土木工程課程設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)研究

王薇　鄢本存　李耀莊　余志武

摘要：文章在分析中國(guó)土木工程高等教育特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，闡述了課程設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)的重要意義及存在的問(wèn)題。基于多年指導(dǎo)課程設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)積累，以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在高等教育中的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)，提出“整合資源，劃分模塊，構(gòu)建課程設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)”的思想，并在相關(guān)教學(xué)中加以應(yīng)用。文章是對(duì)傳統(tǒng)課程設(shè)計(jì)教學(xué)方法的探索改進(jìn)，將有助于促進(jìn)學(xué)生工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力的提高。

關(guān)鍵詞：土木工程；課程設(shè)計(jì)；模塊化；網(wǎng)絡(luò)教學(xué)

中圖分類號(hào)：TU-4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1005-2909（2016）01-0142-04

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和城市化進(jìn)程的推進(jìn)，對(duì)工程技術(shù)人才的需求不斷增加。土木工程高等教育作為培育工程技術(shù)人才的搖籃，肩負(fù)著建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家，培育更多卓越工程師的重任，面臨著前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)[1]。一方面中國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施大量建設(shè)，新材料、新工藝及新技術(shù)不斷應(yīng)用于實(shí)際工程，工程結(jié)構(gòu)朝著大跨度、高層和復(fù)雜化方向發(fā)展，待研究的工程問(wèn)題越來(lái)越多，這些都為土木工程學(xué)科的發(fā)展提供了難得的發(fā)展環(huán)境。另一方面，作為世界上最大規(guī)模工程教育的國(guó)家，中國(guó)工程技術(shù)人才雖然數(shù)量眾多，但質(zhì)量不容樂(lè)觀，特別是實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力尤為不足，高素質(zhì)工程人才缺乏[2]。

當(dāng)前形勢(shì)對(duì)土木工程人才培養(yǎng)提出了新的要求，學(xué)生不僅要掌握扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，更要注重工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；同時(shí)，新的教學(xué)方法和手段不斷應(yīng)用于教學(xué)，對(duì)學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)起到了促進(jìn)作用。文章基于住建部“區(qū)域高校土木工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)一體化改革與實(shí)踐”課題，借鑒先進(jìn)教育理念，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)信息化教學(xué)的發(fā)展方向，提出“整合資源，劃分模塊，構(gòu)建課程設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)”的思想，利用現(xiàn)代化的教育資源和教學(xué)手段，對(duì)土木工程人才的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式進(jìn)行探索，并對(duì)教育教學(xué)成果展開分析。

一、中國(guó)土木工程教育的發(fā)展及其實(shí)踐特性

中國(guó)土木工程高等教育起源于清末的鐵路?？茖W(xué)校以及隨后陸續(xù)創(chuàng)辦的路礦、鐵路學(xué)堂，到建國(guó)前期大約有20多所開設(shè)土木工程專業(yè)的院校。建國(guó)后，

土木工程專業(yè)結(jié)合國(guó)情并借鑒蘇聯(lián)教育模式，形成了專業(yè)設(shè)置、培養(yǎng)目標(biāo)、課程體系及教學(xué)內(nèi)容都有較強(qiáng)針對(duì)性的面向行業(yè)的人才培養(yǎng)模式。20世紀(jì)末，為適應(yīng)經(jīng)濟(jì)建設(shè)對(duì)復(fù)合型人才的需求進(jìn)行了土木工程專業(yè)整合，縮小專業(yè)差距，拓寬專業(yè)口徑，確立“大土木”培養(yǎng)方案，注重工程素養(yǎng)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

