基于大工程觀的土木工程研究生創新能力培養體系構建與實踐

張建偉 曹萬林 董宏英 喬崎云

摘要：為提高土木工程專業研究生的創新能力培養水平，分析了影響研究生創新能力培養質量的生源、學位論文、導師、培養環境、培養模式、培養體系、大工程7個關鍵因素，揭示了7個關鍵因素間互動發展的內在規律，進行了較系統的教育理念、教學方法、教學手段改革，建設了強化研究生工程創新能力培養的四大實訓平臺，即校內綜合實驗實訓平臺、校內外共享實訓平臺、創新聯盟實訓平臺、大工程產業基地實訓平臺，提出了提升研究生創新能力的三種培養模式，即大工程下實踐化研發模式、群體型研討模式、開放式培養模式，創建了產學研用相融合的立體化研究生創新能力培養體系，并進行了教學實踐，取得了顯著成效，研究生的團隊意識、工程實踐能力和創新能力明顯提升。

關鍵詞：大工程;土木工程;研究生;創新能力;培養體系

中圖分類號：G643.0;TU-4?? 文獻標志碼：A?? 文章編號：1005-2909（2022）02-0053-06

2014年，中國學位與研究生教育發展年度報告課題組、全國學位與研究生教育數據中心發布的《中國學位與研究生教育發展年度報告（2013）》[1]系統分析了我國學位與研究生教育發展所面臨的國際國內環境、形勢與任務，總結歸納了我國學位與研究生教育事業發展概況和改革重點，闡述了研究生培養質量保障體系，分析了國際研究生教育發展趨勢及國外研究生教育發展的動態，強調在研究生招生規模擴大的情況下，應重視研究生實踐能力和創新能力的培養，確保研究生的培養質量。

現代工程都是大而復雜的系統，工程活動中除了技術內容，還必須考慮到非技術因素，包括社會、經濟、文化、生態、倫理等，這些必須融入工程師的教育培養體系。為此，20世紀末美國發起了高等工程教育改革運動，掀起了“回歸工程”的浪潮，提出“大工程觀”的工程教育理念[2]。這是一個建立在科學與技術之上，包括社會經濟、文化、道德、環境等多因素的大工程觀理念[3]，克服了傳統工程教育過分強調專業化、科學化從而割裂工程本身的弊端，凸顯工程本身的系統性和完整性。我國目前許多重大工程建設亟需具有較強工程實踐與創新能力的高素質復合型創新人才，為適應這一社會需求，需要構建土木工程研究生創新能力培養體系。

一、土木工程專業研究生培養現狀分析

研究生教育是集知識、智慧、人格、能力為一體的人才培養活動，其目的是為國家發展培養創新能力強的高級專門人才。研究生教育的最大特點是理論與實踐的緊密結合，工科研究生創新能力的培養應強化與大工程的結合，突出研究生的理論修養、創新能力和工程能力培養。土木工程專業是一個典型的工科專業， 目前的研究生教育還不能完全滿足大工程觀教育理念下培養具有較強創新能力和工程能力的高素質人才的要求[4-6]，存在如下問題：

（1）生源質量下降。目前，我國高等教育入學率接近50%，即將由大眾化階段進入普及化階段，本科畢業生就業壓力較大，大多數一般高校的學生為提升就業競爭力，積極考研。高校為提升本科生就業率，大力支持本科生考研，甚至一些學校出現了教學計劃安排為學生考研讓路、教學活動以考研為中心的現象，導致本科人才培養偏離了應注重學生專業綜合能力訓練與提升的目標，再加上研究生招生數量不斷增加，研究生生源質量與以前相比有所下降，入學成績高但綜合專業能力低的學生數量增多，為今后研究生培養目標的實現增加了難度。

