基于專業認證的新工科人才能力培養支撐體系構建

彭 衛，樊瑋潔

（浙大寧波理工學院 土木建筑工程學院，浙江 寧波 315100）

引言

智能時代對人才需求提出了新要求，即要求高校培養的人才在將來能成為智能時代的工程科學家、智能時代的高級管理者、智能時代的工程專門人才，分別具有“應用科學+技術”特長、“管理+技術”特長、“信息智能技術”特長，分別具備主動實踐、全局觀念和全球意識的個性特征，戰略思維、超強的心理承受能力的個性特征，工匠精神的現代產業鏈上的智能工程師的個性特征。智能時代人才的能力目標是學有專攻、多專多能，需要各專業構建有機的課程模塊，以供學生選擇，進行學科交叉和跨界培養［1］。

面對智能時代上述人才特征和能力目標的需求，傳統工科專業的工程教育顯得有些力不從心。其主要表現為：（1）工程教育側重于學術研究，理論和實際操作能力相脫離；（2）人才培養模式脫離生產實際，針對工程設計這一工程實踐的本質，很少采用基于多工程案例的項目化教學，而是各門課程各自為政，培養的學生缺乏工程師的思維模式和素質，缺乏創新能力；（3）課程教學內容陳舊，教材的更新速度遠落后于技術的更新速度；（4）我國具有工廠專業實踐經歷的工科院校專業教師較少，博士畢業直接任教情況普遍，實踐經驗先天不足；即使有少數具備實踐經驗的雙師雙能型教師，所掌握的工程技術和能力也沒有跟隨行業技術進步及時更新［2-3］。

土木建筑行業已進入以建筑信息模型（building information model，簡稱BIM）技術為平臺的智能建造時代，急需掌握標準化設計、裝配化施工、智能化檢測、信息化管理等的創新創業型人才。而目前的專業課程從課程教學內容、課程考核標準到任課教師的知識能力結構，都只能滿足傳統產業鏈方式“規劃—設計—施工—管理”的行業人才需求，高校人才供給與社會人才需求之間的這種差異，造成了高校畢業生與用人單位需求不一致。用人單位覺得“學生的能力不夠、責任感不強”；學生本人感到“工作中需要的能力學校沒培養，學校教的知識工作單位早就淘汰或更新了”，使得大家產生“本科畢業生的能力在下降”［4］的印象。

一、新工科人才培養總體設計

面向智能時代土木建筑行業人才需求，設計“培養目標—畢業要求（能力體系）—課程目標（課程體系）”層級支撐的新工科人才培養系統（見圖1）。

圖1 新工科人才培養總體設計

（一）圍繞新工科人才培養目標，設計畢業要求能力指標體系

參照工程師職業能力要求，遵循SMRAT（specific,measurable,achievable,realistic,time bound,簡稱SMRAT）原則，制定明確清晰、可測量評價、可實現、具有時代特點的畢業要求。

1.工程知識。（1）正確表達：能應用數學、自然科學、土木工程學科的語言表述復雜工程問題。（2）建模求解：能針對具體的土木復雜工程問題建立數學、力學模型并求解。（3）分析推演：能夠應用工程基礎和專業知識推演、分析土木復雜工程問題。（4）比較綜合：能夠應用相關專業知識，通過模型比較與綜合，優化土木復雜工程問題的解決方案。

2.問題分析。（1）識別判斷：能夠準確識別和判斷土木工程問題的關鍵環節和參數。（2）正確表達：能基于科學原理和數學模型方法正確表達土木工程結構體系和復雜工程問題的解決方案。（3）分析研究：能結合文獻研究，對復雜工程問題的影響因素進行分析論證，了解解決方案的多樣性，尋求可替代方案。（4）有效結論：能運用基本原理，借助文獻研究，分析過程的影響因素，獲得有效結論。

3.設計/開發解決方案。（1）方案設計：針對土木工程問題，能夠根據項目要求、技術指標和各種影響因素，進行土木工程項目的前期規劃與方案設計。（2）結構設計：能夠運用土木工程結構設計原理和技術方法，對特定土木工程進行結構構件設計，呈現設計成果，并體現出一定的創新性。（3）工程實施：能夠設計（開發）滿足土木工程特定需求的管理體系及施工方案。（4）制約因素：在解決土木復雜工程問題的設計方案和施工方案中，能綜合考慮公眾健康和安全、法律、文化及環境等制約因素并做出決策。

