新工科背景下道路勘測設(shè)計實習類課程教學改革研究

賈興利　王磊　楊宏志

［摘 要］在國家大力發(fā)展以新工科要求進行人才培養(yǎng)的大背景下，傳統(tǒng)且固化的教學模式難以滿足卓越工程人才培養(yǎng)的需求。道路勘測設(shè)計中的路線設(shè)計實習作為道路橋梁與渡河工程專業(yè)的必修課程，同樣是本科生對道路勘測設(shè)計這門課程從理論認識到實踐凝練的重要鍛煉機會，其實習過程中的教學效果對學生未來的專業(yè)學習和職業(yè)發(fā)展有重要作用。文章根據(jù)新工科人才的培養(yǎng)要求，通過結(jié)合長安大學課程建設(shè)和教學改革的要求，以期創(chuàng)新傳統(tǒng)教學方式，在具體的教學內(nèi)容和方法兩方面提出改革建議措施，從而提升路線設(shè)計實習中的教學質(zhì)量，為培養(yǎng)高素質(zhì)、高專業(yè)的公路設(shè)計人才提供幫助。

［關(guān)鍵詞］新工科；道路勘測設(shè)計；路線設(shè)計實習；課程改革

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2022）09-0030-04

引言

自2017年2月在復旦大學召開了以“新工科”為議題的綜合性高校工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會后，國家教育部大力推進新工科建設(shè)，快速形成了“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”等項目共識，教育部高等教育司發(fā)布了《關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》，教育部辦公廳發(fā)布《關(guān)于推薦新工科研究與實踐項目的通知》，此類舉措均為全力探索引領(lǐng)全球工程教育并具有中國特色的教育模式，以期為高等教育強國建設(shè)提供強大助力。同年4月，在天津大學召開的新工科建設(shè)研討會中提到，培養(yǎng)和造就一大批專業(yè)多樣化、具有創(chuàng)新精神[1-4]和卓越科技能力的人才是目前急需解決的難題。國家產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、國際業(yè)務(wù)的拓寬以及要想在本行業(yè)取得相應(yīng)的話語權(quán)均需要強有力的人才基礎(chǔ)作為后備支撐。這既是人才培養(yǎng)的主要目標，又是國家繁榮昌盛發(fā)展的重要決策。

因此，在新工科的大環(huán)境下，以學生興趣為導向，通過創(chuàng)新教育模式、改革教學方法以及不斷完善教學過程中的考核方式，形成以學生為中心的新型工程教育方法，成為各個學科教育急需解決的重要問題。土木工程作為重要的基礎(chǔ)工程學科，探求其高素質(zhì)人才培養(yǎng)模式是重要的熱點[5-8]，而路線設(shè)計實習作為土木工程專業(yè)的重要組成課程，其課程具有專業(yè)知識高度凝練的特點，并且與實際工程緊密貼合，講究從理論中認識并反饋于實踐。不同學者提出的觀點不同，例如有學者提出從教學內(nèi)容上進行選擇并利用不同教學手段對道路勘測設(shè)計課程進行探索[9]，故基于新工科要求下傳統(tǒng)的課堂教學無法讓學生真正熟悉、掌握道路勘測設(shè)計中的具體細節(jié)和要領(lǐng)，更無法滿足卓越工程科技人才培養(yǎng)的需求。為此，本文以路線設(shè)計實習課程為例，以工程案例教學法[10]展開研究，并結(jié)合課堂教學將其付諸實踐。

一、實習地及課程簡介

該課程實習地位于長安大學太白山實習基地（太白山校區(qū)），該實習基地是國家“211工程”重點建設(shè)項目，是利用交通部專項資金建設(shè)的公路學科勘測教學實驗實習基地，坐落于陜西省寶雞市眉縣湯峪鎮(zhèn)，其緊鄰太白山國家森林公園，是專門為增強道路、橋梁與渡河工程專業(yè)和交通工程專業(yè)大學生專業(yè)素質(zhì)、提高學生實際動手能力而投資建設(shè)的一個集測量和勘測于一體的集成化實習平臺。實習基地概況如圖1所示。

