基于OBE-CDIO理念的土木工程新工科人才培养

邓友生　李文杰　唐丽云　叶万军　王烘艳　刘龙刚

摘 要：随着我国工业化进程的不断推进，土木工程领域迎来蓬勃发展，对理论研究、工程设计、施工技术和管理水平提出更高要求，实践教学是新工科背景下培养土木工程领域人才的重要方法，具有新的内容和具体要求。应对传统实践教学体系在新时代背景下暴露出的问题，需要对实践教学方法提出创新改革：将土木工程专业学生创新精神与实践能力培养同OBE教育理念实施方法论相结合，制定合理教学方案和评价指标；转变教育思想，更新教育观念，积极引导学生主动参与教学环节，激发学生的创新潜力，在教学过程中应该更加重视实训环节；更新实践教学体系，结合CDIO工程教育模式进行改革，构建以项目教学为核心的实践教学体系；顺应新时代发展趋势，积极对教育体系提出优化改革，培养创新意识强，实践能力高的新工科人才。

关键词：土木工程；OBE理念；新工科；实践创新；教学改革

中图分类号：G 642.4 文献标识码：A 文章编号：1672-7312（2023）03-0364-06

Exploration on the Training of New Engineering Talents in Civil Engineering based on OBE-CDIO Concept

DENG Yousheng1，2，LI Wenjie1，TANG Liyun1，YE Wanjun2，WANG Hongyan2，LIU Longgang2

（1.College of Architecture and Civil Engineering，Xian University of Science and Technology，Xian 710054，China；

2.College of Civil Engineering，Xian Traffic Engineering Institute，Xian 710300，China）

Abstract：With the continuous advancement of Chinas industrialization process，the field of civil engineering ushered in vigorous development，putting forward higher requirements for theoretical research，engineering design，construction technology and management level.Practical teaching is an important method to cultivate talents in the field of civil engineering under the background of new engineering with new content and specific requirements.In response to the problems exposed by the traditional practical teaching system in the new era，it is necessary to put forward innovative reform of practical teaching methods：Combine the cultivation of innovative spirit and practical ability of civil engineering students with the implementation methodology of OBE education concept，and formulate reasonable teaching programs and evaluation indicators；Change the educational thought，update the educational concept，actively guide the students to take the initiative to participate in the teaching process，stimulate the students innovation potential，pay more attention to the practical training link in the teaching process；Update the practical teaching system，reform the CDIO engineering education model，and build a practical teaching system with project teaching as the core.Only by adapting to the development trend of the new era and actively proposing the optimization and reform of the education system can we cultivate new engineering talents with strong sense of innovation and high practical ability.

Key words：civil engineering；OBE concept；new engineering；practical innovation；teaching reform

0 引言

近年來，我国工业化进程的不断推进，土木工程领域也迎来蓬勃发展。城市中高层建筑拔地而起，江河上

大跨度桥梁横空而造，涌现了一大批著名的土木建筑，如北京的鸟巢体育馆、广东的港珠澳大桥、上海的环球金融中心等。此外，在交通运输建设领域里同样取得长足发展，截止2020年底我国铁路营业里程已达14.6万km，其中高速铁路为3.8万km，均居世界第一[1-2]，我國高速铁路建设水平和通车里程已达到世界领先水平，土木行业的兴盛为我国经济高速发展注入新的活力[3]。

土木工程发展至今，人们对于建筑物的要求不再单单局限于生活必须，更加要求其具备大方、美观、舒适等特点。土木工程不再是简单的物质需求，更要满足人们的精神文化与发展[4]。当前，我国建筑结构正朝着更高、更远、更深的方向持续发展，土木工程学科也向着可持续、信息化、生态化、创新型的方向发展。这种发展趋势对土木工程领域理论研究、工程设计、施工技术和管理水平提出更高要求，因此，专业人才数量和质量的需求也随之与日俱增。

高等教育的根本目标是人才培养，其教学工作和科研工作必须紧紧围绕人才培养工作[5]。培养具有创新意识和实践能力的专业型人才，为社会输入高质量的适用型人才，是推进“新工科”专业人才培养供给侧改革的出发点和落脚点[6-7]。土木工程作为“新工科”背景下具有代表性的学科，相较于其他工科类专业，其更加具有综合性、社会性和实践性，不仅要求学生具有扎实的理论基础，同时注重学生实践能力的培养，这是“新工科”背景下具有的独特培养目标和教学特点[8]。高等教育不同发展时期土木工程专业人才培养目标以及其发展历程，如图1所示。

