新工科背景下面向土木工程研究生的教学改革探索——以“高等建筑材料学”课程为例

李 莉，彭妙娟

（上海大学 力学与工程科学学院，上海 200444）

引言

2017年，我国高等教育界首次提出新工科概念，“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”被认为是新工科教育“三部曲”，共同构成了新工科教育的体系格局［1］。2018年3月，教育部办公厅公布了首批“新工科”研究与实践项目，标志着我国的新工科教育进入实质性实施阶段。2021年4月，习近平总书记在清华大学考察时强调，对现有学科专业体系进行调整升级，瞄准科技前沿和关键领域，推进新工科、新医科、新农科、新文科建设，加快培养紧缺人才［2］。

新工科教育在“四新”中发挥着引领和支撑的作用，是促进我国从工程教育大国走向工程教育强国的重要举措［3］。新工科教育的具体内涵是：新理念、新特征、新知识、新模式、新机会和新人才［4］，即不仅要建设新型的工科，还要用这种新型的理念和模式改造传统的工科，为培养新时代的工程师服务［5］。

对传统工科专业来说，既面临新工科教育的挑战，也要响应“工程教育国际认证”的新要求。与此同时，研究生招生规模的逐步扩大和培养标准的日渐提高，也为研究生培养和课程设置带来了更多压力，教师需要在设置具体课程的同时，考虑不同学习基础的学生，并给予足够的正向反馈，以帮助学生建立科研自信和兴趣。

一、课程建设背景

（一）课程简介

2021年，中华人民共和国教育部发布了《学术学位研究生核心课程指南（试行）》（以下简称《指南》），要求在土木工程专业学术学位研究生中设置“高等建筑材料学”课程，并详细规定了课程目标和教学内容，要求通过本课程的学习，学生能够熟悉土木工程发展对高性能建筑材料的需求及高性能建筑材料的研究、应用现状和发展趋势，掌握主要高等建筑材料的性质、用途、制备技术，以及性能检测和控制方法。教学内容应涵盖高性能混凝土、纤维增强水泥基复合材料、高性能钢、工程高分子聚合物材料、纤维增强树脂基复合材料、智能材料以及无机烧结熔融材料等各种高性能材料［6］。

（二）课程特点分析

从《指南》对课程的要求和定位不难发现，“高等建筑材料学”是一门面向“大土木”学科背景研究生的基础课，其教学活动应具备以下特点。

1.适合采用单元式或专题式的课程组织形式。不同的高性能材料虽然在功能或作用上具备相似性，但在材料构成和强度形成机理、影响因素、制备工艺等方面差异较大，不宜统一讲授。

2.适合“以点带面”，以“启发-研讨”交互为主的形式组织课堂教学。课程涉及的内容主题较为丰富，基本涵盖了当前主要的新型建筑材料且相关研究也正处于高速发展阶段。同时，“大土木”学科背景下，同一班级不同学生的专业方向也存在差异。

3.适合线上线下混合的教学形式。在时长有限的课堂教学中组织多主题的研讨，需要教师提前下发相关知识材料和学生做好充分的阅读准备，因此线上资源的建设是十分必要的，线上课程的建设将为教学活动顺利开展提供有力的保障和积极的补充。

二、课程建设要素分析

（一）教学材料选取

研究生教育和本科教育的区别不仅体现在知识结构完善、学习内容深化、思考维度增多等方面，更重要的是培养和训练学生的思维方式，使其具备处理陌生问题或新问题的能力，对工科专业的研究生尤为如此，包括对问题的定义、分解、联系实际的抽象化思考和给出具象的解决方案。《指南》已经规定了本课程的基本教学内容，但并无指定教材，而目前各类建筑材料方面的教材主要针对的是本科生教学，侧重基础知识，较少涉及前沿研究，教学案例也较为浅显和简略，并不适用于本课程教学。因此，需要在《指南》框架下考虑本专业研究生平均基础知识水平，收集教学素材，重构教案。教学素材以研究专著和科技文献为主，其中文献应兼顾经典文献和前沿成果，并辅以工程案例图像、视频资源等。

（二）教学方法设计

大部分本专业研究生已在本科阶段学习过“建筑材料”或“土木工程材料”等前期课程，具备了阅读理解本课程基础知识的能力，教学组织的主要目的是引导学生关注前沿研究进展、梳理知识发展脉络，形成相对完整的知识结构，并引导学生立足学习内容积极思考，与个人专业研究方向结合、给科研工作带来启发、加强科研自信。同时，认知心理学的理论也已经证明，认知冲突是学习者认知投入的核心动力之一，学习者自身新旧概念的冲突以及学习者与他人的观点冲突等均是触发学生认知投入的重要来源［7］。因此，可以通过“问题研讨”来人为制造“认知冲突”，引导学生进行批判性反思与对话。一方面，加强学生的学习印象，强化学习效果；另一方面，锻炼了学生的材料组织和表达能力。这些都是从事科研工作的必备素养，研究生培养中应尤为重视。

同时，在研讨过程中还可以通过“生生互评、师生交互”等方式鼓励学生从不同角度分析问题、联系实际表达观点。有研究发现，当学生意识到自身的行为和表现是处于被观察和监督的状态时，会倾向于采取更积极的学习策略，学习更加投入［7］。

