创新驱动背景下土木工程专业“双驱四翼”式教学模式改革研究

摘  要：立足新时代，创新是实现强国战略的驱动力，大学生创新能力培养的重要性进一步凸显。社会转型和科学技术的快速发展要求土木工程人才“创新”。该文针对土木工程专业培养，提出以创新能力培养为导向的“双驱四翼”式教学改革模式。以驱动大学生创新素养、创新思维和创新能力为培养目标，从制度层面、教学方法、资源整合、实验条件和实践基地等方面完善教学改革思路，为新时代培养土木工程专业“大国工匠”创新人才发挥积极作用。

关键词：创新能力;创新思维;土木工程;双驱四翼;教学改革

中图分类号：G640      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）27-0143-04

Abstract： Based on the new era， innovation is the driving force to realize the strategy of strengthening China， and the importance of college students' innovation ability training is further highlighted. Social transformation and rapid development of science and technology require "innovation" of civil engineering talents. Aiming at the training of civil engineering majors， this paper proposes a "dual-drive and four-wing" teaching reform model oriented by the cultivation of innovative ability. With the goal of driving college students' innovative literacy， innovative thinking and innovative ability， the teaching reform ideas are improved from the aspects of the institutional level， teaching methods， resource integration， experimental conditions and practice bases. It plays an active role in cultivating the innovative talents of "Great Country Craftsmen" in civil engineering in the new era.

Keywords： innovative ability; innovative thinking; civil engineering; dual-drive and four-wing; teaching reform

十四届全国人大一次会议表决通过了关于国务院机构改革方案决定。新的国务院机构改革提出重新组建科学技术部，对进一步加快实施创新驱动发展战略、提升国家科技创新能力和水平具有重要现实意义。坚定了新时期科技创新的历史使命和前进方向。创新型人才的培养是实现我国高校人才培养目标的必然选择[1]。土木工程是传统工科专业，为提升国家硬实力和国际竞争力，驱动新工科创新思维，亟需为土木工程领域培育一批具有“大国工匠”精神的高素质创新人才[2]。

高等教育一直以理论教育为主，然而，土木工程专业的工程实践技能和理论知识同样重要。近些年，许多高校老师引入先进的教学方法和理念，探索新的教学模式改革。以“教师讲、学生听”这种被动式教学模式逐渐退出，新兴的融合课程思政教学、OBE教育（成果导向教育）理念、线上-线下混合式教学等方法逐渐被认可和推广[3-4]。以学生为主体的教学模式，将科研项目与教学有机结合，将理论学习与实际应用结合起来，重点培养学生的创新能力和科研思维[5]。深入开展学科竞赛、技能竞赛和创新竞赛等活动，培养学生的动手能力、实践能力和竞技技能[6]。

本文将创新驱动融入土木工程专业培养全过程，以“学科竞赛”和“科研训练”为“双驱”模式，整合课程思政、创新创业、项目教学和实践融合为“四翼”。以“双驱四翼”式教学模式强化培育大学生的创新思维、实践能力和自主学习能力。结合河北大学土木工程专业的教学培育模式，给出相应的教学改革策略。

一  土木工程专业培育现状

（一）  师资队伍

当前，普通高校教师队伍存在三个梯队。第一梯队：学术带头人，能够胜任理论教学，有自己独特的教学方式，同时，有大量的纵向科研课题或横向项目;第二梯队：“双师型”教师，能够胜任理论教学，又能够胜任实践教学，不断将新的教学改革方法融入到自身教学中，在课程思政和育人教改方面取得积极成绩;第三梯队：青年教师，学院科研的主力军和中坚力量，基本能够胜任理论教学，拓展教育教学能力欠缺，生产实践能力不足。不同梯队教师的课程教学方法差异很大，推动新型教学改革方式需要持续数年。

（二）  课程设置

土木工程专业以培养“一专多能”的应用型技术人才为教学目标，课程设置以自然科学课程为主，呈现出专业化和实用化特点。往往侧重于基础知识和理论的转移，忽视了应用能力的培养。培养学生的实际应用能力是土木工程专业人才培养的重要任务之一。目前，以理论基础教育为基础的人才培养机制沿袭了传统教学方法，过分强调对学生认知能力的培养，不能满足土木工程专业人才培养和行业发展要求。

根据土木工程专业认证要求，土木类院校的本科培养方案差别不大。但是，实际教学中一些学校的理论课程教学与实践/实验课程教学存在明显脱节，主要表现在理论课程与实验课程教师不匹配、教学内容不同步、时间安排不合理。再者，由于实验室空间或设备台套数限制，土木工程材料实验、土木工程测量实验和材料力学实验等课程以团队形式在短时间内完成实验，因此，不能保证每个同学都有实践机会。

（三）  创新平台建设

土木工程专业是实践性很强的学科，大学生具备实践技术是从事工作和科技创新的基础。实践基础薄弱一直是实践教学的瓶颈，主要原因是校内实践教学一次性成本高，多次利用率低;缺少校外实训基地。大多数学校的创新平台仅停留在实验室层面和制度层面，真正将“校企合作、校企共建”培育模式惠及每位同学的高校非常少。