OBE教育理念是指综合考虑教育投入回报与实际产出的现实需要的成果导向教育，在20世纪70年代美国教育家Spady发表文章《成果导向教学管理：以社会学的视角》中被首次提出[9]。是什么？为什么？如何帮助学生获取学习的成果？学生如何验证自己已经获取的学习成果？是OBE教育理念主要强调的4个关键问题，也是我国高等教育的重要命题之一[10]。CDIO代表Conceive、Design、Implement、Operate，即构思、设计、实践和运作。主张让学生以实践的、主动的、课程之间的三维联系方式开展实践学习，重视将学生个人能力、团队协作、工程基础知识和系统能力四个方面进行教学培养。CDIO是一种以实际工程需求为导向，以培养学生实践创新能力和团队协作能力为主要目标的工程型人才培养教育理念，一种将实训项目设计和课程教学进度相结合的人才培养模式[11]。

将OBE教育理念与CDIO工程教育模式有机结合，是针对我国“新工科”背景下高等教育改革的重要尝试。

1 新时代实践创新教学面临的挑战

2021年，国务院提出要深入实施新时代人才强国战略加快建设世界重要人才中心和创新高地，要立足新发展阶段、贯彻新发展理念、构建新发展格局、推动高质量发展，必须把人才资源开发放在最优先位置，大力建设战略人才力量，着力夯实创新发展人才基础。随着信息技术的发展和时代进步，在高等教育综合改革的引领下，土木工程领域人才培养过程中实践教育面临的挑战愈发严峻，尤其在当今土木工程蓬勃发展和快速转型的背景下，对相关专业学生的要求不再局限于对专业知识的掌握与运用，更加需要从事科研技术创新，解决实际工程难题的复合型人才[12]。

目前高校中土木工程相关专业的实践教学依托短期实习的形式，主要有认识实习、生产实习、学科竞赛、创新项目、课程试验、课程设计和毕业设计等[13]。这种实习形式展示出一定的优势，能够让学生通过实地参观、动手实践掌握课堂外的专业知识，但这种传统的实践教学方式，易受限于课时或其他实际条件，教师在制定教学大纲、教学内容和教学方法上遇到一定困难[14]。学生在实践训练的环节中，虽然能够验证并强化课堂教学中学习的理论知识，但常常没有被调动其主观能动性，难以达到预期教学目的[15]。此外更重要的一点是，传统的实践教学环节与当前涌现出的新式教学方式，如线上教学等不具备兼容性。

目前，我国高等教育中土木工程专业对学生创新精神的培养主要依托于制定相应的课程计划，引导学生积极参与项目实践，在过去的几十年中，这种方法取得了一定的成效，使学生的创新思维和创新能力得到一定强化，但是这些教育方法较为零散，还没有形成成熟体系，体现在如下几个方面。

1）创新能力培养教育缺乏顶层设计，培养目标不明确、不清晰。

2）软、硬件资源的支持力度有待提升。

3）缺乏先进的理论指导。

4）创新能力培养成果缺乏成熟的考核体系。

5）创新能力培养没有结合到高校教学的各个环节中。

由上所述，土木工程行业发展日新月异，人才质量需求亟待精进。同时，我国高等教育中土木工程专业学生在创新精神和实践能力方面的培养体系还存在一定的问题。“新工科”背景下实践教学和创新教学面临新挑战。因此，有必要对实践和创新教学进行探索，以系统训练学生的创新意识和实践能力。

2 新时代实践创新教学方法

新时代实践教学面临新挑战，需要对实践教学方法提出创新改革，通过理论知识培养、实践能力训练和创新意识激发“三维”人才培养模式，提升学生从理论到实践再到创新综合能力。从教学思想、教育观念、教学环节和培养模式进行改革，以探索“新工科”背景下实践创新教学方法。

2.1 OBE理念应用

将OBE理念深入教学环节，混合式教学模式主张将教学中心从教师转移到学生，从教转移到学。教师积极引导，在对学生开展深入调研基础上，对传统教学环节和教学目标进行重新改革设计。在教学过程中，积极对学生学习成果反馈进行采集，依据反馈结果不断修正教学方案，通过教学改进以达预期教学目标。近年来，线上教学占据一部分教学内容，基于在线学习的OBE教学模式主要是对网络学习资源进行重新整合，设计适合教学资源的线上、线下教学活动方案。

OBE教育理念内涵见表1，将土木工程专业学生创新精神与实践能力培养同OBE教育理念实施方法论相结合，首先明确学生的培养目标和培养方案。土木工程专业学生具备创新精神与实践能力是高等教育的目标，是社会工作的需求，更是人才培养的根本要求，土木工程专业学生的培养目標和培养方案中应该有关于创新精神和实践能力的具体要求和落实条目，如将创新精神和实践能力培养在毕业条件中进行适当规定[16]。还应该建立对创新精神和实践能力的具体评价考核条款，进一步完善培养考核体系。同时，在制定教学方案和评价指标时还需要充分考虑不同学生之间的个体差异性。

