馬建軍 黃林沖 梁禹 黨文剛

[摘 要] 以土木工程專業(yè)基礎(chǔ)課工程地質(zhì)為例，開展了基于工程素養(yǎng)和學(xué)術(shù)能力培養(yǎng)的教學(xué)改革探索。通過工程案例教學(xué)、啟發(fā)性教學(xué)、開放性問題、綜合能力評價等方法著力培養(yǎng)學(xué)生工程素養(yǎng)，結(jié)合文獻(xiàn)調(diào)研、學(xué)術(shù)研討和論文撰寫等方式培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)術(shù)能力，實現(xiàn)了工程素養(yǎng)、學(xué)術(shù)能力、創(chuàng)新能力和學(xué)生綜合素質(zhì)的全面提升。

[關(guān)鍵詞] 新工科;工程素養(yǎng);學(xué)術(shù)能力;改革探索

[基金項目] 中山大學(xué)教育質(zhì)量工程本科教學(xué)改革項目;2017年廣東省新工科研究與實踐項目

[作者簡介] 馬建軍（1983—），男，湖北襄陽人，哲學(xué)博士，副教授，主要從事隧道及地下空間工程研究及教學(xué)工作;黃林沖（1981—），男，湖北咸寧人，工學(xué)博士，教授，博士生導(dǎo)師，中山大學(xué)教務(wù)部教務(wù)管理處副處長，主要從事工程力學(xué)、重大工程防災(zāi)減災(zāi)方面的研究與教學(xué)工作;梁 禹（1986—），男，湖南長沙人，工學(xué)博士，副研究員，主要從事隧道工程研究及教學(xué)工作;黨文剛（1987—），男，山東菏澤人，工學(xué)博士，副教授，主要從事巖石力學(xué)研究及教學(xué)工作。

[中圖分類號] G642.0 ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2020）36-0150-03 ? ?[收稿日期] 2020-01-10

一、引言

當(dāng)前粵港澳大灣區(qū)建設(shè)已經(jīng)提升到國家戰(zhàn)略高度，新工科建設(shè)也在全國范圍內(nèi)如火如荼地開展。為了貫徹《關(guān)于高等學(xué)校加快“雙一流”建設(shè)的指導(dǎo)意見》，推進(jìn)高等教育改革[1]，中山大學(xué)土木工程學(xué)院深化科教融合，以點帶面積極打造“金課”。

工程地質(zhì)作為土木工程專業(yè)基礎(chǔ)課，為后續(xù)專業(yè)課程提供最基礎(chǔ)的地質(zhì)學(xué)專業(yè)知識、初步的地質(zhì)環(huán)境認(rèn)識、基本的工程地質(zhì)問題分析方法和深入的工程建設(shè)環(huán)境保護(hù)協(xié)同發(fā)展理念。同時，作為一門工程與環(huán)境相互作用及協(xié)同發(fā)展的基礎(chǔ)課程，也是土木工程專業(yè)學(xué)生首次系統(tǒng)了解土木與水利、交通、海洋等學(xué)科融合發(fā)展的專業(yè)定位，工程地質(zhì)率先被納入本院的“金課”試點建設(shè)課程。

二、存在的問題

課程組深入學(xué)習(xí)了具有新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)和新模式等特征的新工科發(fā)展需求[2，3]，綜合分析后發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的工程地質(zhì)教學(xué)存在不足。

（一）工程問題理念不突出

工程地質(zhì)學(xué)科面向工程問題，落點在地質(zhì)，實際指向工程與地質(zhì)環(huán)境相互作用。大多數(shù)開設(shè)工程地質(zhì)課程的院校都引進(jìn)地質(zhì)學(xué)研究背景的教師進(jìn)行授課，在課程設(shè)置上，大多依據(jù)經(jīng)典的地質(zhì)學(xué)類教材，展示地質(zhì)學(xué)的知識點較多，沒有從工程建設(shè)需要和地質(zhì)環(huán)境保護(hù)這一矛盾而又統(tǒng)一的觀點去設(shè)置課程內(nèi)容，導(dǎo)致地質(zhì)學(xué)部分偏重，工程理念及地質(zhì)環(huán)境保護(hù)的意識不夠突出。

（二）工科學(xué)生工程素養(yǎng)、家國情懷等綜合素質(zhì)不全面

工程地質(zhì)課程起點是工程，瞄準(zhǔn)的是工程問題，學(xué)習(xí)該課程之后學(xué)生應(yīng)該具有一定的工程素養(yǎng)和人文情懷[4，5]。但是調(diào)研中很多學(xué)生反映，工程地質(zhì)枯燥，以背誦和記憶為主要的學(xué)習(xí)方式，如同高中地理學(xué)的延伸。這也暴露出我國傳統(tǒng)工程教育與新工科發(fā)展需求脫節(jié)的短板，導(dǎo)致學(xué)生工程素養(yǎng)缺乏，只重視知識灌輸，而忽略了家國情懷等人文素質(zhì)培養(yǎng)。

