道路與橋梁實驗教學示范中心柔性教學體系探索

何小兵， 周 兵， 曹曉川

(重慶交通大學 道路與橋梁實驗教學示范中心，重慶 400074)

0 引 言

實驗教學體系是基于實踐能力培養(yǎng)的知識架構、教學模塊、教學方法設計、教學過程設計和教學成果評價所組成的系統(tǒng)整體，具有層次化、模塊化以及系統(tǒng)化的特點，通常按照學生知識建構的過程設計，教學體系過于剛化。柔性實驗教學體系是指適應科學技術以及社會需求不斷發(fā)展要求，滿足大眾化教育背景下的個性化需求，以培養(yǎng)學生的職業(yè)能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)為目標，在知識結構、教學模塊以及教學模式等方面具有可擴展性、可選擇性以及可組合性的彈性教學體系。

道路與橋梁國家實驗教學示范中心(建設)對柔性教學體系進行了探索，把道路與橋梁實驗教學體系與區(qū)域特色、交通土建學科發(fā)展以及學生職業(yè)能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的目標結合起來，在教學架構、教學內(nèi)容以及教學模式上具有可擴展性、可選擇性以及可組合性，形成具有山區(qū)、庫區(qū)特色的交通土建實驗教學體系，滿足學生個性化需求，適應社會發(fā)展需求。

1 構建“山區(qū)”、“庫區(qū)”特色的柔性教學體系

國家實驗教學示范中心建設兼顧區(qū)域特色和行業(yè)優(yōu)勢。道路與橋梁國家實驗教學示范中心(建設)位于我國西南山區(qū)和三峽庫區(qū)，中心根據(jù)學校的區(qū)域定位制定了實驗教學體系，教學體系的知識結構或知識框架充分考慮了西部山區(qū)、庫區(qū)道路與橋梁建設的獨特性和復雜性(環(huán)境、材料、設計、施工、裝備、檢測、監(jiān)測等方面)，形成了三維柔性教學體系(見圖1)。

時間維度上，教學體系按學生知識建構的過程設置“四層次”知識框架，但并不是剛性的，低年級的學生也可以選擇高層次教學模塊，如中心第四層次中的“科技競賽”模塊中設置的“結構承重”、“橋梁模型制作”等教學內(nèi)容對學有余力的低年級同學開放，通過意義構建達到專業(yè)興趣和能力培養(yǎng)；同時，框架具有可拓展性，考慮不同時期交通土建行業(yè)發(fā)展需求、區(qū)域特色需求以及學科發(fā)展需求，滿足學生職業(yè)能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

圖1 三維柔性教學體系框架

西南地區(qū)是全國最大的山嶺重丘區(qū)，高山峽谷多、工程地質(zhì)條件差、工程環(huán)保要求嚴、工程施工難度大；西部河流眾多，三峽庫區(qū)建設帶來的地質(zhì)、地貌特點的改變也給路橋建設帶來諸多挑戰(zhàn)。功能維度上，教學體系按工程職業(yè)能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的要求設置區(qū)域特色鮮明的教學模塊，各層次的實驗教學內(nèi)容包含了特定環(huán)境下的“工程可行性研究”、“工程設計/選型”、“工程建設”、“工程維護與檢測”和“工程監(jiān)測與評估”等工程項目全生命周期各個環(huán)節(jié)，反映了道路工程、橋梁工程在特定條件下的性能與因果關系。如，中心地處山區(qū)、庫區(qū)，橋梁數(shù)量和種類眾多，其中拱橋以其造型美觀、受力性能優(yōu)良在高速公路和市縣公路干線上應用十分廣泛，其設計施工理論、檢測維護技術是橋梁工程專業(yè)所必須掌握的重點知識。中心根據(jù)該類橋型特點，有針對性地開發(fā)了一系列具有區(qū)域特色的“裸拱影響測定試驗”、“三孔拱橋連拱作用試驗”、“拱橋靜力荷載試驗及評價方法”、“拱橋線形、變形測量”等實驗項目，以強化學生對拱橋知識的學習和掌握。其次，中心實施“科研五進”實驗教學模式，即“科研信息進教學課堂、科研成果進教材講義、科研項目進實驗教學項目、科研選題進畢業(yè)設計以及科研活動進第二課堂”，各教學模塊與交通土建學科的發(fā)展緊密聯(lián)系，具有可擴展性，滿足創(chuàng)新人才培養(yǎng)需求。

