互动式教学方法在土建类卓越工程创新人才培养中的应用研究

互动式教学方法在土建类卓越工程创新人才培养中的应用研究

熊孝波1，丁锦宏2，赵玉新1，潘发达2,，张邵峰1

熊孝波1，丁锦宏2，赵玉新1，潘发达2,，张邵峰1

（1.南通大学建筑工程学院，江苏省南通市，226019）

（2.南通大学教育科学学院，江苏省南通市，226019）

摘要：随着中国基础设施建设规模的持续增长，工程建设对土建类专业应用型创新人才的需求越来越大，对人才综合素质的要求越来越高。如何培养具有扎实理论知识基础，以及较强的工程创新实践能力，具有创新思维和创新能力的高素质卓越工程人才，成为当前高等学校土木建筑类工程教育教学面临的重要课题。教师在教学过程中应该重视发现、开发、培养和提高学生的能动性和创造性，挖掘学生创新的火花，着力培养学生的工程能力和创新能力。土力学课程作为土木工程及其相关专业重要的专业基础课，在课程内容、课程学习方法、研究方法和知识体系方面有其显著特点。笔者在土力学实验实践教学过程中，能够做到培养其工程意识和创新意识，能够做到充分调动学生学习积极性和主观能动性，育人效果能够切实达到“卓越工程师教育培养计划”的预期目标。本文针对应用创新型人才的培养，结合理论及实践教学中的经验和感受，从土建专业和土力学的特点出发，对土力学课堂教学和实践环节的教学重点、互动式教学方法等及其在卓越工程创新人才培养中的应用进行了有益的探索。

关键词：互动式教学；土木建筑类专业；创新实践；工程教育；卓越人才

资助：本项研究获得南通大学高等教育研究课题“地方综合性大学土建类专业卓越人才培养模式的研究与实践(2015GJ008)”的资助。南通大学2013年课程资源建设项目（JP13029）。南通大学2013年教材建设项目（201319）。

作者简介：熊孝波（1972-），男，汉族，2003年同济大学结构工程博士毕业，导师是孙钧院士，南通大学建筑工程学院教授。研究方向，岩土与结构工程，智能方法应用，高等工程教育研究。

1引言

2007年1月，经国务院批准，教育部和财政部全面启动实施了高等学校本科教学质量与教学改革工程，即“质量工程”。前同济大学校长，教育部副部长吴启迪强调指出：“质量工程”是以提高高校的本科教学质量为目标，按照“分类指导、鼓励特色、重在改革”的原则，在专业、课程、教材、实践教学等方面进行人才培养模式方面的大胆改革和创新，从而带动高等学校本科教学的各方面的改革和创新”。

我国《高等教育法》第十六条第二款从法律上强制规定：高校有培养大学生从事本专业实际工程工作能力和初步科学研究能力的基本义务。教育部《关于进一步深化本科教学改革全面提高教学质量的若干意见》强调：要努力提高大学生的学习能力、创新能力、实践能力、管理能力和社会适应能力。培养学生的初步科研能力是当前本科教学改革的重要内容。

土木工程行业自1997年开始执行了注册结构工程师执业制度，到2004年又新增了注册建造师执业制度，该制度通过制定科学和严格的执业标准，引导从事土建行业的专业技术人员规范执业。逐步建立起比较全面的执业资格体系。教育部“卓越工程师教育培养计划”，是贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020)》，也是促进我们国家由工程教育大国迈向工程教育强国的重大举措。该计划旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量的工程技术人才，为建设创新型国家服务。2011年高等学校土木工程教学指导委员会《高等学校土木工程本科指导性专业规范》中指出，以行业企业需求为导向，以工程技术为主线，以工程实际为背景，努力提升学生的工程素质，培养学生的工程实践能力、工程设计能力、以及工程创新能力等。