（2）培養過程中，偏重知識的傳授，與工程實際結合不夠緊密，忽視大工程觀與創新能力的培養。土木工程專業是經驗工學，大量專業知識和技術原理是從工程實踐中歸納總結而來的。目前，研究生教育中存在“注重專業知識講授，輕視學生工程實踐與創新能力培養”問題。論文選題不能面向工程實際，學生不了解現代工程需求和工程技術核心理念與優勢，缺少對工程現場和工程整體的感性認知，創新意識與內驅動力不足，工程實踐與創新能力得不到系統訓練。對不同學科間的交叉融合、學生團隊合作精神培養及工程倫理教育等方面重視不足，使研究生綜合人文素養提升、國際化視野拓展、大工程觀培養受到制約。

（3）培養模式單一，“閉門造車”現象普遍，產學研用缺少系統聯系?，F階段，我國研究生的培養模式主要是“教學+科研”的形式，以導師指導為主，產學研用協同育人機制沒有廣泛建立，導師本人的專業特長、工程經驗、指導研究生數量、承擔課題情況將對研究生培養質量產生直接影響。大部分年輕導師博士畢業后直接進入教師角色，雖然有較強的科研能力，但接觸的工程實際較少，自身的工程經驗和實踐能力不足，課題與工程實際脫節，在研究生指導過程中很難對研究生的工程實踐能力進行提升。學生缺乏充分調研和深入研討，自主選題不廣泛，學生的創新思維訓練受到制約，獨立思考、解決復雜工程問題能力不強，綜合人文素養不高。

二、影響研究生培養質量的關鍵因素分析

為主動應對新一輪科技革命與產業變革，有效提升土木工程研究生培養質量，研究生培養過程中應及時轉變教學理念，分析影響研究生培養質量的關鍵因素及其相互關系，改革教育教學方法與手段，創新培養模式，創建基于大工程觀的研究生創新能力培養體系。

影響研究生培養質量的關鍵因素可歸為7個方面：生源、學位論文、導師、培養環境、培養模式、培養體系、大工程。其中的“大工程”，包含廣義“大工程”和技術層面“大工程”。廣義“大工程”是指社會、經濟、資源、環境、文化大系統，在信息化和國際化大背景下，各子系統間相互交融、快速發展，引申出的大工程、大社會、大資源、大產業、大文化含有統一協調發展的概念;技術研發層面的“大工程”，包括“量大面廣的工程”和“大型標志性工程”。7個關鍵因素之間的相互關系如下：

（1）生源?？呻S著培養質量的提高和社會影響而逐步得到改善。

（2）學位論文。在生源不變情況下，學位論文的質量與導師水平、培養環境、是否結合大工程關系密切。

（3）導師。在生源不變情況下，學位論文質量與導師培養理念和學術水平密切相關。采用團隊式指導模式，導師團隊必須構建創新環境，創新培養模式，創建培養體系，結合大工程實施研究生創新教育。

（4）培養環境、培養模式、培養體系。在生源不變情況下，學位論文質量受培養環境的影響，培養環境、培養模式、培養體系是綜合的，但最基本的是在解決大工程問題中的學術氛圍及所建設的研發平臺。

（5）大工程。結合大工程進行關鍵科學技術問題的研究，在一線“真刀真槍”地解決實際問題，是培養研究生創新意識和創新能力的關鍵環節，是保證工科研究生學位論文質量的根基。

研究生培養的導師團隊必須綜合考慮影響研究生創新能力培養的7個關鍵因素，解決基于大工程的培養環境、培養模式、培養體系問題，才能培養創新能力強的高素質研究生。

三、大工程觀下研究生創新能力立體化培養體系構建

北京工業大學土木工程學科擁有8個完整的二級學科體系，其中結構工程二級學科為國家重點學科。土木工程學科 2017年進入世界一流學科建設行列，擁有8個省部級重點實驗室、國際合作研究基地、協同創新中心及工程技術中心，擁有土木工程國家級實驗教學示范中心、土木工程國家級虛擬仿真實驗中心和土木工程北京市創新實踐基地?！笆晃濉币詠恚聊竟こ虒W科承擔了國家自然科學基金重大研究計劃集成課題、重點研發計劃項目等國家級重大項目5項，國家自然科學基金重點項目、重點研發計劃項目、國家級重點課題48項，面上項目與青年基金項目229項，競爭性科研到校經費超過10億元，相關科研成果獲得國家科技進步二等獎11項，出版著作40余部，主編國家、行業或地方標準10余部，獲國家發明專利900多項。師生積極參與國家及北京市重大工程建設，包括北京奧運鳥巢、中國尊大廈、天津117大廈、大連國際會議中心等重大建筑工程結構建設，京—雄高速裝配式高架橋、北京新首鋼大橋、強震區地鐵工程建設等交通基礎設施建設，2022北京冬奧會延慶賽區基礎設施建設及智慧管理、南海島礁低能耗建筑落地示范等。土木工程學科人才培養的資源優勢為研究生創新能力培養環境、培養模式、培養體系建設奠定了良好基礎。