經(jīng)歷幾十年的發(fā)展與積淀，中國(guó)土木工程高等教育逐漸由重理論、輕實(shí)踐的發(fā)展階段向理論與實(shí)踐并重的階段轉(zhuǎn)變。實(shí)踐環(huán)節(jié)在目前的土木工程教學(xué)中占有重要地位，實(shí)踐性的重要地位體現(xiàn)在兩個(gè)方面：（1）實(shí)踐性教學(xué)是土木工程課程體系的重要組成部分，一般院校的實(shí)踐性環(huán)節(jié)的課時(shí)會(huì)占到總課時(shí)的25%以上甚至更多；（2）實(shí)踐性環(huán)節(jié)是土木工程人才培養(yǎng)的重要步驟和教學(xué)質(zhì)量的重要保證，實(shí)踐性環(huán)節(jié)使學(xué)生的動(dòng)手能力、科研能力及創(chuàng)新能力得到綜合培養(yǎng)[3]。

根據(jù)中國(guó)最新出臺(tái)的 《高等學(xué)校土木工程本科指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范》[4]，土木工程專業(yè)已經(jīng)形成了完整的實(shí)踐教學(xué)體系，主要包括課程實(shí)驗(yàn)（各課程相關(guān)試驗(yàn)、開放性試驗(yàn)、設(shè)計(jì)性試驗(yàn)）、 設(shè)計(jì)（課程設(shè)計(jì)與畢業(yè)設(shè)計(jì)）、實(shí)習(xí)（認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)）三部分。其中，課程設(shè)計(jì)是重要的實(shí)踐性教學(xué)內(nèi)容，是理論聯(lián)系實(shí)際的橋梁。

二、課程設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)的作用及存在的問(wèn)題

（一）土木工程課程設(shè)計(jì)的作用

土木工程課程設(shè)計(jì)是在相關(guān)課程結(jié)束后綜合安排的實(shí)踐性環(huán)節(jié)，一般要求結(jié)合課程內(nèi)容，針對(duì)工程問(wèn)題，根據(jù)原始設(shè)計(jì)資料，完成滿足一定功能要求和結(jié)構(gòu)或布局方面的設(shè)計(jì)。課程設(shè)計(jì)是相關(guān)課程在實(shí)踐方向的延伸，通過(guò)課程設(shè)計(jì)，檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)基本理論的理解和掌握程度，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用相關(guān)知識(shí)來(lái)分析和解決問(wèn)題的能力。

課程設(shè)計(jì)的具體作用體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：（1）鞏固理論知識(shí)，聯(lián)系實(shí)際問(wèn)題：在分析、解決實(shí)際工程問(wèn)題過(guò)程中，各學(xué)科知識(shí)得到鞏固，形成體系，理論與實(shí)踐相互融合；（2）培養(yǎng)工程意識(shí)、設(shè)計(jì)思想：通過(guò)解決工程問(wèn)題，初步了解方案分析、設(shè)計(jì)方法及流程，熟悉國(guó)家現(xiàn)行規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)；（3）培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)、創(chuàng)新能力：實(shí)際工程問(wèn)題要求學(xué)生發(fā)揮自主學(xué)習(xí)能力，設(shè)計(jì)出滿足基本功能要求的設(shè)計(jì)成果，更要發(fā)揮創(chuàng)新思維，合理選擇結(jié)構(gòu)參數(shù)、結(jié)構(gòu)形式， 在滿足設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上選擇最優(yōu)方案。

總之，土木工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)對(duì)學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)的鞏固，工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有重要意義。

（二）課程設(shè)計(jì)教學(xué)存在的問(wèn)題

根據(jù)作者多年課程設(shè)計(jì)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)、學(xué)生反饋意見以及相關(guān)研究表明[5]-[6]，當(dāng)前土木工程課程設(shè)計(jì)存在學(xué)生的積極性、主動(dòng)性不夠，課程實(shí)踐性不強(qiáng)，提交成果存在思路不清、重點(diǎn)缺乏以及脫離實(shí)際等問(wèn)題，具體表現(xiàn)在以下4個(gè)方面。

