李啟民 王建

[摘 要] 專業(yè)課教學(xué)是本科教學(xué)活動(dòng)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。通過分析新工科建設(shè)任務(wù)與專業(yè)課特點(diǎn)，在調(diào)查研究工科大學(xué)生專業(yè)課學(xué)習(xí)興趣的基礎(chǔ)上，探討將科研工作與專業(yè)課教學(xué)相結(jié)合、啟發(fā)大學(xué)生創(chuàng)造性思維的教學(xué)方法;闡述將工程實(shí)踐，特別是將工程事故分析與處理案例融入專業(yè)課教學(xué)中，以及提高大學(xué)生分析實(shí)際問題和解決實(shí)際問題能力的做法與體會(huì)。研究表明，該教學(xué)方法可使學(xué)生一并圓滿完成新工科教育中基本知識(shí)、實(shí)踐能力、創(chuàng)新精神三個(gè)層面的任務(wù)。

[關(guān)鍵詞] 工程教育;專業(yè)課教學(xué);工程事故案例;能力提升

[課題項(xiàng)目] 2020年度中國地質(zhì)大學(xué)（北京）本科教育質(zhì)量提升計(jì)劃建設(shè)項(xiàng)目“教學(xué)改革專項(xiàng)‘地基與基礎(chǔ)’”（KCSZ202014）

[作者簡介] 李啟民（1963—），男，山西萬榮人，博士，中國地質(zhì)大學(xué)（北京）水資源與環(huán)境學(xué)院正高工（通信作者），主要從事巖土工程研究;王 建（1980—），男，四川瀘州人，博士，西南科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院副教授，主要從事巖土工程研究。

[中圖分類號(hào)] G642.4 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1674-9324（2022）22-0153-04 [收稿日期] 2022-01-20

一、新工科建設(shè)任務(wù)分析

工科是利用數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)的原理，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐所積累的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)而發(fā)展起來的學(xué)科，諸如土建類、水利類、機(jī)械類、電工類、信息類、熱能類、儀器儀表類、化工制藥類等。工科專業(yè)的培養(yǎng)任務(wù)即為培養(yǎng)具有良好的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神的科技人才，培養(yǎng)在相應(yīng)的工程領(lǐng)域從事規(guī)劃、勘察、設(shè)計(jì)、施工、制造、管理、監(jiān)理等方面的高級(jí)技術(shù)人才。

2017年2月20日，教育部高等教育司發(fā)布了《關(guān)于開展新工科研究與實(shí)踐的通知》。2017年6月16日，教育部辦公廳又發(fā)布了《關(guān)于推薦新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目的通知》。2017年6月9日，教育部在北京召開新工科研究與實(shí)踐專家組成立暨第一次工作會(huì)議，全面啟動(dòng)、系統(tǒng)部署新工科建設(shè)。新工科的內(nèi)涵為：以立德樹人為引領(lǐng)，以應(yīng)對(duì)變化、塑造未來為建設(shè)理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)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。新工科內(nèi)涵包括三個(gè)新的層面：（1）理念新：應(yīng)對(duì)變化，塑造未來;（2）要求新：培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才;（3）途徑新：繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享[1]。

二、學(xué)情分析

2019年，全國普通高校畢業(yè)生為834萬人，招收碩士生81.13萬人。2020年和2021年全國普通高校畢業(yè)生分別為874萬人和909萬人，而2020年和2021年招收碩士生分別為111.4萬人和110.7萬人。因此，從近年來全國普通高校畢業(yè)生人數(shù)和碩士研究生錄取人數(shù)的情況看，87%～90%的應(yīng)屆大學(xué)生畢業(yè)后要走上工作崗位（其中一少部分轉(zhuǎn)入復(fù)讀，再戰(zhàn)考研），面向生產(chǎn)第一線。但是，絕大多數(shù)大學(xué)生都是應(yīng)屆高中畢業(yè)生，缺乏生產(chǎn)實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，這就給工科大學(xué)生的專業(yè)課教學(xué)帶來了許多問題[2，3]。如何通過專業(yè)課教學(xué)，使缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的工科大學(xué)生能學(xué)好專業(yè)課，并將專業(yè)知識(shí)作為走向社會(huì)的基石值得我們探討。無論學(xué)生將來走向哪個(gè)崗位、從事何種職業(yè)，只要具備良好的專業(yè)知識(shí)，掌握了基本技能，就能在激烈競爭中因勢(shì)利導(dǎo)，激流勇進(jìn)。

