頡亞瑋，高延紅，劉宏遠(yuǎn)

（浙江工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，浙江 杭州 310014）

引言

中國(guó)工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)明確將解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力的培養(yǎng)作為本科工程教育的聚焦點(diǎn)。在我國(guó)現(xiàn)行的《工程教育認(rèn)證通用標(biāo)準(zhǔn)解讀及使用指南（2022版）》的12條畢業(yè)要求中，8條直接提及“復(fù)雜工程問(wèn)題”，而其余4條則是對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題解決能力的素質(zhì)類(lèi)要求［1］。

目前，全國(guó)已有49所高校的給排水科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)通過(guò)了住建部的專(zhuān)業(yè)評(píng)估（認(rèn)證）。“建筑給水排水工程”是給排水科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)的核心專(zhuān)業(yè)課程之一，其特點(diǎn)在于知識(shí)點(diǎn)多而散，實(shí)踐性極強(qiáng)且與現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合緊密。在此背景下，如何基于課堂教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的復(fù)雜工程問(wèn)題解決能力，實(shí)現(xiàn)課程的持續(xù)改進(jìn)，是踐行OBE教育理念，達(dá)成培養(yǎng)目標(biāo)，并創(chuàng)建一流本科專(zhuān)業(yè)的關(guān)鍵所在。

一、“建筑給水排水工程”課程中涉及的復(fù)雜工程問(wèn)題特征

復(fù)雜工程問(wèn)題（Complex Engineering Problems）指的是復(fù)雜的工程問(wèn)題，而不是復(fù)雜工程的問(wèn)題。在《華盛頓協(xié)議》所描述的復(fù)雜工程問(wèn)題的7個(gè)特征中［2］，“（1）必須運(yùn)用深入的工程原理經(jīng)過(guò)分析才可能解決”是本質(zhì)，是復(fù)雜過(guò)程問(wèn)題的天然屬性，必然具備［1］。其余特征在建筑給水排水工程中集中體現(xiàn)在：“（2）需求涉及多方面的技術(shù)、工程和其他因素，并可能相互有一定沖突?！北热缛绾卧诒Ｕ瞎┧煽啃院陀盟孢m性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能供水和節(jié)約用水；“（4）不是僅靠常用方法就可以完全解決的。”如工程實(shí)踐中涌現(xiàn)出的新技術(shù)和新設(shè)備，按部就班的常規(guī)設(shè)計(jì)或者施工方式就難以適應(yīng)這種變化；“（5）問(wèn)題中涉及的因素可能沒(méi)有完全包含在專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中?！北热缭谧試娤到y(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，對(duì)于越來(lái)越多的構(gòu)造奇特、流線、不規(guī)則的建筑的最不利點(diǎn)處作用面積常常難以形成規(guī)范中的規(guī)則矩形；“（6）問(wèn)題相關(guān)各方利益不完全一致?！苯ㄖo排水工程是建筑物整體工程的一部分，隨著建筑物承載的功能日益增多，建筑給排水中涉及的供排水管線面臨和其他專(zhuān)業(yè)管線設(shè)計(jì)方案的協(xié)調(diào)問(wèn)題?！埃?）具有較高綜合性，包含多個(gè)相互關(guān)聯(lián)的子問(wèn)題。”比如建筑給排水設(shè)計(jì)中通常包括給水、熱水、排水、中水、消防等子專(zhuān)項(xiàng)，呈現(xiàn)了較高的綜合性。

二、復(fù)雜工程問(wèn)題解決能力培養(yǎng)目標(biāo)下，“建筑給水排水工程”課堂教學(xué)存在的問(wèn)題

（一）課堂講授過(guò)度重視工程應(yīng)用方法，輕視理論原理學(xué)習(xí)

“建筑給水排水工程”是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，工程設(shè)計(jì)實(shí)踐中許多設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)都是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)獲得或可以在規(guī)范/標(biāo)準(zhǔn)中查表得到的；加之專(zhuān)業(yè)課時(shí)不斷減少，該門(mén)課程的課堂講授逐漸演變成“規(guī)范條文的應(yīng)用指南”，缺乏對(duì)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)或?qū)嶋H操作方法背后理論支撐的教授。在本科的培養(yǎng)目標(biāo)要求下，工程實(shí)踐方法固然重要，但使學(xué)生知其然并知其所以然、掌握工程經(jīng)驗(yàn)的理論來(lái)源是極其重要且不可缺少的一環(huán)。因此當(dāng)前針對(duì)理論原理的教學(xué)內(nèi)容不是太多，而是太少、太淺。

（二）缺乏對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題認(rèn)知及其解決能力的培養(yǎng)

