“厚基础、宽口径、广视野、重实践”的课程体系，建立了以知识导向式、专题导向式、任务导向式为主的多元化教学模式，形成了分阶段多元化考核模式，创造了创新人才培养环境与条件。

土木工程是我国国民经济的支柱产业，行业从业人员多，涉及范围广，包括：房屋建筑工程、公路与城市道路工程、铁路工程、桥梁工程、隧道工程、港口码头工程、地下工程、机场工程、给水排水工程等。21世纪以来，随着经济高速发展以及土木工程技术的突飞猛进，我国在土木工程领域取得了辉煌的建设成就，建成了“四纵四横”的高速铁路、港珠澳跨海大桥等一大批具有世界影响力的工程。然而，目前我国土木工程领域仍然存在知识层次低、劳动生产率较低、技术创新不足的弱点，[1]培养创新型人才迫在眉睫。本文以中国地质大学土木工程专业为例，介绍创新型人才培养的改革与探索。

一、土木工程专业创新型人才应具备的基本素质

国内外学者关于创新型人才的内涵有多种定义，总的来说，创新型人才是具有创新意识、创新精神、创新思维、创新能力并能够取得创新成果的人。[2]土木工程专业创新型人才应具备以下几个方面的素质。

一是具备深厚的知识储备。创新型人才需要有深厚的基础知识、扎实的专业知识、广泛的人文与自然科学知识。知识是创新活动的基础，也是创新思维的源泉。首先，土木工程创新型人才需要有深厚的数学、力学、地质、物理、化学、计算机等方面基础知识。其次，土木工程创新型人才需要具备勘察、设计、施工、管理等方面专业知识。另外，土木工程创新型人才还应该广泛射猎历史、文学、艺术等方面的人文知识以及其他自然科学知识。

二是具有强烈的创新意识。创新型人才需要有强烈的创新意识、理性的批判意识、持之以恒的探索精神。土木工程是理论性与实践性都很强的学科，尽管现代土木工程领域的科学技术得到突飞猛进的发展，但是还有许多未知的、不确定的理论问题有待于解决，有许多技术与方法有待于革新。创新型人才应该有强烈的愿望与动力，去实现理论突破与技术革新；创新型人才应该具备理性的批判意识，要尊重但不迷信经典与权威，要勇于怀疑经典与权威；创新型人才还应该具有持之以恒的探索精神，从而能够针对科学技术难题进行坚持不懈的探索。

三是具有活跃的创新思维。创新型人才能够以开放活跃、新颖独特的思维方式，以突破常规的思维方法和视角去思考问题，并提出新颖、独到、与众不同的问题解决方案。

四是具有全面的创新能力。敏锐的洞察能力即透过现象看本质能力，能够发现问题的关键与核心；综合的分析判断能力是指能够站在全局高度系统地、综合地分析问题，并做出判断；丰富的想象能力是指在解决问题时，不拘泥于现有的理论、方法与技术，能够运用现有的知识展开想象；卓越的实践能力是指在发现问题后具有实施解决问题的分析、试验、设计、建造等能力；优秀的学习能力是指具有自主地、快速地获取知识、更新知识的能力。

二、构建“厚基础、宽口径、广视野、重实践”的课程体系

知识储备是创新实践的基础，创新型人才需要深厚的基础知识、扎实的专业知识和宽广的人文与自然科学知识。为此，学校采用“厚基础+宽口径+广视野+重实践”的方针，制定土木工程专业课程体系。

“厚基础”就是加强基础类课程学习，使学生具备厚实的基础知识。中国地质大学的土木工程专业是以岩土工程与地下工程为特色，结合学校特色，构建了基础类课程体系，主要包括：数理基础、力学基础、地质基础。其中，数理基础课程共34 学分，力学基础课程共18 学分，地质基础课程共16 学分。

“宽口径”就是拓宽学习本专业学生的适应面。通过模块化的专业课程与实践课程学习，使学生具备土木工程多个领域的专业知识。土木工程涉及领域广，面面俱到非常困难。中国地质大学土木工程专业的课程主要涉及岩土工程、地下工程与结构工程三个核心模块，每个模块的多数课程均配置了课程设计，一些课程还配置了实习环节。另外，为了进一步拓宽口径还将桥梁工程、铁路公路工程等方面的知识渗透到核心模块的课程中。

“广视野”就是在学习本学科的知识之外，还要求学生学习其他学科的知识，使学生的视野更加宽广。这类课程被安排为通识必修课程与通识选修课程，其中通识必修课程包括：思想政治类、语言类、信息技术类、体育类共39 学分；通识选修课程包括人文社科类、自然科学类、艺术类共16 学分。另外，我们还开设了专业外语、双语课程，培养学生的国际交流能力，拓展国际视野。对一些有能力的学生，学校还提供了选修第二学位的机会，学生可以选修会计学、法学、管理学等专业。

