基于《建筑結構與力學》教學改革培養大學生科技創新能力

（浙江同濟科技職業學院，浙江 杭州 311231）

1 研究背景

創新是生產力，是國家強盛之基。《“十三五”國家科技創新規劃》、《中國教育現代化2035》和《加快推進教育現代化實施方案（2018－2022年）》等文件都著重強調，要大力弘揚新時期工匠精神，著力培養技術技能型人才，促進專業教育與創新教育有機結合。大學生科技創新能力的培養對于增強民族自主創新能力有著深遠的社會意義。

各高校及各專業學科都十分重視大學生課外科技創新活動的開展與實施，都把這類活動看成是促進大學生創新型人才培養的加速器和孵化器。20世紀80年代初開始，國家舉辦“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽、“挑戰杯”大學生創業計劃大賽等，此類賽事的開展有力推進了大學生科技創新教育的深入。浙江省大學生結構設計競賽由浙江省教育廳大學生科技競賽委員會主辦，自2002年至今已連續舉辦了十八屆。我院學生在大學生科技創新競賽中取得了一定的成績，但由于受到各方面的束縛，還存在著一些問題，學生目前的創新能力普遍不足。

1)缺乏創新氛圍，科技創新活動參與率低[1]。盡管國家和和學校都大力提倡學生科技創新，但很多學生并不重視科技創新活動。據調查顯示，學生更多地滿足于在考試中取得好成績去獲得獎學金，很多學生認為，科技競賽和科技發明是少數優秀學生的事，離他們非常遙遠，即使參加競賽的學生，也只是為了應付學校的技能學分要求而被動參與。

2)思維活躍，但缺乏科技創新思維和科技創新實踐能力[2]。學生有很多想法，但大量的想法和科技創新相去甚遠。學生會學不會做，針對書本上的問題，學生往往可以給出較為完美的回答，但根據自己所學的知識設計的作品卻是大同小異，由此學生又會因為無法學以致用而感覺前途迷茫。

2 教學現狀

2.1 課程定位

《建筑結構與力學》是建筑工程技術專業重要的一門專業課程，在第一和第二學期開設，總學時120，學分為4分，周課時4課時，以建筑施工圖識讀、建筑材料與檢測等課程為基礎，為學生學習后續的基礎工程施工、主體工程施工、建筑施工組織設計等課程做準備。兼具理論知識和技術應用，是專業課程中較難學好的一門課程。《建筑結構與力學》主要研究材料力學和結構構件的力學性能，教學目標是讓學生掌握結構概念，理解和熟悉結構構造做法，具備分析和解決實際工程中一般結構問題的能力，以解決施工中常見的結構問題，為將來從事施工現場的技術和管理工作奠定基礎。

2.2 學情特點

建筑工程技術是一個兼具應用性和實踐性的學科，《建筑結構與力學》是一門重要的專業基礎課，學生在學習該課程時，已經對本專業有了一定的認知。因為數理基礎不扎實，學生理解力學和結構概念存在一定的難度。

以往的《建筑結構與力學》課堂教學模式以教師講解、學生聽講為主。學生聽懂知識點存在難度，部分學生即使聽懂了，練習時還是無從下手，無法將知識內化于心。在“教為主、學為次；師為重，生為輕”的課堂模式下，學生被動接受知識，學習主動性不強，積極思考、主動表達的機會與時間少[3]。“95后”、“00后”學生善于使用電子設備，為了豐富教學方法和教學手段，改變學習環境，我們搭建了在線教學平臺，盡管如此，課程教學仍然處于理論講解和知識傳遞的層面，很難促進學生學習能力的提升，更難以培養學生的創新思維、實踐能力和團隊合作能力。學生對實踐操作性項目表現出相當的熱情，但邏輯思維能力較弱，導致他們在創新能力發揮方面受到阻礙。

3 基于課堂教學改革培養創新能力

《建筑結構與力學》作為建筑工程技術專業學生必修的一門核心課程，如何讓學生學會學扎實，并激發學生的創新思維，培養學生的創新能力，是課堂教學改革的重要內容，也是課程建設及專業建設的重要方向。

3.1 課堂教學方法創新改革

將科技創新理念貫穿于整個教學過程中，多渠道增加實踐教學內容，提高實踐課課時比例，充分調動學生的學習積極性，激發創新潛能，避免過去經常出現的學習目的缺乏的現象[4]。優化《建筑結構與力學》課程教學體系，強調以學生為中心的教學理念，將結構模型設計制作的實踐內容融入到專業課程教學中，注重“教中學，學中做”相結合。

充分利用結構模型制作實訓室的軟硬件資源，采用理論教學和動手制作實踐相結合的教學手段。在實際教學過程中，通過結構工程案例或結構模型演示導入課程，再以理論知識解釋問題，從而引導學生在實踐操作中探索和解決問題[5]。結構模型設計制作是創新思維培養的重要形式和實現載體[6-7]。結構模型制作過程包含材料選擇、結構選型、理論計算、加工制作、展示答辯、加載測試等過程。模型設計制作實踐項目可以充分考察學生力學知識和結構概念的理解與掌握；同時，任課教師通過這個過程了解學生知識掌握和計算能力方面的薄弱環節，以便在教學中有針對性地強化訓練。

