新工科建設背景下土木工程材料一流課程建設實踐

文章編號：1671-489X（2025）14-0078-06DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2025.14.078

0 引言

新時代高等教育內涵式和高質量發展的重要途徑是推進一流大學和一流學科建設，這需要一流專業做支撐，而一流專業建設又以一流課程為基石。2019年10月發布的《教育部關于一流本科課程建設的實施意見》明確指出，課程是人才培養的核心要素，一流本科課程建設要提升高階性、突出創新性、增加挑戰度[1]。為主動應對新一輪科技革命和產業變革，加快培養新興領域工程科技人才，改造升級傳統工科專業，主動布局未來戰略必爭領域人才培養，教育部積極推進新工科建設[2]。為落實新工科專業的建設任務，核心課程建設同樣是關鍵工序。在一流課程和新工科建設的雙重背景下，高校的課程建設需要與時俱進，進行全面改革與創新，為培養適應新時代社會發展要求的復合型人才提供保障。

土木工程材料課程是土木工程專業的核心專業基礎課，主要介紹石灰、石膏、水泥、混凝土、砂漿、鋼材、塑料、瀝青及瀝青混合料等工程材料的生產、制備、性能、技術規范和質量檢測方法。交通大學土木工程專業是國家級一流本科專業建設點（2021年獲批），土木工程材料課程作為土木工程專業基礎課，其課程質量是評價該專業建設質量的重要依據。本文在梳理當前土木工程材料課程教學中存在的主要問題的基礎上，結合新工科建設背景下的人才培養要求，探究該課程建設模式、教學改革與創新的主要內容和路徑，搭建一流課程建設的腳手架。其建設思路可為新工科背景下工科專業課程教學改革提供借鑒。

1當前土木工程材料課程教學中存在的主要問題

當前，受工科專業課程特點和新時代大學生學習特征的影響，傳統的土木工程材料課程教學中存在一些突出問題，可概括為以下八個方面。

1）課程涵蓋的知識面廣，知識點繁雜，邏輯聯系少。教材中涉及的土木工程材料有幾大類幾十種，各種材料性能迥異，彼此之間又相對獨立，知識點分散，缺乏聯系，系統性差，導致學生難以把握重點。理論教學以介紹材料的性能為主，講授的知識缺乏層次性和高階性。

2）教學偏重理論，而實驗和實踐教學環節薄弱。傳統教學以課堂理論教學為主，即便開設實驗教學，也只有幾個常規實驗，如水泥試驗、混凝土試驗、瀝青試驗等，學時少且主要為驗證性實驗。理論教學和實驗教學配合不夠，無法形成體系，限制了學生的認知范圍，制約了其創新能力的培養。

3）課程之間缺乏融合交叉。傳統教材中主要介紹常規的土木工程材料，基本沒有涉及土木工程專業前沿的智能建造相關材料，這不利于新工科人才的能力培養。

4）教與學的過程枯燥無味，缺乏創新性，無法激發學生的學習興趣。課程大部分內容屬于概念性描述，導致學生的主要學習方式是機械性的背誦和記憶，學生表現出缺課、聽課注意力不集中等問題。而驗證性實驗在實驗開始前已有確定性結果，實驗教學呆板無趣，缺乏探索性和挑戰性，導致學生學習興趣不高。

5）學習時間不足。學生進行課程學習的主要渠道只有課堂，有效學習時間明顯不足，學習不能保證持續化和深入化。

6）學生接觸工程實例和科研項目的機會較少。除了課本和有限的實驗室空間外，學生很難有機會將自己學到的土木工程材料知識應用于科學研究和工程實際。

7）教學評價以期末考試成績為主要判定依據，很多學生把握不了學習重點，眉毛胡子一把抓，導致期末考試成績偏低。過程考核內容缺乏挑戰度，無法綜合評價“以學為中心”的教學效果。

8）課程思政建設滯后。長期以來，工科教學側重專業知識的傳授，忽略了對學生責任心、自豪感和使命感的喚醒，對新工科建設背景下土木工程專業應用型人才綜合素質的培養明顯不足。