2.2 转变教育思想

在教学过程中树立正确的学生观。教师应该发掘每个学生的创新潜力，认识并尊重学生的个性发展，通过正确引导以训练学生的实践能力。

在教学过程中秉持以学为主，以教为辅的教学理念，充分调动学生在实践环节中的积极性，避免填鸭灌输，主动式学习是创新思维的基础，是培养学生解决问题能力的一种方法。

在教学过程中培养学生的问题意识。在传统教学模式中，更注重培养学生分析问题和解决问题的能力，而相对疏忽学生发现问题的能力，解决实际工程难题，不能以解答试卷的思路来应对，因此培养学生的问题意识根本上就是训练学生在工作中解决实际问题的能力。

在教学过程中更加重视实训环节。即实践出真知，新工科背景下的高等教育过程需要实训环节以对理论知识进行佐证，并且实训环节对于培养实践性人才具有重要意义[17]。通过实习、实验或学科竞赛的形式开展，其中实验环节与理论知识配套，两者相辅相成。在组织学生进行实验的过程中，可通过实验的可操作性以及难易程度，尽量减少传统实验，如验证类实验等，增加创新性和操作性强的实验，为了培养学生的创新意识和实践能力，可对实验教学中的比例进行调整。靳静等在课程改革中适当新增9.2%的创新性实验和16.3%的设计性实验，同时，将综合性实验增加到28.8%，基础性实验减少到45.7%，如图2所示[18]。

在教学过程中优化人才培养环境。目前的实训环节易受限于课时或设备，难以很好完成教学目标，一方面教师可结合实际条件，修改并优化培养方案，使学生在实训过程中能够掌握更多实践技能；另一方面可以加强实训基底的建设，通过产学研结合手段充分利用企业、科研院所的设备条件，将第一课堂和第二课堂更好结合。

2.3 更新教学体系

在实践教学体系中，主要包含了教师和学生2个主体，实践教学以实践为形式，通过组织学生进行实践活动以达到教学目标，作为“新工科”背景下的重要培养方法，其与理论知识教学在高等教育中具有同等重要的地位[19]。作为教育的组织者和发起者，实践教学体系需要从教师端开始更新。CDIO“项目主导型”模式提倡“做中学”的教学体系，引导学生进行探索式学习[20]。在“新工科”背景下的人才培养模式结合CDIO工程教育模式进行改革，构建以项目教学为核心的实践教学体系。将实际工程项目有机结合到课程教学中，让学生参与工程项目从开始到竣工的过程，引导学生参与全面、系统的项目学习，明晰工程项目实际运作过程，训练学生对工程项目的整体认识，进而培养学生实践能力和团队协作能力。

在针对土木工程专业学生的实践教学环节中，可以引入一栋楼或一座桥等实际工程项目，以进行CDIO工程教育模式的教学。从建筑物的前期预算、建筑设计、实际施工到后期验收，其中涉及到工程预算、地基设计、结构设计、暖通设计和施工设计等方面的理论知识，通过开设相关课程来进行配合教学。按照建筑结构设计施工进程，对学生进行各项设计内容的课程教学。在该建筑物的建设工程目标完成后，学生对于建筑设计相关的课程内容同样得到相应掌握。

周颖悟等对CDIO工程教育模式开展了实践教学研究，借鉴国内外高等教育的成功案例，结合自身高校的教学特点，正式在课堂内实施了ATN·CDIO工程教育教学模式[21]。针对一年级新生在建筑设计基础课程上进行了一系列改革与尝试，在课程中对学生设计思维认识分析进行综合训练，强化学生工程设计技能，培养学生工程实践能力，如图3所示。

2.4 探索“新工科”人才培养模式

教师在培养学生能力过程中，应该坚持以社会面实际需求为导向，以训练学生实践能力为核心，综合培养学生的社会责任感、团队合作精神和奉献精神，构建这种综合培养体系，主要集中在实训体系的内容和方法上。

从课程体系的改革出发，一方面加强基础课程教育，另一方面推行跨学科教育的实行。在实际工作中，需要解决的问题往往需要多种学科的知识内容，因此在加强基础课程教育的同时，推行跨学科教育培养复合型人才，掌握多种技能以满足实际工作需要。

顺应当前时代发展潮流和趋势。随着通讯技术和互联网的发展，涌现出一大批新的教育形式，如在线教育、在线考核等。信息技术促进在线教育教学发展，拓宽了人才培养模式新渠道。结合这种新工具，积极提倡启发式、讨论式或研究式的教学方法，以推动新时代实践性人才培养进程。

对传统实训考核方式进行改革。传统的考核方式依赖于学分或成绩，对学习过程的考核有所欠缺，而实训这种培养方法更应该重视实训的过程。在培养新模式中，加强考核力度，丰富考核方法，有助于推动新时代实训教育的发展。

