新工科背景下“五位一體”土木工程創新型人才培養模式的探索與實踐

李霄琳，朱 珊，王伯昕，胡忠君，于 莉，周林聰

(吉林大學 建設工程學院，吉林 長春 130026)

“一帶一路”建設、“中國制造2025”“互聯網+”的實施對工程技術人才提出了新的要求，給工程教育帶來了新的挑戰， 新工科建設應運而生。2017年，教育部新工科建設三部曲“復旦共識”“天大行動”“北京指南”啟動，共同奠定了新工科教育改革的基本格局，隨之提出的“天大方案”“F計劃”“成電方案”以及哈工大“П型方案”“重大經驗”等則體現了新工科建設的多樣性。如今新工科建設已進入“深入推進、落實提高”的戰略攻堅階段，新工科建設已經由“轟轟烈烈”的理念倡導和頂層設計走向“扎扎實實”推進落實和質量提升，一種嶄新的高等工程教育形態逐步呈現[1-4]。

一、土木工程人才培養現狀

新工科建設與發展的重點是新工科專業建設及新工科人才培養，其中，人才培養是滿足行業、產業和未來發展最重要、最核心的任務[5]。土木工程專業是典型的傳統工科專業，在國家基礎建設中占有極為重要的地位。多年來，土木工程專業在自身專業人才培養中積累了豐富經驗，但在新工科建設的背景下，面向“中國制造 2025”和“工業 4.0”的需求，如何重構土木工程專業教育理念、人才培養模式、課程體系、教學內容、實踐平臺等，是亟需探討和解決的問題。美國約翰斯·霍普金斯大學土木工程專業本科教育采用精英教育模式，為每位學生配備專門的學術指導教師，提倡研究性學習模式，學生步入高年級以后可以進入教師的項目組，進行規范化的科研訓練，重視實踐鍛煉，在理論課程中引入大量的實踐教學環節，以提高學生的專業實踐能力[6]。美國伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校土木工程系設立了10個專業，包括7個常設專業和3個特色專業，其課程體系的建構更關注學生科技論文寫作和團隊協作交流能力的培養，通用基礎課程較多，體現了美國高校的大類培養理念和通用型人才培養觀，每門課程的課堂學時少，作業量大，課程持續時間較長，注重培養學生的自主學習能力[7]。在中國，為緊跟建筑行業的尖端技術，哈爾濱工業大學針對社會上 BIM 人才缺口問題，將 BIM 技術引入土木工程專業課，提出了涵蓋BIM技術的土木工程專業人才培養模式[8]。同濟大學土木工程學院為推動學科交叉、融合，積極探索交叉復合型人才培養模式，開設了城市橋梁美學創作課程[9]。重慶大學土木工程學院探索并形成了產學研一體化的土木工程創新人才培養模式，校企攜手構建集協同辦學、協同育人、協同創新于一體的產學研合作育人體系[10]。西南交通大學土木工程學院在課程修訂、學生頂崗實習、科研型卓越工程師培養、畢業生追蹤制度、全課程思政等方面多措并舉，建立了旨在培養復合型卓越土木工程師的人才培養體系[11-12]。中國礦業大學(北京) 土木工程專業采用全程導師制人才培養模式，以學生為中心，因材施教，為學生全面發展提供個性化的培養方案和一對一的學術指導[13]。成都理工大學基于TRIZ理論，提出土木工程創新型人才培養方案，基于TRIZ理論加強土木工程專業師資隊伍建設，并將該理論應用于理論課程和實踐課程教學，啟發學生的創新思維[14]。

二、土木工程創新人才培養存在的問題

開辦土木工程專業的高校眾多，招生規模龐大，每年為國家的基礎建設輸送了大批高素質的工程技術人才。但世界范圍內新一輪的科技革命和產業變革對工程技術人才提出了新的要求，給工程教育帶來了新的挑戰，土木工程專業教育的一些共性問題也由此凸顯。

