巖土工程專業課程中科研育人的實踐探討

余鵬程 張迎賓 彭新艷 李得建 程肖

摘? 要：科研育人是高校實現全方位育人不可或缺的重要環節。針對巖土工程專業課程在推行科研育人時遇到的教學學時、課程內容、科研參與和后續培養方面的問題，該文從課程時長、課程內容、科研參與和后續培養等方面進行探討，并給出提升課堂教學質量、建立科研-教學一體化團隊、擴展科研參與渠道和建立全程培養機制等巖土工程學科科研育人發展建議，為科研育人的有效實施提供幫助。

關鍵詞：高校；巖土工程；科研育人；專業課程；人才培養

中圖分類號：G640? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2023）35-0163-04

Abstract： Education through research is indispensable components for comprehensive education in universities. This paper discusses the problems encountered in implementing education through research for Geotechnical Engineering courses， including course duration， course content， participation in research， and subsequent development. It also provides suggestions for improving the quality of classroom teaching， establishing an integrated research-education team， expanding research participation channels， and establishing a comprehensive training mechanism for the development of research-based education in geotechnical engineering disciplines， thus providing assistance for the effective implementation of research-based education.

Keywords： university; Geotechnical Engineering; education through research; professional course; talent cultivation

高等教育對國家經濟發展和社會進步有著重要意義。作為高等教育的兩大主要任務，在很長一段時間內，教學和科研有著相對獨立的運作方式，也有著各自不同的目標使命。然而，從本質上說，教學和科研都服務于人才培養，二者并不是嚴格對立、涇渭分明的[1]。我國學者崔明德[2]在21世紀初提出，在“教學育人”“管理育人”和“服務育人”外，還存在“科研育人”的育人方式，而且有著更為重要的地位。科研育人，是指科研工作者在從事科研工作的同時，將科研過程、科研成果等應用于教學工作，培養學生的科研創新能力[3]。2015年，黨中央正式提出“科研育人”的要求。2017年，中共中央、國務院發布《關于加強和改進新形勢下高校思想政治工作的意見》，明確指出要“堅持全員全過程全方位育人。把思想價值引領貫穿教育教學全過程和各環節，形成教書育人、科研育人、實踐育人、管理育人、服務育人、文化育人、組織育人長效機制”。習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上指出：“要堅持把立德樹人作為中心環節，把思想政治工作貫穿教育教學全過程，實現全程育人、全方位育人，努力開創我國高等教育事業發展新局面”[4]。由此可見，科研育人作為高校育人的重要環節，其重要性和意義不言而喻。

科研育人的內涵和方式在高校教育實踐中得到了發展。例如，福建學院范五三等[5]提出科研育人應建立符合高校師生現實需要和科研訴求的動力機制；浙江大學樓建悅等[6]分析了研究生科研能力現狀，并提出科研育人的有效途徑；清華大學謝維和教授認為育人是大學科研的本質特征，提出育人是大學科研的重要任務[7]。上述理論和觀點極大地豐富了科研育人的內涵，對指導高校科研育人工作順利、高效開展有著重要意義。然而，在科研育人的高校實踐中，一些問題也逐漸暴露出來，如教學學時有限、課程內容基礎等。這些問題有著鮮明的學科差異性，即不同學科表現出的主要問題有所不同，和教學背景、學科性質、教學內容和教學方式有著很大的關系。如劉海涌等[8]以能源動力類實驗課程為例，研究了新形勢下科研育人的運作機制，并給出了源動力類實驗課程科研育人的現狀分析和優化思考；潘廣煒等[9]研究了課程思政中的科研育人，總結了研究生思政教育中實施科研育人面臨的主要問題，即理念不清、評價不準、環境受限，并進一步提出了科研育人的優化途徑。

巖土工程作為土木工程二級學科之一，在土木工程專業培養中占有重要地位。同時，巖土工程專業課程具有鮮明的理論性、實踐性和前沿性，對學生培養的要求較高。在教學實踐中融合科研育人，對達到既定培養目標、完成課程教學指標有著極大幫助。巖土工程中的科研育人實踐同樣面臨著一些問題和挑戰，本文以巖土工程學科專業課程為例，著重探討了實施科研育人的現狀和制約因素，進而提出相應的解決方法，從而為科研育人的高質量實施提供參考。

