趙金秀，周紅星

新工科背景下土木類專業(yè)課程教學模式研究與實踐—— 以“建筑給水排水工程”為例

趙金秀，周紅星

（唐山學院 土木工程學院，河北 唐山 063000）

以新工科建設任務為引領，結合土木類專業(yè)課程特點探索了新型的“三三四”教學模式，即“線上平臺與線下課堂相結合、思政教育與專業(yè)知識相結合、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和實踐能力相結合”的三結合教學設計、“課前導學+課中內化+課后提升”的三階段教學過程、“課前自測+課中表現(xiàn)+課后績效+試卷測試”的四環(huán)節(jié)考核方式。該教學模式在土木類專業(yè)課程建筑給水排水工程中進行了實踐，通過對該教學模式應用前后學生成績、競賽效果、教師成果幾方面對比分析，驗證了“三三四”教學模式良好的實際應用效果。

新工科；“三三四”教學模式；教學設計；教學過程；考核方式

2017年教育部提出并實施“新工科”計劃，隨之產(chǎn)生了“復旦共識”“北京指南”“天大行動”等具有指導意義的文件[1,2]。經(jīng)濟快速發(fā)展模式迫切需要新型工科人才的支撐，需要高校面向未來布局新工科建設，培養(yǎng)具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和工程實踐能力的科技人才[3]。土木類專業(yè)重點培養(yǎng)精通土木類學科基礎理論知識和倫理，在建筑領域中能夠從事工程的規(guī)劃、設計、施工及管理等工作的高級工程技術人才。因此，探索新工科背景下土木類專業(yè)課程的高效教學模式，對推動課程高質量發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

1 “三三四”教學模式研究的總體思路

以新工科建設任務為引領，結合土木類專業(yè)課程特點，從教學設計、教學過程和考核方式三個方面進行“三三四”教學模式研究，見圖1。通過該教學模式，力求達到提高土木類專業(yè)課程課堂教學效果、提升學生自主學習能力、增加課程深度廣度、融入思政教育、提高學生實踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的教學目標。

圖1 “三三四”教學模式

2 “三”結合教學設計

教學設計的目的在于激發(fā)學生的興趣和積極性[4]。新工科背景下，課程教學要將教師的教和學生的學有機結合起來，并突出“以學生為中心”的“教書育人”培養(yǎng)理念。同時針對土木類專業(yè)課程趣味性少、理論計算多、與建筑工程聯(lián)系密切、工程圖紙抽象難懂、學生興趣不高等特點，課題組提出土木類專業(yè)課程采用線上平臺與線下課堂相結合、思政教育與專業(yè)知識相結合、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和實踐能力相結合的三結合教學設計。

2.1 線上平臺和線下課堂相結合

針對目前在線課程教師大多只是單純地加入一段上課視頻，或直接采用視頻上課，課堂變成視頻播放或仍然是教師單純講授的模式，學生要么看視頻，要么聽教師講，線上和線下處于分離狀態(tài)，教學依然沒有效果，學生理論知識與實踐應用依然脫節(jié)的問題現(xiàn)狀，采用線上平臺和線下課堂相結合的授課模式。對于線上線下混合式教學來說，教學設計尤其重要，需要融合線上與線下教學，使教學內容有效填充，激發(fā)學生興趣，培養(yǎng)學生主動學習和思考的能力[5]。

課前利用線上平臺引導學生自主學習理論知識點微課視頻，線下課堂采用問題式教學、案例式教學、討論式教學等方式，構建具有趣味性、多樣性、交互性的課堂模式，充分調動學生的積極性和主動性；課堂結束，再利用線上平臺進行知識拓展訓練、結合實際工程進行工程設計和師生進一步線上探討等，以建筑給水排水工程課程的“建筑消防給水系統(tǒng)”為例，線上平臺和線下課堂相結合的教學設計見圖2。

圖2 線上平臺與線下課堂結合

采用線上平臺和線下課堂相結合，學生能自主安排利用網(wǎng)絡平臺的時間和空間，同時這種模式能夠提升課程的學習深度和廣度，提高理論知識學以致用的教學效果，將“教與學”高效結合。

2.2 思政教育與專業(yè)知識相結合

新工科要求秉承“興學強國”的責任和使命，將家國情懷融入工程人才培養(yǎng)全過程，培養(yǎng)主動服務社會、解決關系國家發(fā)展和民生疾苦重大問題的工程人才，為實現(xiàn)中華民族偉大復興的中國夢作出貢獻[6]。土木類專業(yè)人才的專業(yè)素養(yǎng)關系到國家建筑工程的質量和卓越程度，將專業(yè)知識與思政教育相結合，是為祖國培養(yǎng)愛國、愛崗敬業(yè)、有擔當、有責任的工程技術人才的必然需求，尤其在新工科建設背景下，社會對人才的要求也不再僅僅局限于專業(yè)知識，而是更看重學生的綜合素養(yǎng)和道德品行[7]。所以，在土木類專業(yè)課程教學中應注重專業(yè)知識和思政教育相結合。

