土木工程學(xué)科本科生科創(chuàng)能力培養(yǎng)策略

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［摘要］當(dāng)代社會科技飛速發(fā)展，需要更多的創(chuàng)新實踐才能跟上國際競爭的步伐。新的國際形勢對土木工程學(xué)科本科生培養(yǎng)提出了新的要求：學(xué)好基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)科創(chuàng)意識，培養(yǎng)科創(chuàng)能力，興趣驅(qū)動，自主實踐。

［關(guān)鍵詞］土木工程；本科生；科創(chuàng)能力

一、學(xué)好基礎(chǔ)知識

土木工程學(xué)科屬于一個傳統(tǒng)的技術(shù)行業(yè)，對學(xué)生工程素質(zhì)和基礎(chǔ)知識的要求很高。對于本科低年級學(xué)生，學(xué)好基礎(chǔ)知識特別重要。首先是數(shù)學(xué)，比如高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計等科目，都是未來學(xué)習(xí)、研究、工作的基石，是解決問題的基本工具。其次是力學(xué)，理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)這三門課程一般院校都開設(shè)。力學(xué)是以數(shù)學(xué)為工具、解決工程問題的理論基礎(chǔ)。特別是材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)與土木工程學(xué)科的其他專業(yè)課、專業(yè)基礎(chǔ)課聯(lián)系緊密，也是土木工程學(xué)科未來發(fā)展的理論基石之一。數(shù)學(xué)和力學(xué)在該學(xué)科中扮演了非常重要的角色，決定了對專業(yè)中遇到的復(fù)雜問題的理解深度和尋求解決辦法的途徑。還有其他基礎(chǔ)課程也是非常重要，比如畫法幾何、計算機基礎(chǔ)理論、建筑材料等。其他一些專業(yè)基礎(chǔ)課：混凝土基本理論、鋼結(jié)構(gòu)等都是本行業(yè)最重要的基本理論。[1][2][3]只有扎實學(xué)好基礎(chǔ)理論知識，穩(wěn)扎穩(wěn)打，并不斷拓寬視野，才可能為未來創(chuàng)新意識形成打下根基。

二、培養(yǎng)科創(chuàng)意識

現(xiàn)代社會發(fā)展到今天，各個方面的技術(shù)都已經(jīng)有了很高的水平，日常生活也都變得很便捷，但是仍然存在許多未知領(lǐng)域，因而科技創(chuàng)新仍然非常重要，特別是有助于解決生活實際問題的創(chuàng)新、探索人類未知領(lǐng)域的創(chuàng)新?？梢哉f，當(dāng)今時代是一個迫切需要創(chuàng)新的時代。土木工程學(xué)科大學(xué)本科生在學(xué)校里學(xué)習(xí)的知識，基本都是成熟的理論，那么在日常教學(xué)工作中注重科創(chuàng)意識的培養(yǎng)就顯得很重要。首先，教學(xué)過程中引導(dǎo)學(xué)生思考。在教學(xué)課程時，注意已經(jīng)掌握的知識和正在學(xué)習(xí)的知識的融會貫通，引導(dǎo)學(xué)生運用學(xué)習(xí)過的知識來解決遇到的難題，特別是思考是否可以采用別的課程、跨學(xué)科的知識理論來解決新問題。比如大學(xué)物理學(xué)習(xí)時，與中學(xué)不同的是，速度都是與時間相關(guān)的變量，是隨著時間時刻變化的，那么中學(xué)時采用的辦法速度等于距離除以時間就無法適用了，怎么解決這個難題呢？在此時引導(dǎo)學(xué)生考慮采用數(shù)學(xué)方法來思考問題，可以考慮用積分知識來解決：將距離看成是時間的函數(shù)，那么問題就迎刃而解。在這個教與學(xué)的過程中，不斷提出新問題，督促并訓(xùn)練學(xué)生思考問題尋求解決辦法，逐步培養(yǎng)學(xué)生的科創(chuàng)意識。其次，在教學(xué)過程中注重培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散思維，打破成規(guī)尋求解決難題的辦法?，F(xiàn)代社會的高度發(fā)展非常需要跨學(xué)科的知識來解決問題，而我們的本科生教育往往都是在“專業(yè)”領(lǐng)域內(nèi)學(xué)習(xí)，所以有必要采取一些方法來訓(xùn)練學(xué)生“用工科的頭腦思考問題，用文科的方法解決問題”，對現(xiàn)存理論和做法更多采用“CriticalThinking”的批判思維模式。比如在混凝土基本理論課程的學(xué)習(xí)中，混凝土的徐變是隨著時間延長而不斷變化的，而且是前期徐變快，以后很慢，這就聯(lián)想到了自然界中生物的生長曲線，兩者有許多相似之處。[4][5][6]采用了這樣有意識的培養(yǎng)發(fā)散思維的方法，也許以后學(xué)生在研究混凝土的理論時，還會有更多的聯(lián)想和更大膽的假設(shè)，這就為未來科創(chuàng)意識的形成奠定先期基礎(chǔ)。