2土木建筑类创新型人才涵义及其内容

随着我国基础设施建设和土木建筑事业的蓬勃发展，社会对土建工程人才的需求不仅表现在数量上，而且更加体现在质量的提高上。创新型人才是我国建设创新型国家的根本，而高等学校是培养创新型工程人才的前沿阵地。如何培养具有扎实理论知识基础，以及具有较强的工程实践能力，具有创新思维、创新能力的高素质人才，成为当前高等院校土木建筑类专业教育教学面临的重要课题。

一般地，把原始创新型人才归到学术型，集成创新型人才与引进消化吸收再创新型人才归到应用型。重点大学创新型人才类型是原始创新型和集成创新型，创新起点是客观世界，知识结构侧重理论。一般本科高校创新型人才类型是引进消化吸收再创新型，创新起点是已有技术，知识结构侧重应用。

发现问题、解决问题是创新能力的核心环节，这就要求学校培养的创新人才要注重创新思维能力的培养，注重创造性工作能力的培养。以土木工程地质课程育人为例，工程地质学是一门以定性描述为主体的综合性学科。由于各种重大工程的场地条件、地基条件的差异性、复杂性和客观性，一个岩土工程可以有多种方案，处理的方法也总是相对的。工程地质学的学习具有很强的实践性，思维正是理论和实践的总结和概括，指导着人们进行理论探索和工程实践。根据思维的创新程度，人们又把思维分为常规思维和创新思维。产生工程地质思维，主要包括地质演化思维、地质结构思维、地质工程与环境的合一思维，以及系统思维。创新思维主要包括联想思维、综合思维、发散思维以及系统思维四种方式，而工程地质思维是基于这四种思维方式所建立起来的，二者有着非常密切的联系。

作为普通高校本科主要的培养目标是应用创新型人才，应用创新型人才的创新能力构成要素可概括为知识、能力、素质三点。在土木建筑领域具体体现为：

(1)知识，即扎实的理论基础和广泛的专业知识。不论将来从事设计、施工、监理还是工程管理工作，大学生掌握扎实的理论基础和广泛的专业知识都是基本要求。

(2)能力，即熟练的专业技能。应用型创新人才的能力特点，提升学生在今后生产工作中分析问题、解决问题的能力，学生应在掌握专业基本理论的基础上应熟悉专业规范、规程，熟悉工程建设的基本过程、设计施工各阶段的特点，并能够熟练地掌握各种实践环节。

(3)素质，即开放性的思维方式，以及创造性的劳动。创新型实践人才是指应该具备创造性思维能力和进行创造性劳动的能力。

本科生科研已成为高校教学的必要组成部分。组织全面制定主干课程与重要基础课程研究性教学大纲时，高校应该对现有教学管理模式完善各方面等内容，形成教育教学理念和创新能力培养新模式，并能够具体落实培养方案之中。在本科生研究性课程设置和安排方面，高校应该在创新人才培养方案中对学生的科研能力和创新能力培养进行顶层设计，对各方面学生进行分层次教学，修订完善创新型人才的本科培养方案。整合并优化专业基础课和专业课的课程群体系，制定相应的课外科技活动要求，建立专业主干课程群的培养课程结构体系。施行小班授课，进行研究性和互动式教学。

应用创新型人才的培养是新时代普通高校的教育目标，土力学课程是土木工程、工程管理等专业重要的专业基础课，其教学目的一方面体现在为后续专业课的学习提供基础知识，使学生掌握从事实际工作所必须的基本技能；另一方面还要为培养具有将土力学理论应用到土木工程中的应用创新型人才奠定基础。土力学试验是应用型创新本科工程教育一个重要的实践环节，根据应用型本科生特点，以学生实践能力培养为中心，在实践中培养学生的创新能力，学生变被动依赖为在实践中自主学习、提高和完善。在教师引导启发下，学生结合实际工程进行探索创新性的试验和实践研究，为学生今后在工程实践中创新打下良好基础。

学生在教学活动中从被动接受者的角色转变为学习过程的主体，从接受式学习转变为发现学习、探究学习，激发学生的创新观念和创新欲望，通过采用互动式教学，提升学生的创新兴趣，培养学生产生新认识、新思想和创造新事物的创新能力。