當(dāng)前的教學(xué)內(nèi)容、課程設(shè)計(jì)和教學(xué)過(guò)程中對(duì)建筑給水排水工程中復(fù)雜工程問(wèn)題的特征認(rèn)識(shí)不足，認(rèn)為一切按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范即可，方案、技術(shù)等都是有經(jīng)驗(yàn)的、成熟的，不存在復(fù)雜的工程問(wèn)題，課程教授和考核內(nèi)容以教材上的、記憶的內(nèi)容為主，忽視了培養(yǎng)過(guò)程中對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題識(shí)別和解決能力的訓(xùn)練。

三、“建筑給水排水工程”課程中復(fù)雜工程問(wèn)題解決能力培養(yǎng)的策略

（一）復(fù)雜工程問(wèn)題解決能力培養(yǎng)目標(biāo)下課堂教學(xué)內(nèi)容的重構(gòu)

理論原理是專(zhuān)業(yè)知識(shí)強(qiáng)有力的支撐，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力具有重要作用。但在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，一方面專(zhuān)業(yè)課教學(xué)時(shí)長(zhǎng)普遍不足，另一方面單純的理論知識(shí)晦澀，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高；此外，還存在理論知識(shí)體系與專(zhuān)業(yè)實(shí)踐應(yīng)用脫節(jié)的現(xiàn)象，導(dǎo)致課堂教學(xué)中忽視基礎(chǔ)知識(shí)教授。然而，沒(méi)有基礎(chǔ)知識(shí)支撐的工程應(yīng)用是無(wú)本之木，不掌握基本原理的學(xué)生也很難具有創(chuàng)新精神。

以“工程問(wèn)題，理論解決”的理念為指導(dǎo)，強(qiáng)化理論教學(xué)。改變目前教學(xué)“照表查、照書(shū)抄”的現(xiàn)狀，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容側(cè)重點(diǎn)。在教學(xué)過(guò)程和內(nèi)容上，首先讓學(xué)生明確本科教學(xué)的培養(yǎng)目標(biāo)，在心中深植復(fù)雜工程問(wèn)題的解決方法源自強(qiáng)大理論支撐的基本觀念；其次在課堂教學(xué)中應(yīng)讓目前不被重視的工程中各種參數(shù)的理論原理重返課堂，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)在經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)、規(guī)范/標(biāo)準(zhǔn)條文背后的理論基礎(chǔ)上有所偏重。

引入工程實(shí)例，根據(jù)課堂教學(xué)內(nèi)容合理設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論知識(shí)，轉(zhuǎn)化為具體的工程實(shí)踐任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生基于已有知識(shí)完成相關(guān)任務(wù)目標(biāo)。通過(guò)讓學(xué)生探究某一工程經(jīng)驗(yàn)或規(guī)范條文后深層次原因強(qiáng)化理論原理和工程經(jīng)驗(yàn)的結(jié)合，倒逼學(xué)生自主學(xué)習(xí)，提升課程的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度。比如建筑給水排水工程實(shí)踐中一個(gè)普遍的認(rèn)識(shí)是排水通氣系統(tǒng)和管材對(duì)排水立管的通水能力有顯著影響，而且在《建筑給水排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中也有相關(guān)建議數(shù)據(jù)，通過(guò)查表就能夠滿足設(shè)計(jì)基本要求，但如果學(xué)生的學(xué)習(xí)僅僅停留在此，就很難理解通氣特性和管道內(nèi)壁對(duì)排水能力的影響機(jī)理，也就不能解決目前為了提高排水能力而盲目擴(kuò)大通氣管徑的錯(cuò)誤做法。在課時(shí)限制下，教學(xué)內(nèi)容要強(qiáng)本弱末：基本原理是本，工程應(yīng)用和經(jīng)驗(yàn)參數(shù)是末，指導(dǎo)學(xué)生探究表象背后的本質(zhì)，才能立于主動(dòng)學(xué)習(xí)的不敗之地。理論不再是抽象的數(shù)字和公式，而是發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題的工具，不僅實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)理論知識(shí)與專(zhuān)業(yè)知識(shí)的結(jié)合，也增強(qiáng)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)自信，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)新精神。

（二）基于項(xiàng)目的引導(dǎo)—探索—深入的課堂教學(xué)模式構(gòu)建

強(qiáng)調(diào)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中通過(guò)新舊知識(shí)的聯(lián)系理解知識(shí)，并且能夠在高水平思維的學(xué)習(xí)活動(dòng)中主動(dòng)、批判性地理解和運(yùn)用知識(shí)，是達(dá)成深度學(xué)習(xí)的重要途徑［3］。由于課程體系的時(shí)序特點(diǎn)，學(xué)生在學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)課時(shí)，通識(shí)基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課均已經(jīng)成為“舊知識(shí)”，而復(fù)雜工程問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)和解決則是“新知識(shí)”，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中通過(guò)新舊知識(shí)的聯(lián)系進(jìn)行學(xué)習(xí)就是強(qiáng)調(diào)將專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)原理與復(fù)雜工程問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)和解決相結(jié)合。