道路橋梁與渡河工程專業(yè)是長安大學公路學院的主干特色專業(yè)，路線設(shè)計實習是道路勘測設(shè)計這門課程的實踐教學環(huán)節(jié)，不僅能加深學生對理論知識的理解，而且能讓學生掌握實地道路工程設(shè)計內(nèi)涵，學生能通過具體的實習來消化和吸收課堂知識。自公路學院該專業(yè)開設(shè)以來，路線設(shè)計實習課程為學生提供了進一步運用知識技能的舞臺和機會，其主要通過實地的踏勘、設(shè)計、測量獲得對路線設(shè)計最真實的理解和感受，讓學生通過內(nèi)業(yè)設(shè)計到外業(yè)測量這一過程加深對道路勘測設(shè)計的理解和掌握。這不僅培養(yǎng)了學生的設(shè)計能力，而且讓學生初步掌握了實地放線測量的技能，為后續(xù)的學習和工作奠定了重要基礎(chǔ)。

該實習課程主要結(jié)合內(nèi)業(yè)設(shè)計以及外業(yè)勘測兩大部分，其中內(nèi)業(yè)設(shè)計主要是對該基地進行一條三級道路的選線工作，最終評選出優(yōu)秀的設(shè)計方案作為外業(yè)放線測量項目；外業(yè)勘測主要是對設(shè)計方案進行具體位置的確定，包括道路中中線位置、橫斷面位置等。具體則是學生采用二階段施工設(shè)計的方法，先在室內(nèi)根據(jù)已給定的道路等級、設(shè)計速度、設(shè)計技術(shù)指標等，通過結(jié)合數(shù)字地形圖和現(xiàn)場地形、地物等條件，利用緯地設(shè)計軟件定出路線的交點位置、確定曲線參數(shù)值，繼而完成路線的平面線形設(shè)計方案。隨后實地放線則是將圖紙上定好的路線方案敷設(shè)到實地地形上，再利用GPS得出敷設(shè)到地面上的中樁與邊樁位置，并測得路線的縱斷面高程數(shù)據(jù)和橫斷面地形數(shù)據(jù)。最后則是轉(zhuǎn)入內(nèi)業(yè)進行詳細的施工圖設(shè)計，得出平面圖、縱斷面圖、橫斷面圖、直曲轉(zhuǎn)角表、逐樁坐標表、路基設(shè)計表、土石方計算表等一系列圖表。實習課程通過上述兩大部分實習內(nèi)容來鍛煉學生的理論設(shè)計能力和實地測量技術(shù)能力。

二、主要改革措施

依據(jù)多年來的實習經(jīng)驗可知，實習過程中的教學方式和具體軟件應(yīng)用依舊存在問題。例如，堅持固有的設(shè)計方案對道路進行方案設(shè)計，可能導致無法充分發(fā)揮學生的設(shè)計想象力；學生未能提前熟悉相關(guān)測量軟件，實習基地無法滿足人人實際動手操作的需求，這同樣會對學生的實際動手能力造成影響。時代的發(fā)展和新工科背景下對學生的綜合素質(zhì)要求越來越高，而道路勘測設(shè)計這門課程在教學過程中需要結(jié)合內(nèi)業(yè)路線方案的理論設(shè)計和野外路線實地放線的方式來協(xié)同進行，因此更加注重理論與實踐相結(jié)合。針對該實習課程中存在的問題，為適應(yīng)現(xiàn)代新工科教育建設(shè)與工程培養(yǎng)高素質(zhì)人才的要求，有必要對路線設(shè)計實習的課程教學內(nèi)容和教學手段進行適當改革。

（一）對測設(shè)儀器軟件提前熟練掌握的教學改革

隨著我國在大地測量領(lǐng)域的不斷發(fā)展和3S技術(shù)的不斷創(chuàng)新，測繪更加追求多方面融合，各類先進的測設(shè)儀器和軟件不斷投入使用。傳統(tǒng)的全站儀、水準儀、GPS雖都是要求學生掌握的基礎(chǔ)操作儀器，但要培養(yǎng)高素質(zhì)、高水平的人才，只掌握上述測設(shè)儀器、軟件和其基本功能還遠遠不夠。在教學過程中可由教師先示范和講解新型測量儀器及其原理，讓學生能夠了解前沿的測量技術(shù)和相關(guān)軟件。例如GPS作為外業(yè)測量的關(guān)鍵儀器，能夠?qū)ζ溥M行熟練和準確的操作是新工科背景下學生所必備的技能。因此，在利用GPS進行外業(yè)測量時，教師應(yīng)對基站架設(shè)、測量項目設(shè)置、基準站設(shè)置以及后續(xù)的碎布測量等步驟進行詳細講解。

