2013年底，我校与同济大学合作，在实验班里设立了建筑学、土木工程、城市规划相关的专门课程，由同济大学专家团队与本校教师共同指导学生课题研究，但前几届学生的课题主要是以城市规划方面的课题为主。2015年8月，我入职上海市上海中学，因本身是同济大学土木工程专业毕业，开始接手科技班、工程班的土木工程专门课程工作。在这期间，加强了与同济大学土木工程学院的联系，逐渐扭转了本方向研究课题偏城市规划方向的状况。2015年至2020年初，本方向已接收5届学生共30名科技班、工程班学生，开展课题研究共26项（见下表）。

2018届至2022届土木工程方向专门课程课题汇总表

（续表）

从研究课题涉及的领域来看，土木工程专门课已逐渐成为真正意义的“土木工程方向”，学生对土木工程、建筑学、城市规划这三个专业的专业区分已产生明确的认识。选择本方向的学生在进入常规课程学习以前，就比以往更加明确自己的兴趣点。在近两年的学生课题中，也可以看出新工科的跨专业融合性。学生开展的课题以土木工程专业为根本立足点，又涉及其他的专业领域（如人工智能、电信、城市规划等）。

在承担土木工程专门课程科技指导教师的这段时间里，我碰到了很多问题和困难。下面就主要的几个问题及解决方案谈谈个人的感悟。

1.建立有效的大中学沟通机制，确立适用于本方向的课程大纲

同济大学与全国多所高中合作开展“苗圃计划”，在同济的层面，“苗圃计划”主要以学院为单位与高中建立合作关系。也就是说“苗圃计划”的高中是一一对应同济的某个学院，而我们上海中学所对应的是同济大学汽车学院，并不是土木工程学院。我们的土木工程专门课程的排课和安排课题指导，需要通过“苗圃计划”合作学院（汽车学院），再转给土木工程学院（进行沟通）。由于存在这样的中间环节，产生了很多不必要的麻烦，影响了有效的沟通。特别是时效性难以保证，甚至出现过安排上课的教授因临时有事无法来上课，信息不能及时反馈，导致专门课无教师上课的情况发生。“有课可上”这是对学生选择本方向专门课程的最低保障，为解决这个问题，我找到了当时土木工程学院分管教学的熊海贝副院长。在摸清科技班、工程班学生的基础知识情况，结合我校专门课程的开设时间、课题研究时长等情况后，我与熊老师进行了多次沟通交流，最终确定了土木工程专门课程常规课程部分的教学目标、课时安排、课程主题和内容。结合同济大学土木工程学院设立的二级学科系所，拟定了土木工程的基础原理（简单的材料力学和结构力学）、结构防灾减灾、建筑结构、地下空间结构及岩土工程、桥梁工程与桥梁美学、水利及水文地质工程等课程专题，并列出了相关专题的对应授课教授名单。在同济大学土木工程学院的大力支持下，每一届的专门课常规课程都安排至少5次专题讲座，全覆盖土木工程二级学科领域，旨在让新进入土木工程方向的学生对土木工程专业领域形成全面的认识，从而进一步聚焦志趣。同时，排课的模式为了同时兼顾同济大学的“苗圃计划”运行规则和便利性，仍通过汽车学院提出排课申请，待汽车学院将要求转达土木工程学院后，则直接与土木工程学院负责老师进行沟通。这样，就保证了常规课程的高效、稳定开展。

2.引入学生半自主选题模式，提高研究课题的可实施性

土木工程这个学科虽然涉及人们日常住、行等方面，看似与生活息息相关，但因为土木工程学科已经历了几千年的发展，与我们息息相关的内容基本已成为公理。翻看土木专业的研究文献或是近几年的自然科学基金课题，可知当今前沿的研究课题已不是业外人士所认为的住房、商场等设计、建造的相关内容，更多的是高中生没有接触过、在日常生活中也没有机会碰到的问题。而且，土木工程问题又普遍需要研究人员具有扎实的力学功底，哪怕是上海中学的资优生对于“材料力学”“结构力学”“土力学”等土木专业基础力学知识基本就是一张白纸。所以，土木工程方向的学生面临着选题难、执行难的双重困难。