三、培養(yǎng)科創(chuàng)能力

工程實踐是高校教育的重要環(huán)節(jié)，對于培養(yǎng)大學(xué)生的科創(chuàng)能力有著非常重要的意義。傳統(tǒng)的土木工程學(xué)科人才培養(yǎng)模式都是專業(yè)課帶動實踐的形式，而這種模式并不利于科創(chuàng)能力的培養(yǎng)。采用需求驅(qū)動工程實踐的反向知識傳播模式更有利于學(xué)生探索和創(chuàng)新。這種教學(xué)方法就是教師提出問題，也就是實際工程需求，然后指導(dǎo)學(xué)生運用各種專業(yè)知識尋求解決辦法，通過實踐驗證辦法的可行性，從而獲得答案。在這個過程中，學(xué)生是積極主動的學(xué)習(xí)態(tài)度，并動手實踐，運用多元化的知識來解決老師提出的問題。比如在土木工程本科教學(xué)的專業(yè)實踐課中，教師提出工程實際需求是：輕質(zhì)高強濾水型混凝土的研制。教師指導(dǎo)學(xué)生從材料方面、力學(xué)性能方面、施工便利性等方面考慮，學(xué)生對材料進(jìn)行選擇、對配合比進(jìn)行設(shè)計和親自制備試塊并測試性能，整個過程中學(xué)生查資料、動手操作，充分發(fā)揮了學(xué)生的積極主動性，培養(yǎng)了學(xué)生解決實際工程問題的能力和創(chuàng)新能力，學(xué)生也從中獲得解決問題后的心理成就感?？萍紕?chuàng)新的過程，必然要經(jīng)歷多次反復(fù)實踐，在這個過程中，要經(jīng)得起失敗的考驗。實際上科創(chuàng)過程同時也是承受風(fēng)險的過程，如果每一個項目都成功了，那么必然是選擇了回避風(fēng)險、創(chuàng)新價值不高的項目。在土木工程學(xué)科本科生的教學(xué)過程中，要注重培養(yǎng)學(xué)生正確看待挫折與失敗，在教學(xué)過程中有目的的設(shè)計一些實踐環(huán)節(jié)鍛煉學(xué)生心理承受能力。如在研制新型濾水型混凝土的工程中，讓學(xué)生自己設(shè)計配合比和選擇材料，做出試塊來試驗，經(jīng)過反復(fù)多次的比對，最后才達(dá)到理想的目標(biāo)，其中經(jīng)歷了多次失敗。在不成功的試塊試驗過程中，學(xué)生總結(jié)了經(jīng)驗教訓(xùn)，積累了經(jīng)驗，心理承受能力得到了鍛煉，這些都是學(xué)生未來發(fā)展的寶貴財富。當(dāng)今時代是科技時代，同時也是互聯(lián)網(wǎng)時代，年輕的大學(xué)生們都喜歡上網(wǎng)沖浪，大量的日常信息和知識都來自于互聯(lián)網(wǎng)。源于這樣的背景，大學(xué)教育也無法回避互聯(lián)網(wǎng)，只能利用網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)造更好更優(yōu)的環(huán)境，使其為教育服務(wù)。土木工程學(xué)科是一門古老的學(xué)科，在如今的互聯(lián)網(wǎng)時代，教師們也要運用互聯(lián)網(wǎng)思維模式，引導(dǎo)學(xué)生從網(wǎng)絡(luò)中學(xué)習(xí)、從海量的互聯(lián)網(wǎng)信息中獲取需要的知識，培養(yǎng)學(xué)生利用互聯(lián)網(wǎng)的開放模式、互動模式進(jìn)行思考，更快獲得科創(chuàng)能力所需的各類知識。比如在土木工程學(xué)科教學(xué)過程中，教師提出了工程實踐需求：輕質(zhì)高強濾水型混凝土的研制。學(xué)生在材料選擇、試件測試等環(huán)節(jié)都遇到了難以逾越的難題，此時教師指導(dǎo)學(xué)生運用互聯(lián)網(wǎng)，學(xué)習(xí)MOOC（慕課）課程，并通過社交媒體同遠(yuǎn)在大洋彼岸的研究同行進(jìn)行交流，一步步尋找解決的辦法。學(xué)生在這個過程中不斷學(xué)習(xí)，將大量的課余時間投入與項目相關(guān)的知識學(xué)習(xí)中，不斷積累豐富，逐漸有了比較清晰的創(chuàng)新想法。其實，互聯(lián)網(wǎng)對于年輕的大學(xué)生來說，是一把雙刃劍：可以方便獲得所需知識，同時也是需在海量信息篩選過程中耗費時間。教師在這個環(huán)節(jié)起到較重要的作用，利用自身科研經(jīng)歷，可以幫助學(xué)生較快從網(wǎng)絡(luò)中選擇正好需要學(xué)習(xí)的材料，從而少浪費時間?；ヂ?lián)網(wǎng)的利用，在培養(yǎng)學(xué)生科創(chuàng)能力方面可以較常規(guī)課堂教學(xué)培養(yǎng)模式更快捷的獲得知識，并開闊了學(xué)生視野，更容易形成創(chuàng)新的想法。