教師課前對課程知識點思政元素進行挖掘和提煉，授課中將思政元素和專業(yè)知識有效結合。以建筑給水排水工程課程“建筑消防系統(tǒng)”為例，思政教育與專業(yè)知識相結合的教學設計見圖3。

圖3 思政教育與專業(yè)知識相結合

通過思政元素與專業(yè)知識相結合的教學設計，以“潤物無聲”的方式將思政教育融入課程教學的過程中，真正達到“教書”和“育人”的培養(yǎng)目標。

2.3 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)與提高實踐能力相結合

在工業(yè)4.0、“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”的時代背景下，創(chuàng)新型人才成為國家的核心競爭力之一[8]。建設高等教育強國要求高等教育必須走內涵式發(fā)展道路，而創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育正是實踐內涵式發(fā)展戰(zhàn)略的有效路徑[9]。

提高人才的創(chuàng)新和實踐能力是新工科建設的主要任務之一。隨著社會發(fā)展，無論對于企業(yè)發(fā)展還是大學生就業(yè)，競爭越來越激烈，企業(yè)需要通過創(chuàng)新人才獲得更好的發(fā)展前景，大學生需要通過提高自身的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力拓寬就業(yè)。工程實踐是創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的助推劑，理論和實際相結合是提高創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的關鍵措施。因此在土木類專業(yè)課程教學中需注重創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力與實踐能力的培養(yǎng)。可以充分利用互聯(lián)網(wǎng)教學平臺對現(xiàn)代教學的重大作用[10]，如在課堂講授到相關工程理論知識時，加入工地現(xiàn)場錄制的工程實踐視頻給學生觀看，或直接連線現(xiàn)場工程師視頻講解典型工程案例；通過BIM建模軟件或工程實訓平臺創(chuàng)建工程實踐環(huán)境和工程實踐模式等加入課堂教學中，提高學生的工程實踐學習能力；要求學生用互聯(lián)網(wǎng)技術和專業(yè)知識，進行工程實例設計，鼓勵和指導大學生積極參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目、工程設計競賽項目、大學生社會實踐項目等，提高他們的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和工程實踐能力。

3 三階段教學過程

新工科背景下，要求工程人才具有自主終身學習的能力，教與學要互動、并突出“學生的學”為主體。課題組提出“課前導學+課中內化+課后提升”的三階段教學過程。

課前導學采用任務驅動和沖關獎勵式激勵課前知識自學；課中可采用問題啟發(fā)、互動討論等方式激發(fā)學習興趣，促進知識消化吸收；課后采用知識拓展練習或項目研究開發(fā)式以鞏固知識和提升創(chuàng)新實踐能力。以建筑給水排水工程的“消防給水系統(tǒng)”為例，三階段教學過程見圖4。

通過“課前導學+課中內化+課后提升”的三階段教學過程，將課程的課前、課中和課后緊密聯(lián)系在一起，形成封閉的教學環(huán)節(jié)，不但提高學生自主學習能力、分析解決問題的能力、創(chuàng)新實踐能力，實現(xiàn)“教和學”的有效結合，更達到了體現(xiàn)“以學生為中心”的高質量教學目標。

圖4 三階段教學過程

4 四環(huán)節(jié)考核方式

教學模式的開展，在豐富教學內容和手段的同時，也應該將教學評價內容進行同步更新，因此課題組制定了“課前自測+課中表現(xiàn)+課后績效+試卷測試”四環(huán)節(jié)考核方式，圖5是課程四環(huán)節(jié)考核方式各環(huán)節(jié)的評價內容和百分比。其中課前自測環(huán)節(jié)、課中表現(xiàn)環(huán)節(jié)、課后績效環(huán)節(jié)及試卷測試環(huán)節(jié)中的階段測試都屬于過程性考核，占比70%。課前自測包括任務完成度、自學測試等環(huán)節(jié)。課中表現(xiàn)包括出勤、課堂討論、問題回答、調查報告等環(huán)節(jié)測評。課后績效包括拓展知識練習、工程案例問題分析和解決、圖紙設計、成果創(chuàng)新等環(huán)節(jié)測評。過程性考核有利于激發(fā)學生在學習過程中的主動性，也便于教師及時發(fā)現(xiàn)教學中存在的問題，隨時進行改進，提高教學質量。試卷測試環(huán)節(jié)的期末測試占比30%。試卷測試環(huán)節(jié)是檢驗課程學習效果的一個重要手段。“課前自測+課中表現(xiàn)+課后績效+試卷測試”四環(huán)節(jié)考核方式，消除了一卷定成績的期末考核主導方式的弊端，更加注重學生的學習參與過程。通過四環(huán)節(jié)考核方式，教師及時總結反思，能夠真正提高教學效果和達成教學目標。

