“路基路面工程”課程的教學(xué)研究與創(chuàng)新

黃崇偉

(上海理工大學(xué) 管理學(xué)院, 上海 200093)

我國目前已是名副其實(shí)的教育大國,截至2016年,我國普通本科高校已達(dá)1 237所,招生規(guī)模405萬,在校生規(guī)模突破1 613萬[1]。我國目前也是世界工程教育大國,2014年工科本、?？茖I(yè)數(shù)分別達(dá)15 718個(gè)和23 875個(gè)[2],位居世界第一。

然而,研究報(bào)告表明,我國工科畢業(yè)生與國際培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)還存在一定的差距[2]。一方面,用人單位、教師和學(xué)生對(duì)培養(yǎng)質(zhì)量的評(píng)價(jià)結(jié)果存在錯(cuò)位,綜合素質(zhì)滿意度分別為68.29、71.7和73.53;另一方面,按照CDIO工程教育國際培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn),我國工科畢業(yè)學(xué)生在“設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案”“溝通”兩項(xiàng)指標(biāo)達(dá)標(biāo)本科畢業(yè)生僅為64%和63%,在工程實(shí)踐、國際視野、競(jìng)爭(zhēng)與合作方面存在明顯短板;主要原因是我們工科教育從教師到學(xué)生缺乏工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),缺乏團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和創(chuàng)新精神,我國工科教育在這方面正面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

鑒于此,筆者選擇從教的“路基路面工程”課程,嘗試從國際培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)給出新的教育理念和教學(xué)方案,從增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作入手,培養(yǎng)適合工程設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理及檢測(cè)用人單位的人才。

一、“路基路面工程”課程教學(xué)現(xiàn)狀

(一)學(xué)生專業(yè)知識(shí)掌握不牢

“路基路面工程”課程有綜合性強(qiáng)、涉及學(xué)科多、工程涵蓋廣等特點(diǎn)。在學(xué)習(xí)“路基路面工程”之前,學(xué)生不僅應(yīng)先掌握道路建材、土力學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)、道路勘測(cè)、工程制圖等專業(yè)基礎(chǔ)課程內(nèi)容,還應(yīng)先有理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)及有限元等基礎(chǔ)力學(xué)知識(shí)儲(chǔ)備?！奥坊访婀こ獭闭n程學(xué)習(xí)內(nèi)容不僅涉及到國家及交通行業(yè)的相關(guān)法律法規(guī)、規(guī)章制度及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,還設(shè)計(jì)到水利行業(yè)、建筑行業(yè)等行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。且相關(guān)概念龐雜、知識(shí)點(diǎn)深?yuàn)W、內(nèi)容枯燥、理論抽象等原因,導(dǎo)致學(xué)生掌握相關(guān)專業(yè)知識(shí)不牢。

國內(nèi)某高校針對(duì)“路基路面工程”教學(xué)效果的調(diào)研表明[3],有63.9%的學(xué)生可在獨(dú)立或小組討論基礎(chǔ)上完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告,但也有30.4%的學(xué)生通過參考其他人的成果完成,更有5.7%的學(xué)生復(fù)制其他人的報(bào)告。也就是說,在“路基路面工程”教學(xué)成果調(diào)研中,有接近40%的同學(xué)并未掌握相關(guān)知識(shí)內(nèi)涵。

(二)授課教師實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)缺乏

目前我國高校教師構(gòu)成主要以博士或碩士為主,理論知識(shí)扎實(shí),但他們?cè)趨⒓庸ぷ髦耙彩且幻麑W(xué)生,從學(xué)校中來到學(xué)校中去,其知識(shí)基本從課本和學(xué)術(shù)研究中獲得。目前絕大部分擔(dān)任“路基路面工程”課程教學(xué)的教師并未真正參加過實(shí)際工程的設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理及檢測(cè)環(huán)節(jié),工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)缺乏。這將導(dǎo)致教學(xué)與實(shí)際結(jié)合不緊、把握工程核心問題不準(zhǔn)、授課內(nèi)容枯燥乏味等問題,也必將影響授課質(zhì)量和授課效果,從而大大降低了學(xué)生的知識(shí)掌握程度。

國內(nèi)有針對(duì)高校大學(xué)教師傳授專業(yè)知識(shí)在實(shí)際工作中的用處而展開問卷調(diào)查[4],調(diào)查結(jié)果表明有接近40%的學(xué)生認(rèn)為現(xiàn)今大學(xué)教師傳授專業(yè)知識(shí)“基本沒用”或“沒用”,如表1所示。

