新工科背景下大學生專業實踐能力培養的探索與實踐

摘要：新工科背景下，對土木工程大學生的專業實踐能力有了更高要求，而學科競賽是培養學生專業實踐能力的重要途徑之一。根據新工科對大學生專業實踐能力的要求，針對目前專業實踐教學存在的不足，依托學科競賽，提出“以競賦能，以賽促教”的教學方法。以全國大學生結構設計信息技術大賽為例，從模型建立、模型深化、模型分析3個階段，以競賦能，探索學科競賽對大學生專業實踐能力的培養過程。學生通過參加學科競賽，在競賽中對課堂上學到的內容進行應用和延伸，提升學生的基本實踐能力和工程實踐能力。從專業課程和實踐課程兩個方面，以賽促教，分析學科競賽對教師專業實踐教學的促進作用和實現途徑。學科競賽與教學融合，結合專業課程教學，基于競賽改進教學方法、更新教學內容、組建教學團隊 ；結合實踐課程教學 ，將競賽與生產實習、教學試驗、畢業設計進行融合，提升教師的專業實踐教學水平。依托西南交通大學教學平臺，將“以競賦能，以賽促教”的教學方法應用于大學生專業實踐能力培養，取得了良好的效果，可為土木工程類專業實踐教學提供參考。

關鍵詞：實踐能力；新工科；學科競賽；實踐教學；人才培養

中圖分類號G642.4；TU352.1 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2909（2024）05-0085-09

基金項目：西南交通大學一流本科課程建設項目（YK20211005）；西南交通大學校級本科教育教學研究與改革項目重大項目（20241301）

建筑業正經歷信息化、數字化、智能化轉型，土木工程人才培養須與時俱進，以滿足新時代的需求，因此，迫切需要加強新工科建設。自2017年教育部發布《關于開展新工科研究與實踐的通知》以來，新工科建設從理念倡導逐步轉向推進實踐、提升質量的新階段。與傳統工科相比，新工科更加重視學科新興拓展、新型升級與新生交叉等，且在促進我國社會經濟和提高國際競爭力等方面影響更加顯著。新特征、新知識、新模式和新人才是新工科教育的具體內涵[1]，從培養學生的“理性認知”到強調實際的“工程實踐”，從“滿足需求”到“引領未來發展”，新工科對本科生的專業實踐能力提出了更高要求。

土木工程專業學生應具備的專業實踐能力包括基本實踐能力和工程實踐能力[2]。基本實踐能力涵蓋了表達能力、計算機應用能力和外語能力，而工程實踐能力則包括知識累積能力和主動實踐能力。知識累積能力體現在課程設計和課程實習過程中，學生需掌握并積累相關知識；主動實踐能力則要求學生在實習實訓過程中獨立思考，解決實際問題。在新工科背景下，對學生專業實踐能力的要求呈現雙重性質。一方面，學生需要打下堅實的基礎理論，全面了解土木工程專業的相關原理和基本方法；另一方面，學生還應具備承擔一般項目設計、施工、管理等工作的能力，具備創新思維和主動實踐意識[3-4]。這種雙重要求在培養土木工程專業學生時尤為重要。

學科競賽不僅是培養大學生專業實踐能力的重要途徑，也是實踐教學與人才培養模式改革創新的重要組成部分[5-6]。新工科背景下，學科競賽在培養大學生創新意識和專業實踐能力方面發揮重要作用，是推動專業實踐教學改革的途徑之一。西南交通大學對學生專業實踐能力的培養尤為重視，為培養學生專業實踐能力，積極組織學生參加國家級、省部級的學科競賽。以全國大學生結構設計信息技術大賽為例，從模型建立、模型深化、模型分析3個階段，結合新工科背景，分析其對培養學生專業實踐能力的作用，探討學科競賽對學生專業實踐能力的提升、對教師專業實踐教學水平的促進，以期為土木工程類專業實踐教學提供參考。