因为土体具有非常复杂的地质成因特点和非线性工程性质，用土力学理论和知识去解决实际工程问题，本身极具挑战性、创造性。学生要真正学好土力学课程，更需要教师在教学过程中重视发现、开发、培养、提高学生的能动性和创造性。高校教师必须善于挖掘学生创新的火花，着力培养学生的工程能力和创新能力。

结合实际工程中的典型案例来讲授理论知识和专业，通过教师和学生的师生友好式合作和互动式启发，引导学生发现问题、思考问题，并提高其利用理论和专业知识解决工程实际问题的能力。笔者结合自己十五年特别是在2011年-2016年的教学育人经历，依托土力学、基础工程、工程地质、路基工程、地下结构工程和建筑工程事故分析与处理等精品课程和教材建设的实践，结合国家重大工程建设的一些典型工程实例，通过改善教学方法和授课方式，开展工程应用案例的非线性分析、复杂性分析，采用启发式教学方式，对培养具有创新意识和能力的现代工程技术人才起得了较大的推动作用。熊孝波结合自己历年的教学与科研实践，运用灰色理论、系统工程方法、模糊数学、神经网络、数值模拟等方法，结合自己的国家自然科学基金项目(40962005)和(2011-k3-36)等省部级课题进行了个人经验式的人才培养，指导学生先后写作发表了10余篇科研论文，有10余人进入985和211等高校进入研究生阶段的学习。使得受到培养的学生具备了一定的分析和解决复杂土木工程问题的能力。

3互动式教学在土建工程教育中的探索

我国伟大的教育家、思想家孔子的教学方法的核心思想是：因材施教、启发诱导、学思结合，其核心就是启发式教学法。启发式教学法从2000多年前诞生直到今日，经过国内外一代代教育工作者的发展与完善，仍是一种值得推广和学习的教学方法。

启发式教学是一种教学类型。我国20年代出版的中国教育辞典中,启发式教学#条目即持这个观点。启发式教学是一种教学方法。80年代上海辞书出版社出版的辞海教育心理分册中,把启发式教学看作一种教学方法。启发式教学是一条教学原则。这是目前大家都能接受的一种观点。启发式教学符合辩证唯物主义内因和外因相互作用的原理。启发式教学符合学生心理发展规律的要求。启发式教学是教学规律的反映。贯彻启发式教学要求教师注意教学问题的设计。贯彻启发式教学要求教师要遵循循序渐进的教学原则。把启发式教学作为同注入式教学相反的一种教学指导思想。启发式教学的涵义可以缩小为一种具体的教学方法,可以扩大为一种教学类型、教学原则,甚至成为一种教学指导思想。

一般地，大学本科的教育分为基础课学习阶段、专业基础课学习阶段和专业课学习阶段。

土力学是为土木建筑类专业学生开设的专业基础课，既具有基础课公式推导理论性强的特点，又具有结合工程实践的专业课的显著特征。在理论方面它没有材料力学那样严谨，以及因为在实践方面它没有土木工程施工那样具有操作性。

土体所处的地质环境的具有很强的复杂性，与工程实践联系紧密的实用技术性。土力学在土木工程教学中具有重要的地位，其教学目的是让学生掌握基础知识，使学生具备从事实际工作所必须的基本技能;另一方面也为培养能将土力学理论应用到土木工程中的应用创新型人才奠定基础。本文从土木工程专业的培养工程应用人才的教学出发，基于培养应用创新型人才的需要，探讨土力学教学方法。

如何引导学生利用理论知识和专业知识来解决实际工程问题，对教师来说，首先需要创造一个良好的课堂气氛，鼓励学生敢于利用现有的知识去解决实际工程问题，并不断培养这种意识和知识创新能力，从而营造一个教学相长的课堂环境。可以结合实际工程当时情况，一起讨论为何比萨斜塔最终采用“地基应力解除法”，即在斜塔倾斜的反方向（北侧）塔基下面掏土，利用地基的沉降，使塔体的重心后移，从而减小倾斜度。而虎丘塔则分两期进行处理：一期工程采用桩排式地下连续墙稳定塔周地基，二期工程采用钻孔注浆+树根桩加固塔基。并让学生课后思考采用所学知识解决上述问题。