(1)課程創新理念不足，教學內容滯后，多年傳承的課程內容不能滿足產業對畢業生的新知識和新技能的需求。課堂教學模式以教師課堂講授為主體，學生缺乏自主學習、交流探究，教學效果不盡如人意。課程體系設置與行業發展脫節，圍繞 “智能制造”“工業 4.0”“互聯網+”等開設課程的主動性和積極性不強，缺乏適合學生創新能力漸進式培養的課程體系。

(2)受“分數至上”傳統考核標準的影響，在人才培養中重視基礎知識和理論教育，忽視實踐訓練、高階思維、應用實踐能力、創新能力的培養，存在“重理論輕能力”的現象，阻礙土木工程創新型人才培養目標的達成。

(3)當前高等教育在人才培養上普遍存在“重智育輕德育”的現象，家國情懷、社會責任、工匠精神等的培養較為缺乏。課程思政協同育人機制不夠健全，橫向協同不足，尚未形成聯動效應，縱向銜接松散，難以實現持續效應。育人資源分配不均或重復投放，造成資源配置效率低，課程尚未形成共同價值取向，無法激發培育德才兼備人才的內生原動力。

三、“五位一體”創新人才培養模式

多年來課題組致力于推動“以學生為中心”的教學研究、教學改革。以價值塑造、能力培養、知識傳授為核心教育理念，以培養符合科技發展和產業革命需求的土木工程創新人才為目標，系統設計思政、課程、實踐、競賽、科研“五位一體”人才培養模式(圖1)，通過多要素課堂教學改革、多方式協同創新能力培養、多課程育人，推進土木工程德才兼備型創新人才培養。

(一)課程：多要素課堂教學改革

1.課程體系

通過對國家政策、高校創新人才培養現狀、企業及科研院人才需求的調研，吉林大學土木工程專業確定以“夯實基礎、強化實踐、激勵創新”為總體原則，優化重構以“新生研討課→專業基礎課→專業模塊課→創新實踐”為主線的土木工程專業培養方案。在總課時減少并保證專業課程課時的前提下，對現有課程進行優化整合，增加實驗、實訓內容。此外，為進一步促進創新人才培養目標的達成，建立了周培源力學競賽、結構設計大賽、混凝土材料設計大賽等競賽指導課程群，實現了 “創新意識→創新能力→協作創新→創新實踐”的漸進式培養。

2．教學內容

緊跟科學研究、行業需求，優化課程教學內容，增加課程內容的高度、廣度、深度。站在學術前沿挖掘知識點本身與科學研究成果的結合點，增加課程的高度；將實際工程案例引入課程，構建部分課程的工程案例庫，引導學生利用所學知識對實際工程問題進行分析，培養學生解決實際工程問題的能力，增加課程內容的廣度；每學年定期開設競賽輔導課程，講解競賽相關內容，加深學生對基礎知識的理解，提高課程的深度。如，在授課過程中向學生介紹新材料的力學性能、負泊松比材料的研究進展、 “地殼一號”萬米鉆機和極地冰鉆中的材料力學問題、夾層復合材料梁的彎曲問題、材料失效機理的最新研究進展等；將涵蓋課程知識的實際工程案例引入課程，構建了材料力學工程案例庫；通過材料力學問題的建模和簡化、材料力學的理論體系和分析方法、材料力學中的移動荷載和移動支座問題3個專題的研討課，將周培源力學競賽的內容引入課堂。

3．教學方式

采用“探究式-小班化”教學，新生研討課、專業基礎課、專業課、實踐課采用小班化授課，授課人數基本控制在45人以內。創新教學方法，推進啟發式講授、互動式交流、探究式討論，加強學生對相關知識的理解，提高學生的創新能力、自主學習能力和綜合素質。此外，在新生研討課和部分專業基礎課中注重學生創新思維和動手能力的培養，開展了“高空護蛋力學實踐活動”“紙質結構設計大賽”“吸管結構設計大賽”等，真正做到理論與實踐結合，見圖2。

