新工科背景下土木工程專業實習實踐教學體系創新與實踐
——以中國地質大學(北京)為例

車 偉,孫俊利,楊震鉑

(中國地質大學(北京)工程技術學院,北京 100083)

土木工程行業是國家基礎設施建設、塑造大國工程的基礎行業,是國民經濟的支柱產業,也是推動“一帶一路”國家倡議和新型城鎮化建設的先行者。全國開設土木類專業的院校有500多所,每年有近10萬莘莘學子踏入“土木之門”。結合新工科理念的“新土木”專業人才培養機制改革迫在眉睫,除舊迎新、升級優化,新技術交叉將在新的人才培養機制中集中體現。土木工程專業的實習教學(認識實習、生產實習和畢業實習)是學生以實際工作者的身份,直接或間接參與現場設計、施工的實踐教學形式,是加深學生對課堂專業知識理解及培養學生解決復雜工程問題能力的重要環節。目前,中國地質大學(北京)土木工程專業的實習教學活動主要存在實施形式單一、實習內容不明確、考核評價體系不科學及動態質量監管缺失等問題。本文結合當前新工科實現路徑的最新進展,嘗試構建新型土木工程專業的螺旋式實習教學組織實施形式和評價達成體系,通過強化新技術在實踐中的應用,探索如何在實習過程中實現“新工科”從理念到實踐的有效轉變。

一、現有實習教學類別與實習模式

(一)實習類別

實習教學是學生走出課堂,深入項目建設一線,投身工程實踐的重要環節。其目的是使學生認識工程結構,熟悉工程建設實際情況,在解決實際復雜工程問題的過程中積累經驗,掌握最新的建設技術。實習活動貫穿大學四年的學習過程,一般主要包括以下三個環節:

(1)認識實習。通過室內講解、觀看錄像及參觀相關工程施工現場等方式,使學生對土木工程專業施工環境有一定的感性認識,了解工程基本構造,熟悉工程建設的一般過程。認識實習通常在大學一、二年級尚未學習專業課之前進行,為進一步學習專業知識做準備。

(2)生產實習。學生在修完專業基礎課及大部分專業課之后,深入工程施工現場,直接參與生產實踐工作。鞏固加深課堂知識,學習工程建設技術,并作為初級技術人員,學會解決一些比較簡單的技術問題,為后續的專業綜合學習以及畢業后適應工作環境奠定基礎。生產實習一般安排在大三暑期的小學期進行。

(3)畢業實習。畢業之前再次深入工程現場,運用所學的專業知識進行專業綜合技能訓練。培養學生組織生產、獨立工作以及發現問題、分析問題、合理論證與解決問題的綜合能力,以成為合格的專業技術人員。畢業實習一般同畢業設計(論文)聯系在一起,在實習中搜集資料,為畢業設計(論文)做好準備工作。

(二)實習模式

現有的實習模式與預期的實踐教學目標及效果存在較大差距。一方面,學生反映實習內容的指導性和針對性不明確,實習形式要么是集中的走馬觀花,要么是分散的放羊式管理;另一方面,教師反映受工程建設的工序更替慢和安全風險性高等多種因素制約,在固定的時間尋找合適的實習項目難以落實。而企業則反映學生專業知識掌握不牢固,重理論輕實踐觀念重,對新技術的了解和應用不多。表1從實習內容、實施方式及評價方法等方面列出了我校土木工程專業現有實習教學體系的設置和監督管理中存在的問題。

表1 土木工程專業現有實習教學模式存在問題

二、構建“新土木”螺旋式實習教學體系

在新工科背景下,我校結合面向產出導向教育模式(Outcomes-based Education,縮寫為OBE),以土木工程專業的專業認證申請為契機,提出了以培養學生工程實踐技能和研究創新精神為目標,以工程建設綜合訓練為主線,注重做好校內實踐與校外實習相結合、數值仿真訓練與現場操作訓練相結合、應用實踐訓練與研究創新訓練相結合,形成具有學校自身特色的土木工程實習教學體系,從新體系、搭平臺、結對子、新評價等機制方面為該體系實施提供了強有力的支撐。

