基于“教-研-賽”的土木工程專業創新能力三維培養模式構建與實踐

吳忠鐵 曹萬智 范萍萍 高忠虎

摘? 要：新工科建設背景下為有效提升土木工程專業大學生的創新能力和綜合素養，該文分析課程教學、項目研究、學科競賽的優勢和特點，構建項目與競賽雙驅動的土木工程專業創新能力三維培養平臺，分析“教-研-賽”三維一體式的土木工程專業創新能力培養模式，探討與其相關的政策和制度等因素，并進行實踐與探索。結果表明，該三維培養模式能夠有效促進課程教學創新改革，可以較好地提升學生的創新思維和創新能力，符合土木工程專業創新型人才培養的需求。

關鍵詞：新工科；土木工程；教-研-賽;創新能力；三維培養模式

中圖分類號：G640? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2023）20-0049-04

Abstract： In order to effectively cultivate college students' innovation ability and comprehensive quality under the background of new engineering construction， this paper analyzed the advantages and characteristics of curriculum teaching， and constructed virtual platform for innovation ability training of civil engineering driven by project research and subject competition， and discussed the three-dimensional training system of innovation ability in civil engineering based on the "Teaching-Research-Competition"， and further discussed the relevant policies and systems， and carried out practice and exploration. The results show that this three-dimensional cultivation mode promotes the reform of curriculum innovation teaching and effectively improves students' innovation thinking and ability. It can meet the demands of cultivating innovative talents in civil engineering.

Keywords： new engineering; civil engineering; teaching - research - competition; innovation ability; three-dimensional training mode

基金項目：2020年教育部第二批新工科研究與實踐項目“適應土木工程綠色化及裝配化發展需求的建材與制品專業人才培養探索與實踐”（E-TMJZSLHY20202156）；2021年甘肅省高校創新創業教育教學改革研究項目“基于‘教-研-賽三維模式下的土木工程專業創新型人才培養模式探索與研究”（2021SJCXCYXM-02）；蘭州工業學院課程思政建設研究項目“‘課程+思政+競賽三位一體協同育人教學模式的探索與實踐”（[2021]168-4）；2021年西北民族大學課程思政示范課程“結構力學A”（2021KCSZKC-30）

第一作者簡介：吳忠鐵（1982-），男，漢族，黑龍江綏化人，工學博士，教授，碩士研究生導師。研究方向為工程結構減隔震控制、加固改造和裝配式結構。

二十一世紀的競爭是人才的競爭，創新是新時期社會發展的核心問題，培養創新型專業人才成為了大學教育新時期的目標與任務。隨著“中國制造2025”等系列國家戰略的推出實施，綠色建筑和智能制造對土木工程專業人才培養提出了更高的要求。目前土木工程專業本科生在知識和能力方面還存在許多明顯的不足。例如基礎理論知識不扎實，分析問題和解決問題能力不足；動手實踐能力較弱，創新精神和意識缺乏。如何克服現存問題，提高大學生的創新能力是土木工程專業培養創新型人才的焦點。

在新工科建設背景下，李志強等[1]將課程思政融入新工科專業教育的教學實踐，推動學生創新多樣協同發展。范圣剛等[2]加強“雙師型”教師隊伍建設，完善學科競賽機制，構建新的行業人才培養平臺。張偉等[3]將學科基礎課和專業選修課分成了初級實訓、技能基礎訓練、系統訓練與創新設計四個階段，進而提升學生的實踐創新能力。上述新工科背景下土木工程專業學生創新能力的培養主要集中在課程體系內，挖掘了專業內、專業間等課程的契合度和交叉度。目前單一的課程主導創新型人才培養模式已不能滿足當前人才培養的要求。各高校專家和學者也深入開展學科競賽與課程教學相結合的二元教學模式，產生了良好的教學效果[4-6]。很多專家和學者也開展了項目與課堂和項目與競賽的二元體系人才培養模式，探索了項目與課程[7]、“課堂+項目”[8]“項目與競賽”[9-10]在人才培養創新實踐中的應用。