空間維度上，中心將實驗教學課堂延伸至課外、校外以及工程建設現(xiàn)場，通過“實驗室開放”、“學術講座”、“學術論壇”、“大學生科技創(chuàng)新基金”、“科技競賽”(大學生橋模、建模及結構承重大賽)以及校外實踐等活動和途徑，有效培養(yǎng)學生的現(xiàn)代土木工程實踐能力、創(chuàng)新能力、工程意識和工程師素質(zhì)。

上述柔性教學體系應具有如下特點：

(1) 可擴展性。時間和功能維度上的可擴展性指知識架構體系不僅要滿足當下學生職業(yè)能力需求，還要根據(jù)交通土建學科發(fā)展的趨勢和人才培養(yǎng)需求動態(tài)調(diào)整知識結構和內(nèi)容，滿足社會經(jīng)濟與科技發(fā)展需求?？臻g維度上的可擴展性指改變傳統(tǒng)的教學空間維度上過于狹窄的現(xiàn)狀，拓展產(chǎn)學研合作培養(yǎng)工程技術人才培養(yǎng)平臺，通過校企合作構筑“學科鏈對接產(chǎn)業(yè)鏈”校企戰(zhàn)略聯(lián)盟和高校、企業(yè)、科研院所共建“特殊區(qū)域公路大通道協(xié)同創(chuàng)新平臺”和“山區(qū)橋梁與隧道長期性能及安全協(xié)同創(chuàng)新平臺”，使工程教育回歸工程實踐和創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。

(2) 可選擇性。大眾化教育背景下，學生個性化凸顯，為適應多樣化人才需求以及滿足不同層次學生需要，需改變過于剛化的實驗教學體系，建立“菜單式”模塊及教學項目，不同層次學生可以根據(jù)自身的需求，選擇各層次的實驗模塊及實驗項目，實施因材施教的個性培養(yǎng)。

(3) 可組合性。傳統(tǒng)的實驗教學依附理論教學，實驗項目按課程設置，強調(diào)實驗項目的學科系統(tǒng)性，易造成實驗項目的重復；同時，按專業(yè)課程設置實驗教學模塊導致各實驗教學模塊各自為政，不能形成一套完整的、系統(tǒng)的以及基于項目全生命周期的交通土建工程實驗項目集群。在工程教育回歸“大工程”背景下，道路與橋梁實驗示范中心，以道路和橋梁為著眼點(特色)，按交通土建工程的職業(yè)能力結構以及知識結構的需求為基本要求確定實驗教學模塊，各模塊教學內(nèi)容相對獨立(可以按社會需求調(diào)整教學內(nèi)容，即具有可擴展性)，形成交通土建工程集群教學模塊，各實驗教學模塊具有可組合性，滿足不同本科專業(yè)(方向)對教學內(nèi)容培養(yǎng)的需求，也可以根據(jù)不同職業(yè)能力需求開展專業(yè)教學和社會培訓。

2 構建基于能力培養(yǎng)的柔性教學模塊

結合“卓越工程師培養(yǎng)計劃”對工程人才的能力要求，中心提出了培養(yǎng)學生職業(yè)能力和創(chuàng)新能力的目標。從職業(yè)能力培養(yǎng)角度，教學模塊充分考慮了建構工程所需的基礎知識和基本能力，即將職業(yè)要求作為實驗教育要求。從創(chuàng)新能力和團隊協(xié)作能力培養(yǎng)角度，教學模塊中設置創(chuàng)新項目、學科競賽和公益工程項目建設等，即將知識綜合應用和創(chuàng)新能力培養(yǎng)結合起來。

中心實驗教學模塊設計打破實驗項目按課程設置的限制，以“山區(qū)、庫區(qū)”特色為主線，結合交通土建學科發(fā)展方向，涵蓋工程全生命周期過程，按職業(yè)能力結構以及知識結構的需求建構“菜單式”柔性教學模塊及實驗教學項目，實現(xiàn)教學內(nèi)容模塊化、系統(tǒng)化、工程實際驅(qū)動化、實踐綜合以及能力培養(yǎng)的目標。