表1 大學(xué)教師傳授專業(yè)知識(shí)對(duì)實(shí)際工作的用處Tab.1 Function of professional knowledge from university teachers in practical work

這是由于教師知識(shí)結(jié)構(gòu)與學(xué)生發(fā)展需求沖突的客觀存在。因此,加強(qiáng)教師的實(shí)踐能力,是提高“路基路面工程”授課質(zhì)量、增強(qiáng)傳授知識(shí)可用性的重要前提。

(三)教學(xué)培養(yǎng)方向落后

目前,由于交通工程主要研究方向?yàn)榻煌ㄏ到y(tǒng)工程,交通土建方向存在實(shí)驗(yàn)設(shè)施不完善、實(shí)踐基地缺乏、教學(xué)設(shè)施不齊、校企聯(lián)合不足等方面的問題,導(dǎo)致現(xiàn)有交通土建工程培養(yǎng)方向、培養(yǎng)質(zhì)量上也存在諸多問題。

此外,近年來針對(duì)課程完善性的改革也有較大進(jìn)步,但在加強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、工程?shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的培養(yǎng)上還較為落后。針對(duì)目前工程行業(yè)市場(chǎng)特點(diǎn),培養(yǎng)適應(yīng)工程設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理及檢測(cè)的教學(xué)改革遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。國內(nèi)有高校針對(duì)教師的教學(xué)和培養(yǎng)方向上的調(diào)研表明[4],有90%以上的學(xué)生認(rèn)為“基本概念/原理/方法、交流溝通能力、自學(xué)創(chuàng)新能力、前沿知識(shí)、分析解決問題能力、實(shí)際工程能力”是教師在教學(xué)中應(yīng)著重講授和培養(yǎng)的,而僅有10%左右的學(xué)生認(rèn)為“很深的理論、計(jì)算過程”等能力需要著重講授和培養(yǎng)。

因此,針對(duì)工程應(yīng)用型人才市場(chǎng)需求,“路基路面工程”課程教學(xué)現(xiàn)狀及理念亟待革新,教學(xué)方式及培養(yǎng)方向亟待扭轉(zhuǎn),以進(jìn)一步提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、工程實(shí)踐能力及工程問題解決能力。

二、“路基路面工程”課程教學(xué)理念創(chuàng)新

(一)傳統(tǒng)教學(xué)模式分析

傳統(tǒng)教學(xué)模式主要以“教”為主,教師授課側(cè)重于課程理論知識(shí)講解,教師講也基本以教材內(nèi)容為主,信息量嚴(yán)重不足;學(xué)生聽也僅在課堂上聽,缺乏相互之間的互動(dòng),課后教師布置作業(yè),學(xué)生做好作業(yè)收回教師打分即可。較少有學(xué)生能和教師一起探討課程知識(shí)、課程心得等,更別提能提出一些較為實(shí)際的工程問題。因此大多數(shù)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性不強(qiáng),學(xué)習(xí)自覺性不高。更何況,目前交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范更新速度較快,而教材更新速度尚未跟進(jìn),因此不利于有效提高學(xué)生的業(yè)務(wù)水平及專業(yè)技能。

針對(duì)社會(huì)用人單位的跟蹤調(diào)研、學(xué)生反饋及畢業(yè)生調(diào)查表明,“路基路面工程”課程這種“填鴨式”的課程教學(xué)模式已很難適應(yīng)當(dāng)代社會(huì)發(fā)展,課程改革勢(shì)在必行。

(二)創(chuàng)新教學(xué)理念

根據(jù)以上“路基路面工程”課程教學(xué)現(xiàn)狀以及傳統(tǒng)教學(xué)模式分析,本課程擬采用CDIO工程教育的創(chuàng)新教學(xué)模式。CDIO代表方案/Conceive、設(shè)計(jì)/Design、實(shí)施/Implement和運(yùn)營(yíng)/Operate,是麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等四所大學(xué)聯(lián)合創(chuàng)立的國際合作組織,CDIO工程教育模式是其最新成果。CDIO工程教育模式以工程全壽命周期為依托,包含1個(gè)培養(yǎng)目標(biāo)、1個(gè)培養(yǎng)大綱和12條培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn),以實(shí)踐理念有機(jī)傳授課程內(nèi)容,使學(xué)生達(dá)到預(yù)期培養(yǎng)目標(biāo)。