虽然我有五年多的土木工程研究经历，但在这之前，对于带学生做课题，尤其是带高中生做本领域的研究课题确是零经验。所以，一开始还“信誓旦旦”的我，逐渐意识到学生选题的天马行空、可行性差，到最后课题“草草收场”，受到了较大的打击。在这五年中，我不断地在探索更适合高中生的土木工程研究课题。

针对选题难的问题，我之前在“学生自主选题”和“教授固定选题”之间摇摆了很久，一直在思考如果教授固定选题，那么是不是违背了我们让学生“聚焦志趣”，激发学生自主探索的初衷？所以，一开始我还是鼓励有想法的学生自选课题。但经过三届学生的验证，自选课题（如2018届《可移动式木结构建筑的设计及实用性研究》、2020届《可伸缩桥梁网络在月坑探索中的应用》）由于完全是学生自己想出来的，科学性、可行性、创新性都无法保证。在将想法落实到撰写开题报告时（即确立“研究目的和意义”“研究内容”“研究方法与主要技术路线”等），学生往往无法确切地制定研究计划。随后与相关领域的指导教授沟通研究方案，时常会产生颠覆性的变化（如改课题），这就浪费了很多时间和精力。而对于这些学生来说，实际的课题研究时间只有宝贵的一年时间（高一的第二学期和高二的第一学期）。(www.daowen.com)

此外，学生自选课题还面临着教授无法给予充足指导的问题。大学教授本身除授课外也都有很多科研和行政压力，往往无暇顾及高中生的课题研究，如果是自选课题，教授就更加不可能完全投入到这个课题中去，给出的指导意见基本只是点到为止，不会在操作层面给出更多的指导。前面也提到过，高中生本身的知识储备又很欠缺，相应的研究能力、研究手段也很缺乏，都要从头学起。比如，用力学软件计算某构件的受力，对于没有力学基础的高中生是非常困难的事情，而教授又不可能手把手教你怎么用软件，即使在做课题时力学建模出现了问题，教授也很难发现和解决。因此，自选课题往往不是在过程中重新选题，就是面临着到最后降低研究目标，草草收场的结果。

经历几次失败后，我决定取消“学生自选课题”，引入学生半自主的选题模式。在完成专门常规课程后，学生对土木工程各个二级学科形成了初步认识，让他们选定感兴趣的二级学科或是更为详细的某个领域。例如，2020届课题《电涡流阻尼器与TMD在非调谐情况下控制性能对比》的学生，从一开始就确定想做结构抗风相关的课题，结合同济大学土木工程学院正在研究中的课题，最后选定了该课题。在这样的模式下，哪怕指导教授没有时间或无暇指导，也会有课题组相关的研究生来指导课题。形成了我们高中生加入大学课题组的模式，不再是教授和高中生一一对应的指导。在此模式下，教授总把控课题的研究方向和进度，研究生则可以在细节上给高中生更多的指导（例如，软件的使用、试验模型的制作及准备等）。通过这种课题研究模式，我发现学生最终的研究成果更加具有科学性，不论是数值模拟研究或是试验研究都经得起推敲。

在此过程中，我也逐渐意识到，“选题”只是科学研究中的一小部分，我们开设这样的大中学合作专门课程，主要的目的还是为了将科技创新人才的培育延伸至更早期的高中阶段，让学生在高中阶段就能“聚焦志趣，激发潜能”。那么对于“聚焦志趣”，学生在那么多专门课程方向中会选择土木工程方向，就已经实现了这个目的。在明确了兴趣之后，我们的土木工程专门课程就可以适当干预学生的课题方向，让学生从事更有科学性和可行性的课题研究。在研究过程中给予学生更多的科学指导，使学生在这段课题研究经历中，体验什么是科学研究、怎样用科学的方法达到研究目的、怎样科学地从数据中得到总结科学规律，等等。我想，与其让学生单枪匹马去做自创的课题，不如让学生加入一个科学团队去研究课题，学生应该会学到更多，收获更多。