4.研究。（1）方案調研：能夠基于科學原理和專業知識，通過文獻研究、實地考察或調研，對復雜工程問題的解決方案進行分析。（2）方案設計：能夠根據土木工程項目特征確定復雜工程問題的研究路線，設計實驗方案。（3）方案實施：掌握相關實驗操作技能，能夠根據實驗方案構建實驗系統，安全開展實驗，科學采集實驗數據。（4）結果分析：能夠對實驗結果進行系統分析和解釋，書寫實驗報告，通過信息綜合得到合理有效的結論。

5.使用現代工具。（1）了解工具：了解土木工程專業常用的結構設計軟件、繪圖軟件、結構檢測儀器的原理和方法，并理解其局限性。（2）選用工具：能夠開發或選用相關計算軟件、現代工程工具對土木工程領域的復雜問題進行計算、測繪、測試，并能判斷結果的合理性。

6.工程與社會。（1）工程法規：熟悉土木工程行業的相關產業政策、法律法規、技術標準和規范規程等。（2）合理評價：基于國家標準和行業規范，能夠合理評價土木工程實踐對社會、健康、安全、法律以及文化的影響，并理解應承擔的責任。

7.環境和可持續發展。（1）認識理解：能夠認識和理解土木工程活動與環境和可持續發展的關系。理解環境對工程的制約，注重使用節能環保的技術方案。（2）分析評價：能針對具體土木工程項目，分析和評價土木工程項目實施對環境、社會可持續發展的影響。

8.職業規范。（1）價值觀：具有良好的人文社會科學知識與素養、正確的價值觀和社會責任感，身心健康。（2）職業道德：理解誠實公正、誠信守則的工程職業道德和規范，并能在工程實踐中自覺遵守。（3）社會責任：理解工程師對公眾的安全、健康、環境保護的社會責任，能夠在工程實踐中自覺履行責任。

9.個人和團隊。（1）團隊合作：具有團隊合作意識，能夠準確把握個人在團隊中的角色，能獨立完成團隊分配的工作。（2）組織協調：具有較強的組織、協調和指揮能力，能在多學科背景團隊中承擔專業性職責，并與其他團隊成員有效溝通和合作。

10.溝通。（1）有效溝通：能夠以書面報告、陳述發言或答辯等形式就土木復雜工程問題清晰表達自己的觀點，并能與業界同行及社會公眾進行有效溝通和交流。（2）國際視野：具有良好的土木工程專業外語能力，了解土木工程領域的國際現狀，能在跨文化背景下進行溝通和交流。

11.項目管理。（1）掌握原理：理解并掌握土木工程專業相關的項目管理、工程概預算和工程經濟分析與決策方法。（2）實踐應用：能夠運用工程管理知識與經濟決策方法對工程項目進行有效組織和科學管理，具有一定的組織、管理和領導能力。

12.終身學習。（1）學習意識：能認識到不斷學習和探索的必要性，具有自主學習和終身學習的意識。（2）學習能力：具有提高終身學習和適應土木工程新發展的能力。

將上述畢業要求外化為進階的三層次能力目標（如圖1），以培養符合國家、行業需求的掌握智能建造技術、精通建筑信息管理、具有時代家國情懷的土木工程一流本科專業應用型創新人才，滿足智能建造時代對土木建筑類專業人才知識、能力、素質方面的新要求。

（二）按照成果導向（OBE）理念，構建一流本科專業課程體系

以解決復雜工程問題能力為導向，構建一流本科專業課程體系，制定課程教學大綱。對體系中的每門課程，根據對畢業要求指標點達成的支撐，確定課程教學目標，規劃課程教學內容，設計教學活動，選取適當考核方式，評價課程目標達成度。

（三）實施上述課程體系，定期評價，持續改進

每學期對每門課程目標達成度進行評價，定期對課程體系、畢業要求、培養目標達成度進行評價，并持續改進。根據課程目標達成度修訂教學大綱；根據畢業要求達成度改進課程體系；根據培養目標實現程度修訂畢業要求指標點；根據國家愿望、時代行業需求、學校發展定位修訂人才培養目標。在課程體系、畢業要求、培養目標三個層級上形成人才培養質量持續改進循環系統。