二  “双驱四翼”式教学模式

图1为“双驱四翼”式教学模式架构图，将学科竞赛和科研训练作为大学生参与创新驱动的重要方式，整合课程思政、创新创业、项目教学和实践融合，构建以创新型人才培养为目标的“双驱四翼”式教学体系。“四翼”之间是相互关联的，如图2所示，紧扣育人标准，实现“四翼”之间的协同交叉、充分结合和相互促进。课程设置注重培养学生的实践能力。图3为土木工程专业课程设置与“四翼”对应关系，根据大学四年课程设置，实践融合划分为基础实践、综合实践、专业实践和拓展实践;大学生的课程思政、项目教学和创新创业教育四年不断线。土木工程专业的每一门课程都有思政元素，任课教师可以结合专业、教学内容和科研方向进行挖掘和总结。将创新创业教育与专业教育有机融合，积极构筑全过程融入的创新创业教育课程体系，构建多层次、立体化、开放性的实践教学体系，增设综合型、设计型、创新型的实验、实习实践、科研训练和毕业论文（设计）项目。

三  创新驱动教学体系构成

创新驱动教学体系更加重视对学生实践能力的培养，结合河北大学土木工程专业实践课程体系（表1），基础实践课程培育大学生的创新素养，增强大学生的创新理论和观察能力。实习是综合实践培育的重要环节，大学生认识实习、土木工程测量实习和工程地质实习均将课堂教学活动搬到社会实际工作中，培育大学生的实践操作经验。专业实践培育大学生的专业操作技能，通过开设理论知识引领下的课程设计培育大学生的创新思维能力，鼓励大学生积极参加土木工程专业类竞赛/比赛。拓展实践培育大学生的科学研究素养，进一步增强大学生的科学研究技能[7]。把综合实践、专业实践和拓展实践作为创新实践能力的主要培养阶段，鼓励大学生在大二、大三积极参加各类学科竞赛和科研训练。图4为河北大学土木工程学生可参与的“双驱”项目，从本科阶段，鼓励大学生跟随老师参与科研课题，在老师指导下自主申报大学生创新创业训练项目，增强学习新技术、新方法的机会，了解国家需求和科研前沿。鼓励大学生个人或团体参加全国大学生结构设计大赛、周培源力学竞赛等A类学科竞赛。

四  土木工程专业创新教学改革思路

（一）  健全激励机制

采用内部激励和外部激励结合的方式。通过专职辅导员和学业辅导员积极引导大学生参加各类学科竞赛和科研训练项目，加大对优异学生和指导教师的奖励力度，吸引更多的学生参与学科竞赛和科研活动，鼓励更多教师参与指导工作。强化教师动力培训，激励教师结合自身科研方向开展课程改革，学院为教师创造展示机会和平台。建立以创新能力评价为导向的人才培养质量体系，通过评价大学生的创新实践反馈课程体系设置和教学效果。健全课程考核评价机制，以产教融合理念为引导，校企合作共建实践课程，校企全过程参与实践课程教学工作，建立校企协同、多元评价机制，即学校教师与企业导师共同制定含知识、技能、创新三方面内容的课程考核方案;由教师评价和企业导师评价，最终确定课程成绩。通过产教融合的课程方式，增强大学生的实践能力和创新素养。

（二）  创新教学方法

结合专业特点，增设创新实践课程、课题、学科竞赛和论文写作等多种教学活动。鼓励学生依托教师的项目，申报创新课题，参与国际建模大赛、挑战杯、力学竞赛和结构设计大赛，将创新理念贯穿于整个教学过程，注重学生创新意识、创新思维的培养。将科研课题与专业课程教学有机结合，比如环境保护概论课程中固体废弃物利用章节，可以引入土木工程固废材料研究的物理、化学试验;钢筋混凝土结构设计原理课程中受弯构件应力-应变关系的讲解中，引入科研过程中材料本构关系试验、混凝土-钢筋黏结滑移试验和不同钢筋混凝土梁的四点弯曲试验。

新工科建设注重学生理论与实践能力结合，CDIO（构思-设计-实现-运作）模式逐渐被推广，高校课程改革采用通识教育、专业教育、社会实践和科学研究协调同步、贯穿学生学习生涯的“楔形”课程体系，如图5所示。根据专业培养目标，构建以项目为链条的模块化课程体系，将创新能力和素质培育贯穿整个课程体系。

（三）  加强资源整合

理论课程与实践课程之间起到指导和促进作用，培育学生实践动手能力和创新意识。重新审视学科基础课，充分发挥河北大学综合性大学优势，以学科群培养为目标，打破专业课程壁垒，拓宽专业口径，实现跨学科交叉融合，共享优质教学资源。鼓励学生根据个性自由选择选修课程，扩大学生交叉学习的主动权，鼓励学生根据自身创新需求跨学科和跨专业选修课程。以培养大学生创新能力为驱动，整合课程思政元素、项目教学素材、创新创业案例和实践融合，优化教学内容和教学模式。

（四）  改善实验条件

建立面向本科生的科研平台，每学期根据本科生课程安排，专门划定本科生实验空间和设备。土木工程材料实验、土木工程测量实验/实习和混凝土构件实验等课程，增加实验设备台套数，减少每组学生人数。引入虚拟教学条件，根据土木工程专业条件的实际情况，目前还不可能为每个专业课程设置教学实验，让学生观察或亲自操作。在这种情况下，可以考虑进行虚拟实验教学，使实验教学的效果最大化[8]。根据学生在不同学习阶段的知识结构，设置合理的创新实践环节，引导学生将书本上的理论知识运用到实践创新中。