（1）選題方面：課程設(shè)計(jì)題目雖然來(lái)源于實(shí)際工程，但多是對(duì)工程問(wèn)題的模擬、簡(jiǎn)化，與實(shí)際情況相差甚遠(yuǎn)；部分原始設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)陳舊并沿用多年，不僅與本專業(yè)前沿理論缺少聯(lián)系，沒有體現(xiàn)學(xué)科最新的理論和技術(shù)，更不能滿足學(xué)生設(shè)計(jì)成果多樣化的要求。

（2）教學(xué)方面：沿用傳統(tǒng)的課堂模式，即由教師講解設(shè)計(jì)步驟、重難點(diǎn)，學(xué)生參考相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，完成設(shè)計(jì)任務(wù)。在這種教學(xué)模式中，教師是教學(xué)過(guò)程的主體，學(xué)生處于被動(dòng)接受狀態(tài)，自主性沒有體現(xiàn)；課堂教學(xué)難免出現(xiàn)重理論、輕實(shí)踐的傾向，有閉門造車之嫌。

（3）教學(xué)指導(dǎo)方面：指導(dǎo)資料有限，一般只提供相關(guān)參考書目與包含基本設(shè)計(jì)要求的指導(dǎo)書；師生之間缺少交流渠道，僅僅是通過(guò)固定時(shí)間的答疑，學(xué)生的問(wèn)題得不到及時(shí)答復(fù)，導(dǎo)致教師對(duì)學(xué)生的指導(dǎo)不足，學(xué)生難以找到切入點(diǎn)，造成學(xué)習(xí)上的盲目性，在時(shí)間有限的情況下，勢(shì)必會(huì)影響到設(shè)計(jì)結(jié)果。

（4）成績(jī)?cè)u(píng)定方面：缺少平時(shí)的考核環(huán)節(jié)，教師不了解學(xué)生完成課程設(shè)計(jì)的過(guò)程，最終只是通過(guò)設(shè)計(jì)成果評(píng)定學(xué)生成績(jī)，導(dǎo)致考核分?jǐn)?shù)不客觀、不科學(xué)；同時(shí)，學(xué)生設(shè)計(jì)成果中存在的問(wèn)題，不能及時(shí)反饋給學(xué)生。

三、課程設(shè)計(jì)教學(xué)平臺(tái)的主體思想

土木工程課程設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，不僅影響到其實(shí)踐教學(xué)效果，很難激發(fā)學(xué)生的積極性、自主性以及創(chuàng)新性，更不利于培養(yǎng)其分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力。同時(shí)，作者在多年的教學(xué)與科研過(guò)程中，積累了豐富的工程案例材料，而計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展為教育教學(xué)工作帶來(lái)了極大的便利，特提出針對(duì)土木工程課程設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)的“整合資源，劃分模塊，構(gòu)建課程設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)”的教育教學(xué)改革思想。

（一）整合教學(xué)資源

資源整合是指在已積累相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，針對(duì)課程設(shè)計(jì)需要，結(jié)合當(dāng)前的教學(xué)手段和教學(xué)理念，實(shí)現(xiàn)課程設(shè)計(jì)資料內(nèi)容與結(jié)構(gòu)上的融合，整合出多樣化的原始設(shè)計(jì)資料和內(nèi)容充實(shí)、有針對(duì)性、系統(tǒng)性的指導(dǎo)資料，具體來(lái)說(shuō)包括以下3個(gè)方面。

（1）多樣化的原始設(shè)計(jì)資料：通過(guò)整理相關(guān)科研資料和成果，選取課程設(shè)計(jì)題目，強(qiáng)調(diào)課程設(shè)計(jì)的實(shí)際工程背景；變簡(jiǎn)單的工程分析和計(jì)算為工程設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)的整體概念，實(shí)現(xiàn)課程設(shè)計(jì)綜合性、開放性及創(chuàng)新性；設(shè)置不同的設(shè)計(jì)要求，強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)成果的多樣性，鼓勵(lì)學(xué)生的創(chuàng)新性思維。