（三）工程地質(zhì)學(xué)習(xí)表面化

在科技進(jìn)步日新月異的今天，新工科建設(shè)已經(jīng)成為高等教育的重要共識，但如何在工程地質(zhì)課程中設(shè)置合理的教學(xué)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和獨立思考能力仍然是一個亟待解決的問題。目前，大多數(shù)學(xué)生依然重視知識點的記憶和概念的理解，輕視本學(xué)科發(fā)展，忽視解決問題能力的培養(yǎng)。最突出的表現(xiàn)是老師講的知識點書本沒有就不復(fù)習(xí)，先問考試內(nèi)容，然后再劃定學(xué)習(xí)范圍，課程作業(yè)不重視，課堂聽課看心情。因此，傳統(tǒng)課堂環(huán)境下培養(yǎng)的學(xué)生應(yīng)試能力強(qiáng)，缺乏學(xué)習(xí)前沿知識的能力和獨立思考的能力，無法勝任面向國家戰(zhàn)略和區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的挑戰(zhàn)性工作[6]?？紤]到工程地質(zhì)課程是實現(xiàn)以“水土交融、土木水利融和發(fā)展”為特色“大土木”的出發(fā)點和專業(yè)學(xué)習(xí)的動力[7]，中山大學(xué)土木工程學(xué)院“金課”試點改革落在工程地質(zhì)上，為培養(yǎng)學(xué)生的工程問題分析能力、創(chuàng)新思維能力和持續(xù)創(chuàng)新能力打好牢固基礎(chǔ)。

三、課程改革探索

土木工程學(xué)院以實際工程問題為導(dǎo)向，提出了基于工程素養(yǎng)和學(xué)術(shù)能力培養(yǎng)的課程建設(shè)方案，全面提高學(xué)生工程素質(zhì)和學(xué)術(shù)能力，使學(xué)生具備可再深造的學(xué)術(shù)潛力和直接參與工程建設(shè)的能力。

（一）圍繞工程問題設(shè)置課程大綱，貫徹新工科人才培養(yǎng)理念

普通高校一般先選定教材，按照教材章節(jié)內(nèi)容設(shè)定課程教學(xué)大綱，這樣利于學(xué)生參考教材學(xué)習(xí)，教師教學(xué)也很輕松，期末學(xué)生復(fù)習(xí)按部就班即可獲得高分。這顯然無法滿足新工科建設(shè)的需要。因此，工程地質(zhì)課程組打破常規(guī)大綱設(shè)置方法，圍繞工程問題設(shè)置不同的知識體系，始于引論——全球未來面臨的工程問題和地質(zhì)問題，隨后引入地質(zhì)學(xué)章節(jié)——人類賴以生存的地球和宇宙，圍繞巖石、礦物、地形、地貌、地質(zhì)結(jié)構(gòu)及其演化動力等內(nèi)容，每一部分章節(jié)都涉及具體的工程挑戰(zhàn)，然后依次討論不良地質(zhì)問題和對應(yīng)的工程處理手段，最后是學(xué)科前沿，包括環(huán)境巖土、海洋巖土、深部采礦、核廢料存儲、非常規(guī)能源開發(fā)、月球采礦等等。這樣的體系化教學(xué)大綱對教師提出了更高的要求，任課教師除了具備地質(zhì)學(xué)專業(yè)知識，還要有一定的工程經(jīng)驗和學(xué)術(shù)前沿追蹤能力。

教學(xué)大綱不僅設(shè)置了教學(xué)內(nèi)容和對應(yīng)學(xué)時，也提出了對應(yīng)的教學(xué)方法和教學(xué)理念。教學(xué)大綱規(guī)定：工程問題研討教學(xué)環(huán)節(jié)必須融入家國情懷和未來戰(zhàn)略需求，培養(yǎng)學(xué)生以工科報國的人格高尚情操，給學(xué)生們以人生目標(biāo)，即以實現(xiàn)國家興旺和民族復(fù)興為己任。因此，教學(xué)大綱在設(shè)定教學(xué)內(nèi)容和進(jìn)度的同時，也對學(xué)生能力層次劃分：一重能力為基礎(chǔ)知識，理解和掌握基本理論;二重能力為學(xué)以致用，工程實踐能力，能夠融會貫通舉一反三;三重能力為主動學(xué)習(xí)解決工程問題，有較強(qiáng)的創(chuàng)新能力，可培養(yǎng)成為綜合型工科領(lǐng)袖人才。

