基于OBE的土木工程專業課程教學內容與能力培養關系研究

賈艷東

［摘 要］為了達到工程教育專業認證對土木工程專業學生畢業時應具有的12個方面能力的要求，文章主要研究如何在公共基礎課程教學、專業基礎課程教學、專業理論課程教學、專業實踐課程教學、創新課程及活動教學中培養學生的能力。如以數學、物理為例，在公共基礎課程教學中把知識點教學與土木工程專業應用聯系起來培養學生的專業能力。專業課程教學應與具體的工程應用結合起來，在知識應用中重視專業標準與規范的使用，培養學生用專業知識分析、解決實際工程問題的能力和法治意識，并引導學生在掌握基礎知識的前提下進行創新。最終形成系統、不斷線的教學內容傳授與能力培養的體系框架。

［關鍵詞］OBE；土木工程；課程教學；能力培養

［中圖分類號］G642［文獻標識碼］A［文章編號］2095-3437（2024）02-0084-04

按照我國工程教育專業認證的要求，土木工程專業學生畢業時應該具有12個方面的能力。能力培養與課程直接相關，課程質量決定人才培養質量，改變課程教學模式、全面構建教學與工程實際相結合的課程教學對于培養學生的綜合能力至關重要[1]。要想培養一流的土木工程專業人才，無論是應用型還是研究型的，都需要滿足最基本的能力培養要求。而能力培養和工程應用是一體的，而不是單一的各門課程教學的簡單疊加，只注重課程知識點的教學無法讓學生領悟知識在實際工程中怎么運用，這會使學生對知識點的學習沒有明確的目標，動力不足，興趣不強。尤其是基礎課教學，如果學生不清楚所學知識的用途，到學習專業課時，也就不清楚如何用基礎知識去解決專業問題。因此，教師要盡可能地把本門課程的知識點在其他課程以及工程中的應用講清楚，使學生知道如何學有所用，從而培養學生的專業能力。

一、在傳授基礎課程教學內容過程中培養學生專業能力

（一）公共基礎課程教學中的學生能力培養

雖然公共基礎課程的知識在后續的課程中應用得較多，其他課程的教師也可以進行知識應用的引導，但公共基礎課教師還是需要在教學中把一些知識點與專業工程應用聯系起來進行講解。公共基礎課教師通過與專業課教師一起研討，首先了解公共基礎課程的教學內容在工程中如何應用，然后講解知識的應用方法，這樣才能培養學生將數學、自然科學等基礎知識用于解決土木工程實際問題的能力。例如，講解數學知識時，用y=x和y=x3這樣簡單的函數曲線對比，結合慣性矩I=bh3/12就可以解釋為什么要采用提高梁的高度的方法來降低梁的撓度而不是采用加大梁的寬度的方法來降低梁的撓度。在施工技術與組織中可以利用高等數學的微分求和去求一塊不規則的土地面積以及計算面積下的土方體積，在水力學中利用積分求曲面上靜水壓力，在荷載位移曲線中利用微積分求和計算曲線下面積得到能量。面向土木工程專業的學生講授大學物理中的力學，完全可以結合建筑受力的問題來展開，比如講解牛頓定律時，無論是牛頓第一定律還是第二定律，都可以聯系地震對建筑產生的作用影響來講解。在地震作用下，建筑質量越大慣性越大，地震作用力也越大，因此，需要研究建筑輕質化來減輕地震作用。這些問題雖然是專業問題，但若教師在教學中引導學生進行應用，學生在初入大學階段就會對其有深刻的印象，在未來進行工程應用和研究時就會知道如何利用所學基礎知識來解決實際問題。