(一)新體系

為了促進學生專業知識、實踐能力及綜合素質的協調發展,秉承以學生為中心的理念,我校建立了“點面結合、模塊組合、螺旋遞進、新技術強化、全方位滲透”的多層次平面螺旋式實習教學體系,如圖1所示。該體系設立了基礎訓練、特色訓練、綜合訓練、創新訓練四個層次平面,每個層次平面由學習、校內實踐、再學習、校外實習、創新實踐五個基本環節構成。該螺旋式實習教學體系采用與學生思維方式相符的路徑將專業培養目標置于實踐教學的中心地位。隨著實踐層次平面的提升,不斷拓展加深學生專業的培養訓練內容,使之在專業培養中呈螺旋式上升趨勢。四個層次平面的實踐訓練貫通本科培養全過程,實現專業理論課程與實習活動在組織和運行上的融合統一。新體系中基礎訓練、特色訓練、綜合訓練和創新訓練分別與專業培養方案中的認識實習、生產實習、畢業實習和創新訓練等教學環節在內容上基本保持一致,同時,重點突出了實踐時間的靈活性、實踐內容的實時針對性、各階段學習模式的獨立循環性以及各模塊的螺旋遞進性。

圖1 “新土木”螺旋式實習教學體系

(二)搭平臺

1.校企信息共享平臺搭建

根據教學計劃，本校的認識實習安排在第五學期進行，時間為一周.首先，負責實習的老師到相關化工廠聯系，根據工廠的生產情況和學生的課程進度確定實習時間以及日程安排.然后，在認識實習之前，指導老師要召開實習動員大會.本校認識實習的特色之處在于，認識實習的動員大會由工廠的技術人員和實習指導教師共同完成.

為方便企業、學校和學生間實踐活動信息及時共享,以促進彼此有效互動,我校土木工程專業開發了校企協同實踐信息平臺APP。該平臺采用模塊化設計,具有兼容性、易操作性、可管理性和可擴展性等特點,支持文字、圖片、在線直播等形式信息上傳。企業通過該平臺可全方位展示企業形象,可定期在線直播在建工程項目的進度狀態,發布最新實習需求信息;學校通過該平臺能夠保障企業與教師之間的順暢交流,動態監管學生的現場實習情況,統計實習數據和查看企業反饋意見;學生通過該平臺可查看企業在建工程的進度狀態,根據專業興趣進行實習工地的選擇,也可通過平臺查看實習企業的反饋評價報告。

該校企協同實踐信息平臺系統采用四層架構設計,即展現門戶層、服務應用層、數據交換處理層和數據采集層,主要有企業管理端口、學校管理端口、教師管理端口以及學生管理端口四個客戶業務模塊,各端口模塊的應用功能如圖2所示。

圖2 土木工程校企協同實踐信息平臺應用功能

2.校企共建實踐基地平臺搭建

以學校為主體建設實習基地存在投入成本高、設施利用率低、設備更新換代慢等問題,而以企業為主導時,學校實踐教學活動的安排會受到企業工程建設進度情況和現場環境等因素制約。通過校企共建模式,可以實現雙方優勢互補,促進雙方在場地、設備、技術等方面積極合作,實現互惠雙贏目標。2017年,我校與山西省交通規劃勘測設計院聯合共建了中國地質大學(北京)山西礦山綜合治理技術研究中心,依托該研究中心開設了土木工程專業實習基地;2018年,為促進信息技術與專業知識的深度融合,我校與中建一局集團華北公司聯合共建了數字化工程施工實踐訓練實驗室,在新技術應用、人才培養、實踐教學等方面進行了深入合作。

