新工科背景下橋梁工程課程群混合式教學(xué)改革

彭 衛(wèi) 王文軍 陳 闖

浙大寧波理工學(xué)院，浙江 寧波 315100

新工科背景下，土木建筑行業(yè)已進(jìn)入了以BIM（Building Information Model，建筑信息模型）技術(shù)為平臺(tái)的智能建造時(shí)代，急需掌握標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、裝配化施工、智能化檢測、信息化管理等創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才。而目前我們的專業(yè)人才培養(yǎng)，從課程教學(xué)內(nèi)容、課程考核標(biāo)準(zhǔn)到任課教師的知識(shí)能力結(jié)構(gòu)上看，都只能滿足傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈方式（規(guī)劃—設(shè)計(jì)—施工—管理）的行業(yè)人才需求。高校人才供給與社會(huì)人才需求之間的這種差異，造成了高校畢業(yè)生與用人單位需求不一致。用人單位覺得“學(xué)生的能力不夠、責(zé)任感不強(qiáng)”，學(xué)生本人感到“工作中需要的能力學(xué)校沒培養(yǎng)，學(xué)校教的知識(shí)工作單位早就淘汰或更新了”，這導(dǎo)致大家普遍認(rèn)同“本科畢業(yè)生的能力在下降”。

這一狀況說明支撐智能時(shí)代人才需求目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的課程亟待改革。學(xué)校需要針對(duì)智能時(shí)代社會(huì)對(duì)人才的需求，修訂專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，并與專業(yè)認(rèn)證相適應(yīng)，以畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的達(dá)成度來支撐；按照“大工程觀”的本質(zhì)特征，以畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)中工程能力達(dá)成為導(dǎo)向，圍繞同一學(xué)科或研究主題，以工程案例為載體，將具有邏輯聯(lián)系的若干課程在知識(shí)、方法、問題等方面進(jìn)行重新規(guī)劃、整合構(gòu)建課程群，設(shè)定課程群的教學(xué)目標(biāo)，進(jìn)而按照“Top-Down”思維細(xì)化知識(shí)單元的教學(xué)目標(biāo)，更新課程教學(xué)內(nèi)容；遵循成果導(dǎo)向（Outcome Based Educa‐tion，簡稱OBE）理念，以全體學(xué)生學(xué)習(xí)成效為中心，在學(xué)情分析的基礎(chǔ)上采用適宜的教學(xué)策略，基于“互聯(lián)網(wǎng)+”開展教學(xué)活動(dòng)，并根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)效果找差距，在下一輪教學(xué)中進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)。

一、新工科背景下人才培養(yǎng)的困境

面對(duì)智能時(shí)代對(duì)人才特征和能力目標(biāo)的要求，傳統(tǒng)工科專業(yè)的工程教育顯得有些力不從心，主要表現(xiàn)為：（1）工程教育側(cè)重于學(xué)術(shù)研究，理論和實(shí)際操作能力相脫離；（2）人才培養(yǎng)模式脫離生產(chǎn)實(shí)際，針對(duì)工程設(shè)計(jì)這一工程實(shí)踐的本質(zhì)，很少采用基于多工程案例的項(xiàng)目化教學(xué)，而是各門課程各自為政地教學(xué)，培養(yǎng)的學(xué)生缺乏工程師的思維模式和素質(zhì)，缺乏創(chuàng)新能力；（3）課程教學(xué)內(nèi)容陳舊，教材的更新速度遠(yuǎn)落后于技術(shù)的更新速度；（4）我國工科院校專業(yè)教師具有工廠專業(yè)實(shí)踐經(jīng)歷的少，博士畢業(yè)直接任教的情況普遍，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)先天不足，即使有少數(shù)具備實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的雙師雙能型教師，其所掌握的工程技術(shù)和能力也沒有跟隨行業(yè)技術(shù)進(jìn)步及時(shí)更新。再加上我國大學(xué)教師考核指標(biāo)、科研制度等的導(dǎo)向影響，導(dǎo)致我國工程教育尤其是在工程能力培養(yǎng)方面存在諸多質(zhì)量問題。