（三）在线资源建设

研究生阶段的教学应重视对学生文献阅读能力的培养。同时，以学生为中心的课堂教学模式也需要知识性教学资源的导入。建立在线课程，将书本知识、工程应用案例、前沿文献、相关教学视频等通过网络发布，方便学生预习和结合自身基础与研究方向灵活自主学习。课堂教学以重难点讲解和主题研讨为主。

（四）过程性考核设计

课程考核是检验学生学习效果的重要途径。新工科教育强调的是思维和能力的培养，相应地，课程考核也应侧重学生学习能力和输出能力的过程性评价。结合研讨式教学特点，本课程的考核综合利用线上和线下学习数据，按平时成绩和期末考查各占50%计算。平时成绩包括：考勤和课堂表现（线上和线下，10%）、课后作业和思考题（线上和线下，20%）、主题研讨（线下，20%）；期末考查为开卷考试（线下，50%），线上教学期间可改为在线大作业。其中，课堂表现重点关注学生的思想态度，包括讨论和提问是否积极、是否尊重其他成员等。

（五）课程思政融入

新工科教育对研究生培养的要求除了能创造性地解决学习和工作中的问题外，还应具备合格的专业素养、健康的心理素质和正确的理想信念。目前研究生教学普遍侧重技术原理推导、分析和解释，忽略了对问题发现背景、知识探索过程方面的介绍。相比于本科教育，研究生课程思政要克服学习过程中更加明显的专业领域隔阂［8］。土木工程专业是典型的工科专业，现有工程技术原理是人类从数百年的工程实践中不断总结经验、吸取教训而形成的，建筑材料开发利用的历史也是人类不断挑战自然极限、超越自我的历史。在教学过程中回顾先辈足迹、展现工程技术创新的历史价值，引导学生思考工程技术进步的外在需求、内在驱动和技术创新的源头，有助于激发学生的创新意识、培养学生的创新思维，也有助于学生增强社会责任感、树立敬业精神和正确的价值观。

三、课程内容模块设计

（一）线上线下混合的教学活动

本课程结合校内的超星学习平台，采用了线上线下混合的授课形式，进行了课前、课中和课后三个阶段的学习活动设计，如图1所示。

图1 线上线下混合的教学设计

首先在超星学习平台建立在线课程，课前上传授课主题相关的学习资料，包括代表性的科技文献、教师制作的学习要点提示、思考题、微课等视频资料及建议阅读的参考文献列表等，供不同基础和兴趣的学生带着问题选读、进行必要的课前准备。在学生阅读预习的过程中，教师可通过在线消息系统定时为学生答疑。

课中首先概述本课主题，对重难点进行讲解，尤其关注课前答疑中出现的问题。随后结合课前思考题的回答情况提出问题，要求学生以小组为单位进行讨论并汇报讨论结果。根据小组汇报情况，继续抛出问题，引导学生在课堂中展开更深层次的讨论。上述“问题—讨论—汇报—问题”的过程视讨论的进展情况和讨论的问题深度一般要开展数轮，最终一步步完成教师预定的教学目标。最后进行课堂小结，重申重难点内容，并对讨论过程中学生关注较多或误解较多的问题进行拓展讲解，或引出新的思考题供学有余力的学生在课外自主探索。

课后，通过在线平台布置课后作业，并上传本次课程主题相关的拓展材料，供有余力的学生选做。

（二）过程性考核方法

在课前环节，主要通过思考题完成情况、学习资料访问次数、学习时长等数据分析学生的预习效果。课堂考核则分为生生互评和教师评分两个部分。其中，生生互评是指在分组汇报时，由其他学生对汇报小组打分，打分表由教师设计和提供，也可开展线上投票或问卷；教师评分则是指在整个研讨过程中，教师对在场学生的研讨表现进行打分，打分点涵盖汇报内容质量、参与讨论的积极程度、资料准备的充分程度及小组配合情况等。课后评价则主要依据课后作业成绩。

（三）思政元素渗透

将思政元素融入专业课教学的关键在于结合课程内容特点找到自然的契合点，在知识教育的同时激发情感共鸣，通过培养学生的专业责任感、社会责任感，调动学生的自主学习兴趣、形成创新意识和执行力，即课程思政教育在专业课中的主要实现方式之一是调动情感共鸣、实现精神层面的升华。这种认知活动需要人与人之间的互动交流，在情感的流动中引发共鸣，难以通过纸面材料和单向线上教学实施。因此，本课程的思政元素融入主要通过线下课堂的研讨活动实现，结合学生讨论的主题，穿插引入知识背景相关的技术发展历程、重要人物事迹、历史发展影响等要素，使其既符合专业知识传授的目的，又能吸引学生的关注，调动个人情感和经验，从而自然、有序、相互呼应地传递正确的价值观。

结语

“高等建筑材料学”课程是新工科教育背景下土木工程专业研究生的核心必修课，课程内容兼顾理论性、前沿性和实践性，目前没有成熟的教材，需要教师根据本校学生的特点结合不同教材、论著和科研文献编写讲义，不断完善教学内容和教学方法。