新工科背景下土木类专业课程教学模式研究与实践—— 以“建筑给水排水工程”为例

赵金秀，周红星

新工科背景下土木类专业课程教学模式研究与实践—— 以“建筑给水排水工程”为例

赵金秀，周红星

（唐山学院 土木工程学院，河北 唐山 063000）

以新工科建设任务为引领，结合土木类专业课程特点探索了新型的“三三四”教学模式，即“线上平台与线下课堂相结合、思政教育与专业知识相结合、创新创业和实践能力相结合”的三结合教学设计、“课前导学+课中内化+课后提升”的三阶段教学过程、“课前自测+课中表现+课后绩效+试卷测试”的四环节考核方式。该教学模式在土木类专业课程建筑给水排水工程中进行了实践，通过对该教学模式应用前后学生成绩、竞赛效果、教师成果几方面对比分析，验证了“三三四”教学模式良好的实际应用效果。

新工科；“三三四”教学模式；教学设计；教学过程；考核方式

2017年教育部提出并实施“新工科”计划，随之产生了“复旦共识”“北京指南”“天大行动”等具有指导意义的文件[1,2]。经济快速发展模式迫切需要新型工科人才的支撑，需要高校面向未来布局新工科建设，培养具有创新创业和工程实践能力的科技人才[3]。土木类专业重点培养精通土木类学科基础理论知识和伦理，在建筑领域中能够从事工程的规划、设计、施工及管理等工作的高级工程技术人才。因此，探索新工科背景下土木类专业课程的高效教学模式，对推动课程高质量发展具有重要的现实意义。

1 “三三四”教学模式研究的总体思路

以新工科建设任务为引领，结合土木类专业课程特点，从教学设计、教学过程和考核方式三个方面进行“三三四”教学模式研究，见图1。通过该教学模式，力求达到提高土木类专业课程课堂教学效果、提升学生自主学习能力、增加课程深度广度、融入思政教育、提高学生实践能力和创新创业能力的教学目标。

图1 “三三四”教学模式

2 “三”结合教学设计

教学设计的目的在于激发学生的兴趣和积极性[4]。新工科背景下，课程教学要将教师的教和学生的学有机结合起来，并突出“以学生为中心”的“教书育人”培养理念。同时针对土木类专业课程趣味性少、理论计算多、与建筑工程联系密切、工程图纸抽象难懂、学生兴趣不高等特点，课题组提出土木类专业课程采用线上平台与线下课堂相结合、思政教育与专业知识相结合、创新创业和实践能力相结合的三结合教学设计。

2.1 线上平台和线下课堂相结合

针对目前在线课程教师大多只是单纯地加入一段上课视频，或直接采用视频上课，课堂变成视频播放或仍然是教师单纯讲授的模式，学生要么看视频，要么听教师讲，线上和线下处于分离状态，教学依然没有效果，学生理论知识与实践应用依然脱节的问题现状，采用线上平台和线下课堂相结合的授课模式。对于线上线下混合式教学来说，教学设计尤其重要，需要融合线上与线下教学，使教学内容有效填充，激发学生兴趣，培养学生主动学习和思考的能力[5]。

课前利用线上平台引导学生自主学习理论知识点微课视频，线下课堂采用问题式教学、案例式教学、讨论式教学等方式，构建具有趣味性、多样性、交互性的课堂模式，充分调动学生的积极性和主动性；课堂结束，再利用线上平台进行知识拓展训练、结合实际工程进行工程设计和师生进一步线上探讨等，以建筑给水排水工程课程的“建筑消防给水系统”为例，线上平台和线下课堂相结合的教学设计见图2。

图2 线上平台与线下课堂结合

采用线上平台和线下课堂相结合，学生能自主安排利用网络平台的时间和空间，同时这种模式能够提升课程的学习深度和广度，提高理论知识学以致用的教学效果，将“教与学”高效结合。

