黃阜 黃粉保 谷淡平

[摘 要]針對目前我國高等工程教育中全面推進新工科建設與發(fā)展的新形勢，通過分析傳統(tǒng)課堂教學理念與新工科背景下教學理念的差異，結合土木工程隧道工程課程的教學實踐，提出基于互動式教學，實時更新教學內容并在此基礎上融合現代化教學手段的教學模式。文章探索了基于新工科教學理念的高等工程教育課堂教學方法，為新工科背景下創(chuàng)新型人才和復合型人才的培養(yǎng)提供了一些思路。

[關鍵詞]新工科；互動式教學；教學模式；教學理念；隧道工程課程

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2019）01-0037-03

隨著世界范圍內新一輪科技革命和產業(yè)變革的加速以及我國“一帶一路”“制造強國”等重大戰(zhàn)略的實施，以新技術、新產業(yè)、新模式為特點的新經濟蓬勃發(fā)展，勢必要求我國的高等教育培養(yǎng)大批新型工程科技人才，為新形勢下國民經濟的持續(xù)發(fā)展提供動力。鑒于這一現狀，教育部于2017年2月和4月分別在復旦大學和天津大學召開了高等教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會，確立了新工科背景下高等工程教育的發(fā)展共識和建設行動路線。在此基礎上，教育部高等教育司下發(fā)了《關于開展新工科研究與實踐的通知》，全面推進新工科的建設與發(fā)展。新工科建設是一種新的工程教育發(fā)展模式，其核心內涵是以立德樹人為引領，以應對變化、塑造未來為建設理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調與共享為主要途徑，培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才[1-4]。從新工科的核心理念可以看出，新工科是在培養(yǎng)具備實踐創(chuàng)新能力的新型工程科技人才的基礎上，根據未來新技術和新產業(yè)的發(fā)展，推動不同學科的交叉融合，以新理念、新結構、新模式對高等工程教育進行新一輪改革。

土木工程專業(yè)隸屬于工程類學科，對學生的實踐能力和創(chuàng)新能力有較高的要求，尤其是在目前我國“一帶一路”國家級合作倡議大規(guī)模實施的背景下，大量由我國投資或者參與的基礎設施在“一帶一路”沿途國家建設。國外的地理環(huán)境、地質條件和法律法規(guī)與我國有很大不同，導致按我國現行規(guī)范設計和施工不一定完全符合當地的建設要求，需要參與的施工設計人員具備更好的創(chuàng)新思維和靈活應變能力來解決項目建設過程中遇到的各種問題。因此，有必要在土工工程人才培養(yǎng)過程中通過對現有專業(yè)課程教學方法進行改革，尋求新的教學模式，滿足新工科形勢下土木工程技術人才培養(yǎng)的需求。

本文擬從新工科的視角，結合土木工程隧道工程課程的教學實踐，通過分析傳統(tǒng)課堂教學體系和教學方法存在的不足，對新工科背景下的課堂教學模式改革進行探索。

一、傳統(tǒng)工科的課程教學存在的主要問題

（一）新工科的教學理念沒有完全融入傳統(tǒng)工科的課堂教學體系中

傳統(tǒng)的工科課堂教學還是以灌輸式教學方法為主，教師按照教學大綱制定的教學內容，將課本上的知識點傳授給學生，學生被當成“知識容器”，被動地接受一個個知識點，課堂成為知識搬運的場所，教學過程中忽視了對知識的探索，壓抑了學生的創(chuàng)新熱情，從而導致學生學習興趣下降，影響教學效果。而新工科背景下的高等工程教育，提倡以學生為中心，注重個性化學習，提高學生的適應變化能力與工程創(chuàng)新能力。傳統(tǒng)教學主要采用“以教師為中心”的“傳道、授業(yè)、解惑”方式，與新工科所要求的“以學生為中心”的“悟道、生惑、解疑”方式有很大的差別。

（二）傳統(tǒng)工科的教學內容體系與新工科背景下的社會需求脫節(jié)

傳統(tǒng)的工科課程教學按照學校制定的教學大綱和教學計劃開展教學，教學大綱一旦通過學校審核，課堂教學的內容和進度必須嚴格按照教學大綱執(zhí)行。當前科技的發(fā)展日新月異，工程技術的更新速度更是一日千里，而教學大綱一般幾年才會重新修訂一次，這就造成了傳統(tǒng)工科教學內容難以跟上現代工程技術更新的步伐，不能很好地為新工科所需求的新型工程人才培養(yǎng)服務。