（二）采用課程負(fù)責(zé)人制度，組建具有工程背景和學(xué)術(shù)潛力的課程教師隊伍

為了提升教學(xué)大綱執(zhí)行效率，教研室通過綜合考核的方式去遴選課程負(fù)責(zé)人，課程負(fù)責(zé)人通過學(xué)術(shù)背景調(diào)查和工程背景座談去選擇合適的教師。課程教師遴選必備素質(zhì)包括：學(xué)術(shù)能力、工程背景、溝通能力、校企合作關(guān)系構(gòu)建和長遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃等。因此，首次工程地質(zhì)學(xué)科組教師必須具備較強(qiáng)的學(xué)術(shù)背景，在國際期刊上和國內(nèi)行業(yè)期刊上有一定的學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)。其次，遴選的教師必須具備一定的行業(yè)經(jīng)驗，如隧道與地下空間工程、水利工程、采礦工程和海洋巖土等方面的經(jīng)驗。因此，進(jìn)一步要求遴選的教師大都參與主持和參加過國家課題，完成過企業(yè)委托的橫向課題，這些企業(yè)也可為學(xué)生實習(xí)和后期現(xiàn)場觀摩學(xué)習(xí)提供協(xié)助。

（三）以工程問題為導(dǎo)向的啟發(fā)性課堂教學(xué)模式

工程地質(zhì)是“大土木”專業(yè)基礎(chǔ)課，課程目標(biāo)定位是引導(dǎo)學(xué)生理解工程問題，培養(yǎng)工程意識，啟發(fā)本專業(yè)后續(xù)課程學(xué)習(xí)，樹立工程建筑活動與地質(zhì)環(huán)境協(xié)同發(fā)展理念，為培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用技能和科研實踐創(chuàng)新能力打好基礎(chǔ)。因此，本課程課堂教學(xué)以工程問題為導(dǎo)向，每個教學(xué)內(nèi)容都設(shè)置了貼切的工程問題，部分工程問題也是開放性的，鼓勵學(xué)生智者見智，穿插于課堂之中;每節(jié)課都會留下課后作業(yè)，以繪圖的方式描述工程問題、地質(zhì)概念和地質(zhì)現(xiàn)象。如此開明宗義，課堂之中工程問題隨時都可能拋出，學(xué)生課堂上沒有時間去神游和看手機(jī)，因為大家都帶著問題去學(xué)習(xí)和思考。同時，課后作業(yè)可能是老師依據(jù)知識點臨時口頭留下的，學(xué)生們?nèi)绻n堂注意力不集中，很可能無法準(zhǔn)確記錄問題，無法高質(zhì)量完成平時作業(yè)。

（四）知識遷移和學(xué)術(shù)潛力培養(yǎng)

知識遷移和學(xué)術(shù)潛力培養(yǎng)的主要目的是強(qiáng)化課程學(xué)習(xí)的綜合性、系統(tǒng)性和前沿性。考慮到絕大部分學(xué)生都會繼續(xù)深造，在工程地質(zhì)課程中適當(dāng)培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)術(shù)能力是“厚基礎(chǔ)、重能力、突出創(chuàng)新”的重要舉措。本課程的第一次作業(yè)就是分析一個工程事故，采用標(biāo)準(zhǔn)的期刊格式去完成一篇案例論文。論文要求除了格式規(guī)范外，還要查閱必要的科學(xué)文獻(xiàn)、新聞報道、工程地質(zhì)報告、經(jīng)典案例和經(jīng)典科學(xué)理論和分析方法等。助教和授課教師嚴(yán)格按照學(xué)術(shù)規(guī)范進(jìn)行評閱和打分，在課堂上及時反饋學(xué)生學(xué)術(shù)論文寫作問題，同時也會給出優(yōu)秀文章讓學(xué)生們研讀，從本科階段就培養(yǎng)學(xué)生科技論文寫作能力，為研究生科研訓(xùn)練打好堅實的基礎(chǔ)。