一、競賽概況

（一） 競賽簡介

全國大學生結構設計信息技術大賽由中國土木工程學會主辦，推動了建筑業發展與信息技術的深度融合，促進了高等學校土木工程專業人才培養。從2018年第1屆到2022年第5屆，大賽密切聯系行業關注點，賽題涵蓋行業熱點技術，堅持以“數字建筑，智慧建造”為主題，弘揚工匠精神，助力培養“新一代工匠”。主要內容包括結構計算模型、計算書、施工圖、深化設計圖，以及思考題解答等。大賽為土木工程專業的大學生提供了專業實踐平臺，培養了學生的思維能力、動手能力、團隊意識和專業素養，促進了高校土木工程專業教學質量的提升。大賽的部分結構模型如圖1所示。

（二） 參賽情況

全國大學生結構設計信息技術大賽已成功舉辦5屆，吸引了超過300所學校的2 000多支隊伍參加，參賽作品數量逐年增加。相比于首屆大賽，第5屆的參賽隊伍和提交作品數分別增長了15.84%和42.96%，如圖2所示。學生參加學科競賽的熱情高漲，獲得了社會的廣泛認可，還提供了不同高校大學生同場競技和互相交流的平臺。

二、競賽對學生專業實踐能力的培養

融合新工科理念，以競賦能，通過模型建立、模型深化、模型分析等大賽不同階段，激發學生的主動學習能力、自我思考能力、時間規劃能力，多層次、多維度培養土木工程專業學生的專業實踐能力。

（一） 模型建立階段

參賽隊伍根據賽題給定的工程項目信息進行構件截面選擇、結構布置、結構模型繪制等工作。該階段大致分為3個步驟。

（1）參賽隊伍應用混凝土結構設計原理、鋼結構設計原理課程中的知識點，選擇梁板截面，進行構件布置，再根據土木工程信息化模型及應用中的建模知識，進行結構繪制。這個過程考查學生對專業基礎知識的掌握情況，培養學生的知識理解能力。

（2）參賽隊伍輸入賽題給定的荷載信息、地震作用等，運用工程荷載與可靠度設計原理、建筑結構抗震設計等課程中的知識點進行荷載組合、內力計算，結構計算與分析，并根據結構設計軟件給出的警告信息進行結構模型的調整。這一步驟主要考查學生對專業課程的理解程度，培養在實際情境中靈活應用所學知識的能力。

（3）參賽隊伍繪制結構模板圖，并標注主要構件的截面尺寸及定位尺寸，應用工程制圖及數字化表達中的知識點，繪制工程施工圖，考查學生對工程制圖的規范表達能力。

通過模型建立階段，整合不同課程中的知識和技能，使學生在實際工程項目中運用所學知識，培養專業實踐能力。一層結構模型的建立如圖3所示。

（二） 模型深化階段

該階段參賽隊伍在模型建立的基礎上完成深化設計圖和連接節點大樣圖，并進行碰撞檢查。該階段大致分為兩步。

（1）應用預制裝配式結構與工程、建筑施工技術、工程制圖及數字化表達等課程知識點，完成預制柱、預制梁、預制板、預制樓梯的深化設計圖，并繪制梁柱連接節點和衛生間沉箱與預制梁連接節點大樣圖。這個過程培養學生的知識理解能力和工程制圖能力。

（2）學生根據土木工程信息化模型及應用的知識點進行節點鋼筋三維碰撞檢查，對鋼筋有沖突的部位進行避讓，以保證工程設計與施工協同工作。這個過程培養學生的動手操作能力。

通過模型深化階段，學生在實踐中應用專業知識，進一步提升專業實踐能力。模型深化的部分構件細節如圖4所示。

（三） 模型分析階段

該階段參賽隊伍完成思考題的解答，主要任務是對工程設計、建模、深化階段的特點進行探討和思考，大致分為3步。

（1）思考題解答前期，學生查閱國內外抗震設計、結構構造等文獻，對重難點進行思考，培養學生外文文獻的閱讀能力。

（2）思考題解答過程中，運用建筑結構設計、建筑結構抗震設計、高層建筑結構設計等課程知識，探索結構體系的特點，如工程抗震等級判斷、超限高層建筑工程抗震設防審查、無梁樓蓋設計、荷載計算、轉換層形式選擇等，深入思考工程設計和施工協調，對工程設計出現的具體問題提出自己的見解，培養學生積極思考的能力。