3.2 構建創新實踐項目

構建典型結構模型設計制作項目，采用合理的教學組織形式，循序指引，提高學生主觀能動性。教師設計典型模型制作方案，體現結構中常見構件——柱、梁、板的受力特點，和常見結構材料——混凝土、鋼材等的材料性能。從圖紙設計，到選材下料，再組裝構件，再到整體結構成型、承載、破壞之全過程以一種有效的模式，讓學生組隊完成。

針對學生知識理解和動手能力方面的差異，教師應注重因材施教，分別指導。指導過程中，教師應以科技創新思維培養為理念，注重培養學生的科技創新能力，引導學生提出問題、分析問題和解決問題，分析構件受力特點，優化模型設計方案，在結構模型加載過程中，注意對比分析構件實際受力與理論分析受力情況。同時，各組模型方案做對比分析，指導學生深入和拓展學習結構知識，相互學習，共同提高。在實踐項目實施過程中，教師側重于當好引導者，營造良好的教學氛圍，培養學生學習主動性和探索精神，增強學生動手實踐能力、團隊協作能力與科技創新意識。

3.3 增加認識實習環節

增加認識實習環節、企業調研，參觀優秀工法展示，拓寬視野，提高科技創新能力。認識實習不僅可以在校內實訓基地開展，也可以參觀大型結構建造項目，有效提高實習效果。認識實習可以由學校統一組織安排，也可以采取靈活的方式，圍繞實習目標自主實習，提高實習效率，也培養學生自主學習的能力。校內企業和校外合作企業為認識實習提供了廣泛的平臺，為學生參加認識實習提供便利，也為學生就業做好鋪墊。

認識實習的內容既要符合專業要求，又要兼顧學生頂崗實習和就業需要。實習內容包括建筑參觀講解、參觀建筑材料生產工藝、參觀建造過程、參加專題講座、撰寫實習報告等。認識實習強調親身參與、實踐積累；認識崗位，體驗角色。

3.4 建設結構模型制作專業社團

課程學習時間相對有限，對于具有創新意識和具備創新能力的學生來說，課程的學習還遠遠不夠。這些學生的學習興趣和學習熱情需要第二課堂，即專業社團來拓展。結構模型設計在概念設計后要進行力學分析。學生在學習力學時，往往覺得枯燥難懂，引入簡單的力學軟件輔助計算，以提高學生的學習熱情。計算軟件作為專業學習的重要工具，對于具有創新能力的學生來說，應用計算軟件是一項重要的基本能力。力學軟件的模擬計算結果需要實際加載實驗來驗證其可靠性，模型加載實驗結果與模擬計算的差異，可以引導學生探索新的模型方案，嘗試更新結構體系，使用新的建筑材料等。模型加載的結果和軟件計算的結果互相印證，促使學生深入學習思考，拓寬思路，喚醒科技創新潛能。以結構模型制作專業社團為平臺，帶領各興趣小組開展的活動，使學生初步養成按圖施工、優化方案、結構建模與數值模擬的技能，為科技創新或相關就業打下堅實基礎。

3.5 組織學生參加學科競賽和創新實踐

大學生結構設計競賽是培養大學生創新思維、創新意識和合作精神的一項重要學科競賽，作為大學生創新能力訓練的一個重要平臺，在擴大學生的專業視野、提高科技創新能力和工程實踐能力等方面發揮著重要作用[8]。結構設計競賽是建筑工程教育教育個性化的有效手段，也是因材施教的重要體現。它不再是傳統的“老師主導”、“知識講授”被動接收知識的教學模式，而是以向“學生為主、老師引導”的實踐型和創新型的人才培養模式轉變。大學生結構設計競賽每年舉辦一次，從院賽選拔，到組隊參加省賽，再到晉級國賽已形成系列賽事。在創新人才培養驅動之下，以學科競賽為導向，經過多年的建設與積累，結構設計競賽與訓練團隊已形成了穩定的梯隊。指導教師團隊由具有一定教學水平、科研能力和工程經驗的雙師素質教師組成。從課堂教學到競賽指導，教師在培養學生創新能力全過程中起著極其重要的作用。

3.6 建立過程性評價體系

明確學習目的和培養方案，建立過程性考核評價體系。結構模型設計與制作涵蓋的知識面廣、學科邏輯性強，結合制圖規范、結構設計理論與設計規范、結構性能優化、制作工藝、力學分析、創新能力等建立該課程的過程性考核評價體系。

知識理解和技能掌握同等重要，因此須提高實踐操作項目在總評中的考核比例，以多種方式考核學生全面的學習水平。以課堂學習和課內實訓為基礎項目，以各項技能競賽和創新競賽為發展項目，鼓勵有創新能力的學生多多參賽。對于在各類競賽中獲獎的學生，在相關學科的考核成績中應給予充分體現。

4 總結

一個國家、一個民族、一個社會、一個團隊，其發展前景與創新密切相關，而創新需要創新型人才；創新型人才除了需要創新意識、創新精神、創新激勵以外，還需要創新思考、創新實踐和創新訓練。堅持把創新思維培育、創新素質提升融入到專業課程教學之中，實現基本技能與綜合應用能力雙融合，實現課內實踐與校外實習雙滲透，實現校內科技創新和校外專業實踐雙結合。進一步優化課程教學改革，積極探索建設學生專業社團、實訓中心、校外實訓基地，在今后的課堂教學改革中，不斷強化學生實踐技能和科技創新能力的培育，確保大學生科技創新能力培養的持續化、系統化，從而提升高等教育人才培養的質量。