三、專業(yè)課教學(xué)“痛點(diǎn)”問題分析

（一）基本理論與實(shí)踐的結(jié)合問題

如前所述，我國高等院校的工科大學(xué)生絕大多數(shù)是應(yīng)屆高中畢業(yè)生。大學(xué)的理論課學(xué)習(xí)與高中階段關(guān)聯(lián)度較大，大學(xué)生的思維習(xí)慣基本一致。但是，這些年輕的大學(xué)生對(duì)工程實(shí)踐了解較少，缺乏生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在理論與實(shí)踐之間存在“落差”，在進(jìn)行專業(yè)課學(xué)習(xí)時(shí)便遇到了不同程度的困難。所以，基本理論與實(shí)踐的結(jié)合問題是專業(yè)課課堂教學(xué)的難點(diǎn)之一。

（二）工程實(shí)踐中“度”的把握問題

正如初學(xué)開車的學(xué)徒，對(duì)汽車的加速、減速與腳踏力度的把握是一個(gè)難點(diǎn)問題一樣，工科學(xué)生對(duì)工程實(shí)踐中“度”的把握同樣需要深思，“過”與“不足”都會(huì)產(chǎn)生工程方面的問題。即安全系數(shù)過小會(huì)導(dǎo)致工程安全事故發(fā)生，安全系數(shù)過大則導(dǎo)致工程造價(jià)高、浪費(fèi)大。

（三）工程事故分析與基本理論的聯(lián)系與區(qū)別

工程事故是指工程結(jié)構(gòu)因自身缺陷或使用不當(dāng)?shù)仍蛟斐善茐?，無法繼續(xù)完成其預(yù)定功能，或者對(duì)鄰近建筑物和環(huán)境造成危害的事件。工程事故的發(fā)生一般涉及勘察、設(shè)計(jì)、施工、使用等多方面的原因，所以，工程事故的分析是課堂教學(xué)的難點(diǎn)之一。從現(xiàn)象上看，工程事故多數(shù)是因工程設(shè)計(jì)或工程做法的失誤，而從本質(zhì)上看，則是基本理論和基本原理在實(shí)踐中的錯(cuò)位。

（四）如何利用創(chuàng)新精神高水平處理工程事故

工程事故的發(fā)生是一件不幸的事情。但是如何利用創(chuàng)新精神高水平處理工程事故，則是課堂教學(xué)的又一難點(diǎn)。即利用最少的人工、材料、機(jī)械，采用“四兩撥千斤”的巧妙方法，短時(shí)間、低造價(jià)恢復(fù)其功能[4]。甚至，所采用的處理方法還可以彌補(bǔ)原設(shè)計(jì)與建設(shè)的不足，帶來意外的收獲。

四、專業(yè)課學(xué)習(xí)興趣調(diào)查

為了進(jìn)一步了解工科大學(xué)生對(duì)專業(yè)課教學(xué)的興趣，在2014—2020年期間，筆者對(duì)中國地質(zhì)大學(xué)（北京）的勘查技術(shù)與工程、土木工程、水文與水資源工程、環(huán)境工程、地下水科學(xué)與工程、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化等典型工科專業(yè)的四年級(jí)本科生進(jìn)行了無記名問卷調(diào)查（詳見表1），共回收有效答卷516份，有效回收率為98.3%。

問卷調(diào)查將專業(yè)課教學(xué)內(nèi)容分為概論、原理與規(guī)定、設(shè)計(jì)計(jì)算、施工（實(shí)施）、科研項(xiàng)目、工程案例6個(gè)大類，每個(gè)大類中又含有幾個(gè)專項(xiàng)。如表1所示，大學(xué)生最感興趣的大類是“設(shè)計(jì)計(jì)算”，占24.3%;最感興趣的專項(xiàng)是“研發(fā)過程”，占11.9%。感興趣人數(shù)最少的大類是“概論”，僅占7.3%;感興趣人數(shù)最少的專項(xiàng)是“學(xué)科重要性”，僅占1.4%。經(jīng)過從小學(xué)到大學(xué)長達(dá)16年的學(xué)習(xí)，相當(dāng)一部分大四學(xué)生（約占1/4）希望通過研發(fā)活動(dòng)、設(shè)計(jì)活動(dòng)將16年學(xué)習(xí)的知識(shí)運(yùn)用到現(xiàn)實(shí)中，體現(xiàn)自己的專業(yè)創(chuàng)造和貢獻(xiàn)。但是，在調(diào)查及教學(xué)實(shí)踐中也會(huì)發(fā)現(xiàn)另一種不好的現(xiàn)象，即部分學(xué)生不喜歡“計(jì)算”，而“計(jì)算”確是工科大學(xué)生的基本功。因此，“計(jì)算”既是教學(xué)的重點(diǎn)，也成了教學(xué)的難點(diǎn)。另外，“施工/實(shí)施”與“工程案例”也是得分較高的選項(xiàng)，說明學(xué)生渴望動(dòng)手，期待生產(chǎn)實(shí)踐。由于第一節(jié)課教師講概論，學(xué)生對(duì)專業(yè)課還沒有更多的了解，因此，學(xué)生對(duì)“概論”不感興趣。由此可見，當(dāng)今我國工科大學(xué)的教學(xué)內(nèi)容與大學(xué)生的興趣點(diǎn)基本一致，這也正是我國教育事業(yè)蓬勃發(fā)展的基礎(chǔ)。

