基于OBE的土木工程专业课程教学内容与能力培养关系研究

贾艳东

［摘 要］为了达到工程教育专业认证对土木工程专业学生毕业时应具有的12个方面能力的要求，文章主要研究如何在公共基础课程教学、专业基础课程教学、专业理论课程教学、专业实践课程教学、创新课程及活动教学中培养学生的能力。如以数学、物理为例，在公共基础课程教学中把知识点教学与土木工程专业应用联系起来培养学生的专业能力。专业课程教学应与具体的工程应用结合起来，在知识应用中重视专业标准与规范的使用，培养学生用专业知识分析、解决实际工程问题的能力和法治意识，并引导学生在掌握基础知识的前提下进行创新。最终形成系统、不断线的教学内容传授与能力培养的体系框架。

［关键词］OBE；土木工程；课程教学；能力培养

［中图分类号］G642［文献标识码］A［文章编号］2095-3437（2024）02-0084-04

按照我国工程教育专业认证的要求，土木工程专业学生毕业时应该具有12个方面的能力。能力培养与课程直接相关，课程质量决定人才培养质量，改变课程教学模式、全面构建教学与工程实际相结合的课程教学对于培养学生的综合能力至关重要[1]。要想培养一流的土木工程专业人才，无论是应用型还是研究型的，都需要满足最基本的能力培养要求。而能力培养和工程应用是一体的，而不是单一的各门课程教学的简单叠加，只注重课程知识点的教学无法让学生领悟知识在实际工程中怎么运用，这会使学生对知识点的学习没有明确的目标，动力不足，兴趣不强。尤其是基础课教学，如果学生不清楚所學知识的用途，到学习专业课时，也就不清楚如何用基础知识去解决专业问题。因此，教师要尽可能地把本门课程的知识点在其他课程以及工程中的应用讲清楚，使学生知道如何学有所用，从而培养学生的专业能力。

一、在传授基础课程教学内容过程中培养学生专业能力

（一）公共基础课程教学中的学生能力培养

虽然公共基础课程的知识在后续的课程中应用得较多，其他课程的教师也可以进行知识应用的引导，但公共基础课教师还是需要在教学中把一些知识点与专业工程应用联系起来进行讲解。公共基础课教师通过与专业课教师一起研讨，首先了解公共基础课程的教学内容在工程中如何应用，然后讲解知识的应用方法，这样才能培养学生将数学、自然科学等基础知识用于解决土木工程实际问题的能力。例如，讲解数学知识时，用y=x和y=x3这样简单的函数曲线对比，结合惯性矩I=bh3/12就可以解释为什么要采用提高梁的高度的方法来降低梁的挠度而不是采用加大梁的宽度的方法来降低梁的挠度。在施工技术与组织中可以利用高等数学的微分求和去求一块不规则的土地面积以及计算面积下的土方体积，在水力学中利用积分求曲面上静水压力，在荷载位移曲线中利用微积分求和计算曲线下面积得到能量。面向土木工程专业的学生讲授大学物理中的力学，完全可以结合建筑受力的问题来展开，比如讲解牛顿定律时，无论是牛顿第一定律还是第二定律，都可以联系地震对建筑产生的作用影响来讲解。在地震作用下，建筑质量越大惯性越大，地震作用力也越大，因此，需要研究建筑轻质化来减轻地震作用。这些问题虽然是专业问题，但若教师在教学中引导学生进行应用，学生在初入大学阶段就会对其有深刻的印象，在未来进行工程应用和研究时就会知道如何利用所学基础知识来解决实际问题。