3.构建校内土木工程创新实验室，提升科研条件和内动力

土木工程专门课程的合作高校同济大学土木工程学院位于杨浦区四平路，而我校位于徐汇区上中路，之间路程约25公里，非高峰期的车程至少40分钟。专门课程时间为每周二周四下午约两个半小时，基本只够学生往返一趟同济。周末的时间，指导教授的课题组成员往往也休息，把课题研究的主要时间压在寒暑假也不合理。同时，同济大学的各类土木工程实验室也面临着僧多粥少的情况，一个博士的试验常常也要排队排上两三年才轮到。同济大学与我校的地理位置局限了学生到同济使用研究设备的时间，即使解决了时间问题，研究设备资源的匮乏又会影响到学生的课题进度。

考虑到学生课题研究的需要，在校领导的大力支持下，我校于2017年起开始筹建土木工程创新实验室，2018年正式投入使用。该创新实验室的建立初期，我们做了很多准备工作，与常来指导课题的教授也做了多次沟通。我们以同济大学土木工程学院各类实验室为参考，又结合我校的具体需求，最终形成了符合我校使用需求的土木工程创新实验室建设方案。我们的土木工程创新实验室的定位更多倾向于为学生提供一个感觉、感悟、感知本领域专门知识的场所，同时又能为对该专业领域特别感兴趣的学生搭建一个可以进行创新研究的平台。这就决定了高中土木工程实验室配备并不需要像高等学校实验室那样“专、尖、深”，而是需要既能够让学生上手容易的，又能在一定程度上反映学科研究和测量方法的前沿，让学生打下基础的同时能够了解到先进的研究工具和方法，且随着学科的发展，设备不至于很快被更替，当然也为实验室更新留有一定的弹性空间。结合以上功能定位，实验室配置了小型模拟地震振动台、伺服控制系统、万能试验机、数据采集系统、数据控制系统、多维度光学扫描仪、位移传感器、加速度传感器、力传感器等实验仪器和设备。

土木工程创新实验室建立后，学生的一些小型试验可以在校内开展，如2021届《电涡流阻尼负刚度隔震支座在文物防震中的应用研究》整个课题试验都在该实验室内进行，主要使用模拟地震振动台以及各类传感器和数据采集设备，大大提高了试验效率，也给学生的反复探索试验提供了可能性。同时，指导教授的课题组也反过来可以进入本实验室进行课题的试验研究，这不仅带动了高中生在他人相似试验的参与学习，也提高了实验室的利用率，同时还为合作大学提供了试验场所，提高了指导教授带课题的积极性，促进了双向科研机制的构建。

得益于土木工程创新实验室，我还开设了基于工程设计的STEM课程“建筑结构设计”。该课程以解决工程问题为主线，以项目驱动为抓手，融入技术设计、数学和科学知识，以达到培养学生的逻辑思维、动手能力和协作能力、激发学生学习工程的兴趣、加固学生专业直觉的目标。该课程面向全体高二学生，使土木工程类的拓展课程辐射到了科技班、工程班以外的学生。

在做专门课程科技教师之前，我完全没有想到自己所学的专业在高中教学中还能继续发挥作用。专门课程给了我一个“继续深造”的平台，可以和活跃在土木工程科研前沿的专家学者交流，可以与学生一起学习探讨专业热点问题，可以拓展更多土木二级学科甚至跨学科专业知识。在这个过程中，我也逐渐积累了带高中生做土木相关课题的经验，基于对高中生兴趣点和学情的了解，又开设了相关的STEM课程，使科研促教学。大中学合作的这种育人模式，对我们中学教师是充满困难和挑战的，但伴随而至的倒是意想不到的教师专业能力和教学能力等多方面的促进和提升。

（撰稿：实验班土木工程方向校内指导教师陈希）