提升土木工程学科本科生科创能力培养的探索
王英+李文婷+彭丽+朱美春
[摘 要]当代社会科技飞速发展，需要更多的创新实践才能跟上国际竞争的步伐。新的国际形势对土木工程学科本科生培养提出了新的要求：学好基础知识，培养科创意识，培养科创能力，兴趣驱动，自主实践。
[关键词]土木工程；本科生；科创能力
[中图分类号] C961 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）08-0159-02
一、学好基础知识
土木工程学科属于一个传统的技术行业，对学生工程素质和基础知识的要求很高。对于本科低年级学生，学好基础知识特别重要。首先是数学，比如高等数学、线性代数、概率论与数理统计等科目，都是未来学习、研究、工作的基石，是解决问题的基本工具。其次是力学，理论力学、材料力学、结构力学这三门课程一般院校都开设。力学是以数学为工具、解决工程问题的理论基础。特别是材料力学和结构力学与土木工程学科的其他专业课、专业基础课联系紧密，也是土木工程学科未来发展的理论基石之一。数学和力学在该学科中扮演了非常重要的角色，决定了对专业中遇到的复杂问题的理解深度和寻求解决办法的途径。还有其他基础课程也是非常重要，比如画法几何、计算机基础理论、建筑材料等。其他一些专业基础课：混凝土基本理论、钢结构等都是本行业最重要的基本理论。[1] [2] [3]只有扎实学好基础理论知识，稳扎稳打，并不断拓宽视野，才可能为未来创新意识形成打下根基。
二、培养科创意识
现代社会发展到今天，各个方面的技术都已经有了很高的水平，日常生活也都变得很便捷，但是仍然存在许多未知领域，因而科技创新仍然非常重要，特别是有助于解决生活实际问题的创新、探索人类未知领域的创新。可以说，当今时代是一个迫切需要创新的时代。土木工程学科大学本科生在学校里学习的知识，基本都是成熟的理论，那么在日常教学工作中注重科创意识的培养就显得很重要。
首先，教学过程中引导学生思考。在教学课程时，注意已经掌握的知识和正在学习的知识的融会贯通，引导学生运用学习过的知识来解决遇到的难题，特别是思考是否可以采用别的课程、跨学科的知识理论来解决新问题。比如大学物理学习时，与中学不同的是，速度都是与时间相关的变量，是随着时间时刻变化的，那么中学时采用的办法速度等于距离除以时间就无法适用了，怎么解决这个难题呢？在此时引导学生考虑采用数学方法来思考问题，可以考虑用积分知识来解决：将距离看成是时间的函数，那么问题就迎刃而解。在这个教与学的过程中，不断提出新问题，督促并训练学生思考问题寻求解决办法，逐步培养学生的科创意识。
其次，在教学过程中注重培养学生发散思维，打破成规寻求解决难题的办法。现代社会的高度发展非常需要跨学科的知识来解决问题，而我们的本科生教育往往都是在“专业”领域内学习，所以有必要采取一些方法来训练学生“用工科的头脑思考问题，用文科的方法解决问题”，对现存理论和做法更多采用“Critical Thinking”的批判思维模式。比如在混凝土基本理论课程的学习中，混凝土的徐变是随着时间延长而不断变化的，而且是前期徐变快，以后很慢，这就联想到了自然界中生物的生长曲线，两者有许多相似之处。[4] [5] [6]采用了这样有意识的培养发散思维的方法，也许以后学生在研究混凝土的理论时，还会有更多的联想和更大胆的假设，这就为未来科创意识的形成奠定先期基础。
三、培养科创能力
工程实践是高校教育的重要环节，对于培养大学生的科创能力有着非常重要的意义。传统的土木工程学科人才培养模式都是专业课带动实践的形式，而这种模式并不利于科创能力的培养。采用需求驱动工程实践的反向知识传播模式更有利于学生探索和创新。这种教学方法就是教师提出问题，也就是实际工程需求，然后指导学生运用各种专业知识寻求解决办法，通过实践验证办法的可行性，从而获得答案。在这个过程中，学生是积极主动的学习态度，并动手实践，运用多元化的知识来解决老师提出的问题。比如在土木工程本科教学的专业实践课中，教师提出工程实际需求是：轻质高强滤水型混凝土的研制。教师指导学生从材料方面、力学性能方面、施工便利性等方面考虑，学生对材料进行选择、对配合比进行设计和亲自制备试块并测试性能，整个过程中学生查资料、动手操作，充分发挥了学生的积极主动性，培养了学生解决实际工程问题的能力和创新能力，学生也从中获得解决问题后的心理成就感。
