全过程一体化人才培养体系下工程意识培养初探

［摘 要］ 在科技强国的新形势下，贯彻“十四五”时期中国的“三新一高”指导方针，针对个性化的学生以及未来的社会发展，坚持以学生成长为中心的全过程一体化人才培养体系进行工程意识的教育培养，是引领学生成为专业精英的关键环节。在论述全过程一体化人才培养体系含义和工程意识培养重要性的基础上，以桥梁工程方向本科生、研究生的科研和工程实践活动为例，探讨了在以学生成长为中心的全过程一体化人才培养体系下进行学生工程意识培养的意义和作用。

［关键词］ 工程意识；全过程；培养；桥梁工程

［教改项目］ 2019年同济大学教材建设项目“《桥梁工程全过程课程设计》新形态教材建设”

［作者简介］ 王志强（1976—），男，山西晋中人，博士，同济大学土木工程学院副教授，主要从事桥梁抗震研究。

［中图分类号］ G640 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）18-0169-04 ［收稿日期］ 2023-03-16

引言

“十四五”规划建议中明确提出了“十四五”时期推动高质量发展，必须立足新发展阶段、贯彻新发展理念、构建新发展格局的“三新一高”指导方针。坚持创新在我国现代化建设全局中的核心地位，把科技自立自强作为国家发展的战略支撑，面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康，深入实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略，完善国家创新体系，加快建设科技强国。

面对当前的新形势和社会需求，针对个性化的学生以及未来发展，如何教育、引领学生成为栋梁之材是人人关注的焦点。具体就工科学生而言，在头脑中建立起工程的正确意识是极为重要的［1］。他应当是一名于新时代下具备工程意识的未来建设者，投入社会并服务和贡献社会。其中，高等教育的培养理念、培养目标和培养模式等扮演着重要的角色，是教育工作者应该常常思考的问题。

本文以全过程一体化人才培养体系下的桥梁工程专业科研教学为例，探讨对现代工程意识教育的认识和实践。

一、现代工程意识培养的内涵

工程是人们综合应用科学（包括自然科学、技术科学和人文社会科学）理论和技术手段去改造客观世界的实践活动。现代工程具有科学性、技术性、社会性、综合性、实践性、创造性等特征，内涵在不断发展，形成了一条有序的“工程链”。工程链中的每个环节都有大量技术问题、经济问题和社会问题亟待解决。

所谓工程意识是工程参与者对工程活动和工程存在物的态度、认识、理解以及由此派生出的行为倾向等各种心理过程的总和，是有关工程的内在感悟与潜在行为［2］。工程意识是一个整体概念，它可以包含创新意识、实践意识、时代意识、经济与社会意识、管理意识和道德意识等许多方面。工程意识的内涵随科学技术的发展和社会的进步而不断深化与发展。

工程意识是工程师最重要、最基本的素质之一，其建立在对工程的属性和本质特征的了解、对理论的深刻理解和实际状态的体验之上。工程意识来源于工程实践，又服务于工程对象。有了正确的工程意识，就有了明确的目标。《工程教育认证标准》明确提出“结合本专业的工程实际问题，培养学生的工程意识、协作精神以及综合应用所学知识解决实际问题的能力”［3］，所以培养学生现代工程意识和思维方式，自觉树立现代工程人才的价值观非常重要，是高等教育人才培养中的重要课题。

二、关于全过程一体化人才培养体系

围绕科教兴国人才强国战略、科技自立自强的迫切性和高校为党为国培育高水平人才的历史重任，同济大学以“构建高质量教育体系”为主题开展了教育思想大讨论，提出了教学目标，即：以立德树人根本任务为使命，以学生成长为中心的新发展理念，在“同济天下、崇尚科学、创新引领、追求卓越”的新时代同济文化下，立足于科技革命和产业变革的新发展阶段，明确同济办学的新历史方位；结合国家战略发展需求的新发展格局，构建高质量的全过程一体化人才培养体系，推进高质量的栋梁之材培育。

