大工程觀視野下的課程融合探索

陳先華 劉攀 黃曉明 程建川 高英

摘要：依托東南大學(xué)教學(xué)改革實(shí)踐，文章分析了交通基礎(chǔ)設(shè)施特點(diǎn)與行業(yè)發(fā)展需求，提出了大工程觀視野下的道路工程核心課程組構(gòu)與課程融合的思路，并結(jié)合對道路材料與結(jié)構(gòu)融合課程的分析，闡述了引入行業(yè)規(guī)范體系的途徑，為道路工程等領(lǐng)域卓越人才培養(yǎng)的教學(xué)改革提供參考。

關(guān)鍵詞：道路工程；大工程觀；課程融合；課程教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.0；U41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1005-2909（2018）03-0056-05

培養(yǎng)和造就滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求的高水平工程師是高等工程教育界乃至全社會(huì)普遍關(guān)注的熱點(diǎn)問題。目前，中國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)亦處于關(guān)鍵轉(zhuǎn)型期，特別是“一帶一路”倡議的提出和實(shí)施，要求科技界、教育界及產(chǎn)業(yè)界進(jìn)一步解放思想，推進(jìn)人才培養(yǎng)模式的創(chuàng)新改革。

東南大學(xué)作為首批加入教育部卓越計(jì)劃的部屬重點(diǎn)高校，多年來一直積極探索創(chuàng)新型工程科技人才培養(yǎng)模式。東南大學(xué)交通學(xué)院是交通運(yùn)輸工程卓越人才的培養(yǎng)重地，在融合國內(nèi)外優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的基礎(chǔ)上，2007年創(chuàng)立“茅以升班”進(jìn)行創(chuàng)新型人才培養(yǎng)，以點(diǎn)帶面開展先行先試。經(jīng)過十多年的改革與實(shí)踐，逐漸形成了面向現(xiàn)代大型復(fù)雜工程的國際化創(chuàng)新型人才培養(yǎng)新模式，在全國交通運(yùn)輸類人才培養(yǎng)改革中起到了引領(lǐng)和示范作用。通過創(chuàng)建優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源平臺(tái)，整合基礎(chǔ)理論教學(xué)與工程實(shí)踐訓(xùn)練，構(gòu)建全方位能力結(jié)構(gòu)培養(yǎng)體系，設(shè)置面向工程建設(shè)創(chuàng)新需求的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，系統(tǒng)解決了教學(xué)資源的獨(dú)特性與工程能力的融合性、課程體系的穩(wěn)定性與能力結(jié)構(gòu)的靈活性、交通建設(shè)的規(guī)范性與工程方案的創(chuàng)新性等問題。本文基于東南大學(xué)交通學(xué)院的教學(xué)改革實(shí)踐，提出了大工程觀視野下的道路工程核心課程組構(gòu)與課程融合的思路，對推進(jìn)道路工程卓越人才培養(yǎng)的教學(xué)改革具有積極作用。

一、大工程觀視野下的道路工程核心課程組構(gòu)

（一）大工程觀概述

“大工程觀”由時(shí)任MIT 工學(xué)院院長的Joel Moses[1]提出，是針對美國工程教育過度“工程科學(xué)化”所掀起的“回歸工程教育”浪潮的延續(xù)。“大工程觀”的本質(zhì)是將科學(xué)要素、技術(shù)要素以及非技術(shù)要素相融合，通過工程實(shí)踐，形成具有集成性、創(chuàng)新性、實(shí)踐性的工程教育理念。美國工程教育學(xué)會(huì)于1994 年提出工程教育不僅要教授工程理論基礎(chǔ)知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和開展實(shí)踐，還要提高這些內(nèi)容的相關(guān)性、吸引力和關(guān)聯(lián)性[2]。21世紀(jì)初美國工程院發(fā)布《2020 年的工程師： 新世紀(jì)工程的愿景》和《培養(yǎng)2020 年的工程師： 為新世紀(jì)變革工程教育》[3-4]兩份報(bào)告，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)美國高等工程教育改革思路：以設(shè)計(jì)為主線重構(gòu)課程體系，回歸工程實(shí)踐，在實(shí)現(xiàn)途徑上可以工程問題為首要組織原則，將學(xué)科知識(shí)、問題解決、項(xiàng)目設(shè)計(jì)、實(shí)踐能力融入課程單元，形成多模塊化的課程結(jié)構(gòu)[5-6]。