（二）專業基礎課程教學中的學生能力培養

專業基礎課程學習階段是培養學生工程能力、豐富學生專業底蘊的重要專業學習時段。把專業基礎課程的知識與工程問題聯系起來講很有必要，能夠把土木工程專業的工程問題進行建模和計算是該專業學生最基礎和關鍵的能力，也是學生未來工作中專業能力提升的底蘊保障。例如，在結構力學中一根梁搭在兩端磚墻上簡化為簡支梁；一根鋼筋混凝土次梁與兩端的鋼筋混凝土主梁澆筑在一起，次梁簡化為簡支梁，但要考慮端部主梁對次梁有一定約束，就會有一定的負彎矩；講多跨靜定橋梁，就要講為什么不用連續梁橋，并結合電影《橋》中如何炸橋講計算模型中的基本部分和附屬部分；講拱就要聯系趙州橋，談拱橋為什么跨度很大卻可以用石塊建造的原理；提到結構上的作用力，要講力的來源——建筑中豎向荷載多數是自重，水平荷載多是風荷載或地震作用。這樣學生就能把工程與力學聯系起來，培養用力學概念和方法解決實際問題的意識與能力。模型正確，才能保證計算與實際相符。講矩陣位移法可以利用計算機軟件編程來解決矩陣位移法的計算問題，培養學生將不同學科知識交叉應用的意識和能力，滿足新工科對學生解決復雜工程問題的能力培養要求。在土木工程制圖中需要結合制圖標準和常用的22G101-1圖集，利用實際工程圖，講解圖幅、比例、圖線、圖形表達的含義等，非常直觀地把制圖與實際工程聯系起來，培養學生制圖、識圖的工程語言表達能力。在介紹土木工程各類材料的同時，要結合工程應用講授相關知識與技能。如介紹混凝土時，需要把工程對混凝土選用的要求、混凝土如何提高性能、如何選用外加劑且考慮耐久性要求、如何使用再生材料以滿足節能環保及社會可持續發展的要求、如何進行現場砂石的檢測以滿足工程要求且避免堿骨料等帶來的嚴重工程問題等這些與工程相關的內容講清楚。在培養學生基本的材料應用能力的同時，側重培養學生的新材料研發能力和節能環保意識。在講解鋼筋混凝土結構設計原理中構件在拉、壓、彎、剪、扭力的作用下截面承載力的計算問題時，需要把構件放到工程中，并且要考慮一個構件會出現的兩種截面計算問題，例如一根框架梁的跨中和支座邊緣分別是單筋矩形截面和雙筋矩形截面，要講清楚兩種截面類型產生的原因，使學生對框架梁跨中和支座邊緣的配筋特征形成明確概念，在施工中避免產生工程問題。同時，在截面承載力計算和構件實驗中要側重結合力學分析，把構件的內力與破壞現象聯系起來，將截面破壞的力學內因介紹清楚，培養學生研究、分析、處理工程事故與缺陷的能力。例如，一根鋼筋混凝土梁在三點、四點彎曲時梁內力會產生彎矩和剪力，最終可能還會產生跨中裂縫和支座與加載點之間的斜裂縫，將這些裂縫與梁內的主拉應力曲線和主壓應力曲線聯系起來講，就可以直觀地建立起裂縫的產生與應力狀態的對應關系，讓學生清楚不同的裂縫是什么應力造成的，通過現象看本質，這樣才可以有針對性地采取措施處理工程問題（如圖1所示）。

在講解鋼結構設計原理在構件設計計算中的應用時，應結合實際工程中的事故，特別是鋼結構屋蓋的坍塌事故，重點強調穩定破壞問題，分析出現穩定問題的原因，使學生形成重視整體穩定與局部穩定的工程意識，培養其對工程問題的分析和處理能力。在土力學中可結合建筑墻體裂縫、整體傾斜事故等問題講解分層總和法計算地基沉降，結合基礎開挖中的邊坡支護講解土坡穩定問題，準確地把工程問題與理論結合起來，使學生的工程認知與能力在潛移默化中得到提升。

二、在傳授專業課程教學內容過程中培養學生專業能力

（一）專業理論課程教學中的學生能力培養

專業理論課教學的主要目標是使學生形成專業整體概念。這部分課程的教學與工程、規范聯系得更密切，因此應該在介紹理論的同時，緊密聯系相關規范，介紹規范要求及做法，講授工程對社會、健康、安全、法律以及文化的影響，培養學生遵守規范的責任意識和建造精品的工匠精神。例如，講房屋建筑學就像醫學中的人體構造，學完房屋建筑學，就會知道建筑由哪些部分構成，每部分理論上該考慮什么，實際上工程技術人員和規范又是怎么做的，這樣在設計、施工、預決算工作中才能做得好且不會漏項。在樓梯設計中，除了介紹樓梯的作用及類型，還要說明樓梯踏步、平臺、欄桿的尺寸直接關系到人行走的安全和舒適度，因此需要結合不同建筑的規范，講授樓梯設計中各尺度的確定。《中小學校設計規范》（GB50099-2011）針對各類小學規定了樓梯踏步的寬度不得小于260 mm，高度不得大于150 mm，而各類中學的樓梯踏步的寬度不得小于280 mm，高度不得大于160 mm。踏步寬度、高度要求的變化，直接影響了中小學校園內的樓梯設計結果，因此，結合規范講授構造做法十分必要，可以讓學生在學習過程中養成遵守規范的意識和使用規范的能力。在建筑結構抗震設計中講場地與地基就得結合具體工程的地質勘察報告，劃分場地類別。講結構自振周期，就涉及PKPM等專業應用軟件使用時具體參數的選用，如周期折減系數，需要把模型沒有填充墻和實際工程有填充墻相對比，模型剛度小周期大，實際工程剛度大周期小，再結合地震影響系數曲線，解釋周期折減的必要性及其對建筑安全的影響。