圖5 四環(huán)節(jié)考核模式構成比例圖

5 教學模式運行效果

對土木類專業(yè)“建筑給水排水工程”“空調工程”“土力學及基礎工程”三門專業(yè)課程采用了該教學模式?，F(xiàn)以“建筑給水排水工程”為例，分析應用效果。

教學模式應用前后，學生課程成績分布情況，見圖6和圖7。從圖6可以看出，近兩年學生成績穩(wěn)步提升，低于60分的人數(shù)比例明顯下降，良好率從20%提高到30%多，優(yōu)秀率從無變有。圖7表明，平均成績從60多分上升到接近70多分，整體提高近10分。這充分說明了學生對課程知識的整體掌握水平和教學效果的提升。

圖6 教學模式應用前后成績分布情況對比

圖7 教學模式應用前后平均成績和最低最高成績對比

教學模式應用前后，學生參加創(chuàng)新競賽申報和獲獎情況，見圖8和圖9。

從圖8可以看出，2018年教學模式應用前，參加大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)+的學生人數(shù)占班級總人數(shù)比例為8.6%，教學模式應用后的2019年，這個數(shù)字提升到15.3%，2020年達到26.4%，參加學科競賽的人數(shù)也顯著增加。

從圖9可以看出，參加項目和競賽的未獲獎學生的比例顯著下降，獲獎層次和省級以上獲獎的比例明顯增加。以上說明，通過該教學模式的應用，學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和專業(yè)實踐能力都有了顯著的提升。

課程教學模式應用后，不僅課程教學效果提高，學生的各項能力提高，同時也豐富了課程組教師的教學成果。以“建筑給水排水工程”課程組為例，課題組1人參加全國建環(huán)專業(yè)教師講課大賽榮獲一等獎，4人參加學校專任教師講課大賽獲得一等獎；1人被評為省級教學名師；課題組所在的市政工程教學團隊被評為省級優(yōu)秀教學團隊；“建筑給水排水工程”課程被評定為河北省高校精品在線開放課程，不僅為本校1 000多名學生實現(xiàn)了線上開放學習，同時面向全國高校開放。新冠肺炎疫情以來，為有該課程安排的5所高校在課程網(wǎng)站上開設了專班，被校外90多所院校的學生選作網(wǎng)絡學習資源。運行期間，校外申請在線學習學生累積達850多人，截止目前線上累計選課人數(shù)達到2 300多人，課程累計瀏覽量達到120多萬次。

圖8 教學模式應用前后學生參加項目競賽人數(shù)比例對比

圖9 教學模式應用前后學生參加項目競賽獲獎情況對比

6 結語

新工科背景下，提出了新型的“三三四”教學模式，該模式在唐山學院土木工程學院三門土木類專業(yè)課程的應用已經(jīng)試行。通過建筑給水排水課程教學模式應用前后的對比分析，表明該教學模式通過完整的教學設計、各階段的過程控制和全過程的考核方式，提高了課程學習效果和學生課程成績，使學生掌握了豐富的專業(yè)理論知識、提高了自主學習能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和工程實踐能力，達到了培養(yǎng)既具有扎實理論知識、又具有良好的職業(yè)素養(yǎng)和顯著的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐能力的土木類專業(yè)高級工程技術人才的目標。同時，該教學模式的實施提升了教師的教學能力和教學水平，使教師取得了較多的教學成果，因此該模式具有較好的推廣應用價值。

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The Study and Practice of Teaching Model for Civil Engineering Professional Courses under the Background of New Engineering by Taking "Building Water Supply and Drainage Engineering" as an Example

ZHAO Jin-xiu, ZHOU Hong-xing

(School of Civil Engineering, Tangshan University, Tangshan 063000, China)

Guided by the task of building new engineering, combined with the characteristics of civil engineering courses, the new “three-three-four” teaching mode is explored. “Three-three-four” teaching mode refers to three-combination instructional design (online and offline integration, combination of professional knowledge and ideological and political education, combination of innovation and entrepreneurship with practical capabilities), three-stage teaching process (pre-class guidance + in-class internalization + after-class improvement) and four stages of assessment method (before class self-assessment + during class performance + after class performance + test paper test). This teaching model has been practiced in the civil engineering course for building water supply and drainage engineering. Through the comparative analysis of student performance, competition effect, teaching achievement after the practice of the teaching model, it is confirmed that the “three-three-four” teaching model has good practical effects.

new engineering; “three- three-four” teaching mode; instructional design; teaching process; evaluation mechanism

G642文獻標識碼：A文章編號：1009-9115(2022)03-0112-06 DOI：10.3969/j.issn.1009-9115.2022.03.027

河北省高等教育教學改革研究與實踐項目（2020GJJG407），教育部高等學校給排水科學與工程專業(yè)教學指導分委員會教育教學改革立項項目（GPSJZW2020-34）

2021-12-13

2022-03-04

趙金秀（1980-），女，河北滄州人，碩士，副教授，研究方向為土木類專業(yè)課程教學工作和研究。

（責任編輯、校對：吳樹新）