2.2 思政教育与专业知识相结合

新工科要求秉承“兴学强国”的责任和使命，将家国情怀融入工程人才培养全过程，培养主动服务社会、解决关系国家发展和民生疾苦重大问题的工程人才，为实现中华民族伟大复兴的中国梦作出贡献[6]。土木类专业人才的专业素养关系到国家建筑工程的质量和卓越程度，将专业知识与思政教育相结合，是为祖国培养爱国、爱岗敬业、有担当、有责任的工程技术人才的必然需求，尤其在新工科建设背景下，社会对人才的要求也不再仅仅局限于专业知识，而是更看重学生的综合素养和道德品行[7]。所以，在土木类专业课程教学中应注重专业知识和思政教育相结合。

教师课前对课程知识点思政元素进行挖掘和提炼，授课中将思政元素和专业知识有效结合。以建筑给水排水工程课程“建筑消防系统”为例，思政教育与专业知识相结合的教学设计见图3。

图3 思政教育与专业知识相结合

通过思政元素与专业知识相结合的教学设计，以“润物无声”的方式将思政教育融入课程教学的过程中，真正达到“教书”和“育人”的培养目标。

2.3 创新创业与提高实践能力相结合

在工业4.0、“大众创业、万众创新”的时代背景下，创新型人才成为国家的核心竞争力之一[8]。建设高等教育强国要求高等教育必须走内涵式发展道路，而创新创业教育正是实践内涵式发展战略的有效路径[9]。

提高人才的创新和实践能力是新工科建设的主要任务之一。随着社会发展，无论对于企业发展还是大学生就业，竞争越来越激烈，企业需要通过创新人才获得更好的发展前景，大学生需要通过提高自身的创新创业能力拓宽就业。工程实践是创新创业能力的助推剂，理论和实际相结合是提高创新创业能力的关键措施。因此在土木类专业课程教学中需注重创新创业能力与实践能力的培养。可以充分利用互联网教学平台对现代教学的重大作用[10]，如在课堂讲授到相关工程理论知识时，加入工地现场录制的工程实践视频给学生观看，或直接连线现场工程师视频讲解典型工程案例；通过BIM建模软件或工程实训平台创建工程实践环境和工程实践模式等加入课堂教学中，提高学生的工程实践学习能力；要求学生用互联网技术和专业知识，进行工程实例设计，鼓励和指导大学生积极参加创新创业项目、工程设计竞赛项目、大学生社会实践项目等，提高他们的创新创业和工程实践能力。

3 三阶段教学过程

新工科背景下，要求工程人才具有自主终身学习的能力，教与学要互动、并突出“学生的学”为主体。课题组提出“课前导学+课中内化+课后提升”的三阶段教学过程。

课前导学采用任务驱动和冲关奖励式激励课前知识自学；课中可采用问题启发、互动讨论等方式激发学习兴趣，促进知识消化吸收；课后采用知识拓展练习或项目研究开发式以巩固知识和提升创新实践能力。以建筑给水排水工程的“消防给水系统”为例，三阶段教学过程见图4。

通过“课前导学+课中内化+课后提升”的三阶段教学过程，将课程的课前、课中和课后紧密联系在一起，形成封闭的教学环节，不但提高学生自主学习能力、分析解决问题的能力、创新实践能力，实现“教和学”的有效结合，更达到了体现“以学生为中心”的高质量教学目标。

图4 三阶段教学过程

4 四环节考核方式

教学模式的开展，在丰富教学内容和手段的同时，也应该将教学评价内容进行同步更新，因此课题组制定了“课前自测+课中表现+课后绩效+试卷测试”四环节考核方式，图5是课程四环节考核方式各环节的评价内容和百分比。其中课前自测环节、课中表现环节、课后绩效环节及试卷测试环节中的阶段测试都属于过程性考核，占比70%。课前自测包括任务完成度、自学测试等环节。课中表现包括出勤、课堂讨论、问题回答、调查报告等环节测评。课后绩效包括拓展知识练习、工程案例问题分析和解决、图纸设计、成果创新等环节测评。过程性考核有利于激发学生在学习过程中的主动性，也便于教师及时发现教学中存在的问题，随时进行改进，提高教学质量。试卷测试环节的期末测试占比30%。试卷测试环节是检验课程学习效果的一个重要手段。“课前自测+课中表现+课后绩效+试卷测试”四环节考核方式，消除了一卷定成绩的期末考核主导方式的弊端，更加注重学生的学习参与过程。通过四环节考核方式，教师及时总结反思，能够真正提高教学效果和达成教学目标。