1.基站架設(shè)

首先，GPS基站架設(shè)作為外業(yè)測量的準備工作，其準確和有效的布置是保障儀器能夠進行有效測量的基礎(chǔ)，其架設(shè)原理和使用方法對學生理解GPS測量有著重要幫助。教師應(yīng)向?qū)W生講解基站架設(shè)的關(guān)鍵點和重要性，包括基站架設(shè)環(huán)境的選擇。基站作為信號接收和發(fā)射的媒介，在架設(shè)過程中應(yīng)選擇視野開闊且地勢較高的區(qū)域進行架設(shè)。當基站附近有高樓或者成片的密林時，會對信號形成干擾繼進而影響接收效果；當基站附近存在大面積水塘時，會形成多路徑效應(yīng)從而弱化信號；當與高壓輸電線和信號塔距離過近時同樣會對信號造成干擾，因此在基站架設(shè)時應(yīng)盡量避免這些不利位置，選擇有利位置。另外，在基站架設(shè)完畢后，在基站架設(shè)點可進行位置標定以防進行二次重復工作。

2.項目設(shè)置、基站設(shè)置

項目設(shè)置和基站設(shè)置部分屬于對儀器的參數(shù)設(shè)置過程，在教學過程可根據(jù)使用手冊對內(nèi)容進行手動選取。學生需要將實習過程中設(shè)計的平面線形方案數(shù)據(jù)導入手部中，只有完成此項工作后才能進行后續(xù)工作。對于需要鍛煉學生動手能力、提高學生積極性的工作，教師可從旁協(xié)助和指導，這不僅能夠發(fā)揮學生的主觀能動性，而且能在學生遇到無法解決的問題時及時給予幫助，從而保證學生的問題能夠得到更好的反饋。

3.碎步測量及放樣

碎步測量可在手部中點擊打開，選擇前述準備過程中已經(jīng)導入的項目設(shè)計文件，尤其是在測量過程中，教師應(yīng)要求學生在保證測量精度滿足要求的情況下再進行下一步工作。通過實地測量和放樣得到道路具體的實地數(shù)據(jù)，從手部中導出測量數(shù)據(jù)后再進行內(nèi)業(yè)設(shè)計調(diào)整修改。

對上述GPS的使用過程進行調(diào)整，不僅能夠提高教師自身的專業(yè)教學能力，而且可以讓學生更好地掌握前沿科技知識。另外，教師可以引導學生進行有目的的技能訓練，以此來提高對儀器和軟件的理解以及使用熟練度，這樣每位學生都能有更多的機會進行訓練，從而調(diào)動其學習的積極性。

（二）內(nèi)業(yè)設(shè)計案例分析討論的教學改革

在傳統(tǒng)模式下的內(nèi)業(yè)設(shè)計實習過程中，學生僅依靠課堂上教師教授的理論知識進行道路選線設(shè)計，對一些實際的設(shè)計方案并未深入了解，這種情況會導致學生對設(shè)計過程中的關(guān)鍵節(jié)點把握不準從而降低路線設(shè)計的質(zhì)量。因此，在內(nèi)業(yè)路線設(shè)計開始的時候可以先由教師做好設(shè)計案例的實際剖析。例如，針對平原、山地等不同的地形條件，分析影響路線方案選擇的主要因素；對滑坡、泥石流或者崩塌等不良地質(zhì)的處理。通過從關(guān)鍵設(shè)計部分入手進行具體且詳細的講解，讓學生有更加直觀的認識和了解，從而提高學生的專業(yè)設(shè)計技術(shù)水平。

1.特殊區(qū)域平面線形選線案例討論

針對在地形地質(zhì)特殊區(qū)域進行選線，教師可以通過多案例分析的手段進行講解，從而加深學生對選線過程需要把握的關(guān)鍵部分的理解。例如在設(shè)計實習過程遇到高填深挖的問題，采取哪種方式能更好地解決此類問題？可以引導學生主動思考并給出自己的解決方案，教師同樣可對這些方案進行分析和講解，從而選出最合適的解決方案。學生需要不斷思考和論證設(shè)計方案，考慮實際限制因素，甄選出最合適的方案以滿足設(shè)計的要求。