(三)結對子

我校土木工程專業每年的招生規模在60人左右,分地下工程與工程地質和建筑工程兩個專業方向,每個方向大約30人。2017年,為積極推進專業教學與產業創新的深度融合,彌補校內教學模式存在單一化的問題,我校在本專業率先實行了本科生“雙導師”制,即每位本科生同時配備一名校內導師和一名校外導師進行跟蹤指導。導師采用聘任制,聘期四年。校內導師重點指導學生的理論知識學習和專業方向規劃,校外導師重點指導工程實踐應用和專業社會需求,主要聘用知名校友和合作單位技術人員。校外導師可利用其現場工作優勢,不定期帶領學生深入工程現場,使實習實踐活動常態化,增強實習內容的針對性。在校學生通過學習校外導師豐富的社會經驗和工作經驗,彌補了常規模式下校內導師社會經驗不足的問題,以實現更早、更好地與未來工作行業接軌。為保持對學生指導的連貫性,每個學生的校內外導師在大學四年期間原則上保持不變,以便持續指導所有實踐環節。每名校內和校外導師合作指導3～4名學生。表2給出了我校推行“雙導師”制度中校內、校外導師的聘任條件及工作職責。

表2 土木工程專業“雙導師”制校內外導師的工作職責

(四)新評價

與課堂教學相比,實習教學在教學場所、教學條件和管理方式等方面發生了變化,我校土木工程專業現有的考核評價機制難以清晰反映和準確衡量學生實習目標的達成情況。為此,結合上述構建的“新土木”螺旋式實習教學體系,利用層次分析法(AHP)制定了新的考核評價體系及評價方法,即每個實踐培養層次都要按照該評價方法對本層次平面目標達成情況進行評價,評價結果則作為學生本層次實習教學環節的成績,具體的評價指標體系見表3。

表3 土木工程實習實踐教學評價指標體系表

進行實習教學評價時,根據表3列出的每個評價指標項,逐條對應評價學生的實際實習情況,分別評出各項的等級值。等級代表百分比分別為:A代表100%;B代表80%;C代表60%;D代表40%;E代表20%,然后計算每項所得分數(每項所得分數=本項表3給出的分數值×本項等級值),再將各項所得分數求和計算學生本次實踐評價總成績。

最后,依據學生本實踐環節評價總成績,劃分評定為五個等級:優秀:總成績≥90分;良好:90分＞總成績≥80分;中等:80分＞總成績≥70分;合格:70分＞總成績≥60分;不合格:總成績＜60分。

三、效果評價

本文所構建的“新土木”螺旋式實習實踐訓練教學體系已在我校土木工程專業16級學生中進行了初步的教學實踐。畢業前,學院對本屆全體91名學生進行了調查問卷,如圖3所示,大部分學生表示在這種實踐模式下各個層次平面實習內容清晰、任務明確。學習、校內實踐、再學習和校外實習四個面上循環學習以及校外導師的不定期定點針對性實習,加深了學生對專業知識點的掌握,與工程建設單位的廣泛接觸,促進了學生未來職業規劃的明確。這種螺旋上升式實踐訓練方法,使學生對實習實踐訓練認識更清晰,且更愿主動學習。

圖3 “新土木”實習實踐訓練教學體系改革學生問卷調查結果

四、結語

結合當前新工科實現路徑的最新進展及中國地質大學(北京)現有實習體系存在的問題,本文構建了“新土木”實習教學體系,通過強化新技術在實踐中的應用,探索了我校如何在實習過程中實現新工科從理念到實踐的有效轉變。

(1)系統分析了我校現有土木工程專業實習教學體系存在的問題,即存在組織形式單一、實習內容不明確,考核評價體系不科學及動態質量監管缺失等問題,使學生實習效果與預期實習教學培養目標存在較大差距。

(2)為促進學生專業知識、實踐能力及綜合素質的協調發展,秉承以學生為中心理念,提出了以培養學生工程實踐技能和研究創新精神為目標,以工程建設綜合訓練為主線,注重校內實踐與校外實習相結合、數值仿真訓練與現場操作訓練相結合、應用實踐訓練與研究創新訓練相結合,建立了“點面結合、模塊組合、螺旋遞進、新技術強化、全方位滲透”的多層次平面螺旋式實習體系。

(3)為保障“新土木”螺旋式實習體系的有效實施,我校采取了一系列措施:開發校企協同實踐信息平臺APP;共建校企共建實習實踐訓練教學基地;推行本科生校內外導師聯合培養的“雙導師”制;提出基于層次分析法(AHP)的新實習實踐教育考核評價指標體系及評價方法。