為充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性,“路基路面工程”課程將以CDIO工程教育理念出發(fā),著重培養(yǎng)其工程基礎(chǔ)知識(shí)、職業(yè)技能和職業(yè)道德、人際交流能力和解決工程實(shí)際問題能力,制定了17條培養(yǎng)指標(biāo),并根據(jù)“路基路面工程”課程特點(diǎn),提出了相應(yīng)創(chuàng)新性的教學(xué)大綱、教學(xué)輔助、設(shè)計(jì)實(shí)踐及科研引導(dǎo)等實(shí)施方案。教學(xué)理念及培養(yǎng)方法如表2所示。

三、“路基路面工程”課程教學(xué)實(shí)踐創(chuàng)新

(一)教學(xué)大綱

“路基路面工程”是土木工程、公路工程、城市道路工程、交通工程、橋梁隧道工程等專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程。本課程的學(xué)習(xí)擬使學(xué)生掌握相應(yīng)基本原理和基礎(chǔ)知識(shí),培養(yǎng)正確的系統(tǒng)科學(xué)方法和分析、解決問題的能力。

表2 教學(xué)理念及培養(yǎng)方法Tab.2 Teaching philosophy and method

通過教學(xué)大綱知識(shí)點(diǎn)的講解,使學(xué)生掌握路基路面行車荷載、工程材料、結(jié)構(gòu)組合等影響因素,掌握路基防護(hù)及加固、道路排水、瀝青路面、水泥混凝土路面等方面設(shè)計(jì)理論與方法,了解和熟悉相關(guān)施工、監(jiān)理、檢測(cè)方法,了解路面養(yǎng)護(hù)與管理。教學(xué)大綱內(nèi)容如表3所示。

(二)教學(xué)輔助

1.多媒體教學(xué)輔助

“路基路面工程”課程利用多媒體技術(shù)形象生動(dòng)地開展教學(xué)活動(dòng),相關(guān)研究活動(dòng)證明其效果顯著。首先,利用多媒體技術(shù)設(shè)計(jì)成不同場(chǎng)景,將文字、圖像、聲音甚至動(dòng)畫通過計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行有機(jī)重塑,提高學(xué)生的興趣;其次,利用多媒體技術(shù)運(yùn)用有效的教學(xué)策略開展課程設(shè)計(jì),激勵(lì)學(xué)習(xí)者的主動(dòng)性,進(jìn)而達(dá)到激發(fā)興趣,活躍思路的目的。

近年來,我國公路、鐵路、機(jī)場(chǎng)及港口行業(yè)相關(guān)新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及指南陸續(xù)出臺(tái),但相應(yīng)的教材尚未修改,因而有必要借助多媒體技術(shù),根據(jù)新版規(guī)范更新教學(xué)內(nèi)容。此外,“路基路面工程”課程中有大量公式推導(dǎo),并有大量理論參數(shù)確定,通過多媒體技術(shù),可將其過程動(dòng)態(tài)化,以增強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)過程的形象性和生動(dòng)性。

表3 “路基路面工程”課程教學(xué)大綱Tab.3 Course syllabus of “Subgrade and Pavement Engineering”

2.網(wǎng)絡(luò)教學(xué)輔助

為貫徹落實(shí)本文提出的創(chuàng)新性教學(xué)理念,滿足學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)和課外學(xué)習(xí)的需求,按照教學(xué)大綱教學(xué)內(nèi)容的具體方向,選擇理論教學(xué)環(huán)節(jié)中抽象理解不易及無法具象、實(shí)踐困難的知識(shí)單位。例如路基路面課程所涉及的室內(nèi)試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、施工工藝,采用視頻/動(dòng)畫/圖像等超文本型式為主、以文字/PPT為輔的型式,以網(wǎng)絡(luò)云資源、視頻網(wǎng)站資源、郵件、QQ及微信傳遞等方式[5],開發(fā)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)并開展“路基路面工程”課程教學(xué)資源建設(shè)[6]。施工工藝網(wǎng)絡(luò)課程資源如圖1所示。

圖1 施工工藝網(wǎng)絡(luò)課程資源示意圖Fig.1 Course resources of construction technology network

這種網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式與傳統(tǒng)的“教”模式不同,教師與學(xué)生可在空間和時(shí)間上完全分離,強(qiáng)調(diào)了“學(xué)”模式,并能以網(wǎng)絡(luò)形式提供布置和收集課程作業(yè)的功能;可大大提高教學(xué)效率,提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新意識(shí)。