（3）以書面文本的形式提交思考題解答思路，培養學生的文字表達能力。

在模型分析階段，教師和學生之間、學生和學生之間協作交流，互相學習成長，既有學生為主、引導創新的優教，也有主動學習、發現探索的優學。例如，學生與教師交流，分析模型中的不足，如圖5所示。通過模型分析，學生不僅深化了對專業知識的理解，而且增強了積極思考、文獻閱讀和文字表達等專業實踐能力。

對于學生，每一次競賽都是對專業實踐能力的檢驗，每一個競賽作品都是專業實踐能力的展示。通過大賽的3個階段，強化學生計算機應用、專業實踐能力，提升學生綜合應用多門課程的能力。以競賦能的學生專業實踐能力培養如表1所示。

三、競賽提升教師專業實踐教學水平

競賽不僅培養學生的專業實踐能力，而且也提升了教師專業實踐教學水平。以西南交通大學為例，在教學方面，已有基于SC（Student-Centered）的教學模式[7]、線上線下融合的混合式教學[8]的探索。此次結合新工科要求，以賽促教，將競賽融入專業課程和實踐課程教學，針對當前教學過程中存在的問題，找出提升教學質量的方法，從而提升土木工程學生的專業實踐能力。以賽促教的專業實踐教學體系如圖6所示。

（一） 競賽與專業課程教學融合

專業課程是人才培養的基本要素，專業課程質量是人才培養的核心要素，將競賽融入專業課程教學，是人才培養的有益元素。以賽促教，對教師、學生雙方都有利。競賽與專業課程教學融合可以從基于競賽改進教學方法、基于競賽更新教學內容、基于競賽組建教學團隊三方面開展。

基于競賽改進教學方法，將學科競賽融入專業課程教學，在競賽中發現學生專業知識體系中的不足，從專業課溯源，找到教學中存在的薄弱環節，及時改進教學方法，彌補學生專業知識的不足，從而提升專業理論知識與綜合實踐能力。在傳統專業課程教學中，各門專業課程獨立講授，且多傾向于理論知識傳授，缺乏不同專業課程之間的串聯。而競賽則要求學生綜合運用專業知識，且不能照搬課本內容，需要具體情況具體分析。這就需要教師在授課中及時改進教學方法，不僅要講授本門課程的專業知識，而且要引導學生聯系賽題思考其他課程的專業知識，加深學生對理論知識的理解。同時，邀請工程設計單位的工程師聯合授課，從工程實踐的角度進行講解，幫助學生將專業知識與工程實踐融會貫通。例如，在模型分析階段，教師在講授建筑結構抗震設計課程時結合大賽思考題引導學生思考和討論，培養學生主動探索的意識，幫助學生加深對抗震理論知識的理解。通過競賽與教學課程的有機結合，學生能夠運用所學知識解決實際問題，提高專業綜合素養。

基于競賽更新教學內容，實現新工科背景下專業結構調整，滿足建造業對信息化人才的需求。智能建造背景下，借助學科競賽平臺及時更新教學內容，引導學生接觸前沿研究領域，提升專業實踐能力。落實新工科建設理念，必需設置具體課程指導工科教育教學，這是理念實踐化的關鍵步驟[9]。西南交通大學獲批開設智能建造專業，在土木工程學科中引入建筑信息化技術和先進的教學輔助設備。而競賽緊扣行業熱點，考查學生應用信息化技術的能力。這就需要教師在其專業課程授課中，一方面教授理論知識，另一方面根據賽題更新課程實踐，形成專業課程教學與競賽互動機制，提升學生的專業實踐能力。例如，在模型建立階段，教師在講授土木工程信息化模型與應用課程時可結合賽題讓學生學習如何建模，從而加深學生對信息化技術的理解，鍛煉其完成實際項目的操作能力。