二、以工程師能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的橋梁工程課程群教學(xué)設(shè)計(jì)

（一）教學(xué)策略設(shè)計(jì)

針對(duì)智能時(shí)代土木建筑業(yè)對(duì)“掌握智能建造技術(shù)、精通建筑信息管理、具有時(shí)代家國情懷”的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才需求，我們應(yīng)以能力目標(biāo)為導(dǎo)向，構(gòu)建課程體系，以工程設(shè)計(jì)案例教學(xué)為主線，整體規(guī)劃并設(shè)定橋梁工程課程群中各門課程的教學(xué)目標(biāo)；更新課程教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)，構(gòu)建評(píng)價(jià)方式；遵循成果導(dǎo)向理念，以全體學(xué)生學(xué)習(xí)成效為中心，基于“互聯(lián)網(wǎng)+”開展教學(xué)活動(dòng)；根據(jù)課程目標(biāo)達(dá)成度來檢驗(yàn)改革效果，形成可供借鑒的課程群建設(shè)路徑、混合式教學(xué)規(guī)范以及工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目化教學(xué)策略。

（二）教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

1.課程組建設(shè)。圍繞工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目化教學(xué)任務(wù)，將松散的、平面的、獨(dú)立的課程和教師整合為團(tuán)結(jié)的、立體的、互聯(lián)的課程群與課程組，從而形成課程模塊和教學(xué)團(tuán)隊(duì)，為新工科背景下橋梁工程師能力培養(yǎng)在供給側(cè)給予保障。

2.規(guī)劃課程群教學(xué)目標(biāo)。以課程組教師為教學(xué)團(tuán)隊(duì)，構(gòu)思工程設(shè)計(jì)的系列項(xiàng)目化教學(xué)案例，規(guī)劃橋梁工程課程群教學(xué)目標(biāo)，整合課程群里各門課程的知識(shí)單元，更新課程內(nèi)容，以適應(yīng)智能時(shí)代人才需求，重構(gòu)各門課程目標(biāo)—畢業(yè)要求支撐矩陣。我們確定的橋梁工程課程教學(xué)目標(biāo)為：通過本課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生對(duì)橋梁這一建筑物的結(jié)構(gòu)構(gòu)成、橋梁功能、力與美的統(tǒng)一有深刻的認(rèn)識(shí)，對(duì)專業(yè)規(guī)范和橋梁建設(shè)程序有全面的認(rèn)識(shí)，主要培養(yǎng)學(xué)生的工程基礎(chǔ)知識(shí)應(yīng)用能力、工程結(jié)構(gòu)選型能力、工程設(shè)計(jì)計(jì)算能力。

知識(shí)要求：學(xué)習(xí)橋梁分類、組成、作用、美學(xué)的基本概念以及橋梁總體設(shè)計(jì)的基本原則。掌握橋梁的組成與分類、橋梁上的作用與效應(yīng)組合；熟悉橋梁規(guī)劃設(shè)計(jì)內(nèi)容、概念設(shè)計(jì)的基本因素、美學(xué)設(shè)計(jì)原則；掌握荷載橫向分布計(jì)算的常用方法、行車道板內(nèi)力計(jì)算方法，熟悉連續(xù)梁橋、拱橋、斜拉橋等超靜定結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)步驟與計(jì)算原理；能夠進(jìn)行簡支梁橋的設(shè)計(jì)計(jì)算；了解世界橋梁以及中國橋梁的發(fā)展簡史與未來發(fā)展趨勢。

能力要求：通過學(xué)習(xí)，讓學(xué)生了解土木工程專業(yè)橋梁學(xué)科的理論前沿和發(fā)展動(dòng)態(tài)，訓(xùn)練科學(xué)研究能力，培養(yǎng)科學(xué)思維能力；能夠進(jìn)行簡支梁橋的設(shè)計(jì)計(jì)算，能夠分析連續(xù)梁橋、拱橋、斜拉橋的荷載并進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，為橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)分析打下理論基礎(chǔ)。