一? 巖土工程學科科研育人面臨的主要問題

巖土工程是土木工程的二級學科，主要研究巖體與土體的工程問題，相關的研究領域涵蓋地下工程、邊坡工程、地基工程、基礎工程等。巖土工程包含的專業課程體系廣泛，如工程地質、土力學、基礎工程、巖石力學和巖土工程勘察等。通過課程學習，旨在培養掌握巖土工程相關的數學、自然科學、工程基礎和專業知識，有能力對領域內復雜工程問題展開研究并提出解決方案，能夠使用或開發相應的儀器或方法的合格畢業生。巖土工程專業課往往理論性和實踐性較強，具有一定的難度，需要學生在對基本原理熟練掌握的基礎上，能夠較好地運用到工程設計和實踐當中。因此，巖土工程專業課程與科研實踐結合緊密，恰當引入科研育人理念，對課程教學和人才培養具有明顯的促進作用。當前，科研育人在巖土工程專業課程中的實施面臨著教學學時有限、課程內容基礎、科研參與不足和后續培養欠缺等問題，以下具體討論。

（一）? 教學學時有限

巖土工程專業課大多內容廣泛。以土力學為例，課程一般為3學分，包含緒論、土的物理性質、土的滲透性及土中滲流、土中應力及地基應力計算、土的壓縮性及地基沉降計算、土的抗剪強度、天然地基承載力、土壓力和土工試驗等[10]。又如巖石力學，課程一般在大三下學期開設，3學分，課程主要內容包含緒論、巖石的物理力學性質、巖體的力學特性、巖體地應力及其測量方法、巖石地下工程、巖石邊坡工程、巖石地基工程和現代巖石力學研究前沿等，根據課程設置不同，也會包含水工巖石工程、巖石動力學等內容[11-12]。此外，作為專業課，這些課程對理論基礎有著較高的要求，且直接與生產實踐相關，學生既需要掌握課程的理論框架，又要將其與實際工程相結合，給學生學習提出了較高的要求。另外，課程教學中還需要專門安排試驗教學（如土、巖石的單軸壓縮試驗、直接剪切試驗等）和課程設計環節，進一步擠占了有限的課程時間。教學學時直接關系到教學內容設置，對科研成果引入和科研思維培養有著重要影響。

（二）? 課程內容基礎

由于專業課包含的教學內容普遍較為廣泛，且受制于有限的教學學時，課程的教學深度往往停留在基礎知識的傳授。例如，巖體結構面強度是巖石力學的核心內容之一，也是國內外十分活躍的研究熱點。課堂上給學生講授的內容從結構面形貌入手，但僅僅停留在粗糙度和凹凸度的層面；介紹了給定粗糙度的標準結構面，但沒有涉及如何量化研究結構面粗糙度。由此引出的B-B準則等結構面強度準則也僅僅提到了結構面強度的計算，沒有對強度演化等其他知識點進行講解。又如巖土工程專業課土力學，介紹了土的物理力學特性、土壓力計算方法等，并未引入彈塑性力學等方面內容，也并未過多涉及基于彈塑性力學、張量理論的土體本構特性這一重要的研究對象。究其原因，一是受限于教學內容和課時限制，二是考慮到大多數學生的接受能力。然而，這樣做也帶來了一個問題，即教學內容與科研實踐存在一定的差距，學生在課堂上學完后，無法滿足科研對知識能力的要求，無法直接投入科研實踐；此外，由于教學深度要求，課程內容與研究前沿存在一定的距離，為了進入科研狀態，學生需要額外投入時間精力補充學習相關的知識，這也對學生的科研興趣和意愿造成了一定影響。

（三）? 科研參與不足

現階段，本科生進實驗室、參與科研項目在高校中已十分普遍。例如，很多高校為本科生提供了參加大學生科研訓練計劃（Student Research Training Program，SRTP）的機會。SRTP項目來自教師的教學科研，由研究課題依照學生實際情況轉化而來，也有部分項目由學生自定。SRTP要求學生掌握專業知識和技能，并具備使用這些知識來解決實際問題的能力。有研究表明，SRTP項目對巖土工程專業學生的創新能力培養具有重要意義[13]。然而，由于資助項目數目有限，僅有少部分學生有機會參加SRTP等大學生科研項目，大部分學生依然缺乏接觸科研、參與科研的機會。另一方面，大學生科研項目需要學生在課余抽出時間參加，排除課程時間、課后學習作業時間，大學生能夠用在科研項目上的時間十分有限，大部分情況下只能按照導師的安排操作執行，難以全面系統地了解科研內容、進行科研思維訓練。總體來說，大學生與科研接觸的機會較少，難以在豐富的科研訓練中鍛煉自己。