在教学方面，提出问题和解决问题的方式最为常用，在培养创新型人才的土力学教学方法探讨和教学过程中也最为有效。启发式教学通常根据教学目的、内容及知识规律、以及学生的知识水平，运用各种教学手段达到激发学生学习兴趣，变被动接受为主动思考的目的。教学实践表明，在土力学课程教学中合理采用启发式教学通常能起到事半功倍的效果。

主要采取的教学方式方法有提问式、启发式、引导式、及环境教学等方式方法。强调土力学实验课程的预习，做到先预习、后实验。课间认真倾听学生在实验过程中的讨论，当试验过程中遇到特殊试验现象时，启发引导学生自己思考，对于学生提出的一些的错误见解，引导学生进行深入思考，使其得到正确的解答。

在教学过程中如何有效地应用好“提出问题，解决问题”的教学方式，应注意以下几个环节。(1)教学之前进行精心准备。教师应根据教学内容和工程实践来精心设计教案，一定要要注重实例与教学内容的相关性对实例进行深入的分析，这样才能够引导学生全方位思维的问题，先提出问题，然后启发性地指出研究思路，最后讨论解决问题的方法。(2)教师要把这些教育心理学理论和知识应用到教学过程中，揣摩大多数学生的学习需求，从学生的角度来设计探索问题、解决问题的途径。(3)采用互动式教学。在教学实践中针对某一定律或某一工程实例开展讨论，采用课堂提问、课堂讨论等形式实现互动式课堂教学，能够活跃课堂气氛、激发学生兴趣、充分发挥学生的主观能动性，促使学生积极思考，这对提高课堂教学效果是十分有益的。

土力学教学注重课堂教学、实验教学和创新性培养的教育融合。将土力学理论知识与工程实际相结合，强调如何运用所学知识解决工程的实际问题。进行深入浅出地讲解和恰如其分的引导，启发学生独立思考，该教学体系改变了传统的主动输出知识和被动接受知识的教学模式，形成了一种平等的积极互动地共同学习研究土力学知识的新方式。

土体抗剪强度理论主要由莫尔强度理论和库仑破坏准则构成。莫尔强度理论描述了地基中某点的剪切面上剪应力与该面上法向应力之间的关系。极限平衡条件判定方法。采用假定大主应力法和假定小主应力法两种方法教学时,要注意能够结合图形启发学生以下两个问题:(1)当大主应力一定时,小主应力越小,应力圆越靠近强度包线,越趋向于破坏;(2)当小主应力一定时,大主应力越大,应力圆越靠近强度包线,越趋向于破坏(3)理论剪破角法讲述时启发学生思考土体剪切破坏时最薄弱的位置在哪里,把学生的思路引导到理论剪破面上来。(4)点到直线距离法。作图法虽然直观,但存在比例难以控制、角度不易确定的缺点。这时,可以启发学生从另外的角度判断莫尔圆和强度包线的关系,即计算圆心到直线的距离。

课程中有很多概念与地质现象需要通过口头语言向学生解释概念、描绘情景,应该更注重启发与引导,并让学生积极参与进来,比如在讲解滑坡与崩塌这两个概念过程中,注重采用启发引导教学方法,由教师提出它们之间有何区别与联系这一问题,可以把以前曾经观察到的此类地质想象形象地表达出来。经过教师最后的总结,两个重要的地质概念清晰地植入到学生的脑海中,印象极其深刻,教学效果很好。将教师从单向讲授者的角色转变为课堂教学的教练员和思维启发者,使学生在讨论过程中感受到读书的快感与乐趣,提高学生学习的主动性,激发学生的创新思维,锻炼学生分析问题、解决问题的能力。

4土建卓越工程师培养探索

国家于2010年6月启动了“卓越工程师教育培养计划”，为高等工科院校的人才培养指明了努力方向和目标。为适应这一人才培养目标，高校需要从人才培养模式、课程教学体系等方面不断进行创新，与时俱进。