然而，高校對多元化教育教學聯合培養模式研究相對較少，在新工科建設背景下，構建多元化教育教學模式是高校人才培養的必然趨勢。本文以新時期土木工程專業創新型人才培養為目標，深入研究了土木工程專業人才培養的途徑，利用課程教學、項目研究和學科競賽的優勢，提出了土木工程專業“課程-項目-競賽”三維一體式創新能力培養平臺，分析了“教-研-賽”三維一體式創新型人才培養模式，探討了土木工程專業學生創新能力培養的保障措施，為土木工程專業三維一體式創新型人才培養模式的實施提供了重要的參考。

一? 土木工程專業“課程-項目-競賽”三維一體式創新能力培養平臺的提出與構建

目前，高校中以課程教學為主的單一人才培養模式已不能滿足新工科背景下創新型人才培養的需求，應建立多種培養方式聯合應用的創新型人才培養方案。根據土木工程專業的特點，本文高效結合課程教學、項目研究、學科競賽三者之間的優勢，在土木工程專業學生培養中構建“課堂-項目-競賽”三維一體式創新型人才培養平臺，建立以課程教學為中心，以項目研究和學科競賽為補充的人才培養模式，能夠激發學生的積極性和主動性，驅動課程教學改革的不斷發展，形成“教-研-賽”三維一體式創新型人才培養模式，具體如圖1所示。

（一）? 堅持課程教學在創新型人才培養中的基礎地位和中心地位

課堂教學是學生接受知識的主要途徑，課程是教師傳授知識和學生學習知識的主要載體，其知識內容主要來源于教材，具有明顯的體系性和完整性。課堂教學主要形式仍是以教為主，引導學生自主學習，夯實專業理論基礎。課堂教學是提高學生的基本知識素養和基本實踐能力的重要環節，對土木工程專業學生的基本專業知識和基本實踐能力及創新能力的培養具有重要的作用。高質量課堂教學可以為學生進行項目研究和參與學科競賽提供良好的信心，為創新思維和創新能力培養奠定較好的基礎。因此，要堅持課程教學的基礎地位和中心地位。

（二）? 堅持項目研究在創新型人才培養中的深度驅動作用

項目研究是激發學生創新思維與增強知識創新的重要途徑，是創新能力提升的重要環節。其主要形式是以研為主，推動學生自主學習，提升學生自身能力。土木工程專業學生參與科研項目可以培養創新意識，激發創新思維，提高學生的創新能力。在整個項目研究過程中學生會不斷發現自身知識的不足和欠缺，可以通過自主學習進行提升，同時也可以將問題反饋到課程教學，通過專題培訓與課程滲透來實現對行業前沿知識的補充，進一步啟發學生的思維，提升學生的能力，可以作為課程教學過程中學生創新思維和創新能力培養的有力補充。項目研究是對專業內相關工程技術問題的探討和研究，在深度的學習過程中激發學生的創新思維，具有明顯的前沿性，其特點是零散不集中。項目研究一般執行期為1～2年，學生可以有較充裕的時間來完成大學生相關專業知識的學習和補充，進而解決項目研究問題。科研問題的解決對學生創新能力提升具有至關重要的作用，是對土木工程專業課程教學的深度驅動。

（三）? 堅持學科競賽在創新型人才培養中的廣度驅動作用

學科競賽是大學生創新能力提升最為普遍的實踐平臺，也是最容易接觸和入手的學科競技活動，可以使大學生獲得更多的知識，是創新思維和創新能力培養的重要平臺。其思想是以賽為主，激發學生的自主學習，提升自身能力。其有別于課程教學的系統性和專業性，也不同于項目研究的高度創新性，具有明顯的行業前沿性和競爭性，更加強調學生的專業知識運用能力和動手實踐能力。通過學科競賽可以讓學生提前接觸土木工程學科的前沿知識，是對課程教學的深度強化，可以作為課程教學過程中創新思維和創新能力培養的重要補充。根據高校學科競賽榜名單，土木工程專業學生可以參加的競賽有13個，其中包括力學類競賽、智能建造類競賽、節能減排類競賽和結構設計類競賽及交叉學科類競賽。學科競賽的內容集中地反映了學科前沿和發展方向的問題，往往包含很多土木工程專業理論課程和實踐課程的重要內容。學科競賽既能推動課程教學創新，又能促進項目研究方向的調整。項目研究成果可以作為相關學科競賽的作品，進行創新思維和創新能力的再次提升，是對大學生創新思維和創新能力培養的廣泛驅動。