科技创新的过程，必然要经历多次反复实践，在这个过程中，要经得起失败的考验。实际上科创过程同时也是承受风险的过程，如果每一个项目都成功了，那么必然是选择了回避风险、创新价值不高的项目。在土木工程学科本科生的教学过程中，要注重培养学生正确看待挫折与失败，在教学过程中有目的的设计一些实践环节锻炼学生心理承受能力。如在研制新型滤水型混凝土的工程中，让学生自己设计配合比和选择材料，做出试块来试验，经过反复多次的比对，最后才达到理想的目标，其中经历了多次失败。在不成功的试块试验过程中，学生总结了经验教训，积累了经验，心理承受能力得到了锻炼，这些都是学生未来发展的宝贵财富。
当今时代是科技时代，同时也是互联网时代，年轻的大学生们都喜欢上网冲浪，大量的日常信息和知识都来自于互联网。源于这样的背景，大学教育也无法回避互联网，只能利用网络创造更好更优的环境，使其为教育服务。土木工程学科是一门古老的学科，在如今的互联网时代，教师们也要运用互联网思维模式，引导学生从网络中学习、从海量的互联网信息中获取需要的知识，培养学生利用互联网的开放模式、互动模式进行思考，更快获得科创能力所需的各类知识。比如在土木工程学科教学过程中，教师提出了工程实践需求：轻质高强滤水型混凝土的研制。学生在材料选择、试件测试等环节都遇到了难以逾越的难题，此时教师指导学生运用互联网，学习MOOC（慕课）课程，并通过社交媒体同远在大洋彼岸的研究同行进行交流，一步步寻找解决的办法。学生在这个过程中不断学习，将大量的课余时间投入与项目相关的知识学习中，不断积累丰富，逐渐有了比较清晰的创新想法。其实，互联网对于年轻的大学生来说，是一把双刃剑：可以方便获得所需知识，同时也是需在海量信息筛选过程中耗费时间。教师在这个环节起到较重要的作用，利用自身科研经历，可以帮助学生较快从网络中选择正好需要学习的材料，从而少浪费时间。互联网的利用，在培养学生科创能力方面可以较常规课堂教学培养模式更快捷的获得知识，并开阔了学生视野，更容易形成创新的想法。
四、兴趣驱动，自主实践
土木工程学科本科生接受了科创意识的培养，具备了一定的科创能力，一部分学生对创新创业、科学研究或创造发明有着浓厚的兴趣。此时可借助学校开展的各种大学生创新活动体系平台，由相关领域的指导教师进行引导，自主选题、自主设计、自主组织实践，开展一系列的项目实施过程，促进大学生创新思维和创业实践能力的提升。在这个自主实践过程中，指导教师的作用是组织有序开展活动，创造活动所需的条件，在关键问题上加以把关指导，帮助学生实现他们的创新想法；学生处于主导地位，他们有自己的“New idea”，并亲自动手实践，一步步解决难题后接近了自己的理想。在学生的兴趣驱动下进行的科创活动，学生自己内心是兴奋的，一旦成功不但可以创造价值，还可以收获社会认可度。
五、结语
当今社会科技突飞猛进，想要在激烈的国际竞争中站稳脚跟，靠的是知识经济，靠的是不断的创新。只有培养当代大学生的科创能力，一代人接一代人的不懈努力，中华民族才可能屹立于世界民族之列。
[ 注 释 ]
[1] 刘汉龙，李英民，阴可，等.重庆大学土木工程学科特色及人才培养实践[J].高等建筑教育，2015（4）：9-12.
[2] 张丽娟.美国STEM学科高等教育女生人数不足的相关研究[J].大学教育，2015（6）：164-165.
[3] 王宇辉.土木工程专业土力学课程的教学探索[J].山西建筑，2015（28）：246-248.
[4] 王英，刘建新，赵人达.大跨桥梁预应力损失综合值法计算模型研究[J].世界桥梁，2011（5）：48-51.
[5] 王英，彭丽，李文婷，尹铸华.钢拱桥自振模态多因素敏感性分析[J].上海师范大学学报（自然科学版），2014（1）：105-110.
[6] 王英，孙利民.大跨连续刚构桥材料参数模态敏感性分析[J].广西大学学报（自然科学版），2015（1）：142-148.