“重实践”就是重视实践能力的培养。学校的土木工程专业实践课程共42 周38.5学分，包括教学实习、专业实习、毕业设计、课程设计、实验及实训课程、创新创业实践等。

三、发挥新时代教学资源与技术优势，改革人才培养模式

（一）充分发挥新时代教学技术与手段的优势

当今时代，信息技术、网络技术、人工智能、虚拟现实等技术以及高性能计算机、手机等设备给人们的生活带来了巨大改变。在高新技术与设备的支持下，教师与学生可以便捷地获取丰富多样的信息、数据及其他教学资源；动画、视频、虚拟现实等教学手段使得学生能够更快更好地学习与掌握新知识；手机、笔记本电脑等移动设备使学生的学习方式更加多元化，可以突破时间与空间的限制；网络技术使得在线学习与全球范围的交流非常便利与高效。

由于受知识结构、专业领域以及投入不足的限制，很大一部分高校教师还较少使用新时代教学技术与手段，传统的以教师为中心的教学模式还占主导地位。然而，当代大学生生活、成长在新技术突飞猛进的时代，他们获取知识、进行社会交流的方式已发生了翻天覆地的变化，传统的教学模式已难以满足新时代的要求。为此，我们必须充分发挥新时代教学技术与手段的优势，进行教学模式改革，为创新型人才培养提供强大支撑。

（二）构建适合创新型人才培养的多元化教学模式

为了培养学生的创新意识、创新思维与创新能力，在借助新时代教学技术与手段的基础上，我们提出以知识导向式、专题导向式、任务导向式为主的多元化教学模式，并充分运用雨课堂、[3]MOOC、翻转课堂等新技术与新方式进行教学。

1.知识导向式教学

知识导向式教学是以学生掌握某个知识点为目标，以学习知识、巩固知识与考核知识为主要过程的教学方式。知识导向式教学适合于概念、原理、公式、方法等知识点的教学。首先，在教师的引导下，学生通过自主学习或教师讲授的方式学习知识；然后，学生通过讨论、练习巩固知识；最后，通过回答问题、考试或答辩等方式考核知识的掌握情况。

知识导向式教学的另一个重要任务是培养学生独立思考、激发学生学习的主动性与积极性。在长期的应试教育的模式下，学生习惯于被动接受知识，缺乏主动思考的热情。这种以教师为中心的教学模式的最大问题就是很难激发学生积极思考的热情。为此，知识导向式教学强调以学生为中心，主要采用启发式课堂传授或翻转课堂的形式来组织教学。教师可以根据课程内容与进度，预先设置适合于课堂解答的概念、推理、计算等问题；在教学过程中，选择合适时机向学生推出问题，让学生进行解答；并将学生解题情况计入平常考试成绩中。

2.专题导向式教学

专题导向式教学是指以解决某个问题为主线，以提高学生分析问题、解决问题的能力为目标，以提出问题、分析问题、解决问题、汇报与交流为主要过程的教学方式。专题导向式适合于运用所学知识解决具体问题的教学内容，其教学过程如下：首先，由教师结合案例提出待分析研究的专题；其次，教师引导学生查阅相关文献与资料，然后进行问题分析与讨论，并形成解决方案；再次，学生根据解决方案进行分析、推演、计算、实验等工作，并形成专题研究结论；最后，由学生总结汇报分析研究过程及结论。

专题导向式教学的专题包括：探索型、推演型、验证型等，教师可以根据教学内容与目标选择合适类型进行专题设计。探索型专题是让学生根据所学知识去探究、发现或改进未知的、不明确的或者不完善的理论、规律、方法或技术；推演型专题是让学生利用所学理论、方法、公式等对给定问题进行分析、推理、演算；验证型专题是让学生根据所学知识进行分析、实验、计算、验证现有的理论与规律。

专题导向式教学需要遵循以下原则：第一，教师在进行专题设计时应将培养学生的创新意识、创新思维与创新能力作为重要目标；第二，专题的类型、目标、内容是明确而可行的，且难易适中，具有很强的可操作性，能够激发与保护学生自主思维的热情；第三，教师对专题的分析研究过程及将获得的成果与结论有比较明确的判断，并能够全程指导学生的工作；第四，必须建立明确的严格的可执行的考核机制。

3.任务导向式

任务导向式教学是指以指导学生完成规定的设计或制作任务为目标，以分配任务、任务分析与讨论、执行任务、汇报与交流为主要过程的教学方式。土木工程专业有很多实践性很强的课程与教学任务，如：《混凝土结构设计》课程要求学生进行建筑物的结构设计。任务导向式教学过程如下：首先，由教师提出待设计或制作的任务，并分配给学生；其次，学生组建任务小组，分析与讨论任务的工作内容，形成设计或制作方案；再次，学生根据方案逐步进行分析、计算、实验、绘制设计图、制作等工作；最后，由学生总结汇报设计与制作过程及成果。

任务导向式教学需要遵循以下原则：第一，在进行任务设计时，教师应将培养学生的创新意识与能力培养作为重要目标，其中能力培养应该包括：实践能力、系统分析能力、分析判断能力、自主学习能力等的培养；第二，任务的目标、内容、工作路线是明确的、可行的、详细的，难易适中、操作性强；第三，教师对任务的分析、设计与制作过程及将获得的成果有明确的判断，并能够全程指导学生的工作；第四，必须建立明确的、严格的、可执行的考核机制。