4．學業評價

從知識、能力、素質等方面對學生進行學業評價，重視學生成長過程。依據“重視基礎、挖掘深度、激發智慧”的原則，推行全過程學業評價，將實踐課、研討課表現，作業，平時測驗等成績計入最終成績，主要考核學生靈活運用基本概念和基本理論的能力、分析和解決問題的綜合能力，以及創新能力。

5．教材建設

為推進教材建設，全面提升教材質量，發揮教材育人作用，課題組先后編寫主干課程教材5部，分別為《鋼筋混凝土結構原理與設計》《房屋建筑學》(2部)《土木工程概論》《建筑結構試驗與檢測》，并將其應用于本科教學中，效果良好。

6．師資隊伍建設

組建背景多元的高水平師資隊伍。引入具備力學背景的教師，理工交叉；鼓勵教師特別是青年教師苦練教學基本功，研究線上線下等多種教學模式，并將成果應用于本科理論課程教學與實踐教學環節；在眾多產學研基地中選拔企業骨干進入教師團隊，吉林大學土木工程專業的認識實習、教學實習、生產實習、工程造價、工程造價課程設計、畢業設計等均聘請合作企業的技術骨干承擔部分教學任務，通過講課、講座、實踐教學等方式增強學生理論聯系實際的能力，促進工程型人才和學術型人才在學術思維和工程應用理念等方面的交叉滲透。

圖2 “高空護蛋力學實踐活動”“紙質結構設計大賽”“吸管結構設計大賽”

(二)實踐、競賽、科研：多方式協同創新能力培養

1.實踐強能

構建“意識培養—技能訓練—經驗積累—能力整合”遞進式實踐教學體系，強化實踐能力培養。在材料力學、彈性力學、結構力學授課過程中向學生介紹數值模擬軟件Ansys的基本操作方法，利用軟件對材料力學、彈性力學、結構力學問題和與之相關的工程問題進行模擬分析。基于教師科研成果和企業橫向課題等設計大創項目、畢業設計等，將數值仿真技術與實踐結合，建立立體化的實踐手段和展示方法。與相關企業簽約建立產學研基地，安排企業兼職教師進行指導，使學生實習中接觸先進的設計施工方法和儀器設備。增設教學實習環節，全方位鍛煉學生的綜合素質，提高學生與企事業單位對接的能力。畢業設計成果接受甲級設計院總工審核，提高學生工程實踐能力和行業適應能力。

2．競賽強驅

設置三模塊“漸進式”專業梯度競賽。基礎理論模塊：周培源大學生力學競賽、數學建模；專業素養提升模塊：大學生結構設計競賽、混凝土材料設計大賽；綜合能力檢驗模塊：畢業設計競賽、創新創業等。依據“以賽促學、以賽育人、以賽促建”的原則，形成“一個平臺、二個結合、三項工作”的學科競賽實踐教學模式，在提高大學生學科競賽實踐教學質量方面取得了一定成效。

(1)建設“一個平臺”。

建設創新實驗教學平臺，學校“土木工程實驗教學中心” 2011年被吉林省教育廳確立為省級實驗教學示范中心，為開展結構設計競賽、混凝土材料設計大賽、創新創業等競賽項目，提升競賽水平提供了良好平臺。

(2)實施“兩個結合”。

學科競賽與教學團隊建設相結合。根據不同的競賽項目，組建了混凝土材料設計大賽、創新創業大賽、大學生結構設計競賽、周培源大學生力學競賽等多個學科競賽指導教師團隊，由此提高了教師的教學水平、創新能力、組織協同能力，有力促進了專業教師團隊建設。