1. 培養環境建設

以學科現有科研與人才培養平臺資源為依托，積極進行整合、創新發展，建設了大工程觀下研究生創新能力培養的四大實訓平臺。

（1）校內綜合實驗實訓平臺。整合校內學科優勢，構建多學科綜合性實驗實訓平臺。

（2）校內外共享實訓平臺。整合學校和校外設計、研究、施工單位優勢資源，構建共享實訓平臺，拓展研究生實訓空間。

（3）創新聯盟實訓平臺。學校牽頭與校外大型企業聯合成立建筑工程產學研聯合會，研究生在大工程中實訓。

（4）大工程產業基地實訓平臺。以大產業為動力，推進基于大工程、大研發、大資源的集成創新與產業化技術發展，實現研究生創新能力培養與“產學研用”的一體化。這里“大產業”指“系統規劃下大工程與大社會、大研發、大資源、大產業相統一”和“可持續發展的研究成果與社會效益、經濟效益、環境效益、文化效益相統一”。

2.培養模式創建

以學科參與的大工程項目為依托，創建了大工程觀下研究生創新能力培養的三種模式。

（1）實踐化研發模式。結合大工程實驗研發，包括工程模型實驗和工程原位實驗研發，師生共同面對來自工程一線的挑戰，在解決大工程關鍵技術問題的過程中，實現師生創新思維的碰撞與溝通，激發研究生創新靈感，解決研究生培養脫離工程實踐的問題。

（2）群體型研討模式。改變研究生培養“一人一題”模式，發揮研究生群體創新與團隊作用，師生群策群力、共同研討、觸類旁通，發現問題、解決問題，推進個體創新與群體創新互動發展。

（3）開放式培養模式。結合大工程和產業化集成技術研發，豐富工程案例、引領工程方向、開拓創新視野，提升研究生解決實際工程問題的創新能力。

3. 培養體系構建

以內涵、特色、差異化發展為宗旨，構建大工程觀下研究生創新能力立體化培養體系?；跇嫿ǖ难芯可鷦撔履芰ε囵B“四大平臺”，實踐了研究生創新能力培養的“三種模式”，

形成了以培養創新精神和實踐能力為核心，以創新性、發展性、互動性、多樣性創新能力培養為特點，創新意識、創新思維、創新能力、創新人格協同發展，產學研用一體的立體化培養體系。

按照系統論原理，研究生創新能力立體化培養體系由多個子系統構成。

（1）從系統構成的角度，研究生創新能力培養全過程中，由影響培養質量的各子系統、子系統各要素構成的開放性、立體化的互動系統是一個多要素、多層次、多維度的有機整體。

（2）從培養目標的角度，創建以培養創新精神和實踐能力為核心，以創新性、發展性、互動性、多樣性創新能力培養為特點，創新意識、創新思維、創新能力、創新人格協同發展，產學研用一體的培養體系。

四、大工程觀下研究生創新能力立體化培養體系實踐

基于大工程觀的土木工程研究生培養體系，筆者所在導師團隊提出了研究生學位論文“四個一”的質量要求，即“研究內容必須面對一項工程”“研究成果必須凝練成一項工程設計關鍵技術”“創新成果至少申報一項國家發明專利”“關鍵技術至少在一項工程中應用”。在教學與培養實踐中成效顯著，導師團隊指導的研究生獲國家發明專利300多項，研究成果在“鳥巢”“中國尊”