上述問題的產生可以歸因為學生學習特點、課程特點與新工科人才培養要求之間存在差異。因此，新工科建設背景下的人才培養必須打通一流課程建設的壁壘，有效提高課程建設質量。

2土木工程材料課程建設的前期準備

從2012年2月開始，交通大學土木工程材料課程教學團隊開始著手進行該課程的教學改革。

微課具有情景真實、主題突出、資源多樣、形式靈活、交互性強、便于傳播、應用簡單等優點，這與土木工程材料課程的特點相符，適合作為本門課程的輔助教學手段。2012年，教學團隊嘗試將微課教學引入土木工程材料課程教學。2014年，教學團隊在實驗教學方面嘗試采取開放實驗室、學生自行設計綜合實驗等方式，對理論教學進行補充。與此同時，團隊教師以獲批的國家自然科學基金和省部級科研項目為平臺，吸納本科學生參與土木工程材料的科學研究工作。2016年5月，在學校推動卓越工程師培養計劃的局勢下，積極與校外企業聯系合作，先后與中鐵、中建等施工單位建立校企聯合培養模式。借此，學生有機會在施工單位參與土木工程材料入場檢測等實踐活動。

通過長期深耕基礎性教學工作，教學團隊先后獲批多項與土木工程材料課程相關的教學改革項目，如表1所示。2012年2月至2016年12月期間，團隊主要成員成功獲批三項校級教學改革項目。2020年，土木工程材料課程被立項為交通大學首批一流課程；2021年，該課程獲批省首批一流本科課程建設項目。2022年，該課程建設獲批省教學改革項目。上述教學改革項目的立項和實施為土木工程材料課程建設提供了有力支持。

3土木工程材料一流課程建設的實踐探索

交通大學土木工程材料課程建設堅持以學生為中心，以教學產出為導向，以新工科人才培養為目標。在教學改革實踐中注重：在知識傳授和能力培養方面提升高階性、突出創新性、增加挑戰度[3]；強化課堂設計，杜絕單純知識傳遞；強化師生互動、生生互動，解決好創新性、批判性思維培養問題；以激發學習動力和專業志趣為著力點；完善過程考核與評價機制；探索研究型、項目式學習方式；提升課程教學的深度、廣度和溫度。課程建設按照四階段遞進式模式進行。該課程建設與學生能力提升之間的關系如圖1所示。

1）階段I為理論教學的基礎改革期，跨學科重組課程內容，將不同專業的知識和技能相融合，突出新工科建設背景下課程間相互融通的新特征。同時，將理論知識點按層次梳理，區分一般性知識點、高階性知識點和具有一定挑戰性的知識點。

表12012一2022年交通大學土木工程材料課程教學改革項目

2）階段ⅡI為實驗教學的補充完善期，以設置綜合設計性實驗為創新點，結合一般演示性實驗教學內容，充分調動學生參與實驗的積極性，完善和增強實驗教學環節。

3）階段IⅢ為實踐教學的創新提升期，將科學研究和實際工程現場參觀實習引入課程教學，進一步增強實踐教學的挑戰性，培養學生解決實際工程問題的能力。

4）階段IV為課程思政的滴灌升華期，將課程思政與專業課有機融合，幫助學生塑造專業自信心和自豪感、樹立工匠精神和嚴謹的治學精神等。

四階段遞進式課程建設模式契合了新工科應用型人才的培養要求，且容易及時發現問題并進行診改。從圖1所示的邏輯關系可以看出，四階段遞進式課程建設模式體現了循序漸進的特點，符合新時代工科專業學生能力培養與提升的客觀要求。該模式全面展現了課程跨界、融合、多元、協同的特色，高度契合新工科建設背景下土木工程專業建設的客觀要求，能夠充分發揮課程的價值引領作用，結合當前工科學生的學習特征，突出學生的主體地位，增強學習的趣味性和積極性，調動他們學習與思考的主動性，激發其參與實踐與創新的內驅力。