图5 四环节考核模式构成比例图

5 教学模式运行效果

对土木类专业“建筑给水排水工程”“空调工程”“土力学及基础工程”三门专业课程采用了该教学模式。现以“建筑给水排水工程”为例，分析应用效果。

教学模式应用前后，学生课程成绩分布情况，见图6和图7。从图6可以看出，近两年学生成绩稳步提升，低于60分的人数比例明显下降，良好率从20%提高到30%多，优秀率从无变有。图7表明，平均成绩从60多分上升到接近70多分，整体提高近10分。这充分说明了学生对课程知识的整体掌握水平和教学效果的提升。

图6 教学模式应用前后成绩分布情况对比

图7 教学模式应用前后平均成绩和最低最高成绩对比

教学模式应用前后，学生参加创新竞赛申报和获奖情况，见图8和图9。

从图8可以看出，2018年教学模式应用前，参加大学生创新创业和互联网+的学生人数占班级总人数比例为8.6%，教学模式应用后的2019年，这个数字提升到15.3%，2020年达到26.4%，参加学科竞赛的人数也显著增加。

从图9可以看出，参加项目和竞赛的未获奖学生的比例显著下降，获奖层次和省级以上获奖的比例明显增加。以上说明，通过该教学模式的应用，学生的创新创业和专业实践能力都有了显著的提升。

课程教学模式应用后，不仅课程教学效果提高，学生的各项能力提高，同时也丰富了课程组教师的教学成果。以“建筑给水排水工程”课程组为例，课题组1人参加全国建环专业教师讲课大赛荣获一等奖，4人参加学校专任教师讲课大赛获得一等奖；1人被评为省级教学名师；课题组所在的市政工程教学团队被评为省级优秀教学团队；“建筑给水排水工程”课程被评定为河北省高校精品在线开放课程，不仅为本校1 000多名学生实现了线上开放学习，同时面向全国高校开放。新冠肺炎疫情以来，为有该课程安排的5所高校在课程网站上开设了专班，被校外90多所院校的学生选作网络学习资源。运行期间，校外申请在线学习学生累积达850多人，截止目前线上累计选课人数达到2 300多人，课程累计浏览量达到120多万次。

图8 教学模式应用前后学生参加项目竞赛人数比例对比

图9 教学模式应用前后学生参加项目竞赛获奖情况对比

6 结语

新工科背景下，提出了新型的“三三四”教学模式，该模式在唐山学院土木工程学院三门土木类专业课程的应用已经试行。通过建筑给水排水课程教学模式应用前后的对比分析，表明该教学模式通过完整的教学设计、各阶段的过程控制和全过程的考核方式，提高了课程学习效果和学生课程成绩，使学生掌握了丰富的专业理论知识、提高了自主学习能力、创新创业能力和工程实践能力，达到了培养既具有扎实理论知识、又具有良好的职业素养和显著的创新创业实践能力的土木类专业高级工程技术人才的目标。同时，该教学模式的实施提升了教师的教学能力和教学水平，使教师取得了较多的教学成果，因此该模式具有较好的推广应用价值。

[1] 赵秋,谷音,杨艳,等.新工科背景下桥梁工程课程群构建[J].高等建筑教育,2021,30(2):57-64.

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[4] 梅翠平.基于“产出导向法”的一堂英语线下“金课”的设计——以Green Banana一课为例[J].唐山师范学院学报, 2021,43(4):133-138.

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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文献标识码：A文章编号：1009-9115(2022)03-0112-06 DOI：10.3969/j.issn.1009-9115.2022.03.027

河北省高等教育教学改革研究与实践项目（2020GJJG407），教育部高等学校给排水科学与工程专业教学指导分委员会教育教学改革立项项目（GPSJZW2020-34）

2021-12-13

2022-03-04

赵金秀（1980-），女，河北沧州人，硕士，副教授，研究方向为土木类专业课程教学工作和研究。

（责任编辑、校对：吴树新）