（三） 改革考核方式

考核是人才培养过程的重要环节。目前常用的考核方式包括考试、答辩、读书报告等，其中利用试卷在规定时间地点进行考试，考核学生对知识点的掌握程度是最普遍的考核方式。以考试为主的考核方式是不全面的，只能考查学生浅层次的知识，创新能力几乎被忽视，[4]无法适应创新人才培养的需要。

1.考核形式与内容多元化

尽管目前高校使用的考核方式除考试以外还有答辩、读书报告、辩论等形式，但是由于利用试卷进行考试的方式简便易行且便于确定考试结果，所以仍然是最主要的考核形式。为了适应土木工程专业创新型人才培养，我们建议采用有针对性且多元化的考核形式。

对于土木工程专业的课程，需要考核的内容可以归纳为3 个方面：考核知识点的记忆、理解与掌握程度；考核运用知识分析问题、解决问题的能力；考核设计、制作与实验等实践能力。针对上述考核内容，可以采用以下考核方式：第一，课堂测试，即在课堂上，利用“雨课堂”等工具，将编制好的测试题向学生发布，测试题的内容可以包括概念、原理、方法、计算与推理等，学生利用手机等移动设备实时答题。这里需要明确一点，教师的时间与精力是有限的，不能要求教师按照传统的模式进行课堂考试、然后批改试卷，必须使用新技术、新方法、新工具。第二，集中考试，即利用试题在规定时间完成测试。第三，专题分析与研究报告+答辩，教师可以在教学过程中向学生布置专题，学生通过分析与研究后提交书面报告，并在规定的时间内向教师汇报并答辩。第四，设计与制作成果+答辩，教师在教学过程中向学生布置设计与制作任务，学生通过分析、设计、实验等工作后提交设计书、图纸、产品等成果，并在规定的时间内向教师汇报并答辩。

2.采用分阶段考核

目前，高校普遍采用的考核方式是课程结束后利用试卷进行统一考试。为了培养创新型人才，我们提出采用分阶段进行考核，结合前面提到的多元化考核形式，在课程教学的不同阶段均安排不同形式的考核。在知识点学习过程中实时安排课堂测试，在专题研究过程中考核专题的方案及执行情况，在课程结束时采用考试、答辩等考核。各个阶段的考核结果均记入学生课程学习的最终成绩。

四、创造创新人才培养环境与条件

（一）建立开放的创新人才培养基地

为了培养创新型人才，中国地质大学土木工程学院于2014年成立了“大学生创新实践基地”。 该基地主要依托力学实验室、土木工程实验室、地质工程实验室具备工程力学、岩土力学、岩土工程物理模型试验、数值模拟与仿真等方面的实践教学条件。基地建设的宗旨是构建创新实践平台，培养大学生工程实践能力与创新能力。基地向大学生开放，学生通过预约到基地开展试验、模拟、设计、制作等实践工作，开展科研训练。

（二）形成创新支持体系

目前，学院支持的土木工程专业创新实践共有3 种类型。第一种类型是基于课程的创新实践，是指围绕课程教学设置的创新实践任务，包括专题探索、设计、制作等；这类创新实践由课程的主讲教师组织，学生在教师的指导下自主完成创新实践任务；创新实践获得所需的条件与经费由学院支持。第二种类型是基于项目的创新实践，是指由指导教师结合自己的科研项目命题或者学生自主选题，并申请学校、学院两级大学生创新实践项目，学生在教师的指导下自主完成创新实践，学校、学院及教师共同资助创新实践经费。第三种类型是基于竞赛的创新实践，是指在学校与学院的支持下，学生参加全国、北京市或校内的各类竞赛，如数学建模大赛、建筑结构设计大赛等，所需条件与经费由学校与学院共同承担。

（三）建立创新实践导师队伍

目前，学院已经建成了一支具有很强的创新能力与科研能力、热爱教育事业的指导教师队伍。现有从事土木工程专业教学科研工作的相关教师27 人，其中教授6 人，副教授8 人，实验教师3 人；具有博士学位的教师占90%，具有海外留学背景的教师占50%；45 岁以下教师17 人。近5年来他们共获得17 项国家自然科学基金资助，国家及企业委托科研项目经费达2,200 余万元，共发表国际SCI 收录论文90 余篇。

为了支持创新人才培养，学校学院制定了相关激励政策。一方面，学院对承担大学生创新项目指导的教师给予一定的奖励；另一方面，学校将指导大学生创新项目作为职称晋升的硬性条件。

注释：

[1]沈祖炎.土木工程专业创新型人才培养的思考[A].中国土木工程学会教育工作委员会.高等学校土木工程专业建设的研究与实践——第九届全国高校土木工程学院（系）院长（主任）工作研讨会论文集[C].2008:3-10.

[2]钟秉林,董奇,葛岳静,等.创新型人才培养体系的构建与实践[J].中国大学教学,2009, (11):22-24.

[3]袁驷.“雨课堂”要收雨成云[J].中国教育网络,2016, (6):67.

[4]赵蒙成.创新型人才培养体系中的考试制度改革[J].中国高等教育,2008, (17):23-25.