圖1四階段遞進式課程建設模式

4土木工程材料課程教學改革與創新的主要內容與路徑

4.1 主要內容

結合新工科建設和一流課程建設要求與土木工程材料課程教學中存在的問題，堅持傳統與創新相結合、理論與實踐相結合、線上與線下相結合、本門課程與其他相關課程相結合、專業教育與思政教育相結合的原則，從理論教學、實驗教學、實踐教學、課程考核、課程思政五大環節入手，對課程內容、教學方法與手段、考核依據、思政元素融入等方面進行大刀闊斧的改革和創新實踐，具體內容如圖2所示，其中包含常規性內容和改革創新的重點內容，力爭全面對標新工科人才培養要求。

4.2路徑

在尋求教學改革與創新路徑的過程中，堅持路徑簡短、針對性強、開放長效的原則。

4.2.1革新教學理念，變重教為重學

從教學理念上突破，深入挖掘新工科建設背景下應用型土木工程專業人才培養的內涵，解讀一流課程建設目標要求。教學內容與形式的改革注重激發學生的學習興趣、引導學生思考、鼓勵學生參與實踐、鞏固和強化基礎理論，根據學生的不同個性和知識點差異因材、因點施教，充分調動學生的自主性，突出學生在教學活動中的主體地位，注重教學產出，由關注“教師講授了什么”轉變為關注“學生學會了什么”。

4.2.2 完善和強化實驗教學

增設混凝土配合比設計和砂漿配合比設計兩個綜合設計性實驗。通過給定骨料最大粒徑、混凝土的強度等級和稠度，由學生進行原材料性能測試、混凝土配合比設計、配合比實驗驗證和調整等。通過定期開放實驗室、開設綜合設計性實驗教學環節，為學生搭建親自動手操作、主動參與實驗的平臺，讓學生自行使用實驗室提供的基本原材料設計工程復合材料，并完成對其性能的測試。此外，將演示性實驗內容制作成音像課件供學生反復觀看、學習。通過以上方式幫助學生對土木工程材料的物理組成、性能等形成更直觀的認識，讓學生的主觀思考融入材料設計和實驗方案設計，培養他們的創新思維和動手能力。

圖2土木工程材料課程教學改革與創新的主要內容

4.2.3 將微課引入理論教學

對土木工程材料課程知識體系進行梳理，確定重點和難點知識，設計微課教學方案、學生自主學習任務單和學習反饋單，采用白板和錄課軟件錄制微課件，為學生反復學習和進行有針對性的學習提供微課資源。

4.2.4將科研問題和實際工程問題引入實踐教學

提煉縱向和橫向研究課題中與土木工程材料相關的子課題，在研究生的協助下指導本科生利用實驗室開放日參與科學研究，同時安排學習小組帶著課堂中發現的問題到實習基地參觀學習，學習小組回到學校實驗室完成研究后將結果和方案反饋給設計和施工單位，讓學生最大程度參與實際工程的設計與施工，形成科研反哺教學的模式。

4.2.5建立電子教學資源共享平臺

建立公共信箱、注冊云賬戶并上傳實驗視頻、微課教學相關課件、實際工程圖片等案例教學電子資源，與專業相關的超級工程和先進人物的視頻資源，為學生提供豐富的學習資源。

4.2.6 開展線上輔助教學

土木工程材料課程授課過程中利用超星學習通平臺建課。使用平臺中的簽到、上傳資源、發布通知、發布作業、隨堂測試等功能進行深度輔助教學。使用QQ群、微信群和騰訊會議平臺進行答疑。同時，結合中國大學慕課、愛課程、酷學等在線教育平臺上的教學資源拓展線上教學的維度，學生可以隨時隨地、反復多次利用線上教學資源進行自主學習，提高學習效果。

4. 2. 7 進行課程交叉與融合

結合專業背景，將無機結合穩定類材料、路用合成材料等主要道路材料相關知識納入土木工程材料課程教學；開設基于Python編程語言的水泥混凝土配合比設計的程序開發專題訓練；增加智能材料如3D打印混凝土等的概述內容；布置專題報告，要求學生圍繞智能建造獨立進行文獻檢索，撰寫學術報告；增加延伸性和創新性的課程討論，如圍繞未來在月球上進行土木工程建設所需材料的性能和制備方法等展開討論；增設小組協同研究專題，如基于機器學習的混凝土強度預測等。