（2）系統(tǒng)性、邏輯性的輔導(dǎo)教學(xué)資料：系統(tǒng)性是指完成設(shè)計(jì)所需要的相關(guān)資料能全部找到，邏輯性要求資料整理要有連貫性，按照設(shè)計(jì)內(nèi)容的先后順序整理

。在此基礎(chǔ)上，整合出多樣化的設(shè)計(jì)資料，最終形成輔導(dǎo)教學(xué)資料庫(kù)。

（3）結(jié)合多媒體技術(shù)：多媒體作為一種成熟的輔助教學(xué)技術(shù)，在形象信息傳遞方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。將相關(guān)資料制作成課件、視頻文件，同時(shí)整合土木工程設(shè)計(jì)、施工相關(guān)的實(shí)際工程視頻文件。

（二）劃分模塊

“模塊化”思想要求將課程設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)按照不同的功能要求分解為具有相互獨(dú)立性但又具有一定聯(lián)系功能的模塊。模塊化具有高聚合與低耦合兩個(gè)典型特征。高聚合體現(xiàn)在一個(gè)功能模塊只能完成單一的功能，低耦合體現(xiàn)在每個(gè)模塊盡可能獨(dú)立完成某個(gè)特定的子功能，并且要求模塊之間連接盡可能的簡(jiǎn)單。通過(guò)研究與實(shí)踐，土木工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)采用圖1所示的模塊組織方式。

其中，各模塊的功能分別為：（1）課程設(shè)計(jì)任務(wù)模塊：實(shí)現(xiàn)課程設(shè)計(jì)任務(wù)的分配，并預(yù)留接口，可以不斷更新設(shè)計(jì)任務(wù)書；（2）課程設(shè)計(jì)預(yù)習(xí)模塊：完成課程設(shè)計(jì)知識(shí)預(yù)習(xí)；（3）課程設(shè)計(jì)自檢模塊：完成預(yù)習(xí)后的知識(shí)檢測(cè)；（4）課程設(shè)計(jì)范例模塊：往屆課程設(shè)計(jì)優(yōu)秀的電子文檔；（5）虛擬設(shè)計(jì)模塊：課程設(shè)計(jì)的動(dòng)畫演示；（6）成果提交模塊：學(xué)生課程設(shè)計(jì)成果提交；（7）課程設(shè)計(jì)批閱模塊：教師對(duì)學(xué)生的成績(jī)批閱及成績(jī)匯總；（8）網(wǎng)上交流模塊：課程設(shè)計(jì)中師生、生生之間的交流，通過(guò)留言的形式。

本課程設(shè)計(jì)模塊化結(jié)構(gòu)各模塊功能相互獨(dú)立，在后期更新維護(hù)過(guò)程中，某個(gè)模塊內(nèi)容添加，不影響其他模塊的功能，同時(shí)，通過(guò)部分預(yù)留模塊，可以在后期根據(jù)需要持續(xù)添加模塊。

（三）構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)

結(jié)合計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，構(gòu)建課程設(shè)計(jì)網(wǎng)站。學(xué)生通過(guò)訪問(wèn)網(wǎng)站，自主學(xué)習(xí)，完成課程設(shè)計(jì)任務(wù)；教師通過(guò)訪問(wèn)網(wǎng)站與學(xué)生溝通，并進(jìn)行設(shè)計(jì)成果的收集和批閱，完成課程設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程。利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)快捷方便的特點(diǎn)構(gòu)建教學(xué)網(wǎng)站，探索適合土木工程專業(yè)的教學(xué)模式，能進(jìn)一步拓展教學(xué)陣地。其突出特點(diǎn)體現(xiàn)在：（1）師生能不受時(shí)間、空間的限制方便地連入網(wǎng)站，完成各自任務(wù)。（2）網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下有豐富的資源，較強(qiáng)的交互性，便于自主學(xué)習(xí)、自主探究，減少學(xué)生對(duì)教師的依賴，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。