學科競賽與課程教學改革相結合。學科競賽是高校課堂教學的有效補充和延伸，將競賽的部分題目引入其中以提高課程內容的深度；將競賽中的實踐操作題目引入新生研討課、材料力學、彈性力學等課程中，開展紙質結構設計大賽、吸管結構設計大賽等，做到理論與實踐結合，培養學生創新思維、動手能力、團隊協作能力、發現問題和解決問題的能力。

(3)做好“三項工作”。

普及校級競賽。學科競賽是培養學生實踐和創新能力的有效載體，是激發學生潛能的有效手段，應盡量拓寬學科競賽覆蓋面、受益面。吉林大學土木工程專業自成立以來，一直致力于引導學生積極參與各項學科競賽，每屆大學生結構設計競賽和周培源大學生力學競賽除了吸引土木工程、地質工程專業學生參賽外，還吸引了地球科學學部、工學部、農學部、信息科學學部的學生參與。

參加省級以上競賽。每年吉林大學建設工程學院選派近百人次參加周培源大學生力學競賽、大學生結構設計競賽、土木工程專業畢業設計競賽、混凝土材料設計大賽、數學建模及創新創業等省級以上學科競賽，形成以校級競賽為基礎，省級、國家級競賽為目標的多層次學科競賽體系。

承辦學科競賽。積極申請承辦校級、省級高水平學科競賽，連續10年承辦吉林大學大學生結構設計競賽 ，參賽學生三千余人，承辦了第五屆吉林省大學生結構設計競賽、2014年吉林省高校土木工程專業畢業設計競賽、2016年建設工程學院混凝土材料設計大賽，既加強了與其他院校的交流，又擴大了學科影響力。

3.科研強志

因材施教。針對不同年級學生，量身定制不同難度的科研實訓方案。例如，將教師的最新科研項目或工程項目中的部分實驗引入學生的專業實驗中，設為開放性實驗；將項目中的問題有選擇性地設計為“大創”實驗項目，以科研訓練為出發點，促進學生多渠道、深入、持續參與科研課題等實踐培養，用科研和工程實踐來增加學生學習中的“代入感”。

(三)思政：構建土木工程 “多課程協同育人”機制

建立“門門課程有思政，教師人人講育人”的土木工程多課程協同育人體系。實現價值引領、知識教育和能力培養的有機統一，培養學生成為德才兼備的創新型人才。

(1) 多課程育人體系。將“立德樹人”融入土木工程專業基礎課、專業課、課外活動等環節，構建以理想信念教育為內核，全面覆蓋、類型豐富、層次遞進、相互支撐的課程體系，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協同效應，將“立德樹人”落實在土木工程本科教育的全課程、全過程、全領域。

(2)課程思政育人策略。灌輸與滲透相結合、理論與實際相結合、歷史與現實相結合、顯性教育與隱性教育相結合、共性與個性相結合，使思政教育入耳入腦入心，激發家國情懷，強化社會責任感，培育工匠精神、進取精神和鍥而不舍的態度。

(3)提升專業教師育人能力。深入理解課程思政內涵，明確育人根本任務；不斷加強政治理論學習，提高個人思想政治素質；深入挖掘專業課程體系中的思政元素，豐富創新教學設計；關注時政熱點，優選思政教育資源輔助專業教學；掌握學生思想動態，建立師生全程、實時良性互動機制，以德立身、以德立學、以德施教，為學生點亮理想的燈，照亮前行的路。

四、培養模式的推廣應用效果

(一)學生方面

通過“五位一體”人才培養模式，吉林大學土木工程專業培養出一大批綜合素質高的創新型人才。近8年，有33人次獲國家級競賽獎(結構設計大賽9人次+周培源大學生力學競賽24人次)，126人次獲省級競賽獎(結構設計大賽42人次+周培源大學生力學競賽49人次+畢業設計競賽35人次)，多次獲國家級大創項目優秀項目。