素質(zhì)要求：培養(yǎng)科學(xué)思維方法和創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和責(zé)任心，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神和溝通能力，初步具備橋梁工程師素質(zhì)。

根據(jù)課程特點(diǎn)和對(duì)畢業(yè)要求的支撐度，設(shè)定以下橋梁工程課程目標(biāo)（Course Object，CO）。

CO1：理解不同橋型的結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)與適用條件；具備識(shí)別表達(dá)各種橋梁組成部分與構(gòu)造要求的能力；

CO2：接受橋梁工程師初步訓(xùn)練，具備進(jìn)行簡支梁橋、拱橋等橋梁工程設(shè)計(jì)的核心能力——計(jì)算能力、繪圖能力、溝通交流能力；

CO3：能夠理解和評(píng)價(jià)橋梁工程實(shí)踐對(duì)環(huán)境、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的影響。

3.教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)。針對(duì)各門課程教學(xué)目標(biāo)，設(shè)定每一教學(xué)單元的預(yù)期學(xué)習(xí)成果，設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)與構(gòu)建考核方式。借助信息化手段，基于“互聯(lián)網(wǎng)+”開展線上線下混合式教學(xué)，并及時(shí)測評(píng)學(xué)習(xí)目標(biāo)達(dá)成度。

4.課程考核與評(píng)價(jià)方式。本課程最終成績=線下成績×50%+線上成績×50%。

（1）線下成績由課程設(shè)計(jì)（40%）+期末考試成績（60%）構(gòu)成。

課程設(shè)計(jì)成績由完成進(jìn)度（10%）+基本概念掌握程度（20%）+解決問題方案的正確性（40%）+提出不同解決方案（10%）+圖紙、計(jì)算書的規(guī)范性（10%）+正確表達(dá)設(shè)計(jì)思想（10%）構(gòu)成。

期末考試采用閉卷形式，題型為選擇題、判斷題、計(jì)算題。

（2）線上成績以線上作業(yè)成績、線上測驗(yàn)成績、線上考試成績及論壇發(fā)帖情況為計(jì)算依據(jù)，各項(xiàng)占比如下：作業(yè)成績占30%，測驗(yàn)成績占30%，考試成績占30%，發(fā)帖討論成績占10%。

三、以工程師能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的橋梁工程課程群教學(xué)實(shí)施

（一）實(shí)施方案

按照“工程教育回歸工程”的課程改革思路，以橋梁工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目為載體，對(duì)課程群中所涉及的相關(guān)專業(yè)課程內(nèi)容進(jìn)行整合、重組和資源優(yōu)化配置，構(gòu)筑有機(jī)的課程體系模塊，并根據(jù)信息智能時(shí)代新技術(shù)更新課程內(nèi)容。根據(jù)工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)各階段的學(xué)習(xí)任務(wù)以及對(duì)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的貢獻(xiàn)度，將課程目標(biāo)分解到各知識(shí)單元，并針對(duì)不同的課程內(nèi)容采取適宜的教學(xué)方法，設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)與構(gòu)建評(píng)價(jià)方式。同時(shí)，根據(jù)課程目標(biāo)達(dá)成度來檢驗(yàn)教學(xué)效果。具體的實(shí)施方案如圖1所示。

（二）實(shí)施過程

1.與專業(yè)認(rèn)證相適應(yīng)，根據(jù)智能時(shí)代土木建筑行業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的新特征，更新畢業(yè)要求12 條指標(biāo)點(diǎn)，并外化為具體的能力目標(biāo)。

2.遵循“大工程觀”的工程教育模式，構(gòu)思工程設(shè)計(jì)的系列項(xiàng)目化教學(xué)案例。

按照工程設(shè)計(jì)流程的先后順序，對(duì)原先課程內(nèi)容重新規(guī)劃、設(shè)計(jì)，刪除原先課程間的交叉重復(fù)部分，將橋梁總體設(shè)計(jì)、混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、橋梁基礎(chǔ)工程三門課程都包含的“結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)”“材料性能”內(nèi)容整合到最先涉及的一門課程當(dāng)中，將橋梁總體設(shè)計(jì)、混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩門課程都包含的“預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁設(shè)計(jì)”整合為一個(gè)項(xiàng)目化教學(xué)內(nèi)容，有機(jī)串聯(lián)兩門課程。