二? 土木工程專業“教-研-賽”三維一體式創新能力培養模式的實踐與效果

（一）? 推進課程改革，以教促創

土木工程專業的力學課程如理論力學、材料力學、結構力學及彈性力學和專業課程如鋼筋混凝土設計原理、結構設計、鋼結構、建筑抗震設計和基礎工程均為學生創新思維和創新能力的培養奠定了基礎。但這些課程不能及時反映行業前沿的熱點。根據新時期創新人才培養的要求，使課程教學和學科競賽與項目研究緊密結合，融合行業前沿的相關內容，積極推動課賽融合和課研融合，以學科競賽和項目研究目標為引導，充分調動學生的積極性和主動性，發揮學生的自主學習能力，進而提升學生的創新思維和創新能力。通過土木工程專業“教-研-賽”三維一體式創新能力培養模式的實踐與探索，目前在結構力學、結構設計、鋼結構等課程中均進行了力學類競賽和結構設計類競賽的賽教融合，鋼結構、鋼筋混凝土結構與結構設計類和智能建造類競賽進行課研融合。

2022年土木工程學院獲得校級教學改革項目12項，其中教育教學改革研究一般項目6項、混凝土結構設計原理等一流本科課程3項、混凝土結構設計原理等MOOC建設2項和土木工程虛擬仿真實驗教學中心1項，較之前有明顯提高。這些教學改革項目的進行充分體現課程教學創新改革的效果。

（二）? 研教融合，以研促創

根據項目研究的特點，研教融合主要有學生參與教師項目和大學生創新項目兩種方式。參與科研項目是以學生為主導，教師為輔，充分激發學生的積極性和主動性。在項目的進行過程中由于學生學習知識的深度和廣度的差異，專業知識基礎的強弱各不相同，基于課程學習的專業內容可能存在明顯的不足，因此需要補充課程教學外更多的知識內容，填補專業知識教學過程中的欠缺。學生在項目研教過程中的疑難問題有兩種解決方案：第一，堅持學生學習的中心地位。通過項目任務的推進和完成引導學生積極主動的學習，鼓勵學生自行解決，激發創新思維，培養創新能力。第二，堅持教師引導的輔助地位。項目研究中疑難問題可以通過指導老師和相關課程教師引導來解決。同時，項目研究成果可以作為中國國際“互聯網+”大學生創新創業大賽等交叉學科競賽作品進行參賽，在學科競賽中具有很強的競爭力，為學科競賽的進行提供了良好的基礎。

在2021年第七屆中國國際“互聯網+”大學生創新創業大賽甘肅賽區中獲得銀獎2項，銅獎1項。在2022年第十二屆全國大學生電子商務“創新、創意及創業”挑戰賽甘肅賽區中獲得銀獎1項，學生的參賽作品為大學生創新創業項目的研究成果。2022年西北民族大學土木工程學院本科生申請創新創業項目獲得立項8項，較2021年增幅50%，充分體現了學生創新思維和創新能力的提高。

（三）? 賽教融合，以賽促創

在高校學科競賽榜名單中，土木工程專業學生可以參加的學科競賽有13個，競賽內容均可以與部分課程內容相結合。以全國大學生結構設計信息技術大賽為例，競賽內容以綠色建筑和智能建筑為主題，涉及課程有材料力學、結構力學、鋼筋混凝土結構設計原理、鋼結構、基礎工程、建筑制圖、土力學、建筑工程抗震、高層結構設計、建筑CAD、工程概預算和BIM技術應用等，延伸課程包括廣廈CAD自動成圖軟件和裝配式建筑設計與分析。根據大多數學生的專業基礎和實踐及創新能力的情況，學生很難獨立完成賽題內容，需要教師不斷指導和講解，實現學生對問題的解決。同時，學生可以根據賽題的內容查閱相關文獻。經過4個月的專業技能培訓完成賽題。通過競賽，學生的專業知識得到很大的擴展，動手實踐能力得到了大幅度提升，創新思維也得到了鍛煉，創新能力得到了有效的強化，是大學生創新思維和創新能力培養的重要環節。2022年第四屆“全國大學生結構設計信息技術大賽”中西北民族大學10支參賽隊伍，獲得特等獎2項、一等獎3項、二等獎3項和三等獎1項，共計9個獎項。2021年第十四屆全國大學生結構設計競賽獲得全國一等獎1項。這些成績充分體現了土木工程專業學生的創新思維和創新能力培養的效果。