3 结语

培养服务于社会的应用型人才是高等教育的重要目标之一，面对土木工程行业日新月异的发展潮流，探索“新工科”背景下具备创新意识和实践能力人才的培养方法至关重要。实践教学作为工科教育的重要环节之一，在培养应用型人才的过程中起纽带作用。面临新时代高等教育实践教学的新挑战，积极探索教学新方法，以解决传统教学在新时代暴露出的问题。具体教学方法创新归纳为如下几点。

1）将土木工程专业学生创新精神与实践能力培养同OBE教育理念实施方法论相结合，制定合理教学方案和评价指标。

2）转变教育思想，更新教育观念，积极引导学生主动参与教学环节，激发学生的创新潜力，在教学过程中应该更加重视实训环节。

3）更新实践教学体系，结合CDIO工程教育模式进行改革，构建以项目教学为核心的实践教学体系。

4）顺应新时代发展趋势，积极对教育体系提出优化改革，才能培养创新意识强，实践能力高的新工科人才。

参考文献：

[1] 邓友生，王一雄，苏家琳，等.桩网结构动力响应研究新进展[J].西安科技大学学报，2020，40（03）：377-383.

[2]陈伯施.科技赋能轨道交通移动装备发展[J].铁道车辆，2021，59（01）：1-6.

[3]张润迩.土木工程在国民经济建设中的重要地位及其发展趋势[J].经济研究导刊，2021（23）：16-19.

[4]贾育才.现代土木工程教学创新方法探析[J].赤峰学院学报（自然科学版），2017，33（24）：219-220.

[5]屈林岩.关于新时代高等教育人才培养工作的几点认识[J].中国大学教学，2019（01）：7-12.

[6]WANG X J.Reform of practical teaching method of civil engineering specialty under the new engineering discipline[J].Frontiers in Educational Research，2022，5（15）.

[7]翟博文，陈燕菲，车玉君.基于 BIM的工程造价专业实践与创新能力培养策略探索[J].施工技术，2017（46）：518-521.

[8]毛成，赵春鱼，李一星.新工科背景下地方院校个性化人才培养模式探索与实践——以中国计量大学工科试点班为例[J].中国大学教学，2022（Z1）：31-38.

[9]王明海.成果导向高职课程实施[M].北京：高等教育出版社，2016.

[10]LENIN N，SIVA KUMAR M，SELVAKUMAR G.Application of conceive，design，implement and operate（CDIO）strategy for the development of engineering education in Indian perspective[J].The Journal of Education，2022（1）：41-48.

[11]文俊，郭毓东.新时代背景下的土木工程类“双创”型人才培养模式研究[J].创新创业理论研究与实践，2022（04）：135-137.

[12]杨冬.我国高校创新创业教育政策变迁的轨迹、机制与省思[J].高校教育管理，2021，15（05）：90-104.

[13]李鹏，苏栋，许文茂.“新工科”视域下生产实习课程建设探析[J].北京科技大学学报（社会科学版），2022，38（01）：1-9.

[14]WANG Y R，ZHENG S Q，ZHANG，M Y，et al.Mode reform of sensor courses teaching in civil engineering based on CDIO education concept[J].Sensors ＆ Transducers，2014，173（06）：297-304.

[15]谢明志，杨永清，贾宏宇，等.土木工程实践教学创新与大学生结构设计竞赛耦合模式探析[J].高等建筑教育，2020，29（05）：137-142.

[16]于丹，宋晓兵，李迎秋，等.基于OBE的普适性创新创业课程体系探析——以大连东软信息学院为例[J].高等工程教育研究，2020（02）：183-189.

[17]MA Z J.The education reform of surveying practice of civil engineering major in application-oriented university[C].2011 International conference on control，Automation and Systems Engineering，2011：435-437.

[18]靳靜，梁小勇，于远亮.土木工程专业应用型创新人才培养的教学改革与实践[J].中国教育技术装备，2020（03）：91-92.

[19]石玮.高等教育的实践教学体系研究[J].科学咨询（科技·管理），2020（10）：114.

[20]XIEZ Y.On English courses and teaching strategies in compound application-oriented talents training based on the education ideas of CDIO in the construction of smart cities[J].Security and Communication Networks，2022.

[21]周颖悟，吴迪.ATN·CDIO工程教育模式下的创造思维体系构建探究——以建筑设计基础课程教学为例[J].高等建筑教育，2022，31（06）：138-145.

（责任编辑：王强）

收稿日期：2023-01-10

基金项目：国家自然科学基金项目（51878554）;2020年陕西省新工科研究与实践项目“土木工程与铁道工程及工程造价交叉的创新教育模式研究与实践”

作者简介：邓友生（1969—），男，湖南桂阳人，教授，主要从事基础工程方面的研究工作。