四、興趣驅(qū)動，自主實踐

土木工程學(xué)科本科生接受了科創(chuàng)意識的培養(yǎng)，具備了一定的科創(chuàng)能力，一部分學(xué)生對創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、科學(xué)研究或創(chuàng)造發(fā)明有著濃厚的興趣。此時可借助學(xué)校開展的各種大學(xué)生創(chuàng)新活動體系平臺，由相關(guān)領(lǐng)域的指導(dǎo)教師進(jìn)行引導(dǎo)，自主選題、自主設(shè)計、自主組織實踐，開展一系列的項目實施過程，促進(jìn)大學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)業(yè)實踐能力的提升。在這個自主實踐過程中，指導(dǎo)教師的作用是組織有序開展活動，創(chuàng)造活動所需的條件，在關(guān)鍵問題上加以把關(guān)指導(dǎo)，幫助學(xué)生實現(xiàn)他們的創(chuàng)新想法；學(xué)生處于主導(dǎo)地位，他們有自己的“Newidea”，并親自動手實踐，一步步解決難題后接近了自己的理想。在學(xué)生的興趣驅(qū)動下進(jìn)行的科創(chuàng)活動，學(xué)生自己內(nèi)心是興奮的，一旦成功不但可以創(chuàng)造價值，還可以收獲社會認(rèn)可度。

五、結(jié)語

當(dāng)今社會科技突飛猛進(jìn)，想要在激烈的國際競爭中站穩(wěn)腳跟，靠的是知識經(jīng)濟(jì)，靠的是不斷的創(chuàng)新。只有培養(yǎng)當(dāng)代大學(xué)生的科創(chuàng)能力，一代人接一代人的不懈努力，中華民族才可能屹立于世界民族之列。

［注釋］

［1］劉漢龍，李英民，陰可，等．重慶大學(xué)土木工程學(xué)科特色及人才培養(yǎng)實踐［J］．高等建筑教育，2015（4）：9－12．

［2］張麗娟．美國STEM學(xué)科高等教育女生人數(shù)不足的相關(guān)研究［J］．大學(xué)教育，2015（6）：164－165．

［3］王宇輝．土木工程專業(yè)土力學(xué)課程的教學(xué)探索［J］．山西建筑，2015（28）：246－248．

［4］王英，劉建新，趙人達(dá)．大跨橋梁預(yù)應(yīng)力損失綜合值法計算模型研究［J］．世界橋梁，2011（5）：48－51．

［5］王英，彭麗，李文婷，尹鑄華．鋼拱橋自振模態(tài)多因素敏感性分析［J］．上海師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2014（1）：105－110．

［6］王英，孫利民．大跨連續(xù)剛構(gòu)橋材料參數(shù)模態(tài)敏感性分析［J］．廣西大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2015（1）：142－148．

作者：王英 李文婷 彭麗 朱美春 單位：上海師范大學(xué)建筑工程學(xué)院