以学生成长为中心的全过程一体化人才培养体系是贯穿“入学—培养—深造—就业”教学全过程，甚至涉及未来工程师和研究者的终身教育。在入校时，新生犹如待绘宏图的一张“白纸”，虽然选择了相关工科专业，但依然可能对所选的专业不了解，对培养计划中的课程安排不甚明确，甚至还没有意识到大学生活实际是未来职业生涯的起点，这时要对学生进行“代入式教育”，在工程教育教学中，使学生能够了解工程、认识工程，了解工程师职业，让学生逐渐度过对学习方向的彷徨期，从朦胧到明确，知道未来要学的大系统和大格局。

工程为应用科学，故工程教育的特点也就多少有别于其他教育，必须重在应用［4］。因此，在本科或研究生就读期间，除了认真完成相关课程的学习，教师须以现代工程为背景，对学生进行工程教育［5］，引导学生把专业学习纳入工程环节，培养学生强烈的工程意识和思维方式，即在工程应用、结构创新和团队协作等方面，具备品行、决断、敏捷、知人、学识及技能，强调对现代工程师必备素质、创新精神和能力的要求，自觉树立现代工程人才的价值观，为投身社会做准备。

高等工程教育的目标是培养工程师，但真正的工程师是在企业中培养出来的。随着现代科学技术的迅速发展，对于即将投身社会的未来工程师，在校学习的专业知识已经不是最新的知识，不能充分满足现代工程领域的发展要求。要想成为一名合格的工程师，必须经历工程实践的历练和工程经验的积累，这是一个继续教育过程，是终身教育。高等工程教育应该在培养学生持久性、负重性和创新性上承担职责。接受过高等教育的学生，在即将步入社会时，应具有工程实践所要求的综合知识、能力和人文素养等就业核心竞争力，即能够长期获得竞争优势的且经得起时间考验的、可不断延展扩充的技术或能力。

三、通过科研教学开展工程意识的培养

工程意识需要通过工程经验形成，经验是一切认识的起点。对于学生而言，工程经验的获得来自两个方面：一是通过书本学习间接而得，二是直接通过工程实践历练而来，由学生、学校、社会“三位一体”的教学模式建立、巩固和强化学生的工程意识。下面谈谈在科研与教学工作中对学生进行工程意识培养的体会。

（一）预制拼装桥梁抗震性能研究项目的初立

预制拼装桥梁技术在桥梁工程界早有研究和运用，但主要的关注对象是桥梁的上部结构主梁，桥梁下部结构的混凝土桥墩还是普遍运用现场浇筑混凝土的传统工艺。随着城市化建设，桥梁结构设计和施工都面临挑战，即除了保证桥梁结构安全耐久之外，还有解决如何通过快速施工减少对周围交通的干扰、缩短拥堵时间、降低环境噪声等问题。再则，跨海桥梁工程建设中，有限的海上施工平台和复杂的气候条件等，也促进了预制拼装桥墩施工技术的研究和运用。

地震灾害给人类带来巨大的生命财产损失和心灵创伤，人类一直在与地震灾害做着顽强的斗争。随着预制拼装桥梁技术的研究和运用的深入，一个尖锐问题亟待桥梁工作者加以解决，即预制拼装桥墩能否运用于强震区域？其抗震性能如何？怎样的预制拼装桥墩构造能适应不同场地类型的抗震需求？带着这个问题，笔者从21世纪初在国家自然科学基金的支持下开始了系列研究，从初期、中期的研究阶段，到近几年的工程实践运用，以及同时进行的新结构形式拓展，教师和学生一起努力，取得了一些成果，各研究阶段的部分内容如图1所示。

（二）预制拼装桥墩抗震性能研究的初期、中期阶段

早期关于预制拼装桥墩抗震性能的研究主要在美国的华盛顿州、日本以及我国的台湾，我国的相关研究较少。对此，笔者的初期研究规划借鉴国内外已有的研究结果，并在此基础上开展了节段预制拼装预应力实心桥墩和空心桥墩抗震性能研究，师生进行文献查询、可行性研究、试验模型的设计和制作、拟静力和振动台试验、有限元数值分析模型的建立，一边探索一边实施，最终完成了相关内容，为更深入的研究奠定了基础。