（五）兼顧基礎(chǔ)知識、工程素養(yǎng)及學(xué)術(shù)能力的綜合能力評價體系

通過學(xué)習(xí)國外先進(jìn)經(jīng)驗，結(jié)合工程地質(zhì)課程培養(yǎng)目標(biāo)，實施以工程問題為導(dǎo)向和學(xué)術(shù)能力培養(yǎng)的教學(xué)模式，建立了兼顧基礎(chǔ)知識、工程素養(yǎng)及學(xué)術(shù)能力的綜合能力評價體系。基礎(chǔ)知識的考核通過平時課程作業(yè)（繪圖訓(xùn)練、問題調(diào)查、地質(zhì)過程、選線選址訓(xùn)練）及期末考試中的客觀題來考查，其主要目的是督促學(xué)生重視基礎(chǔ)，為后續(xù)學(xué)習(xí)做好知識儲備。工程素養(yǎng)考查的是學(xué)生通過本課程學(xué)習(xí)是否具備看見圖紙或者照片就可以想象出地質(zhì)結(jié)構(gòu)和對應(yīng)的工程問題;是否能夠以工程師的思維去回顧地質(zhì)歷史、分析工程地質(zhì)難點、提出初步選址、勾勒工程范圍、預(yù)測未來地質(zhì)問題和構(gòu)建工程建筑活動藍(lán)圖。更深層次的能力是對實際工程中遇到的地質(zhì)問題，利用所學(xué)知識進(jìn)行分析，提出多種解決方案，提升工程意識。這種考核通常以課程作業(yè)、課堂提問和期末考試主觀題的方式來實現(xiàn)。其中，期末考試的內(nèi)容中，要求主觀題必須有60%以上，而且必須以實際工程和地質(zhì)問題為背景，要求學(xué)生從工程師的角度去看問題，提出解決方案。學(xué)術(shù)能力的考查除了學(xué)術(shù)論文撰寫之外，還要求學(xué)生們以分組做報告的形式來展示自己團(tuán)隊的科研成果，通過綜合評價實現(xiàn)厚基礎(chǔ)、重能力、突出創(chuàng)新的教學(xué)目的。

（六）課程回顧與反饋機(jī)制

土木工程學(xué)院建立了課程回顧和反饋機(jī)制，定期與學(xué)生座談和課后回訪，實現(xiàn)教學(xué)過程和學(xué)習(xí)效果聯(lián)動，動態(tài)控制教學(xué)節(jié)奏，有的放矢。學(xué)生們也通過社交媒體反饋教學(xué)過程，教師也可以實時掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，調(diào)整教學(xué)方法，提高教學(xué)效果。

四、初步成效

工程地質(zhì)是中山大學(xué)土木工程學(xué)院打造的試點“金課”，基于該課程，課程組開展了基于工程素養(yǎng)和學(xué)術(shù)能力培養(yǎng)的工程地質(zhì)教學(xué)改革探索。經(jīng)過回訪和課程反饋發(fā)現(xiàn)，學(xué)業(yè)成績優(yōu)秀率高達(dá)33%，及格率為98.4%，說明課程改革基本實現(xiàn)了教學(xué)目的。調(diào)研后也發(fā)現(xiàn)，學(xué)生們對后續(xù)專業(yè)課程的認(rèn)識度提升到85.7%，而在本課程之前的認(rèn)識度為35.5%。這充分說明，本課程對后續(xù)課程學(xué)習(xí)的啟發(fā)和認(rèn)知起到了關(guān)鍵作用，學(xué)生們的工程素養(yǎng)和學(xué)術(shù)能力也得到了很大的提升。接近40%的學(xué)生在工程地質(zhì)課程答辯匯報中展現(xiàn)了良好的學(xué)術(shù)能力和科學(xué)的工程分析方法，得到了答辯老師的一致好評。接近80%的學(xué)生文獻(xiàn)調(diào)研能力和學(xué)術(shù)寫作能力得到了很大的提高，充分說明本次教學(xué)改革初具成效，后續(xù)教學(xué)活動需要不斷完善和優(yōu)化教學(xué)方法。

五、結(jié)論與創(chuàng)新

本文以中山大學(xué)土木工程學(xué)院的試點“金課”建設(shè)項目“工程地質(zhì)”為例，開展了基于工程素養(yǎng)和學(xué)術(shù)能力培養(yǎng)的教學(xué)改革探索。課程回顧和調(diào)查發(fā)現(xiàn)，課程中的工程案例教學(xué)、啟發(fā)性教學(xué)、開放性問題、學(xué)術(shù)論文撰寫、綜合能力評價等方法對培養(yǎng)學(xué)生工程素養(yǎng)和學(xué)術(shù)能力起到了積極的作用，教學(xué)效果明顯。同時，啟發(fā)了學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)專業(yè)課程的工程思維，激發(fā)了專業(yè)課程的學(xué)習(xí)熱情，提升了學(xué)習(xí)能力。考慮到科技日新月異，現(xiàn)有的教學(xué)體系距真正實現(xiàn)中山大學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)還有一定的差距，中山大學(xué)工科“金課”試點范圍還要繼續(xù)擴(kuò)大，新的教學(xué)方法和教學(xué)理念有待進(jìn)一步探索和研究。

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