（二）专业基础课程教学中的学生能力培养

专业基础课程学习阶段是培养学生工程能力、丰富学生专业底蕴的重要专业学习时段。把专业基础课程的知识与工程问题联系起来讲很有必要，能够把土木工程专业的工程问题进行建模和计算是该专业学生最基础和关键的能力，也是学生未来工作中专业能力提升的底蕴保障。例如，在结构力学中一根梁搭在两端砖墙上简化为简支梁；一根钢筋混凝土次梁与两端的钢筋混凝土主梁浇筑在一起，次梁简化为简支梁，但要考虑端部主梁对次梁有一定约束，就会有一定的负弯矩；讲多跨静定桥梁，就要讲为什么不用连续梁桥，并结合电影《桥》中如何炸桥讲计算模型中的基本部分和附属部分；讲拱就要联系赵州桥，谈拱桥为什么跨度很大却可以用石块建造的原理；提到结构上的作用力，要讲力的来源——建筑中竖向荷载多数是自重，水平荷载多是风荷载或地震作用。这样学生就能把工程与力学联系起来，培养用力学概念和方法解决实际问题的意识与能力。模型正确，才能保证计算与实际相符。讲矩阵位移法可以利用计算机软件编程来解决矩阵位移法的计算问题，培养学生将不同学科知识交叉应用的意识和能力，满足新工科对学生解决复杂工程问题的能力培养要求。在土木工程制图中需要结合制图标准和常用的22G101-1图集，利用实际工程图，讲解图幅、比例、图线、图形表达的含义等，非常直观地把制图与实际工程联系起来，培养学生制图、识图的工程语言表达能力。在介绍土木工程各类材料的同时，要结合工程应用讲授相关知识与技能。如介绍混凝土时，需要把工程对混凝土选用的要求、混凝土如何提高性能、如何选用外加剂且考虑耐久性要求、如何使用再生材料以满足节能环保及社会可持续发展的要求、如何进行现场砂石的检测以满足工程要求且避免碱骨料等带来的严重工程问题等这些与工程相关的内容讲清楚。在培养学生基本的材料应用能力的同时，侧重培养学生的新材料研发能力和节能环保意识。在讲解钢筋混凝土结构设计原理中构件在拉、压、弯、剪、扭力的作用下截面承载力的计算问题时，需要把构件放到工程中，并且要考虑一个构件会出现的两种截面计算问题，例如一根框架梁的跨中和支座边缘分别是单筋矩形截面和双筋矩形截面，要讲清楚两种截面类型产生的原因，使学生对框架梁跨中和支座边缘的配筋特征形成明确概念，在施工中避免产生工程问题。同时，在截面承载力计算和构件实验中要侧重结合力学分析，把构件的内力与破坏现象联系起来，将截面破坏的力学内因介绍清楚，培养学生研究、分析、处理工程事故与缺陷的能力。例如，一根钢筋混凝土梁在三点、四点弯曲时梁内力会产生弯矩和剪力，最终可能还会产生跨中裂缝和支座与加载点之间的斜裂缝，将这些裂缝与梁内的主拉应力曲线和主压应力曲线联系起来讲，就可以直观地建立起裂缝的产生与应力状态的对应关系，让学生清楚不同的裂缝是什么应力造成的，通过现象看本质，这样才可以有针对性地采取措施处理工程问题（如图1所示）。

在讲解钢结构设计原理在构件设计计算中的应用时，应结合实际工程中的事故，特别是钢结构屋盖的坍塌事故，重点强调稳定破坏问题，分析出现稳定问题的原因，使学生形成重视整体稳定与局部稳定的工程意识，培养其对工程问题的分析和处理能力。在土力学中可结合建筑墙体裂缝、整体倾斜事故等问题讲解分层总和法计算地基沉降，结合基础开挖中的边坡支护讲解土坡稳定问题，准确地把工程问题与理论结合起来，使学生的工程认知与能力在潜移默化中得到提升。

二、在传授专业课程教学内容过程中培养学生专业能力

（一）专业理论课程教学中的学生能力培养

专业理论课教学的主要目标是使学生形成专业整体概念。这部分课程的教学与工程、规范联系得更密切，因此应该在介绍理论的同时，紧密联系相关规范，介绍规范要求及做法，讲授工程对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，培养学生遵守规范的责任意识和建造精品的工匠精神。例如，讲房屋建筑学就像医学中的人体构造，学完房屋建筑学，就会知道建筑由哪些部分构成，每部分理论上该考虑什么，实际上工程技术人员和规范又是怎么做的，这样在设计、施工、预决算工作中才能做得好且不会漏项。在楼梯设计中，除了介绍楼梯的作用及类型，还要说明楼梯踏步、平台、栏杆的尺寸直接关系到人行走的安全和舒适度，因此需要结合不同建筑的规范，讲授楼梯设计中各尺度的确定。《中小学校设计规范》（GB50099-2011）针对各类小学规定了楼梯踏步的宽度不得小于260 mm，高度不得大于150 mm，而各类中学的楼梯踏步的宽度不得小于280 mm，高度不得大于160 mm。踏步宽度、高度要求的变化，直接影响了中小学校园内的楼梯设计结果，因此，结合规范讲授构造做法十分必要，可以让学生在学习过程中养成遵守规范的意识和使用规范的能力。在建筑结构抗震设计中讲场地与地基就得结合具体工程的地质勘察报告，划分场地类别。讲结构自振周期，就涉及PKPM等专业应用软件使用时具体参数的选用，如周期折减系数，需要把模型没有填充墙和实际工程有填充墙相对比，模型刚度小周期大，实际工程刚度大周期小，再结合地震影响系数曲线，解释周期折减的必要性及其对建筑安全的影响。