（二）專業實踐課程教學中的學生能力培養

專業實踐課程是對專業知識進行應用的練兵環節，練的最佳方式就是貼近實戰，即使是模擬也要仿真，通過實踐培養學生的工程能力。例如，實習環節要結合不同學習階段對專業認識的需要，選擇已建工程和在建工程，認識實習要以對專業對象的認知為主，要認識建筑總體構成，也要認識建筑構件內部構成。生產實習和畢業實習應包括設計實習和施工實習，分別在設計單位和施工現場完成實習任務。設計實習可以讓學生學習結構的設計方法，學會如何將專業理論用于設計實踐，學習建筑結構方案的確定、梁板柱尺寸的確定、各類荷載計算以及專業軟件使用方法。施工實習可以學習施工組織技術，進一步認識如何進行施工質量、施工進度、施工造價的控制，認識構件內鋼筋在結構中的位置與受力之間的對應關系。房屋建筑學課程設計是按照實際工程的功能要求，結合民用建筑通用規范、民用建筑設計統一標準、對應的建筑設計規范、建筑設計防火規范等，完成建筑施工圖的初步設計。完成設計成果可以加深學生對建筑設計理論與構造的理解，也能達到使學生學會規范和熟練進行工程制圖等鍛煉綜合能力的目的。在鋼筋混凝土樓蓋課程設計訓練中，僅僅練習單向板樓蓋設計是不夠的，實際工程的樓蓋大多是既有單向板又有雙向板的，而且以雙向板居多，因此樓蓋的設計要求應是結合建筑平面，合理布置單向板或雙向板。樓蓋的梁板配筋也需結合工程設計要求，考慮承載力極限狀態設計、正常使用極限狀態設計和耐久性設計；除了理論計算，還要充分考慮梁板的構造要求，如板最小厚度、梁板保護層厚度、梁裂縫最大寬度、梁縱筋間距、梁箍筋直徑、梁腰筋設置等。在驗算梁裂縫寬度時，梁已有了計算配筋結果，如果最大裂縫寬度超過了限值要求，結合最大裂縫寬度ωmax的計算公式，ωmax與d為線性關系，應知道可以通過減小鋼筋直徑來減小裂縫寬度以滿足裂縫寬度限值要求的調整方法，培養學生運用理論解決實際工程問題的能力。

三、在創新課程與活動中培養學生專業能力

在創新課程與活動中培養學生專業能力，主要是培養學生的創新意識、創新思維、科研能力與知識綜合應用能力。創新課程不僅僅是培養學生創新思維與教授學生創新方法的特定課程，也包括各種專業技術基礎課和專業課。專業技術基礎課和專業課除了培養學生的基本工程能力，還培養學生的創新能力。例如，土木工程材料課程教學要結合工程應用，除了培養學生基本的混凝土配合比設計能力，還要培養學生對混凝土新材料的創新意識、環保與可持續發展意識及技術創新能力，養成針對不同工況對混凝土新材料進行創新研究的習慣，以適應工程技術創新需要。

無論是“挑戰杯”還是結構設計競賽，這些創新活動基本上都是為了培養學生基于專業課程內容的創新能力。例如結構設計競賽，需要學生基于材料力學、結構力學的知識，利用多高層結構設計、橋梁設計等課程的技術，輔以專業分析軟件的使用，實現結構承載及變形要求條件下的結構優化設計。

四、結語

學生專業綜合能力培養是全方位多角度的，需要整個培養方案中各課程內容的協同支撐，才能構筑完整的能力骨架，因此，培養一流的專業人才、進行一流的課程建設尤為重要[2-5]。課程建設要以能力培養需求為目標，在合理設計培養方案的基礎上，提升各課程任課教師的能力，按照一流的價值塑造、知識傳授、能力培養要求，建設從基礎課開始的專業一流課程，發揮各課程教學內容對能力培養的直接、潛在、引導作用。

［ 參 考 文 獻 ］

[1] 趙桂峰，李慶陽，高崇旗，等.“雙一流”背景下土木工程專業本科教育教學模式探討 [J].科教導刊，2023（2）：37-39.

[2] 楊兵.一流本科課程建設背景下土木工程專業課程建設探索：以“深基坑工程”課程為例[J].教育教學論壇， 2022（41）：141-144.

[3] 雷鳴，唐仁華，鄧鳴，等.土木工程一流本科專業建設中土力學課程教學改革研究及實踐[J].長沙大學學報，2021，35（5）：101-104.

[4] 張超，陳秋南，賀建清，等.一流本科建設背景下土木工程專業實踐教學改革探索[J].安徽建筑，2022，29（2）：129-130.

[5] 艾心熒，潘兆東，羅振源，等.新工科背景下基于OBE理念的土木工程制圖與CAD課程群建設及改革[J].大學教育，2023（2）：62-65.

［責任編輯：林志恒］