“117大廈”等數十項重大工程及量大面廣的工程中應用，社會經濟環境效益顯著，研究生培養質量得到了社會較高評價，為北京工業大學土木工程學科入選“世界一流學科”建設名單作出重要貢獻，大力推進了研究生核心競爭力——發明創造能力的培養，顯著提升了研究生團隊意識和協作創新能力，產學研用一體的研究生創新能力培養優勢明顯。

2000年以來，以逐步創建的“大工程觀下研究生創新能力培養四大實訓平臺”為依托，

著力實踐 “三種培養模式”，

實現了“四大實訓平臺”與“三種培養模式”的有機融合。結合大工程和產業化集成技術研發，邀請工程專家和知名教授到工程現場，校外專家、校內導師和研究生互動探究科學與技術問題（圖1），提升了研究生解決實際工程問題的能力，取得了良好的實踐效果。

五、結語

適應大工程觀下創新型研究生教育需求，提出“面向工程，推動創新”的培養理念，建設研究生工程創新能力培養的四大實訓平臺，即校內綜合實驗實訓平臺、校內外共享實訓平臺、創新聯盟實訓平臺、大工程產業基地實訓平臺，提出研究生創新能力的三種培養模式，即大工程下實踐化研發模式、群體型研討模式、開放式培養模式，提出土木工程研究生學位論文“四個一”的質量要求，構建大工程觀下研究生創新能力立體化培養體系，形成了土木工程研究生創新能力培養“四大實訓平臺”與“三種培養模式”有機融合、協同發展的長效機制。參考文獻：

[1]

中國學位與研究生教育發展年度報告課題組.中國學位與研究生教育發展年度報告（2013）[M].北京：中國人民大學出版社，2014.

[2]李培根.工程教育需要大工程觀[J].高等工程教育研究，2011（3）：1-3.

[3]熊玲，李忠，趙偉.基于大工程觀的工程研究生培養目標及相關思考[J].學位與研究生教育， 2010（4）：60-65.

[4]李安萍，陳若愚，胡秀英.大工程觀教育理念下的研究生教育探討[J].現代教育論叢， 2011（3）：38-41.

[5]趙志方，章斌，王立成，等.基于“大工程觀”的專業型碩士研究生產學研培養模式探索與實踐[J].高等建筑教育， 2018，27（2）：23-27.

[6]郭增偉，周建庭，梁波.土木工程專業研究生創新思維和科研自信的培養方法[J].高等建筑教育， 2020，29（5）：55-60.

The construction and practice of graduates’ innovative ability cultivation

system of civil engineering specialty based on the idea of large-scale engineering

ZHANG Jianwei， CAO Wanlin，DONG Hongying，QIAO Qiyun

（Faculty of Architecture， Civil and Transportation Engineering， Beijing University of Technology， Beijing 100124， P. R. China）

Abstract：

In order to improve the innovation ability training level of civil engineering graduate students， the following seven factors affecting the cultivation of innovation ability of graduate students were analyzed： source of students， academic dissertations， supervisors， training environment， training mode， training system and large-scale engineering. And the inner law of the interactive development between the seven key factors was revealed. The reform of educational idea， teaching method and mean were carried out. Four training platforms were established， including the comprehensive experiment and training platform inside school， the sharing training platform inside and outside school， the innovation alliance training platform and the large-scale engineering industrial base training platform. Three training modes were proposed based on large-scale engineering， including the practical research and development mode， the group discussion mode and the open training mode. Finally an innovative three-dimensional training system integrating “production， study， research and application” was created and put into practice and achieved remarkable effects. The teamwork-oriented， engineering practice and innovation ability of graduate students were greatly improved.

Key words：

large-scale engineering; civil engineering; graduate student; innovation ability; cultivation system

（責任編輯 周 沫）

修回日期：2021-02-01

基金項目：

北京工業大學研究生課程群建設項目（CGR201903）

作者簡介：

張建偉（1971—），男，北京工業大學城市建設學部教授，博士，主要從事結構工程研究，（E-mail）zhangjw@bjut.edu.cn。