（四）? 后續培養欠缺

巖土工程專業具有很強的實踐性，許多大學生畢業后直接進入生產施工單位，其他學生主要選擇繼續深造。然而，無論是就業還是繼續攻讀學位，后續培養對于提升學生的綜合能力都十分重要，特別是對攻讀研究生甚至博士學位的學生，有助于其構建完整的知識體系，提升科研能力。由于碩博研究生來自不同高校，專業基礎參差不齊，且學生的研究或專業方向也不盡相同，碩博階段課程安排多以偏重基礎通識為主，力求讓絕大部分學生聽懂。另一方面，考慮到大多數學生的接受能力，課程體系的搭建也相對獨立，許多課程沒有與本科內容有效搭接。最后，研究生教學與本科階段教學具有一定的區別，由于本科生以課程教學為主，相較于研究生階段，本科階段課程種類較多，課時相對充足；研究生在日常教學培養的同時，還承擔了一定的科研任務，時間和靜力都較為分散，因此研究生課程安排一般較少，且主要集中于研究生一年級，課時安排有限，這就導致本科后續培養較為欠缺。

二? 巖土工程學科科研育人的發展建議

鑒于巖土工程學科科研育人存在的教學學時有限、課程內容基礎、科研參與不足和后續培養欠缺等問題，為了更加有效地推進巖土工程專業課程科研育人，著力培養學生的科研能力，并實現反哺教學工作，針對目前面臨的主要問題，提出以下建議措施。

（一）? 提升課堂教學質量

由于培養方案規定了在學期內需要完成的教學任務，因此顯著增加教學學時往往來說并不現實。為了彌補學時限制帶來的影響，最重要的就是提升課堂教學質量，在有限的學時中讓學生更好地掌握專業知識。提升教學質量可以采用如下手段：①提倡課前預習。每次課結束時，向學生預告下節課的講述內容，并要求學生在課前對相關內容進行預習；上課時利用前幾分鐘大致和學生討論本節課的內容，督促學生做好預習工作；②豐富教學形式。在傳統以講授為主的教學形式基礎上，增加互動環節，有意識地實施“翻轉課堂”等創新教學形式，增加學生的學習興趣，提高學生積極性，從而提高學生的學習效率；③課程內容鮮活。由于出版周期等因素限制，教材上的內容往往落后于學科發展進步，尤其在工程案例和前沿技術方面；④重視實踐環節。建立健全教學實驗室和試驗場，在教學內容編排上，適當引入巖石物性試驗、強度測試等課程實驗和現場原位測試參觀研學，向學生展示理論知識的實際工程運用，鍛煉學生的動手能力。教師要盡量避免照本宣科，自主收集、編撰和引用新進發生的典型工程案例，將課本知識具象化，引導學生主動思考。此外，學校層面也可提供教學培訓機會，如教師培訓、教學演示等，邀請有經驗的資深教師介紹教學理論、傳授教學方法，不斷精進教師的教學水平，從而進一步提升教學質量。

（二）? 建立科研-教學一體化團隊

在以專業基礎內容講解為主的前提下，將前沿研究內容簡化，把核心研究思想融入課程教學中，讓學生以可以理解的方式了解學科前沿進展。這就要求教師具有對應方向的研究背景，對教學內容有較為深刻的理解和認識，具有將科研課題和成果引入課堂的能力。建立科研-教學一體化團隊可以有效實現這一點。首先，教師的研究方向應與自身的科研方向保持一致。這樣一來，教師便能實時獲知領域的研究前沿和熱點，把握研究發展走向；其次，教師必須熟悉教學內容，準確評估各教學要點和學科前沿的關聯，從而可以在恰當的位置引入研究成果，既介紹了前沿領域，又不會影響授課邏輯主線；第三，教師的授課科目應相對固定。由于各高校情況不同，可能存在授課教師輪換、教師疲于應對的情況。如果課程調換較為頻繁，教師將不得不花費額外時間進行備課，且難以深層次鉆研某一門課程，難以與自身研究方向相統一。最后，積極承擔各級各類教學改革項目。教師應在日常一線教學過程中，找到教學痛點，并作為依托承擔教學改革項目，以專項專人的方式進行有針對性的教學研究工作，并與日常科研活動有機結合，教學、科研兩條腿走路，將教學經驗和問題的解決方法提升凝練為教學改革成果，鼓勵參加各類教研活動和報告，從而進一步促進教學成果推廣應用。