二、適應新工科人才需求的進階式三層次能力體系

圍繞新工科創新人才需求，根據認知規律，將土木類人才工程能力分解為進階的工程基本能力、工程系統能力、工程創新能力三層次能力體系，細化為具體的能力目標，設置相應的專業基礎課、專業模塊課、專業特色課，來實現這些細化的能力目標（見圖2）。制圖能力、測量能力、建筑材料使用能力、工程計算能力等工程基本能力，通過專業基礎課程“工程制圖”“工程測量”“土木工程材料”“材料力學”“結構力學”等的教學目標的達成來實現；結構選型、工程設計、工程施工、工程管理等工程系統能力，通過專業模塊課程“混凝土結構”“鋼結構”“基礎工程”“土木工程施工”“工程項目管理”等的教學目標的達成來實現；設計思想、結構體系、施工工藝、管理模式等方面的工程創新能力通過專業特色課程“畢業設計”“學科競賽”“創新創業訓練”“科研訓練”等的教學目標的達成來實現。

圖2 進階式三層次能力體系——課程體系

三、以能力達成為導向的遞進式三跨度支撐體系

以三層次工程能力培養為導向，在工程基本能力學習、工程系統能力培養和工程創新能力訓練三個層次上給予學生相應的能力發展支撐，構建“跨課堂、跨課程、跨學科”遞進式三跨度支撐體系（見圖3）。

圖3 遞進式三跨度支撐體系

（一）開展跨課堂的理論實踐一體化教學

在“BIM制圖”“工程測量”“土木工程材料”“結構力學”等專業基礎課程教學時，設置課內實驗操作和課外實踐的學分、學時，設立課程實踐教學目標，安排相應的實驗實踐教學內容，實施教學，并對每名學生的課程目標達成度進行測評。建立線上課程學習資源庫和虛擬仿真實驗室，包括線上課程資源、難點重點講解視頻、線上習題課、實驗操作演示視頻、工程測量虛擬仿真資源、工程制圖動畫等，并利用學院網站、省課程平臺、中國大學MOOC等平臺，課外時間對學生開放。通過以上專業基礎課程的“設計—實施—測評—改進”閉環教學改革，開展跨課堂的理論實踐一體化教學，支撐學生專業基礎課程的學習。

（二）開展跨課程的項目化教學

支撐分項工程設計、分部工程施工、分部工程運維、單體工程管理等工程系統能力培養。在專業主修課、專業模塊課學習時，開展了混凝土結構、工程概預算、橋梁工程、道路工程、土木工程施工類課程等課程系列化的項目化教學改革，打破課程界限，基于CDIO策略，以土木建筑工程案例作為項目化教學任務書，綜合運用單項基本能力，進行工程系統能力培養。在構思（conceive）階段，進行方案比選，培養結構選型能力；在設計（design）階段，進行內力計算與組合、截面配筋與驗算、造價分析，并進行施工圖繪制；在實施（implement）階段，進行建模或模型搭建，培養工程施工能力；在運營（operate）階段，模擬實際工程運營，進行質量檢測、健康狀態評估、加固維修、壽命預測。設置了“混凝土結構”課程項目化教學實施案例（見圖4）。

圖4 “混凝土結構”課程項目化教學案例

（三）開展跨學科的創新能力訓練

從課程設置、學生組織、教學團隊等方面保障跨學科的創新訓練常態化開展。

在專業特色課程（選修課）開設上引進競爭機制。根據教學內容、教學目標的創新性進行選拔，鼓勵教師把自己的科研項目以及帶領學生參加的國家級大學生創新創業項目作為課程教學內容，課程考核方式靈活多樣，可以結合學科競賽進行課程考核。以大學物理競賽、數學競賽、結構競賽、結構設計信息技術大賽、智能建造與工程管理創新競賽等學科競賽和國家級大學生創新創業訓練計劃項目、浙江省新苗人才計劃、教師科研項目為載體，形成校級、省級、國家級科研訓練體系。在教學團隊建設方面，組建創新課程組、學科競賽指導組等基層教學組織，深化校企合作，建設專兼結合的師資隊伍。健全基層教學組織，形成教學研討機制，形成“課程組—專業系—學院”教學管理體系。

結語

基于新工科人才需求，構建了“工程基本能力、工程系統能力、工程創新能力”的進階式三層次能力體系，并以能力目標達成為導向，設計了“課堂內外、課程之間、學科交叉”的遞進式三跨度支撐體系，通過實施，取得了顯著成效。