四、課程設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)

課程設(shè)計(jì)網(wǎng)站不僅要突出設(shè)計(jì)任務(wù)，為學(xué)生完成課程設(shè)計(jì)提供支持，同時(shí)基于網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)的模式，更要以學(xué)生為中心，為自主學(xué)習(xí)過(guò)程提供最大的幫助。課程設(shè)計(jì)教學(xué)平臺(tái)堅(jiān)持以人為本的原則，遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，主要結(jié)構(gòu)見圖2。

五、課程設(shè)計(jì)平臺(tái)的實(shí)踐及效果反饋

地下建筑規(guī)劃與設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)是土木工程專業(yè)隧道及地下工程方向本科生課程體系中一門重要的工程實(shí)踐類必修課。要求學(xué)生在完成基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)后，以地下建筑系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)為任務(wù)主線展開的綜合性實(shí)踐訓(xùn)練。

目前地下建筑規(guī)劃與設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)平臺(tái)已建成（圖3），并逐漸投入到兩屆學(xué)生的應(yīng)用當(dāng)中。設(shè)計(jì)題目結(jié)合作者參與的多個(gè)相關(guān)科研項(xiàng)目，經(jīng)過(guò)具體細(xì)化，提取多份原始設(shè)計(jì)資料，最終形成5個(gè)不同的設(shè)計(jì)題目；同時(shí)在設(shè)計(jì)任務(wù)方面，給予學(xué)生更多選擇，鼓勵(lì)大膽創(chuàng)新。

根據(jù)學(xué)生的設(shè)計(jì)成果及調(diào)查反饋，采用課程設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)以后，課程設(shè)計(jì)教學(xué)效果總體良好。一方面，由于設(shè)計(jì)資料的多樣化，使學(xué)生的成果呈現(xiàn)出多樣化的特征；另一方面，由于選題來(lái)源于實(shí)際工程，部分學(xué)生借助于網(wǎng)絡(luò)地圖工具，在原始設(shè)計(jì)資料的基礎(chǔ)上，更清晰地了解當(dāng)?shù)氐牡匦?、地貌，道路、建筑分布情況，提交的成果更符合實(shí)際。

六、結(jié)語(yǔ)

土木工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)是中南大學(xué)結(jié)合工程教育發(fā)展需要，借鑒先進(jìn)教育理念進(jìn)行教學(xué)改革的成果。通過(guò)構(gòu)建該平臺(tái)，不僅實(shí)現(xiàn)校內(nèi)教學(xué)資源的積累、管理、共享使用和評(píng)價(jià)，為師生提供交流平臺(tái)；同時(shí)也為區(qū)域優(yōu)質(zhì)資源共享奠定基礎(chǔ)，充分體現(xiàn)了讓教育受益社會(huì)的理念。本平臺(tái)的初步應(yīng)用，得到了教師和學(xué)生的好評(píng)，取得了很好的效果，但在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中也發(fā)現(xiàn)了很多問(wèn)題，有待在未來(lái)的教學(xué)實(shí)踐中進(jìn)一步探索、解決。

課程設(shè)計(jì)是土木工程實(shí)踐教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，也是一個(gè)多學(xué)科綜合的實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)，對(duì)學(xué)生工程分析、設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，設(shè)計(jì)思想的形成具有重要作用。當(dāng)前的課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，教學(xué)內(nèi)容相對(duì)單一，沒有體現(xiàn)大工程背景下學(xué)科交叉融合和綜合訓(xùn)練，缺少系統(tǒng)的、獨(dú)立的、反映工程實(shí)踐教學(xué)自身規(guī)律的教學(xué)體系，缺乏系統(tǒng)理論指導(dǎo)。所以，有必要展開課程設(shè)計(jì)教學(xué)理論研究與教學(xué)改革，通過(guò)整合，實(shí)現(xiàn)土木工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性、理論性的目的。

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（編輯 歐陽(yáng)雪梅）