[责任编辑：钟 岚]
[摘 要]当代社会科技飞速发展，需要更多的创新实践才能跟上国际竞争的步伐。新的国际形势对土木工程学科本科生培养提出了新的要求：学好基础知识，培养科创意识，培养科创能力，兴趣驱动，自主实践。
[关键词]土木工程；本科生；科创能力
[中图分类号] C961 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）08-0159-02
一、学好基础知识
土木工程学科属于一个传统的技术行业，对学生工程素质和基础知识的要求很高。对于本科低年级学生，学好基础知识特别重要。首先是数学，比如高等数学、线性代数、概率论与数理统计等科目，都是未来学习、研究、工作的基石，是解决问题的基本工具。其次是力学，理论力学、材料力学、结构力学这三门课程一般院校都开设。力学是以数学为工具、解决工程问题的理论基础。特别是材料力学和结构力学与土木工程学科的其他专业课、专业基础课联系紧密，也是土木工程学科未来发展的理论基石之一。数学和力学在该学科中扮演了非常重要的角色，决定了对专业中遇到的复杂问题的理解深度和寻求解决办法的途径。还有其他基础课程也是非常重要，比如画法几何、计算机基础理论、建筑材料等。其他一些专业基础课：混凝土基本理论、钢结构等都是本行业最重要的基本理论。[1] [2] [3]只有扎实学好基础理论知识，稳扎稳打，并不断拓宽视野，才可能为未来创新意识形成打下根基。
二、培养科创意识
现代社会发展到今天，各个方面的技术都已经有了很高的水平，日常生活也都变得很便捷，但是仍然存在许多未知领域，因而科技创新仍然非常重要，特别是有助于解决生活实际问题的创新、探索人类未知领域的创新。可以说，当今时代是一个迫切需要创新的时代。土木工程学科大学本科生在学校里学习的知识，基本都是成熟的理论，那么在日常教学工作中注重科创意识的培养就显得很重要。
首先，教学过程中引导学生思考。在教学课程时，注意已经掌握的知识和正在学习的知识的融会贯通，引导学生运用学习过的知识来解决遇到的难题，特别是思考是否可以采用别的课程、跨学科的知识理论来解决新问题。比如大学物理学习时，与中学不同的是，速度都是与时间相关的变量，是随着时间时刻变化的，那么中学时采用的办法速度等于距离除以时间就无法适用了，怎么解决这个难题呢？在此时引导学生考虑采用数学方法来思考问题，可以考虑用积分知识来解决：将距离看成是时间的函数，那么问题就迎刃而解。在这个教与学的过程中，不断提出新问题，督促并训练学生思考问题寻求解决办法，逐步培养学生的科创意识。
其次，在教学过程中注重培养学生发散思维，打破成规寻求解决难题的办法。现代社会的高度发展非常需要跨学科的知识来解决问题，而我们的本科生教育往往都是在“专业”领域内学习，所以有必要采取一些方法来训练学生“用工科的头脑思考问题，用文科的方法解决问题”，对现存理论和做法更多采用“Critical Thinking”的批判思维模式。比如在混凝土基本理论课程的学习中，混凝土的徐变是随着时间延长而不断变化的，而且是前期徐变快，以后很慢，这就联想到了自然界中生物的生长曲线，两者有许多相似之处。[4] [5] [6]采用了这样有意识的培养发散思维的方法，也许以后学生在研究混凝土的理论时，还会有更多的联想和更大胆的假设，这就为未来科创意识的形成奠定先期基础。
三、培养科创能力
工程实践是高校教育的重要环节，对于培养大学生的科创能力有着非常重要的意义。传统的土木工程学科人才培养模式都是专业课带动实践的形式，而这种模式并不利于科创能力的培养。采用需求驱动工程实践的反向知识传播模式更有利于学生探索和创新。这种教学方法就是教师提出问题，也就是实际工程需求，然后指导学生运用各种专业知识寻求解决办法，通过实践验证办法的可行性，从而获得答案。在这个过程中，学生是积极主动的学习态度，并动手实践，运用多元化的知识来解决老师提出的问题。比如在土木工程本科教学的专业实践课中，教师提出工程实际需求是：轻质高强滤水型混凝土的研制。教师指导学生从材料方面、力学性能方面、施工便利性等方面考虑，学生对材料进行选择、对配合比进行设计和亲自制备试块并测试性能，整个过程中学生查资料、动手操作，充分发挥了学生的积极主动性，培养了学生解决实际工程问题的能力和创新能力，学生也从中获得解决问题后的心理成就感。