引導(dǎo)的責(zé)任在教師。教師收集具有真實(shí)性、針對(duì)性、啟發(fā)性和問(wèn)題性的工程案例，源自實(shí)際工程中的案例天然具有復(fù)雜特性［4］。工程項(xiàng)目案例的搜尋本身也是課程內(nèi)容的一部分，它不是簡(jiǎn)單的“拿來(lái)主義”，需要根據(jù)教學(xué)要求、學(xué)生素質(zhì)和教學(xué)規(guī)律進(jìn)行適當(dāng)修改［5］，避免為了復(fù)雜而復(fù)雜，失去了教學(xué)意義。案例涉及的復(fù)雜問(wèn)題沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)答案，需要學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中自行發(fā)現(xiàn)、甄別、總結(jié)和判斷。教師主要起到掌控案例教學(xué)大方向、引導(dǎo)學(xué)生明確思考路徑的作用。

探索的主體是學(xué)生，師生關(guān)系互換。探索學(xué)習(xí)的過(guò)程是讓學(xué)生從對(duì)零散的“點(diǎn)”知識(shí)的學(xué)習(xí)逐步轉(zhuǎn)移到對(duì)知識(shí)的整合上來(lái)，形成知識(shí)“線條”，連線成“面”，進(jìn)而利用它們發(fā)現(xiàn)和分析問(wèn)題、解決問(wèn)題。只有在學(xué)習(xí)者解決真實(shí)世界里發(fā)生的問(wèn)題，通過(guò)論證或應(yīng)用而激活已知知識(shí)，并將其作為理解新知識(shí)的基礎(chǔ)時(shí)，新知識(shí)才會(huì)被整合到學(xué)習(xí)者的世界中［3］。工程實(shí)例或項(xiàng)目教學(xué)沒(méi)有唯一確定的答案，引導(dǎo)學(xué)生用已有知識(shí)探究解決問(wèn)題的更好方案，培養(yǎng)針對(duì)復(fù)雜問(wèn)題的思考、發(fā)現(xiàn)和分析方法，才是這一教學(xué)過(guò)程的目的所在。學(xué)生通過(guò)主動(dòng)學(xué)習(xí)和思考，闡述發(fā)現(xiàn)的復(fù)雜問(wèn)題以及解決思路并進(jìn)行討論。在上述過(guò)程中“交流”“合作”等行為自然而然地出現(xiàn)了，對(duì)獲得深層的、有意義的學(xué)習(xí)成果是非常有益的［6］。

深入的核心是合作。師生關(guān)系進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為合作者，師生享有平等的地位，平等參與討論［7］。對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行分析、討論、辨別。但由于學(xué)生的專(zhuān)業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)不深厚，因此教學(xué)實(shí)踐中教師需要掌控討論的大方向。這種合作還可以延伸，比如學(xué)生以項(xiàng)目成員的身份加入教師的科研團(tuán)隊(duì)參與開(kāi)展科研項(xiàng)目。師生雙方在合作中互相學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長(zhǎng)，使各自成為更好的教師和學(xué)生［7］。應(yīng)該指出教師在案例的選擇方面尤其要注意，切忌難度過(guò)大，要以激發(fā)興趣、培養(yǎng)能力為原則，避免造成學(xué)生過(guò)大的挫敗感，過(guò)猶不及。

（三）面向復(fù)雜工程問(wèn)題解決能力培養(yǎng)的課程考核方式改革

課程的考核是教育教學(xué)過(guò)程重要的組成部分和必不可少的環(huán)節(jié)［8］，要實(shí)現(xiàn)面向復(fù)雜工程問(wèn)題解決能力培養(yǎng)的課程考核，就必然要求我們強(qiáng)化針對(duì)復(fù)雜問(wèn)題的分析、解構(gòu)和解決能力的評(píng)價(jià)。在“復(fù)雜問(wèn)題，理論解決”的理念下，課程的考核評(píng)價(jià)內(nèi)容應(yīng)該全面評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握情況以及發(fā)現(xiàn)和解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。讓學(xué)生共同參與評(píng)價(jià)，引入生講生考、生講師考、師生共評(píng)的機(jī)制，考核側(cè)重點(diǎn)是復(fù)雜問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)、思考過(guò)程以及解決方案；在考核過(guò)程中產(chǎn)生的師生和生生之間的交流、討論、辯論事實(shí)上也成為教學(xué)過(guò)程的一部分。如此一來(lái)，教學(xué)考試評(píng)價(jià)過(guò)程則從教學(xué)過(guò)程的結(jié)束變成了教學(xué)過(guò)程的延續(xù)，也有利于體現(xiàn)評(píng)價(jià)的客觀公正，從而提高學(xué)生對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的認(rèn)可度。