五、專業(yè)課教學(xué)創(chuàng)新理念與思路

在專業(yè)課教學(xué)過程中，通過實(shí)際工程項(xiàng)目，把學(xué)生帶入工程實(shí)踐情景中，增加感性認(rèn)識(shí)，學(xué)生會(huì)更容易理解和接受教學(xué)內(nèi)容，印象更為深刻[5，6]。當(dāng)學(xué)生具備了相關(guān)的知識(shí)和認(rèn)知因素，熟悉了該學(xué)科所特有的邏輯推理方法和解題策略時(shí)，則應(yīng)結(jié)合典型的工程實(shí)踐項(xiàng)目，采用主動(dòng)接受學(xué)習(xí)的方式，輔以有指導(dǎo)的發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)和自動(dòng)解決問題的教學(xué)，有分析、有批判地進(jìn)行學(xué)習(xí)，提高其解決實(shí)際工程問題的技能。在訓(xùn)練學(xué)生解決問題的能力時(shí)，應(yīng)重視相關(guān)概念之間的比較和清晰描述[7]，培養(yǎng)學(xué)生有批判地提出異議的科學(xué)態(tài)度和創(chuàng)新能力，特別是通過相應(yīng)的工程事故案例分析，從正、反兩個(gè)方面啟發(fā)大學(xué)生創(chuàng)造性思維。

“以事故案例為專業(yè)課教學(xué)著力點(diǎn)，提升新工科大學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力”的教學(xué)方法，是在學(xué)生學(xué)習(xí)了基本原理和基本知識(shí)的基礎(chǔ)上。第一，通過對(duì)照基本原理和基礎(chǔ)知識(shí)，從正、反兩個(gè)方面分析實(shí)際工程事故產(chǎn)生的原因，達(dá)到復(fù)習(xí)和加深理解的目的;第二，可使學(xué)生融入實(shí)踐，強(qiáng)化學(xué)生分析實(shí)際問題、解決實(shí)際問題的能力;第三，可使學(xué)生在已經(jīng)掌握相關(guān)知識(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新鍛煉。該教學(xué)方法可以使學(xué)生圓滿完成工科教育三個(gè)層面的任務(wù)——基本知識(shí)、實(shí)踐能力、創(chuàng)新精神。同時(shí)，教師能夠通過學(xué)生的各種想法受到啟發(fā)，迸發(fā)科研火花，研究出更先進(jìn)的技術(shù)措施，也可從中發(fā)現(xiàn)教學(xué)中的不足，進(jìn)一步提升教育理念，改善教學(xué)環(huán)節(jié)，提高教學(xué)技能，為學(xué)生服務(wù)。

六、專業(yè)課教學(xué)創(chuàng)新方法及途徑

教師在講解了基礎(chǔ)知識(shí)、基本原理、設(shè)計(jì)計(jì)算、建設(shè)實(shí)施后，將典型的工程事故分析與處理案例作為教學(xué)著力點(diǎn)，分析錯(cuò)綜復(fù)雜的實(shí)際問題，探討事故原因，這一過程是對(duì)教科書中相關(guān)知識(shí)的進(jìn)一步理解和知識(shí)保持過程;接著，創(chuàng)設(shè)問題情境，進(jìn)行課上課下翻轉(zhuǎn)，要求學(xué)生在課下根據(jù)所學(xué)的知識(shí)，探討該工程事故的處理方案。這種方式使學(xué)生既親切又緊張，從而能夠引導(dǎo)大家抱著解決棘手問題的強(qiáng)烈愿望，開動(dòng)腦筋積極思考，并搜集與查閱相關(guān)知識(shí)進(jìn)行探討，鍛煉創(chuàng)造性思維，提出創(chuàng)新想法;然后再設(shè)置師生翻轉(zhuǎn)課堂，學(xué)生暢所欲言，分組講解自己設(shè)計(jì)的事故處理方案，大家聽后，教師點(diǎn)評(píng);最后，教師給出該事故處理方案的優(yōu)化過程、實(shí)施過程，以及事故處理后的實(shí)際效果等，供學(xué)生參考。這樣既可教育學(xué)生要具備科學(xué)設(shè)計(jì)、認(rèn)真施工的工匠精神，又能鍛煉學(xué)生提出問題、分析問題和解決問題能力，還能使學(xué)生在重大工程問題面前各顯神通，盡情發(fā)揮，大膽提出各種技術(shù)創(chuàng)新方案，達(dá)到掌握原理、隨機(jī)應(yīng)變、因地制宜、求真創(chuàng)新的教學(xué)目的，這正是完成新工科大學(xué)教育任務(wù)（基本知識(shí)、實(shí)踐能力、創(chuàng)新精神）最為有效的措施。