（二）交通基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展特性與總體需求

交通運(yùn)輸業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)支柱產(chǎn)業(yè)，對經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步具有重要的戰(zhàn)略意義。交通基礎(chǔ)設(shè)施主要為公眾出行及貨物流通提供安全、舒適、便捷的服務(wù)，包括公路、鐵道、橋梁、隧道、機(jī)場、港口、碼頭等，其形式多樣，服務(wù)環(huán)境與服務(wù)對象復(fù)雜多變，且設(shè)計(jì)、建造與運(yùn)營過程中不可預(yù)見、不可控因素亦相對較多，是典型的復(fù)雜系統(tǒng)工程[7-10]。

國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與新型城鎮(zhèn)化建設(shè)為交通運(yùn)輸相關(guān)學(xué)科的發(fā)展提供了新的機(jī)遇，而社會(huì)對可持續(xù)發(fā)展與生態(tài)和諧環(huán)境的需求，也使得可持續(xù)的交通基礎(chǔ)設(shè)施，及其與周圍環(huán)境的交互作用越來越受到重視[11-12]。此外，伴隨“一帶一路”建設(shè)的持續(xù)推進(jìn)，以公路、高速鐵路等為代表的交通基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)正整體走出國門，穩(wěn)步邁進(jìn)國際市場。從大工程觀[1-6、13-14]的角度來看，工程師不僅要有扎實(shí)的工程知識(shí)，以及工程設(shè)計(jì)能力與工程實(shí)施能力，還應(yīng)具備完整的工程項(xiàng)目生命周期（規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)營維護(hù)、后評價(jià)）的理念與法制意識(shí)，以及較強(qiáng)的價(jià)值判斷力、跨文化溝通能力與綜合協(xié)調(diào)能力。

（三）基于大工程觀的道路工程核心課程組構(gòu)

現(xiàn)代交通基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展對工程師綜合素質(zhì)的要求更高也更全面。在大工程觀的理念中，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)不僅僅是某一門或某一類課程的任務(wù)，而是貫穿于培養(yǎng)方案的整個(gè)課程體系之中，所有課程都可能也應(yīng)當(dāng)為培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)作出貢獻(xiàn)。因此需結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，以課程體系為載體，深化教學(xué)改革，為培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力奠定知識(shí)、能力、素質(zhì)等方面的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，而這正是高等工程教育的核心與關(guān)鍵[9]。

運(yùn)用大工程觀的思想，結(jié)合對交通基礎(chǔ)設(shè)施的特性分析，將交通基礎(chǔ)設(shè)施的服務(wù)需求與實(shí)現(xiàn)途徑轉(zhuǎn)換為如圖1所示的金字塔模型。結(jié)合交通基礎(chǔ)設(shè)施的行業(yè)發(fā)展需要，提出道路工程核心課程群的組構(gòu)如圖2所示。與傳統(tǒng)的路基路面工程、道路勘測設(shè)計(jì)核心課程群的劃分方法相比，該課程群的組構(gòu)注重完整的工程項(xiàng)目全周期（規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)營維護(hù)、后評價(jià)）與全壽命周期成本的理念，注重道路與周邊環(huán)境系統(tǒng)的協(xié)同作用，有利于專業(yè)人才大工程觀的培育。

二、道路工程材料與結(jié)構(gòu)課程融合

（一）筑路材料與道路結(jié)構(gòu)的關(guān)系分析

筑路材料是形成道路、橋梁等交通基礎(chǔ)設(shè)施的物質(zhì)基礎(chǔ)。一方面，筑路材料的成型過程決定了其必然要綜合考慮環(huán)境條件、材料性質(zhì)與所在結(jié)構(gòu)層位的特點(diǎn)，而材料在結(jié)構(gòu)中所處的層位等也決定了對材料的技術(shù)要求；另一方面，道路本體在實(shí)際工況下的使用效能則不僅取決于其成型過程，同時(shí)也與實(shí)際工作環(huán)境、荷載等密切相關(guān)（如圖3所示），這為道路工程材料與結(jié)構(gòu)課程的融合提供了便利。