土木工程專業本科生就業率在吉林大學名列前茅，其中40%左右的學生本科畢業后進入中建、龍湖、萬科等國內知名企業；45%左右的學生保送或考取清華、同濟、浙大、吉大等國內一流高校攻讀碩士學位；10%左右的學生出國深造，進入斯坦福大學、哥倫比亞大學、倫敦大學、早稻田大學、筑波大學等國際知名大學。此外，多名學生考入同濟、大連理工等知名高校的建筑學專業，實現了土木+建筑學的學科融合培養。

(二)教師方面

教師教學水平與創新型人才培養密切相關，吉林大學土木工程專業一直致力于打造高素質、高水平、高技能的師資隊伍，不斷提升教師的創新教育研究水平。積極開展教師教學能力培訓，充分激發教師提升自身水平的內生動力，鼓勵教師結合學科建設需要，創新教學內容、教學方法。近10年教師個人及團隊獲教學相關國家級獎項3項(寶鋼優秀教師獎、全國徐芝綸力學優秀教師獎、全國周培源大學生力學競賽優秀指導教師獎)，省級獎項3項(吉林省教學新秀、吉林省本科院校教師說課大賽一等獎、吉林省首屆智慧課堂教學創新大賽二等獎)，校級獎項10余項(吉林大學青年教師教學水平大賽一等獎1項、二等獎3項、三等獎2項，吉林大學首屆智慧課堂教學創新大賽一等獎，吉林大學本科“課堂教學質量獎”“優秀獎”4項等)。編輯出版主干課教材5部，公開發表教學論文10余篇，建設本科生校級示范課程4門，建設網絡課程5門，承擔教學項目20余項，新建產學研示范基地2個，并在學院相關的產學研基地中選拔6名企業教師參與人才培養，采取“學校導師+企業導師”聯合指導模式。基于土木工程專業全體教師及學生的不懈努力，吉林大學土木工程專業獲評國家級一流本科專業建設點，土木工程實驗教學中心獲評省級實驗教學中心。

五、結語

綜上所述，通過“課程體系、訓練體系、保障機制”集成土木工程“五位一體”創新人才培養要素及資源，培養符合科技發展和產業革命需求的德才兼備型創新人才。

1.課程體系：建立多元立體化土木工程創新人才培養課程體系

以“夯實基礎、強化實踐、激勵創新”為總體原則，優化重構以“新生研討課→專業基礎課→專業模塊課→創新實踐”為主線的土木工程專業創新人才培養課程體系，并將“立德樹人”融入專業基礎課、專業課和課外活動，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成橫向協同、縱向銜接效應。

2.訓練體系：建立實踐教學與科研訓練和學科競賽相融合的“多層次、漸進式、多元協同”土木工程創新人才培養訓練體系

依托開放性實驗和“大創”實驗項目建立橫向職業能力訓練與縱向專業能力訓練相結合的“多層次”科研訓練體系；設置“基礎理論模塊”“專業素養提升模塊”“綜合能力檢驗模塊”漸進式專業梯度競賽；與企業簽約建立產學研基地，構建“多元協同”實踐教學體系，構建“實踐教學—學科競賽—教師科研”的多層次、漸進式、多元協同土木工程創新人才訓練體系。

3.保障機制：建立“1主1補3支撐” 土木工程創新人才培養保障機制

構建以校內高水平師資隊伍為主，以企業師資為補充的師資結構，內外部優勢資源有機結合保障創新人才培養的專業性和穩定性；構建企業支撐(產學研基地)、社會支撐(長春市規劃展覽館、長春市水文化生態園、長春市政工程研究院伊通河中段治理工程等)、校友支撐相結合的外部智力和物質支撐，為創新人才培養奠定了物質基礎。

吉林大學土木工程專業“五位一體”創新人才培養方案的實施，強化了學生創新思維的訓練，提升了學生的綜合素養，極大提高了土木類人才培養的有效性，是新工科建設深入推進與落實的有效探索。