(三)設(shè)計(jì)實(shí)踐

“路基路面工程”課程將基于設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)方法,采用以項(xiàng)目情境為依托,以完成相應(yīng)設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)任務(wù)為主線,從而學(xué)習(xí)到相應(yīng)的理論知識(shí)和設(shè)計(jì)方法;并能通過查閱國家和公路等相關(guān)行業(yè)技術(shù)規(guī)范,分析及處理路基設(shè)計(jì)、路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、道路材料設(shè)計(jì)的相關(guān)問題;與國內(nèi)各大設(shè)計(jì)院、施工單位、監(jiān)理單位展開廣泛的校企合作,構(gòu)建校企合作平臺(tái),利用學(xué)生假期和實(shí)習(xí)環(huán)節(jié),參與道路工程路線設(shè)計(jì)、路基設(shè)計(jì)、路面設(shè)計(jì)、路基路面施工/監(jiān)理/檢測(cè)等具體環(huán)節(jié)中,使其熟悉道路工程中的新材料、新工藝及新技術(shù),以增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力,進(jìn)而不斷深入學(xué)習(xí)路基路面的設(shè)計(jì)、施工、檢測(cè)、監(jiān)理等相關(guān)知識(shí)。課程設(shè)計(jì)實(shí)踐如表4所示。

(四)科研引導(dǎo)

首先,在各節(jié)課之前將先介紹相關(guān)知識(shí)的宏觀背景,例如本節(jié)課涉及的相關(guān)工程概念及區(qū)別、國內(nèi)重大工程技術(shù)難點(diǎn)及其解決方案、國內(nèi)外專家學(xué)者的研究方向及學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)、相關(guān)國家級(jí)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等,以達(dá)到吸引學(xué)生注意力的目的,構(gòu)建學(xué)生的宏觀學(xué)術(shù)知識(shí)。

其次,結(jié)合自身在路基路面工程領(lǐng)域的科研實(shí)踐項(xiàng)目,針對(duì)路基工程設(shè)計(jì),選用國內(nèi)某地區(qū)的高填方課題進(jìn)行綜合性引導(dǎo),教學(xué)環(huán)節(jié)將對(duì)此綜合型科研課題剖析,使學(xué)生既能較為宏觀地了解工程技術(shù)研究方向,又能較為細(xì)致地掌握相應(yīng)工程技術(shù)難點(diǎn),可涉及知識(shí)領(lǐng)域有原地基處理、路基高度設(shè)計(jì)、路基排水設(shè)計(jì)、邊坡支護(hù)及加固技術(shù)、填筑體填筑技術(shù)等,如圖2所示。

表4 “路基路面工程”課程設(shè)計(jì)實(shí)踐成果表Tab.4 Practical achievements in “Subgrade and Pavement Engineering” course design

圖2 國內(nèi)某高填方場(chǎng)地平整3D可視化效果圖Fig.2 3-D visualization map of leveling a high fill site

再次,選用自身在機(jī)場(chǎng)道面工程領(lǐng)域中關(guān)于道面結(jié)構(gòu)及材料設(shè)計(jì)的課題如圖3所示。此課題可剖析涉及飛機(jī)荷載構(gòu)型計(jì)算、道面結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)計(jì)算、傳力桿傳荷能力計(jì)算、道面材料配合比設(shè)計(jì)等內(nèi)容。通過該課題的引導(dǎo),可使學(xué)生有效掌握路面工程設(shè)計(jì)及研究的相關(guān)內(nèi)容,并了解有限元仿真模擬的相關(guān)運(yùn)用知識(shí)。

圖3 國內(nèi)某機(jī)場(chǎng)道面結(jié)構(gòu)與材料設(shè)計(jì)科研課題Fig.3 Research on pavement structure and material of an airport

四、結(jié)論

本文通過我國工程教育培養(yǎng)實(shí)踐現(xiàn)狀調(diào)研，創(chuàng)新了基于國際工程教育培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)的教學(xué)理念，提出了相應(yīng)實(shí)施辦法的教學(xué)實(shí)踐，具體如下:1)針對(duì)“路基路面工程”課程,提出了基礎(chǔ)知識(shí)、職業(yè)技能和職業(yè)道德、人際交流能力、解決工程實(shí)際問題能力等17項(xiàng)培養(yǎng)指標(biāo)。2)提出以教學(xué)大綱、多媒體和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)輔助、路基工程設(shè)計(jì)實(shí)踐、路面工程設(shè)計(jì)實(shí)踐、分以及基于場(chǎng)地平整和道面力學(xué)的科研引導(dǎo)為具體實(shí)施辦法的教學(xué)實(shí)踐創(chuàng)新,以培養(yǎng)適應(yīng)我國乃至國際上工程設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理及檢測(cè)用人單位需求的畢業(yè)人才。