（二）道路工程材料與結(jié)構(gòu)課程融合

所謂道路工程材料與結(jié)構(gòu)課程融合，并非將傳統(tǒng)的路基路面工程與土木工程材料這兩門課程進(jìn)行簡單合并，而是從大工程觀的人才培養(yǎng)角度，將傳統(tǒng)的路基路面工程與土木工程材料（或筑路材料）課程的內(nèi)容，結(jié)合圖3所示的關(guān)系模型，按“結(jié)構(gòu)功能分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料設(shè)計(jì)、施工、使用性能預(yù)估及養(yǎng)護(hù)”的模塊化設(shè)計(jì)思路進(jìn)行整合，以方便學(xué)生從宏觀上把握道路工程的特性與工程思維。具體融合原則包括：（1）結(jié)構(gòu)性與功能性的統(tǒng)一；（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與材料設(shè)計(jì)的有機(jī)融合；（3）設(shè)計(jì)與建筑技術(shù)的無縫結(jié)合；（4）道路系統(tǒng)與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)。

（三）道路工程材料與結(jié)構(gòu)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系的引入

公路工程行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是公路工程領(lǐng)域的法律法規(guī)性文件，貫穿于公路工程建設(shè)與運(yùn)營全過程。中國自1981年起正式建立公路工程行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系，經(jīng)過30多年的發(fā)展，目前已有較為健全、完善的公路工程行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系。傳統(tǒng)課程設(shè)置中，相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)分散于各課程教學(xué)，并未形成完整體系，這不利于學(xué)生對行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的整體把握?；诖蠊こ逃^的課程融合則為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系的引入提供了可能。以道路結(jié)構(gòu)與材料核心課程群為例，基于對公路工程現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)化體系的分析，可參照圖4所示方式在具體模塊設(shè)計(jì)與教學(xué)過程中，逐步引入相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系。隨著“一帶一路”建設(shè)的推進(jìn)，考慮到國際工程的實(shí)際狀況，在教學(xué)模塊中設(shè)置英美發(fā)達(dá)國家相關(guān)技術(shù)規(guī)范的比較分析模塊，供學(xué)生對比學(xué)習(xí)。

三、相關(guān)教學(xué)案例設(shè)計(jì)

在結(jié)構(gòu)中講授材料，在材料學(xué)習(xí)中突出結(jié)構(gòu)要求，是設(shè)計(jì)具體教學(xué)案例的基本點(diǎn)，這有利于培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成系統(tǒng)思考的習(xí)慣。除傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)外，通過對實(shí)際工程/科研項(xiàng)目的分析解構(gòu)，無形中實(shí)行“做中學(xué)”的理念，增強(qiáng)了教學(xué)的實(shí)踐性與生動(dòng)性，受到學(xué)生的普遍歡迎。

以瀝青路面的抗車轍問題為例，首先通過視頻等手段突出車轍問題對交通安全的影響；然后引入車轍的概念，典型瀝青路面結(jié)構(gòu)的車轍分布特性及其與應(yīng)力狀況的關(guān)系；再過渡到瀝青混合料的組成結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度構(gòu)成理論及其影響因素，以及相關(guān)材料、路面結(jié)構(gòu)和工藝解決方案（如圖5所示）等。通過授課教師的組織與講授，將工程知識(shí)、工程思維、工程訓(xùn)練、工程文化有機(jī)結(jié)合起來。

事實(shí)上，在東南大學(xué)道路與鐵道工程研究所的日常教學(xué)過程中，上述方法已循序漸進(jìn)地滲透到核心課程模塊的教學(xué)中。從畢業(yè)設(shè)計(jì)、SRTP等環(huán)節(jié)所表現(xiàn)出的學(xué)生能力來看，這種方式對培養(yǎng)學(xué)生從多學(xué)科角度，運(yùn)用多種知識(shí)、理論和方法分析與解決問題的工程能力具有積極作用。

四、結(jié)語

本文總結(jié)了東南大學(xué)道路工程核心課程教學(xué)改革實(shí)踐，提出了大工程觀視野下的道路工程核心課程組構(gòu)與課程融合思路，給出了具體教學(xué)設(shè)計(jì)案例。東南大學(xué)多年的教學(xué)實(shí)踐表明，該方式對培養(yǎng)學(xué)生從整體工程角度分析與解決問題的工程能力有積極作用，可為道路工程卓越人才培養(yǎng)教學(xué)改革提供參考。

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