如果学生只是被动地接受知识灌输，其创新及创造能力得不到锻炼，工程素养偏低。这种填鸭式教学模式下，学生思维定式，过多依赖老师，遇到奇异的实验数据或异常实验现象，不知道该如何查找原因，创新力严重不足，难以满足“卓越工程师教育培养计划”的最终目标。

土力学是一门实践性非常强的基础课程，理论知识为主，但通过能力培养，引导学生进行创新思维，对理论知识有整体宏观的认知和运用才是人才培养的根本。作为教师，在整个实践环节中，应该起到指导作用，授之以渔，培养学生创新思维方法，这样土力学实践环节的教学才能真正发挥其作用。学校和企业通过共同制定科学合理的培养计划，按通用标准和行业标准培养土木工程人才，联合培养创新应用型“卓越土木工程师”是行之有效的模式，使学生获得土木工程师的专业基本技能训练。对创新应用型“卓越工程师”的培养尤其要理论结合实践，将室内实验教学、工程现场实践等实践性教学环节，让学生在真实工程场合对理论知识的重构和创新，并使之贯通于理论知识和专业技能等各方面，构建基于工程现场实践的人才培养模式，在解决实际工程问题中培养学生的工程素质和创新能力。

校企合作联合培养是进行土木工程专业应用型人才培养的有效途径。胡建林等(2016)以河北建筑工程学院与中铁十七局集团合作为例，高校通过与中铁十七局达成协议，中铁十七局定期组织有经验的工程师为学生讲授先进的施工技术和施工方法等方面的专题讲座，使得学生能够学习到平时书本上没有的知识和技能。通过双方认真合作，中铁十七局为高校提供培养基地，使得师生们在工程实践方面得到有益的锻炼和培养，企业和高校可以相互发挥优势进行合作，对一些科研课题共同进行研究。同时，高校要利用自身的优势，为企业工程人员提供继续教育，或理论方面的短期培训等，提高工程技术人员的理论水平。

笔者在土力学实验教学过程中，为保证土力学实验教学效果，提高学生动手能力、实践能力，培养其工程意识、创新意识所做的思考及探索。通过对土力学实验教学模式的改革创新，提高学生对本课程的兴趣及重视程度，充分调动学生学习积极性和主观能动性，深挖学生潜力，切实达到“卓越工程师教育培养计划”的预期目标。

5结论

本科生科研已成为高校教学的必要组成部分。高校应该对现有教学管理模式完善各方面等内容，并能够具体落实培养方案之中。建立专业主干课程群的培养课程结构体系。施行研究性和互动式教学。提升学生的创新兴趣，培养学生产生新认识、新思想和创造新事物的创新能力。在专业、课程、教材、实践教学等方面进行人才培养模式方面的大胆改革和创新，将室内实验教学、工程现场实践等实践性教学环节，让学生在真实工程场合对理论知识的重构和创新，并使之贯通于理论知识和专业技能等各方面，以工程实际为背景，努力提升学生的工程素质，培养学生的工程实践能力、工程设计能力、以及工程创新能力。

通过采用互动式教学，需要教师在教学过程中重视发现、开发、培养、提高学生的能动性和创造性。高校教师必须善于挖掘学生创新的火花，着力培养学生的工程能力和创新能力。

结合实际工程中的典型案例来讲授理论知识和专业，通过教师和学生的师生友好式合作和互动式启发，引导学生发现问题、思考问题，并提高其利用理论和专业知识解决工程实际问题的能力。使得受到培养的学生具备了一定的分析和解决复杂土木工程问题的能力。

将土力学理论知识与工程实际相结合，强调如何运用所学知识解决工程的实际问题，启发学生独立思考，形成了一种平等的积极互动地共同学习研究土力学知识的新方式。

将教师的角色转变为课堂教学的教练员和思维启发者，提高学生学习的主动性,激发学生的创新思维，锻炼学生分析问题、解决问题的能力。在解决实际工程问题中培养学生的工程素质和创新能力。

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