教學內(nèi)容模塊化，是指根據(jù)學生基本能力需求和知識的相對獨立性，設置實踐教學模塊；系統(tǒng)化是指教學內(nèi)容涵蓋“概念—方法—應用”，形成 “理論—實踐—理論”的邏輯閉環(huán)；工程實踐驅(qū)動是指根據(jù)具體的項目背景或環(huán)境設置具體的工程實踐內(nèi)容，啟發(fā)思考，培養(yǎng)學生的職業(yè)能力和創(chuàng)新能力；實踐綜合是指通過校企合作或公益橋梁建設等方式，讓學生參與到工程實踐的全環(huán)節(jié)，將知識結構串接，培養(yǎng)職業(yè)能力。各層次教學模塊如下：

(1) 第一層次(交通土建工程認知實習)。認知實習模塊對象為“大一學生”，目標是“了解交通土建工程系統(tǒng)，熟悉交通土建工程項目生命周期流程，激發(fā)求知欲，建立職業(yè)意識”，教學手段“結合入學專業(yè)教育和土木工程概論，通過模型室、CAI教學室和虛擬工程中心，以參觀、演示、制作等方式，初步了解工程環(huán)境特點、工程材料的發(fā)展和作用、工程結構的設計、施工以及檢測過程以及學校的行業(yè)地位，激發(fā)學生的求知欲和專業(yè)認同感”。具體教學模塊如圖2所示。

圖2 工程認知實訓教學模塊

交通土建工程認知實習資源為22個專業(yè)的學生提供個性化的選擇，學生可以認識交通土建工程的全生命周期流程及所涉及的關鍵技術，為后續(xù)的工程學習奠定基本工程素養(yǎng)。根據(jù)學生專業(yè)及知識背景的不同，各教學模塊可以采取“示范、演示、展示以及操作”等教學方式；同時，該模塊鼓勵“科研信息、科研成果、科研項目、科研選題及科研活動進入”，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力基本素養(yǎng)。

(2) 第二層次(交通土建工程基礎實驗)。該層次教學模塊主要針對“大二和大三學生”，目標是“培養(yǎng)學生初步工程能力和基本實踐能力”，采用“學生自主實踐為主，教師指導關鍵環(huán)節(jié)，問題共同研究”的教學模式，為第三層次的專業(yè)實驗奠定基礎。基礎實驗教學模塊如圖3所示。

圖3 基礎實驗教學模塊

各模塊涵蓋了進行交通土建工程設計的基本技能——工程地質(zhì)環(huán)境評估、工程材料性能設計與檢驗、工程放線測量以及工程結構測試分析方法，不同專業(yè)的同學可以進行選擇與組合，使學生初步了解設計的過程和要素，增強工程意識與基本技能。

(3) 第三層次(交通土建工程專業(yè)實驗)。該層次教學模塊主要針對“大三和大四學生”，目標是“熟悉交通土建工程全過程和培養(yǎng)職業(yè)能力”，教學采用“以大交通土建工程為背景，通過采用模型教學和案例教學進行工程項目綜合實踐，培養(yǎng)學生職業(yè)能力；通過不同模塊組合，涵蓋交通土建工程的各個環(huán)節(jié)，滿足個性化需求，培養(yǎng)學生系統(tǒng)和科學地應用知識的能力和再創(chuàng)造能力”。具體教學模塊如圖4所示。

圖4 專業(yè)實驗教學模塊

(4) 第四層次(交通土建工程創(chuàng)新實踐)。學生在完成前三個層次的職業(yè)能力訓練后，中心利用自身的科研平臺支持學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)。該層次教學模塊主要針對“大三和大四學有余力的學生”，在進行專業(yè)技能培養(yǎng)的同時，逐步進入學科前沿。教學模塊如圖5所示。各教學模塊最大程度融入“山區(qū)”和“庫區(qū)”實際工程背景，學生通過科技競賽、創(chuàng)新項目、教師科研課題和公益實踐參與，中心建立創(chuàng)新教學團隊提供指導，鼓勵學生跨學科、跨專業(yè)自主選題的引入，實施“自行設計、自主研究、自主創(chuàng)造”教學模式(見圖5)。