在业主和设计院的主导下，上海地区的预制拼装桥墩工艺技术研究进入了为工程实践服务的先期研究阶段，研究重点转向了套筒、波纹管连接的大构件预制拼装钢筋混凝土桥墩。项目研究可谓困难重重，实现套筒连接的基本要求是有灌浆套筒、高强砂浆、压浆设备、检测设备、施工工艺等，但当时“一无所有”，灌浆套筒、高强砂浆需要与厂家合作研制，业主和施工方关于压浆设备寻觅和压浆工艺探究又是一波三折，预制构造的精细制作要求和拼装技术的工艺摸索也在预制厂中反复尝试。期间，学生先按工程案例的桥墩构造确定试验模型的缩尺比，再进行模型的配筋设计和试验设计。为配合模型制作，学生吃住在工地，对于模板制作、钢筋定位、混凝土浇筑养护、构件拼装的全过程和需要解决的现实问题有了深刻的理解。学生对书本知识、研究调研和工程现场实现了融会贯通，形成了强烈的工程意识，明确了研究目标及后续的研究方向，通过预制拼装桥墩模型的试验研究获得结构抗震性能等信息。预制拼装桥墩结构体系研发是桥梁下部结构预制拼装技术研究的开始，也是后续系列研究的坚实基础。

结合工程的可能需求，在国家自然科学基金和设计院、业主等多年、多项目支持下，笔者所在团队开展了承插式连接和后浇湿接缝连接等多种连接形式的单柱桥墩抗震性能研究，并首次进行了套筒连接和波纹管连接方式中高性能水泥基材料钢筋粘结锚固的拉拔试验研究和预制拼装混凝土框架墩抗震性能试验研究。面向工程的混凝土桥梁预制拼装研究策略和实施部分研究成果也被相关规范和标准采纳，为桥梁工程界输送了相关设计、施工和研究人才，同时也迎来了更广阔的工程应用实践阶段。

（三）预制拼装桥墩抗震性能研究的工程实践和拓展研究

在上海地区，预制拼装桥墩技术在桥梁工程中较大规模地应用于2016年建成的嘉闵高架路北二段（见图2），桥梁全长3.4千米，在投资总额不增加的条件下，整个建造过程中，现场工期平均缩短50%，工地工人减少60%，对场地交通的影响减少了50%。上海国定东路下匝道桥梁工程总长1.2千米，桥墩形式采用了波纹管连接的预制拼装结构。

内蒙古呼和浩特市昭乌达路哲里木路改造提升工程是呼和浩特市完善综合交通运输体系和提升城市功能的重点项目之一，工程中长约4.1千米的桥梁下部结构采用预制拼装工艺施工。为配合西北地区的高地震风险和气候条件的需求，与设计院合作，在桥墩拼接构造细节上做了改进，通过拟静力试验和振动台试验验证该构造形式具有较好的抗震性能。

在预制拼装系列研究过程中，师生拓展了研究范围，进行了预制拼装主梁抗震性能试验研究、纤维材料套筒的构造研发和拼接缝耐久性等的研究。同时也参与了预制防撞墙以及采用新工艺和新桥墩构造形式的抗震性能研究。通过不同缩尺比模型的拟静力试验、振动台试验、拼装连接构件的锚固试验等，为桥墩结构性能指标和设计提供了第一手资料。

自2006年关于预制拼装桥梁抗震性能的国家自然科学基金项目开始，从最初的基础理论研究到目前工程界的大规模运用，前后经历了十多年的时间，其间参与研究工作的硕士、博士研究生等有十多位，他们不但从研究工作中学到了桥梁结构抗震理论的相关知识，还通过试验室的模型试验逐渐总结和归纳出各种预制拼装桥墩形式的抗震性能，发表了多篇学术论文，并将理论研究成果运用于实际，再拓展至相关结构形式的研发；通过与工程单位的密切联系，了解了工程运作的全过程，培养了强烈的工程意识和责任感。参与实践活动的学生自我感受是工程意识的加强和专业水平的提高，并得到协作方的赞许。他们毕业后少部分依然在进行着预制拼装桥梁抗震性能的研究，有的则直接投入预制拼装桥梁的设计和施工中，为当今预制拼装桥梁的发展贡献一份力量。

参与结合桥梁工程发展新趋势而进行的科学研究，为学生提供了良好的工程实践机会、工程意识培养条件和事业发展前景，是对全过程一体化人才培养体系下培养学生工程意识最好的实践。