（三）? 擴展科研參與渠道

讓學生有機會承擔科研項目，在科研過程中成長十分必要。豐富學生參與科研的機會，可以消除科研對學生的神秘感，增加科研對學生的吸引力，培養學生的創新和批判意識。可以通過如下途徑促進學生參與科研：①鼓勵學生參與各類學科競賽。學科競賽往往要求學生對基礎學科和專業學科具有較深的理解，需要學生具備一定解決問題的能力，而這正是科研項目的基本要求。一些知名的競賽，如全國大學生周培源力學競賽、“高教杯”全國大學生先進成圖技術與產品信息建模創新大賽等，與巖土工程專業學生課程安排直接相關，可促進參賽學生掌握專業知識。另一些競賽，如“華為杯”中國研究生數學建模競賽，則是要求參賽學生在規定的時間內，用各種方式去解決工程技術、社會發展等領域的實際問題，對學生的邏輯思維、信息調查、研究思維和寫作能力均有較高的要求，參賽學生可得到全方位鍛煉，其解決問題的思考方式可直接應用于科研項目攻關；②增設科研項目。擴展SRTP項目支持度，增加其他科研訓練類項目，鼓勵科研團隊自行設立或資助學生科研項目。同時，制定配套政策鼓勵學生參與各類科研項目，如獎學金加分、科創學分、評獎評優等，全方位提升學生參與科研的積極性；③鼓勵科研團隊開展“開放式科研”，即團隊承擔的科研項目在研究過程中向學生開放。例如，在進行振動臺試驗或三軸試驗時，提前通知學生，并歡迎學生到時前來實驗室參觀，感興趣的學生可以學習試驗儀器的操作，并親手執行試驗；在團隊召開討論會或組會時，同樣提前通告，將內部討論轉化為公開討論，鼓勵學生前來旁聽或參加，并定期舉辦實驗室參觀活動，介紹相關的研究課題和試驗裝備。

（四）? 建立全程培養機制

首先，從教學內容上，建立連貫的全程課程體系，防止碩博階段相關課程缺乏導致本科學習的專業知識淡忘。例如，參照本科設置的土力學、巖石力學，在研究生階段設置后續的高等土力學、高等巖石力學，通過課程上的銜接，可形成巖土工程專業課程體系，加之教學團隊統籌本科生、研究生課程，可使巖土工程專業課程培養形成閉環，有助于讓學生形成清晰的知識圖譜。許多因難度較高或層次較深的知識內容，可以有針對性地安排到后續課程中，例如，巖石力學課程中會介紹基本的巖石強度準則，如摩爾-庫倫強度準則、格里菲斯強度準則和虎克布朗強度準則等，其他更加深入的內容限于本科教學條件和學生知識儲備則無法涉及。這部分內容，如巖石斷裂力學相關理論、基于能量的巖石裂紋擴展等，可以納入研究生階段的高等巖石力學課程中，作為教學內容或擴展知識介紹，從而拓寬學生的知識面，有助于同研究方向的學生繼續深入研究。其次，從培養機制上，形成本-碩-博全程培養。從本科階段即吸引有興趣、有意愿的學生參與團隊試驗，于本科階段完成科研入門，掌握科研基本方法，優秀的學生可以在本科階段發表學術論文，本科畢業設計可基于已研究的內容；鼓勵有過團隊科研經歷的同學通過保研、直博或考研等途徑繼續在原團隊深造，并保持原有課題做深做細，成為一名優秀的碩博學生。

三? 結束語

科研育人是新時代高素質大學生培養的重要途徑，是實現新工科建設科教融合的主要手段。本文介紹了科研育人在高校的實踐背景，然后以巖土工程專業課程為例，探討了科研育人實踐存在的幾點問題，并給出了相應的建議和措施，即改變傳統的講臺授課方式，建立了“線上預習輔助、線下學習強化、工程案例研討、科研項目拓展”的多維度、立體化培養教學模式，結合科研訓練計劃等項目，培養學生創新實踐能力；形成科研-教學一體化團隊，以科研反哺教學，保證課程內容體系的完整和準確；為學生接觸研究前沿提供機會，鼓勵學生參與科創競賽，增設科研項目，吸納有興趣的學生提前進入科研團隊；建立全程培養機制，由淺入深，前后呼應，實現專業知識從廣度到深度的拓展，形成本-碩-博連貫培養體系，提供直碩或直博的持續培養進階。研究成果將助力巖土工程專業課程建設，為科研育人實踐提供參考。

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