3.遵循成果導(dǎo)向理念，設(shè)定課程學(xué)習(xí)目標(biāo)，基于“互聯(lián)網(wǎng)+”開展混合式教學(xué)，考核每位學(xué)生課程目標(biāo)的達(dá)成度，并持續(xù)改進(jìn)。

學(xué)期開課前，讓選課學(xué)生注冊線上課程平臺(tái)，加入學(xué)習(xí)班級(jí)。開學(xué)第一次課安排線下課堂教學(xué)，介紹本學(xué)期該課程的學(xué)習(xí)方式、考核評(píng)價(jià)方式；根據(jù)教學(xué)日歷介紹授課內(nèi)容和計(jì)劃安排；要求學(xué)生在手機(jī)端下載用于課堂教學(xué)活動(dòng)的APP；介紹線上學(xué)習(xí)資源、混合式學(xué)習(xí)要求及注意事項(xiàng)。從第二次課開始，線上線下學(xué)習(xí)交替進(jìn)行。

線上自主學(xué)習(xí)以觀看視頻、作業(yè)、測驗(yàn)、討論為主。根據(jù)教學(xué)進(jìn)度安排，每周上傳教學(xué)視頻（內(nèi)嵌客觀作業(yè)題）、布置線上作業(yè)題、發(fā)布公告通知學(xué)生作業(yè)提交截止時(shí)間、批改學(xué)生作業(yè)并做好記錄。

線下課堂學(xué)習(xí)以課堂答疑、集中講解、分組討論方式為主。首先，利用手機(jī)端APP 針對(duì)線上學(xué)習(xí)情況進(jìn)行課堂測試；然后根據(jù)線上作業(yè)完成情況和課堂測驗(yàn)結(jié)果，講解易錯(cuò)點(diǎn)和該知識(shí)單元的重點(diǎn)、難點(diǎn)，結(jié)合單元內(nèi)容采取提問、上黑板演示、分組討論等方式鞏固所學(xué)知識(shí)，啟發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)；最后，布置下一次線上學(xué)習(xí)內(nèi)容。

四、結(jié)語

本次改革適應(yīng)工程教育專業(yè)認(rèn)證要求，畢業(yè)要求形式上仍然采取國際通用的12條指標(biāo)點(diǎn)，但內(nèi)含智能時(shí)代工科新技術(shù)；采用最新的課程教學(xué)內(nèi)容、最新的目標(biāo)達(dá)成標(biāo)準(zhǔn)；采用自建的線上學(xué)習(xí)資源、基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的線上線下混合式教學(xué)方式，體現(xiàn)智能時(shí)代教育信息化的新特點(diǎn)。

以培養(yǎng)工程師能力為導(dǎo)向，以項(xiàng)目化的工程設(shè)計(jì)案例為主線，梳理整合課程群，根據(jù)支撐工程案例實(shí)施的能力需求而非知識(shí)單元來設(shè)定課程目標(biāo)和對(duì)畢業(yè)要求的支撐度（按布魯姆教育目標(biāo)分類給予區(qū)分）。

教學(xué)團(tuán)隊(duì)以課程群改革促進(jìn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)，基于省級(jí)線上一流課程，組建區(qū)域性橋梁工程虛擬教研室。教學(xué)團(tuán)隊(duì)圍繞同一工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目，共同研討、溝通協(xié)作，在教師的教學(xué)與科研之間建立了一種有效的鏈接，為實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)改革與創(chuàng)新激發(fā)了內(nèi)在動(dòng)力，從而為培養(yǎng)新工科背景下的創(chuàng)新人才提供了師資隊(duì)伍的保障。