七、突出以學(xué)生為中心的教育理念，全面提升學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新能力

培養(yǎng)和提高大學(xué)生分析實(shí)際問題和解決實(shí)際問題的能力是工科教學(xué)的核心。通過實(shí)際項(xiàng)目將學(xué)生帶入工程實(shí)踐的情景中，增加感性認(rèn)識(shí)，學(xué)生會(huì)更容易理解和接受。

美國心理學(xué)家杜威（John Dewey）提出了解決問題的五個(gè)步驟，即疑難—分析—假設(shè)—檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)—結(jié)論。鼓勵(lì)學(xué)生用自己的語言重述各種概念，幫助學(xué)生養(yǎng)成正確地表征問題、系統(tǒng)思考問題的習(xí)慣和能力[8]。

最能培養(yǎng)學(xué)生分析工程問題和解決工程問題能力的教學(xué)環(huán)節(jié)則是插入典型的工程事故分析與處理案例，分析錯(cuò)綜復(fù)雜的實(shí)際問題，從正、反兩個(gè)方面引導(dǎo)學(xué)生。例如，在學(xué)習(xí)“地基與基礎(chǔ)”課程中的《樁基礎(chǔ)》一章后，插入某短樁基礎(chǔ)工程事故分析與處理案例。首先，介紹工程概況，包括建筑特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)、地質(zhì)條件、環(huán)境情況等，帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入工程實(shí)踐，使其親臨其境，增加感性認(rèn)識(shí)（本例為框架結(jié)構(gòu)的通信大樓，濕陷性黃土場地）。接著，介紹該樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)、施工及其檢測情況，對(duì)照教科書復(fù)習(xí)基本知識(shí)（理論、原理、計(jì)算）。然后，引出檢測結(jié)果不能滿足設(shè)計(jì)要求的工程事故情況，再對(duì)照已經(jīng)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識(shí)（如短樁受力機(jī)理、荷載傳遞的影響因素、設(shè)計(jì)計(jì)算等）分析工程事故原因（設(shè)計(jì)計(jì)算、施工方法、檢測方法等），進(jìn)一步從正反兩個(gè)方面對(duì)教科書中基本知識(shí)進(jìn)行深刻理解與反思。接著，學(xué)生開動(dòng)腦筋，根據(jù)所學(xué)的知識(shí)提出各自的處理方案，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新精神。最后，教師給出該事故處理的實(shí)際情況（采用樁間一定深度范圍內(nèi)夯填灰土增強(qiáng)樁基礎(chǔ)承載力，并消除原土的輕微濕陷性），以及事故處理后的實(shí)際效果等（本例處理后的建筑物沉降量遠(yuǎn)小于國家規(guī)范的要求），使學(xué)生掌握原理，化難為易，創(chuàng)新發(fā)展[7，8]。

綜上所述，新工科專業(yè)課教學(xué)應(yīng)以教學(xué)大綱為基準(zhǔn)，以國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范為導(dǎo)向，將教師的科研成果和工程實(shí)踐融入專業(yè)課教學(xué)中，在理解與掌握基本原理和基本技能的基礎(chǔ)上，激發(fā)大學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，啟發(fā)大學(xué)生的創(chuàng)造性思維，提高大學(xué)生分析實(shí)際問題和解決實(shí)際問題的能力，達(dá)到培養(yǎng)大學(xué)生熱愛專業(yè)、肩負(fù)起國家建設(shè)重任的專業(yè)素質(zhì)目標(biāo)。

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Exploration on the Teaching of Professional Courses under the Background of New Engineering

LI Qi-min1， WANG Jian2

（1. School of Water Resources and Environment， China University of Geosciences 〔Beijing〕， Beijing 100083， China; 2. School of Civil Engineering and Architecture， Southwest University of Science and Technology， Mianyang， Sichuan 621010， China）

Abstract： The teaching of professional courses is an important part of undergraduate teaching activities. The paper analyzes the construction tasks and the characteristics of professional courses of Emerging Engineering Education. On the basis of investigating and studying the interest of engineering college students in professional courses， this paper discusses the teaching methods of combining scientific research with professional courses teaching to inspire college students’ creative thinking. we exchange the practice and experience of integrating engineering practice， especially engineering accident analysis and handling cases， into professional courses teaching， so as to improve college students’ ability to analyze and solve problems. This teaching method enables students to successfully complete the three-level tasks of basic knowledge， practical ability and innovative spirit in Emerging Engineering Education at the same time.

Key words： engineering education; teaching of professional courses; engineering accident cases; ability improvement