基于競賽組建教學團隊，以競賽為抓手，幫助青年教師重視實際工程需求，提高解決實際問題的能力。大多數青年教師在博士畢業后，直接進入高校從事教學工作，工程實踐經驗不夠，理論與實踐聯系不緊密。而競賽賽題來源于實際工程，學科競賽中學生展現出來的能力，側面體現指導教師的理論水平和專業技能。這就需要組建競賽指導教師團隊，教師團隊以競賽為紐帶，并邀請工程設計單位參與交流探討，提升教師的實踐教學水平。同時，大賽也為指導教師提供了培訓機會，幫助增強指導教師的競賽指導能力。教師通過指導學生參加學科競賽，結合自己授課的課程，增加理論和實踐的互動環節，實現工程實踐與教學內容的有機融合。例如，在模型深化階段，預制裝配式結構與工程、土木工程信息化模型與應用等課程的授課教師結合賽題交流和探討 ，豐富理論和實踐教學內容。組建指導教師團隊不僅能提高教師的實踐教學水平，而且能幫助教師加深對工程問題的認識，進而反哺課堂教學。

（二） 競賽與實踐課程教學融合

實踐課程是學生以實際工作者的身份，直接或間接參與現場施工、科研實驗和結構設計的實踐教學模式。實踐課程有利于加深學生對課堂專業知識的理解，并培養其解決復雜工程問題的能力[10]。在實踐課程教學中引入競賽，基于競賽創新教學模式，總結教學經驗、完善教學知識體系，讓學生對實踐課程教學內容進行練習和再認識，增強學生的專業實踐能力。以西南交通大學為例，實踐課程有計算機繪圖實訓、土木工程概論與認識實習、土木工程生產實習、課程設計和畢業設計等，大致分為工地實踐、科研實驗和畢業設計3個大類。通過這些課程，學生有機會在真實的工作環境中學習和實踐，為未來工程實踐奠定堅實的基礎。

生產實習與學科競賽銜接，基于競賽創新教學模式，將競賽融入生產實習教學，培養學生的工程師意識，鍛煉動手操作能力，提高本科生實踐課程的教學質量。生產實習中，學生需要頂崗實習，更好地理解結構設計、圖紙識讀、工程施工技術，在融入企業的過程中，體會行業對工程師素質的全面要求。而在大賽中，教師指導學生完成具體項目的設計、出圖工作。這就需要教師結合大賽的流程，指導學生完成生產實習，提前進行演練，為學生工地實習積累經驗。例如，在土木工程生產實習授課期間，教師結合大賽的模型建立和模型深化階段幫助學生圖紙識讀、理解結構設計，全面提高學生運用課程知識解決實際問題的能力，有助于學生縮短社會適應期，提升就業競爭力。

將教學實驗與學科競賽適度結合，基于競賽中的工程難點，將工程中的科學問題反映到實驗教學中，有助于培養學生的科學探索意識和團隊合作精神，培養實際操作能力。在指導實驗中，教師不僅講解理論知識，也結合競賽題目，分析實驗反映的工程問題，引導學生思考如何改進實驗設計。在分組中，針對學生個體化分工，學生各自負責部分實驗工作，合力完成實驗任務。例如，在建筑結構抗震設計中，部分學生參加SRTP（Student Research Training Program）項目，教師組織學生完成木結構的抗震試驗，分析試驗現象和數據，提高學生對木結構抗震性能的認識。不僅鍛煉了學生的動手能力，而且培養了學生的團隊協作意識。

在本科生的畢業設計中，加入競賽元素，基于競賽進行畢業設計題目的構思。本科生畢業設計雖然涵蓋眾多任務，如收集和分析設計資料、制定方案、計算繪圖、編寫設計文件等[11]，但大多雷同，難以培養學生的獨立思考和創新能力。而每屆大賽都密切聯系行業熱點技術，相當于一次接近工程的實踐。教師可將競賽作為輔助手段，在畢業設計中引入大賽涉及的行業關注點，在鞏固課程知識的基礎上，更新完善畢業設計的內容。例如，在學生進行畢業設計過程中，教師可以結合大賽的賽題，在畢業設計中引入最新的行業需求，在畢業設計中注入新鮮血液，根據大賽的具體流程，幫助學生理解畢業設計的任務。學生通過完成實際的工程項目設計，全面提升學生獨立思考能力、外文文獻閱讀能力和文字表達能力。

綜上所述，專業實踐教學與競賽銜接，不僅可以增強學生的專業實踐能力，而且還可以提升教師專業實踐教學水平。競賽為專業實踐教學提供較好的平臺，使教學由傳統的灌輸式轉為驅動式，實現了理論與實踐的有機結合。專業課程教學主要幫助學生累積知識，實踐課程教學主要培養學生的主動實踐能力、計算機應用能力、外語能力和表達能力。