重視學(xué)生復(fù)雜工程問(wèn)題能力培養(yǎng)，就是要通過(guò)考核模式的改革扭轉(zhuǎn)目前學(xué)生普遍重考試、輕考查、重期末、輕平時(shí)的學(xué)習(xí)態(tài)度。課程的考核評(píng)價(jià)要更具綜合性、全面性和經(jīng)常性，應(yīng)同等重視期末考評(píng)和過(guò)程考評(píng)，但不同考核過(guò)程的側(cè)重點(diǎn)應(yīng)有所不同，過(guò)程考核應(yīng)該理論實(shí)際并重；而在期末考評(píng)中，案例中復(fù)雜工程問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)、分析、思考和解決，以及課程中理論知識(shí)的連貫和綜合應(yīng)用等則應(yīng)該成為重點(diǎn)。

最后，考核評(píng)估的結(jié)果應(yīng)成為持續(xù)改進(jìn)的基點(diǎn)，考核結(jié)果中反映出來(lái)的學(xué)生對(duì)知識(shí)掌握及其應(yīng)用情況不足之處，應(yīng)該體現(xiàn)在后續(xù)教學(xué)的持續(xù)改進(jìn)中，形成課程質(zhì)量的螺旋上升。

四、課程思政賦能復(fù)雜工程問(wèn)題解決能力培養(yǎng)

學(xué)生的培養(yǎng)要有專(zhuān)業(yè)，但不以專(zhuān)業(yè)為本，而是以人的全面發(fā)展為本［9］。課程思政的目的是培養(yǎng)健全的、全面發(fā)展的人，和工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中“要使學(xué)生……考慮社會(huì)、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素”的理念相向而行，不謀而合。

結(jié)合課程思政，闡述復(fù)雜工程問(wèn)題的產(chǎn)生根源。復(fù)雜工程問(wèn)題通常涉及多專(zhuān)業(yè)、多學(xué)科的交叉。復(fù)雜工程問(wèn)題產(chǎn)生的根本原因首先是改革開(kāi)放以來(lái)中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高速發(fā)展，促進(jìn)了建筑內(nèi)部多功能的集成；其次是我國(guó)近年來(lái)科技的高速發(fā)展使得多功能建筑、綠色建筑等建設(shè)成為可能。從這一點(diǎn)出發(fā)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)國(guó)家繁榮昌盛的榮譽(yù)感、對(duì)人民安居樂(lè)業(yè)的社會(huì)責(zé)任感和使命感，以及專(zhuān)業(yè)自信。

結(jié)合課程思政，培養(yǎng)釘釘子精神。復(fù)雜工程問(wèn)題之所以復(fù)雜，就是由于它不是通過(guò)常規(guī)的、既有的方法和手段能夠解決的，這就要求在課程教學(xué)和指導(dǎo)學(xué)生的過(guò)程中，培養(yǎng)學(xué)生勤于思考、善于思考和科學(xué)思考的習(xí)慣，訓(xùn)練學(xué)生不怕苦、不畏難，鍥而不舍、不怕失敗的釘釘子精神，通過(guò)對(duì)已有知識(shí)的深入和外延知識(shí)的拓展、學(xué)習(xí)和總結(jié)，發(fā)現(xiàn)、分析、解決復(fù)雜工程問(wèn)題。

結(jié)合課程思政，弘揚(yáng)科學(xué)精神。復(fù)雜工程問(wèn)題的解決，依賴于對(duì)問(wèn)題的準(zhǔn)確判斷和分析，在引導(dǎo)學(xué)生拓展已有知識(shí)的過(guò)程中，要讓學(xué)生理解前人面對(duì)工程難題時(shí)的思考方式、解決思路和邏輯鏈條；對(duì)于建筑給水排水而言，復(fù)雜工程問(wèn)題的解決關(guān)系到供水是否安全、排水是否通暢、消防是否有效等，來(lái)不得半點(diǎn)兒虛假和模棱兩可，在這一過(guò)程中，培養(yǎng)學(xué)生踏實(shí)做事、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)事求是的科學(xué)精神和工作態(tài)度。