2.條件困難區(qū)域指標選取方式

在具體設(shè)計過程中會遇到地形條件困難區(qū)域，此時要滿足平面線形的整體設(shè)計就會對設(shè)計過程中指標的選取提出更高的要求。整體設(shè)計首先要符合設(shè)計指標的基本要求，同時要能達到路線設(shè)計的整體目標。在實習過程中會存在此種對設(shè)計指標進行嚴格選取的區(qū)域，因此教師可以對學生講授在遇到此類困難時可供解決的有效方案。例如在低等級道路中對同向曲線和反向曲線之間直線距離的要求，若嚴格按照規(guī)定要求在條件困難區(qū)域很難滿足，在這種條件下可減少直線長度，減少了的直線長度也需要利用其他措施進行彌補。在實際設(shè)計中可通過提前設(shè)置提示標志牌來進行有效預警和防護，從而減小因指標較低所帶來的影響。

此外，在方案比選階段可以延續(xù)采用學生設(shè)計并結(jié)合答辯的討論模式進行路線設(shè)計方案的討論和評選。主要方式則是由教師確定整個路線設(shè)計方案中的關(guān)鍵部分，并制訂相應(yīng)的衡量標準來綜合評價學生的設(shè)計方案，以此精準直擊整套設(shè)計方案的核心。利用此類方式也能夠讓學生把握路線設(shè)計中需要綜合考慮的不同因素，不斷強化、豐富學生的實際設(shè)計經(jīng)驗。最后，可以讓學生對自己的設(shè)計方案進行闡述，充分滿足學生對路線設(shè)計想象力的需求，教師則作為設(shè)計方案的引導者，對設(shè)計過程中存在的不合適之處及時提出建議和糾偏，這既保證了學生對路線設(shè)計的創(chuàng)新熱情，又能提高其對路線設(shè)計的理解。

（三）采用微視頻對典型外業(yè)放線區(qū)域進行線上的教學改革

微視頻作為傳播知識的重要手段之一，具有快速對某項知識點進行介紹和剖析的特點，能讓學生有效吸收核心知識。另外，利用此類短視頻的手段進行典型地形、地質(zhì)條件下的路線方案選擇、幾何線形設(shè)計案例的講解，可以讓學生接受和吸收實地外業(yè)放線中需要關(guān)注的關(guān)鍵點?？紤]到在外業(yè)過程中可能因地形陡峭會對學生人身安全產(chǎn)生影響，可利用制作微視頻的方法來提高學生對個人安全問題的重視程度。同時，利用微視頻的手段也符合時代對現(xiàn)代教育模式不斷創(chuàng)新融合的需求，能滿足新工科背景下提高學生素質(zhì)的要求?；诖?，教師通過結(jié)合微視頻的制作將自身的見解和想法融入典型區(qū)域的外業(yè)放線中，不斷激發(fā)學生的創(chuàng)新意識，以期通過這種方式不斷對專業(yè)知識進行剖析，從而在新工科背景下將學生培養(yǎng)成為高素質(zhì)人才。

課程組基于上述改革措施同時結(jié)合路線設(shè)計實習的具體情況，構(gòu)成如圖2所示的整體實習內(nèi)容框架圖，期望通過此項完整系統(tǒng)的設(shè)計實習訓練提高學生的綜合素質(zhì)，從而達到新工科背景下人才培養(yǎng)的要求。

三、結(jié)語

實地實踐是工程學科的顯著特色，路線設(shè)計實習更是道路橋梁與渡河工程專業(yè)的必修課程。路線設(shè)計實習是提升學生專業(yè)技術(shù)能力、培養(yǎng)學生專業(yè)情懷的有效途徑。實地實習有助于培養(yǎng)學生形成綜合性思維、不斷創(chuàng)新的意識和路線設(shè)計的工匠精神。為適應(yīng)現(xiàn)代新工科教育建設(shè)與工程認證的要求，有必要對課程的教學內(nèi)容和手段進行相應(yīng)改革，力求改變傳統(tǒng)固化的教學方式，并增強具體實習教學過程中的科學性。文章提出，應(yīng)讓學生提前充分了解相關(guān)測量儀器軟件，并結(jié)合實習過程中基于微視頻的典型案例解析，這樣能更好地培養(yǎng)學生專業(yè)技能的綜合性思維，提升學生的創(chuàng)新意識。

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［責任編輯：陳 明］