科技创新的过程，必然要经历多次反复实践，在这个过程中，要经得起失败的考验。实际上科创过程同时也是承受风险的过程，如果每一个项目都成功了，那么必然是选择了回避风险、创新价值不高的项目。在土木工程学科本科生的教学过程中，要注重培养学生正确看待挫折与失败，在教学过程中有目的的设计一些实践环节锻炼学生心理承受能力。如在研制新型滤水型混凝土的工程中，让学生自己设计配合比和选择材料，做出试块来试验，经过反复多次的比对，最后才达到理想的目标，其中经历了多次失败。在不成功的试块试验过程中，学生总结了经验教训，积累了经验，心理承受能力得到了锻炼，这些都是学生未来发展的宝贵财富。
当今时代是科技时代，同时也是互联网时代，年轻的大学生们都喜欢上网冲浪，大量的日常信息和知识都来自于互联网。源于这样的背景，大学教育也无法回避互联网，只能利用网络创造更好更优的环境，使其为教育服务。土木工程学科是一门古老的学科，在如今的互联网时代，教师们也要运用互联网思维模式，引导学生从网络中学习、从海量的互联网信息中获取需要的知识，培养学生利用互联网的开放模式、互动模式进行思考，更快获得科创能力所需的各类知识。比如在土木工程学科教学过程中，教师提出了工程实践需求：轻质高强滤水型混凝土的研制。学生在材料选择、试件测试等环节都遇到了难以逾越的难题，此时教师指导学生运用互联网，学习MOOC（慕课）课程，并通过社交媒体同远在大洋彼岸的研究同行进行交流，一步步寻找解决的办法。学生在这个过程中不断学习，将大量的课余时间投入与项目相关的知识学习中，不断积累丰富，逐渐有了比较清晰的创新想法。其实，互联网对于年轻的大学生来说，是一把双刃剑：可以方便获得所需知识，同时也是需在海量信息筛选过程中耗费时间。教师在这个环节起到较重要的作用，利用自身科研经历，可以帮助学生较快从网络中选择正好需要学习的材料，从而少浪费时间。互联网的利用，在培养学生科创能力方面可以较常规课堂教学培养模式更快捷的获得知识，并开阔了学生视野，更容易形成创新的想法。
四、兴趣驱动，自主实践
土木工程学科本科生接受了科创意识的培养，具备了一定的科创能力，一部分学生对创新创业、科学研究或创造发明有着浓厚的兴趣。此时可借助学校开展的各种大学生创新活动体系平台，由相关领域的指导教师进行引导，自主选题、自主设计、自主组织实践，开展一系列的项目实施过程，促进大学生创新思维和创业实践能力的提升。在这个自主实践过程中，指导教师的作用是组织有序开展活动，创造活动所需的条件，在关键问题上加以把关指导，帮助学生实现他们的创新想法；学生处于主导地位，他们有自己的“New idea”，并亲自动手实践，一步步解决难题后接近了自己的理想。在学生的兴趣驱动下进行的科创活动，学生自己内心是兴奋的，一旦成功不但可以创造价值，还可以收获社会认可度。
五、结语
当今社会科技突飞猛进，想要在激烈的国际竞争中站稳脚跟，靠的是知识经济，靠的是不断的创新。只有培养当代大学生的科创能力，一代人接一代人的不懈努力，中华民族才可能屹立于世界民族之列。
[ 注 释 ]
[1] 刘汉龙，李英民，阴可，等.重庆大学土木工程学科特色及人才培养实践[J].高等建筑教育，2015（4）：9-12.
[2] 张丽娟.美国STEM学科高等教育女生人数不足的相关研究[J].大学教育，2015（6）：164-165.
[3] 王宇辉.土木工程专业土力学课程的教学探索[J].山西建筑，2015（28）：246-248.
[4] 王英，刘建新，赵人达.大跨桥梁预应力损失综合值法计算模型研究[J].世界桥梁，2011（5）：48-51.
[5] 王英，彭丽，李文婷，尹铸华.钢拱桥自振模态多因素敏感性分析[J].上海师范大学学报（自然科学版），2014（1）：105-110.
[6] 王英，孙利民.大跨连续刚构桥材料参数模态敏感性分析[J].广西大学学报（自然科学版），2015（1）：142-148.
[责任编辑：钟 岚]