（二）专业实践课程教学中的学生能力培养

专业实践课程是对专业知识进行应用的练兵环节，练的最佳方式就是贴近实战，即使是模拟也要仿真，通过实践培养学生的工程能力。例如，实习环节要结合不同学习阶段对专业认识的需要，选择已建工程和在建工程，认识实习要以对专业对象的认知为主，要认识建筑总体构成，也要认识建筑构件内部构成。生产实习和毕业实习应包括设计实习和施工实习，分别在设计单位和施工现场完成实习任务。设计实习可以让学生学习结构的设计方法，学会如何将专业理论用于设计实践，学习建筑结构方案的确定、梁板柱尺寸的确定、各类荷载计算以及专业软件使用方法。施工实习可以学习施工组织技术，进一步认识如何进行施工质量、施工进度、施工造价的控制，认识构件内钢筋在结构中的位置与受力之间的对应关系。房屋建筑学课程设计是按照实际工程的功能要求，结合民用建筑通用规范、民用建筑设计统一标准、对应的建筑设计规范、建筑设计防火规范等，完成建筑施工图的初步设计。完成设计成果可以加深学生对建筑设计理论与构造的理解，也能达到使学生学会规范和熟练进行工程制图等锻炼综合能力的目的。在钢筋混凝土楼盖课程设计训练中，仅仅练习单向板楼盖设计是不够的，实际工程的楼盖大多是既有单向板又有双向板的，而且以双向板居多，因此楼盖的设计要求应是结合建筑平面，合理布置单向板或双向板。楼盖的梁板配筋也需结合工程设计要求，考虑承载力极限状态设计、正常使用极限状态设计和耐久性设计；除了理论计算，还要充分考虑梁板的构造要求，如板最小厚度、梁板保护层厚度、梁裂缝最大宽度、梁纵筋间距、梁箍筋直径、梁腰筋设置等。在验算梁裂缝宽度时，梁已有了计算配筋结果，如果最大裂缝宽度超过了限值要求，结合最大裂缝宽度ωmax的计算公式，ωmax与d为线性关系，应知道可以通过减小钢筋直径来减小裂缝宽度以满足裂缝宽度限值要求的调整方法，培养学生运用理论解决实际工程问题的能力。

三、在创新课程与活动中培养学生专业能力

在创新课程与活动中培养学生专业能力，主要是培养学生的创新意识、创新思维、科研能力与知识综合应用能力。创新课程不仅仅是培养学生创新思维与教授学生创新方法的特定课程，也包括各种专业技术基础课和专业课。专业技术基础课和专业课除了培养学生的基本工程能力，还培养学生的创新能力。例如，土木工程材料课程教学要结合工程应用，除了培养学生基本的混凝土配合比设计能力，还要培养学生对混凝土新材料的创新意识、环保与可持续发展意识及技术创新能力，养成针对不同工况对混凝土新材料进行创新研究的习惯，以适应工程技术创新需要。

无论是“挑战杯”还是结构设计竞赛，这些创新活动基本上都是为了培养学生基于专业课程内容的创新能力。例如结构设计竞赛，需要学生基于材料力学、结构力学的知识，利用多高层结构设计、桥梁设计等课程的技术，辅以专业分析软件的使用，实现结构承载及变形要求条件下的结构优化设计。

四、结语

学生专业综合能力培养是全方位多角度的，需要整个培养方案中各课程内容的协同支撑，才能构筑完整的能力骨架，因此，培养一流的专业人才、进行一流的课程建设尤为重要[2-5]。课程建设要以能力培养需求为目标，在合理设计培养方案的基础上，提升各课程任课教师的能力，按照一流的价值塑造、知识传授、能力培养要求，建设从基础课开始的专业一流课程，发挥各课程教学内容对能力培养的直接、潜在、引导作用。

［ 参 考 文 献 ］

[1] 赵桂峰，李庆阳，高崇旗，等.“双一流”背景下土木工程专业本科教育教学模式探讨 [J].科教导刊，2023（2）：37-39.

[2] 杨兵.一流本科课程建设背景下土木工程专业课程建設探索：以“深基坑工程”课程为例[J].教育教学论坛， 2022（41）：141-144.

[3] 雷鸣，唐仁华，邓鸣，等.土木工程一流本科专业建设中土力学课程教学改革研究及实践[J].长沙大学学报，2021，35（5）：101-104.

[4] 张超，陈秋南，贺建清，等.一流本科建设背景下土木工程专业实践教学改革探索[J].安徽建筑，2022，29（2）：129-130.

[5] 艾心荧，潘兆东，罗振源，等.新工科背景下基于OBE理念的土木工程制图与CAD课程群建设及改革[J].大学教育，2023（2）：62-65.

［责任编辑：林志恒］