圖5 創(chuàng)新實踐教學模塊

需要強調(diào)的是，柔性教學模塊指教學模塊及其實驗教學項目具有“可選擇性、可組合性、可擴展性”。可選擇性指不同層次學生可以根據(jù)自身的需求，選擇各平臺的實驗模塊，實施因材施教的個性培養(yǎng)?？山M合性指各模塊教學內(nèi)容相對獨立(可以按社會需求調(diào)整教學內(nèi)容)，具有可組合性，滿足面向全校交通土建類專業(yè)、材料科學與工程、測繪工程等22個本科專業(yè)(方向)對教學內(nèi)容培養(yǎng)的需求；也可以根據(jù)不同職業(yè)能力需求開展專業(yè)教學和社會培訓，以新辦檢測與維護專業(yè)和路橋檢測工程師上崗培訓為例，其實驗教學內(nèi)容的構成是以結構工程實驗模塊、橋梁工程實驗模塊、道路工程實驗教學模塊以及基礎實驗各實驗模塊中的教學內(nèi)容組裝而成?？蓴U展性指，各層次教學體系均可把與之相關新材料、新工藝、新技術的科研成果和工程應用技術納入的實驗教學中，強化學生研究與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

3 構建基于能力培養(yǎng)的教學模式

柔性教學體系探索還必須有落實培養(yǎng)目標的教學模式的保障，中心在“學生職業(yè)能力、創(chuàng)新能力培養(yǎng)”的目標下，根據(jù)不同模塊、不同層次學生的需求采用柔性化教學方式，滿足學生個性化學習的需求。

(1) 基本技能項目采用“學生自主實踐為主，教師指導關鍵環(huán)節(jié)，問題共同研究”的教學模式——學生進行探索性試驗，教師根據(jù)實踐要求進行關鍵環(huán)節(jié)講解，并與學生探討，完成實踐教學。學生自主實驗為主，可以探索或驗證試驗方法，充分了解實踐的各技術環(huán)節(jié)；教師指導關鍵環(huán)節(jié)，是指教師根據(jù)試驗中發(fā)現(xiàn)的學生未掌握的內(nèi)容給予必要的指導，加深學生對這些關鍵環(huán)節(jié)的理解和印象；問題共同研究是指在實踐教學過程中設置一些與結果偏離的環(huán)節(jié)，引導學生究其原因，促進創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

(2) 專業(yè)實驗項目采用“項目小組”教學模式——以大交通土建工程為背景，采用無領導小組方式產(chǎn)生項目小組的分工，對項目小組的各個實踐環(huán)節(jié)進行綜合評定。學生成立實踐工程的運行過程的組織形式去解決這些工程問題，培養(yǎng)學生的組織管理能力，技術綜合應用能力和工程全生命周期管理能力。

(3) 創(chuàng)新項目在“科研五進”教學模式基礎上，探索實施“自行設計、自主研究、自主創(chuàng)造”教學模式?！翱蒲形暹M”是將已經(jīng)完成和正在進行的科研實驗穿插在實驗教學之中，對培養(yǎng)學生的科研創(chuàng)新意識起到了潛移默化的作用，為日后的事業(yè)發(fā)展打下基礎。將成熟的科研成果編入教材，及時更新了教學內(nèi)容和實驗手段。從大一、大二學生的結構認知實驗和基礎型實驗到大三、大四優(yōu)秀學生進入教師科研課題組，以及畢業(yè)設計(論文)選題結合工程實際和科研項目研究，通過四年不間斷的實踐教學培養(yǎng)，極大地提高了學生的工程意識和創(chuàng)新意識。自主教育模式是拓展“科研五進”的實驗教學模式，將實驗教學課堂延伸至課外、校外和工程建設現(xiàn)場，通過大學生科技競賽、創(chuàng)新項目和公益實踐等途徑和活動，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。

4 結 語

實驗教學示范中心教學體系的建設是一個動態(tài)的過程。中心圍繞區(qū)域特色與行業(yè)特色，開展了教學體系探索，構建了多層次、立體化的柔性教學體系，形成了實踐教學與科學研究、工程實踐緊密結合的“多種教學模式，大量學生參加到科研和科技創(chuàng)新實踐活動，有107人次獲得國家一、三等獎、重慶市金獎等各類科技競賽獎項；培養(yǎng)的學生實際工作能力、創(chuàng)新精神和出色的業(yè)績受到社會認可及好評，許多畢業(yè)生已成為交通建設的骨干，在全國大學生就業(yè)日趨嚴峻的形勢下，培養(yǎng)的本科生就業(yè)率高達98%以上。2009年學生組建的“無止橋”和“茅以升小橋項目” 團隊，與香港科技大學、香港理工大學等校志愿者共同完成了多座“無止橋”和“茅以升公益橋”的建設。

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