以筆者承擔的隧道工程課程為例，某版本的《隧道工程》教材多年沒有再版，課本還在介紹十幾年前的老式施工工藝和設備。而隨著機械化施工技術的成熟，以盾構機和硬巖掘進機為施工設備的大型機械化掘進技術在地鐵和長大山嶺隧道施工中所占的比率越來越高。盾構機作為一種高度自動化的大型機械，其施工過程和支護方式與常規(guī)的鉆爆法截然不同，而且對施工人員綜合能力的要求更高，因此有必要對盾構機的結構和盾構隧道的施工過程進行詳細介紹。如果學生在課堂里沒有學習過相關的專業(yè)知識，當走上工作崗位、面對采用盾構法施工的隧道時，就需要花費更多的時間和精力去熟悉設備和相關工法，從而難以快速融入項目團隊。

二、新工科背景下的課堂教學模式探索

本研究根據新工科教育理念，結合筆者在隧道工程課程中的教學實踐，通過對傳統(tǒng)的工程課堂教學模式進行改革，探尋構建“知識探究、能力培養(yǎng)、實踐創(chuàng)新”的以學生為中心的教學方法，以為新工科背景下的新型工科人才培養(yǎng)提供一些有益的思路。

（一）采用互動式教學提升課堂教學效果

根據教學班級人數將全班分為6個小組，每個小組8-10人，按照隧道工程課程教學大綱對知識點的要求，將知識點分配給各個小組。每個小組在課余時間對相應的知識點進行自學并展開討論，通過查閱文獻和相關資料對自學結果進行歸納總結，制作一個用于講解該知識點的PPT。在課堂教學中，各個小組派出一個代表利用本小組制作的PPT向全班同學和老師講授該知識點，并在講授結束后提出在自學過程中遇到的問題。其他學生可以回答這些問題，也可以根據聽講情況提出自己的問題。教師在此過程中組織學生開展討論，并對學生提出的問題進行點評，與此同時也可以根據學生的討論情況提出一些具有前瞻性的問題，激發(fā)學生對學科前沿問題的探索欲望。教師接著再對學生講授不夠完善的內容進行補充，完成預定的課堂教學任務。此外，教師還要將學生在課堂上的表現記錄下來，在平時成績的評定中予以體現，并計入期末成績，這樣可以有效激勵學生積極投入互動式教學當中，從而進一步提升課堂教學效果，實現良性循環(huán)。

互動式教學方法需要大部分學生在課前就對教學內容進行自學。在自學過程中，學生不但可以樹立勤于思考的意識，還可以鍛煉他們解決問題的能力，這對于新工科人才必須具備的工程創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是大有裨益的。此外，學生通過“講授—討論—提問—回答”這樣的教學模式參與到教學活動中，有助于活躍課堂教學氣氛，避免傳統(tǒng)課堂教學中常見“低頭族”的出現，這對于課堂教學效果的提升有很大的幫助。在這種教學模式中，授課教師不能作為旁觀者，而是要成為課堂走向的引導者和課堂討論的組織者。這需要教師非常熟悉相關教學內容并且在備課過程中通過查閱文獻資料儲備大量的專業(yè)知識，這樣在面對學生提出的各種問題時才能從容回答，做到游刃有余。另外，學生在開展討論時容易偏離主題，教師在這個時候要進行有效引導，用比較自然的方式把討論內容過渡到與授課知識點相關的主題上，需要教師具備比較好的應變能力?？偠灾?，互動式教學方法，從表面上看好像只是一種新的教學形式，實際上它對學生和教師都有較高的要求。如果沒有理解互動式教學的核心思想，即使采用了互動式教學也只是空有“互動式”的外殼而已[5]。

（二）結合科研成果將最新的工程技術引入課堂教學

由于本專業(yè)絕大多數本科畢業(yè)生都面向施工單位就業(yè)，因此我們將隧道的施工方法作為隧道工程課程教學大綱中的重點內容。目前，我國山嶺隧道施工中采用得最為廣泛的施工方法還是20世紀60年代由奧地利學者提出的新奧法。由于該方法適用于從軟巖到硬巖，從完整巖體到破碎巖體的各種類型巖體和地質條件的隧道施工，因而在我國隧道施工中占據了統(tǒng)治性地位。隧道工程教材主要介紹的也是這種施工方法，而對于其他施工方法則較少涉及。但是，隨著巖體力學理論的發(fā)展和工程技術人員對巖體力學認識的進步，其他國家也提出了適合自己國情的施工方法，并逐漸在一些隧道工程中加以應用和推廣。比如挪威的工程技術人員根據斯堪的納維亞半島的地質條件，提出了適合在硬質巖體中開挖隧道的挪威法。挪威法也強調發(fā)揮圍巖的自我承載能力，但是把支護看作是輔助手段，采用噴射混凝土和錨桿支護之后，不再施作二次襯砌。因此，施工成本降低了很多，而且減少了大量施工工序，提高了施工速度，節(jié)約了后期的維修成本。