四、專業實踐能力培養的成效

在新工科背景下，競賽與專業課程、實踐課程融合，達到了對土木工程學生專業實踐能力培養的目的，對教師的專業實踐教學水平有積極促進作用。在學科競賽中，學生成績也體現了其專業實踐能力。以西南交通大學為例，5屆大賽共獲特等獎2個、一等獎5個、二等獎11個、三等獎15個，如圖7所示。從第1屆到第5屆大賽，學生的獲獎總數逐年增多，獲獎等級更多元。在新工科背景下，“以競賦能，以賽促教”的教學模式取得了明顯成效。雖然取得了一些成績，但在學生的專業實踐能力培養方面，還值得關注。例如，明確學科競賽在人才培養過程中的輔助地位，作為一種課程教學的有益補充，避免其喧賓奪主；注重在競賽中培養學生的專業實踐能力，而不完全以大賽成績論“成敗”，避免大學生功利化的“為賽而學”；優化指導教師團隊，促進多門專業課程的交叉融合，幫助學生對專業知識融會貫通，避免“為賽而教”。

五、結語

在新工科背景下，根據新時代對大學生專業實踐能力的要求，以全國大學生結構設計信息技術大賽為例，探討了學科競賽對土木工程學生專業實踐能力的培養和對教師專業實踐教學的促進作用，并依托西南交通大學 ，進行了大學生專業實踐能力培養的教學實踐。

（1）從大賽的3個階段，探索了學科競賽對學生專業實踐能力的培養過程。通過參與學科競賽，以競賦能，幫助學生認識“學然后知不足”，強化學生的專業實踐能力，讓其綜合專業實踐能力得到鍛煉和提升。

（2）從專業課程和實踐課程兩方面，分析了學科競賽對教師專業實踐教學的促進作用和實現途徑。以賽促教，基于競賽改進教學方法、更新教學內容、組建教學團隊，在生產實習、科研實驗、畢業設計中融入學科競賽 ，提升教師的專業實踐教學水平。

（3）依托西南交通大學教學平臺，實踐了“以競賦能，以賽促教”的教學改革，并在學科競賽中取得了較好的成績。學生專業實踐能力培養取得了明顯成效，可供土木工程類專業實踐教學參考。

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Exploration and practice of cultivating college students’ professional practical ability under the background of emerging engineering education： Taking national college students’ structural design information technology competition as an example

PAN Yia，b， LAI Xinyuea， LIN Yongjuna， GUO Ruia

（a. School of Civil Engineering；b. Key Laboratory of Seismic Engineering of Sichuan Province， Southwest Jiaotong University， Chengdu 610031， P. R. China）

Abstract： Under the background of emerging engineering education， there is a higher requirement for civil engineering students？professional practical ability， and subject competition is one of the important ways to cultivate students？professional practical ability. According to the requirements of emerging engineering education for college students？ professional practice ability， aiming at the shortcomings of the current professional practice teaching， relying on subject competition， the teaching method of empowering by competition and promoting teaching by competition is put forward. Taking the national college students？ structural design information technology competition as an example， this paper explores the process of cultivating college students？professional practice ability by competitive empowerment from three stages as model establishment， model deepening， and model analysis. By participating in subject competition， students can apply and extend what they have learned in class so as to improve their basic practical ability and engineering practical ability. From the two aspects of professional courses and practical courses， this paper analyzes the promotion effect and realization way of subject competition on teachers’professional practice teaching. In the integration of subject competition and teaching， combined with professional course teaching， it is to improve teaching methods， update teaching content， and form teaching team based on competition Combined with practical course teaching， competition is integrated with production practice， teaching experiment，and graduation design to improve teachers？professional practical teaching level. Relying on the teaching platform of Southwest Jiaotong University， the teaching method of empowering by competition and promoting teaching by competition has been practiced in the cultivation of college students？professional practical ability and achieved good results which can provide reference for the professional practical teaching of civil engineering.

Key words：practice ability；emerging engineering education；subject competition；practice teaching；talent training

（責任編輯 鄧云）