三? 土木工程專業學生創新能力三維培養模式的保障措施

學校和學院的相關政策與制度對土木工程專業創新型人才的培養平臺的構建和培養體系的形成起到了至關重要的作用。以學校教學改革、項目研究、學科競賽激勵制度為出發點，形成相應保障制度和措施是對土木工程專業“教-研-賽”三維一體式創新能力培養模式實施的有利保障。主要有以下幾個方面。

第一，鼓勵和支持教師的課程教學創新改革。依據新工科建設的要求，需要在課程教學過程中融合新的教學理念和方法，不斷增強與行業前沿的聯系，為創新能力的提升奠定良好的基礎。建立基于強化實踐能力和創新能力的良好的課程教學體系，完善突出學生的實踐能力和創新能力的課程培養計劃，增強理論課程和實踐課程間的知識相互滲透，提高學生整體實踐和創新能力的培養基礎。

第二，進一步完善學生參與項目研究制度，鼓勵學生參與項目研究。首先，激發教師申請科研項目的積極性和主動性，豐富項目研究的多樣性，保障學生參與項目研究的可選性；其次，激勵學生申請大學生創新項目的主動性，增加項目資助的幅度；再次，改善學生參與教師科研項目的激勵機制；最后，完善學生參與教師項目的評價機制。

第三，形成穩定的土木工程專業學科競賽機制。建立健全有效的土木工程專業學科競賽制度，調動教師與學生的積極性和主動性，在制度的運行過程中尋找存在的問題，不斷改進和完善，進而建立更為高效的土木工程專業學科競賽制度。

第四，建立“課程-項目-競賽”三維一體化保障制度。在正常的制度制定過程中強調課程教學創新對學生創新能力培養的基礎作用，重視項目研究對學生創新思維和創新能力的提升作用，突出學科競賽對實踐創新能力的推動作用，積極支持構建土木工程專業“課程-項目-競賽”三維一體式的創新能力培養平臺，形成土木工程專業“教-研-賽”三位一體的實踐和創新能力有效培養模式。

四? 結束語

本文通過研究課程教學、項目研究和學科競賽的特點和優勢，建立以課程教學為中心，以項目研究和學科競賽為補充的“一中心，兩驅動”的三維一體式創新能力培養平臺，有利于以教促創、以研促創、以賽促創的實現，形成了“教-研-賽”三維一體式創新能力培養模式。該三維培養模式的構建將為完善與調整土木工程專業創新人才培養方案提供重要參考，為建立更為完善的土木工程專業的創新思維和創新能力培養平臺提供一種新的思路和方向。

參考文獻：

[1] 李志強，曾曉云.新工科背景下土木工程專業人才培養模式改革探索[J].科教文匯（上旬刊），2021（5）：83-84.

[2] 范圣剛，劉美景.“新工科”背景下土木工程專業建設與改革探討[J].高等建筑教育，2019，28（4）：16-20.

[3] 張偉，陳仁山.“新工科”背景下應用型本科土木工程專業實踐教學的改革與創新[J].教育現代化，2020，7（36）：88-91.

[4] 朱嘉，李紅，李燕.結構設計競賽與鋼結構原理與設計課程教學的結合與實踐[J].中國教育技術裝備，2020（14）：85-87.

[5] 蔣玉，李建坤，羅德兵，等.以學科競賽為平臺促進應用型人才培養——以保山學院土木工程專業為例[J].教育教學論壇，2020（41）：108-109.

[6] 謝明志，楊永清，賈宏宇，等.土木工程實踐教學創新與大學生結構設計競賽耦合模式探析[J].高等建筑教育，2020，29（5）：137-142.

[7] 馮亞娟，施茉祺.基于項目驅動的混合式教學實踐與效果研究[J].高教學刊，2021（8）：117-120.

[8] 龍廣成，曾曉輝，董榮珍，等.基于課堂+項目二元載體的研究生課程教學改革實踐——以混凝土材料科學與技術為例[J].高等建筑教育，2021，30（3）：79-85.

[9] 桂存兵，陳果，劉洋.項目化與競賽相結合的教學改革實踐[J].教育教學論壇，2020（35）：156-157.

[10] 林瑤，鐘兆銀，薛強，等.“科研-競賽”相結合的實踐教學研究[J].廣東化工，2019，46（5）：268-269.