4.2.8完善課程考核體系

鑒于土木工程材料課程教學內容覆蓋面廣、教學形式多樣化，采用過程性考核和終結性考核相結合的方式量化學生的學習成績，評價其學習效果。

過程性考核包括：1）行為表現性考核，包括學習和參與實驗的積極性和態度、學習過程中表現出的精神風貌、與師生相處的和諧程度、嚴謹的科學思維和專業精神；2）活動參與性考核，包括微課等線上教學資源的使用、課堂問答與討論、參與課內實驗和課外綜合設計性實驗、查閱專業文獻、參與科研項目和實際工程現場調研、觀看行業先進人物事跡和超級工程的視頻；3）成果展示性考核，包括作業、課程報告、文獻綜述、實驗報告、科研項目總結、現場實習報告。各項根據考核內容賦予不同的權重。

圖3土木工程材料課程建設成果

終結性考核以期末考試為主。

此外，根據學生的學習能力將考核內容分為一般性評價內容和高階性評價內容。例如，參與科研項目和課外綜合設計性實驗、查閱專業文獻等屬于高階性評價內容。

4.2.9 挖掘思政元素

從聽、看、感多維度挖掘思政元素并融入土木工程材料課程教學。以專業知識點為載體，挖掘其中蘊含的思政元素。收集思政素材，建設思政資源，推進從知識倫理到關懷倫理的轉變。思政元素主要包括：行業先進人物事跡，如詹天佑、林同炎、錢令希等前輩的光輝事跡；正反兩面的典型專業案例，如中國超級工程、近些年來影響重大的工程事故等；對未來專業發展的思考，如智能材料、綠色低碳材料等。以此培養學生的專業自豪感、社會責任感、工匠精神、科學思維和嚴謹的治學精神。

5土木工程材料課程建設成果

交通大學土木工程材料一流課程建設明確課程目標，培養和提升學生的理解能力、創新精神、實踐能力、綜合分析能力和解決實際問題的能力，教育教學以產出為導向，專注于學生學到了什么、能做什么，形成了四大核心成果。

5.1 教學內容重構

從理論環節、實驗環節、實踐環節、課程思政環節重構了教學內容，保證課程內容結構合理、與時俱進、專業融通、富有挑戰性。

5.2 教學方法創新

引入慕課、微課、線上教學等現代化教學手段，采用案例教學、場景化教學等方式，實現科研、現場施工與教學互助。

5.3 教學資源生成

形成了完備的教學資源，包括微資源包、綜合設計實驗指導書、視頻、圖片等，促進學生個性化發展。

5.4教學團隊建設

建立了一支教學素質過硬的教師隊伍，通過配置成員梯隊、參與教學競賽、開展教研項目立項工作等方式，不斷提高教學團隊成員的教育教學水平和責任心。

土木工程材料課程建設成果如圖3所示。

6 結束語

課程是人才培養的核心要素，課程質量直接決定人才培養質量。在新工科建設背景下，建設適應新時代要求的一流課程可以為創新型人才培養提供有力支撐[4]。因此，高校專業課程教學改革與創新要以學生為中心，著力培養和提高學生的應用能力、創新能力，將思政教育深度融入專業教學全過程，實現“三全育人”和立德樹人根本任務。本文通過創新教學理念、優化課程設計、強化課程思政、更新教學內容、改革教學方法、完善考核評價方式等改革與創新實踐，搭建土木工程材料一流課程建設的主要架構，建設滿足新工科“兩性一度”要求的一流課程。該課程建設思路為高校打造適應經濟社會發展、產業升級和技術進步要求的課程體系提供了借鑒。

7參考文獻

[1]教育部關于一流本科課程建設的實施意見 [A/0L] （2019-10-31） [2024-01-25].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/201910/t20191031_406269.html.

[2]教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知[A/0L].（2017-02-23）[2024-05-26].http：//www.moe.gov.cn/s78/A08/tongzhi/201702/t20170223_297158.html.

[3]馮君，張俊云，楊濤.新工科背景下土木工程一流課程教學模式改革[J].高等建筑教育，2024，33（3）：90-97.

[4]高皖揚，謝文劍，李若凡.新工科背景下土木工程專業復合型人才培養目標的定位與思考[J].高等建筑教育，2024，33（4）：66-75.