筆者在對自己所承擔的深埋隧道圍巖塌方機理研究課題進行研究的過程中接觸到挪威法這一新型施工方法。考慮到我國幅員遼闊，也廣泛分布著硬質巖層，筆者在講授隧道施工方法這部分內容時，就將教學大綱中沒有的挪威法加入到講授內容中。筆者在教學中通過對比新奧法和挪威法的不同特點，介紹了在硬巖中采用挪威法開挖隧道的優(yōu)勢，并利用典型的工程案例加深了學生對挪威法的理解。介紹這些新型的施工方法，可以開闊學生的視野，為他們解決類似的工程問題提供一些參考。將國內外最新的工程技術引入課堂教學，不但可以提高學生的學習興趣，而且可以為培養(yǎng)新工科所需要的復合型人才奠定基礎。

（三）采用現代化的教學手段提高學生的學習興趣

隧道工程是一門專業(yè)性很強的課程，內容涵蓋隧道的規(guī)劃、勘測、設計、施工和養(yǎng)護幾個方面，許多知識點難以采用傳統(tǒng)教學方法中的板書予以展示。例如，山嶺隧道二次襯砌施工中采用襯砌臺車對混凝土襯砌進行澆筑，襯砌臺車利用鋼材架設起與隧道內輪廓吻合的鋼制模板，然后在底部軌道鋪設好的軌道上推進，根據隧道施工進尺，完成混凝土的澆筑作業(yè)。這樣的工藝流程，如果在課堂上僅僅采用文字介紹很難把這一過程描述清楚。即使采用PPT演示，二維的圖片也只能展示這個施工過程的一個斷面，難以反映這個三維施工過程的整個流程。因此，筆者在備課過程中考慮采用三維動畫展示這個三維施工過程。筆者在網上搜索到一個山嶺隧道施工的三維動畫，里面演示了利用襯砌臺車澆筑二次襯砌的施工過程，制作比較精致，但是這個視頻還涵蓋了其他施工工藝，不利于學生集中精力學習二次襯砌澆筑這個知識點。此外，視頻只演示了施工過程，沒有對每個施工步驟進行解說，學生在觀看過程中對一些細節(jié)難以充分理解。因此，筆者采用視頻編輯軟件，將授課所需要的內容剪輯出來。在此基礎上對該施工過程進行詳細的講解，并利用軟件將講解音頻與視頻進行合成，制作出一段符合授課要求的動畫演示視頻。最后將制作好的視頻插入到PPT中，在講授到二次襯砌施工這一知識點時進行播放，學生通過觀看視頻并聆聽講解，較好地理解了采用襯砌臺車澆筑二次襯砌的整個過程。

上述例子可以看出，采用現代化的教學手段對于隧道工程這類與工程實踐結合得很緊密的課程的課堂教學有很好的幫助。采用動畫、視頻等手段，不但能夠把一些難以用語言描述清楚的知識點直接演示出來，還可以加深學生對知識點的理解，激發(fā)學生的學習興趣[6]。現代化的教學手段與新工科背景下的高等工程教育所提倡的教學模式是一致的，采用這樣的教學手段有助于提升新工科背景下的課堂教學效果，促進新工科教學理念在高等工程課堂教學中的推廣。

三、結語

筆者結合本科生隧道工程課程課堂教學的實踐經驗，通過對比傳統(tǒng)的課堂教學模式與基于新工科教學理念的課堂教學模式的差異，探索了采用新工科教學理念的課堂教學方法，并提出了具體實施思路。由于“新工科”這一教育理念提出的時間還不長，仍需要在高等工程教育實踐過程中進行不斷的探索和完善?；谛鹿た评砟畹慕虒W模式是目前高等工程教育發(fā)展的趨勢，對于培養(yǎng)土木工程領域需要的創(chuàng)新型人才和復合型人才有重要意義。

[[ 參 考 文 獻 ]]

[1] 周靜，劉全菊，張青.新工科背景下實踐教學模式的改革與構建[J].實驗技術與管理，2018（3）：165-168+176.

[2] 鐘登華.新工科建設的內涵與行動[J].高等工程教育研究，2017（3）：1-6.

[3] 陳建義.基于“新工科”的“過程流體機械”教學方法研究[J].教育教學論壇，2017（48）：154-156.

[4] 韋鈺，石蘊玉，曾國輝.新工科背景下的電氣工程專業(yè)實踐教學模式探究[J].中國現代教育裝備，2017（21）：72-74.

[5] 施成華.隧道課程互動式教學方法的探索與實踐[J].長沙鐵道學院學報（社會科學版），2009（3）：87-88.

[6] 左清軍，談云志，劉藝梁.視頻教學模式在“隧道工程”課程教學中的應用[J].中國地質教育，2014（4）：92-95.

[責任編輯：龐丹丹]