新工科背景下“交通土建信息化技術(shù)”課程建設(shè)初探

劉凱文，蘇 謙，楊榮山

（西南交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，四川 成都 610031）

在新時(shí)代背景下，以互聯(lián)網(wǎng)、人工智能為代表的新技術(shù)，與傳統(tǒng)工科技術(shù)交叉融合，產(chǎn)生了許多革命性新技術(shù)，形成了對(duì)新工科全新的人才要求，現(xiàn)代化教育改革迎來了新的歷史階段。工科專業(yè)課程在教學(xué)目標(biāo)的制定和授課過程中更加重視提升學(xué)生運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)來解決實(shí)際的復(fù)雜工程問題?；诂F(xiàn)代化信息技術(shù)快速發(fā)展的時(shí)代背景，在現(xiàn)代化教育改革過程中如何將現(xiàn)代化技術(shù)與教育進(jìn)行全面深度的融合是需要首先考慮的重要問題。在新時(shí)代的要求下，工科專業(yè)課程的教學(xué)目標(biāo)和培養(yǎng)目標(biāo)應(yīng)該是學(xué)生在掌握理論知識(shí)的同時(shí)，能夠?qū)⒄n堂上的知識(shí)要點(diǎn)靈活運(yùn)用于實(shí)際復(fù)雜的工程問題，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的自主能動(dòng)性，提高學(xué)生的課堂參與度，從而進(jìn)一步提高課堂效率，培養(yǎng)學(xué)生全方位的能力。

隨著數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)程的加快，網(wǎng)絡(luò)在線課程也隨之得到快速發(fā)展。相較于目前多數(shù)學(xué)校采取的傳統(tǒng)教學(xué)模式，線上互動(dòng)教學(xué)更加符合新時(shí)代教學(xué)改革的背景，對(duì)于課堂質(zhì)量和教學(xué)效果起著顯著的提高作用。線上互動(dòng)教學(xué)可以很好地彌補(bǔ)傳統(tǒng)課堂教育的局限，因此將兩者進(jìn)行有機(jī)結(jié)合的混合式教學(xué)模式是目前教學(xué)較為理想的狀態(tài)，這種混合式的教育方式靈活整合兩種教學(xué)方式，充分結(jié)合兩者優(yōu)勢(shì)，有效提高課堂效率，使學(xué)生能將課堂所學(xué)知識(shí)進(jìn)行靈活運(yùn)用，提高自身的學(xué)習(xí)能力和科研創(chuàng)新能力。

一、課程基本情況

交通土建信息化是指利用計(jì)算機(jī)、通信、自動(dòng)控制等信息處理技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)交通土建技術(shù)手段及施工方式進(jìn)行全方位的提升，促進(jìn)交通土建技術(shù)及施工手段不斷完善，使其更加科學(xué)、合理。通過實(shí)現(xiàn)交通土建信息的在線與共享，以隨時(shí)隨地互動(dòng)的方式提供交通土建信息支持和完整的問題解決方案，從而實(shí)現(xiàn)交通土建工程的高效率和高效益。根據(jù)交通土建工程發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)，并鑒于國(guó)內(nèi)土木工程行業(yè)整體發(fā)展水平現(xiàn)狀，建設(shè)交通土建信息化是我國(guó)交通土建工程建設(shè)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需求，也是交通土建工程未來發(fā)展的戰(zhàn)略任務(wù)。

“交通土建信息化技術(shù)”課程正是在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生的，目前作為我校面向全校所有專業(yè)的通識(shí)選修課。該課程主要包括交通土建BIM技術(shù)、交通土建信息傳感與智能交通及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、交通土建云計(jì)算與大數(shù)據(jù)技術(shù)、交通隧道工程信息化技術(shù)、橋梁結(jié)構(gòu)信息化技術(shù)、土工結(jié)構(gòu)信息化技術(shù)及交通土建區(qū)域性防災(zāi)與信息化技術(shù)，共七個(gè)模塊的內(nèi)容。通過講解以上內(nèi)容，使交通土建類內(nèi)容與現(xiàn)代信息技術(shù)進(jìn)行交叉融合，使教學(xué)緊跟現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展步伐，滿足了行業(yè)需求；使學(xué)生把握交通土建工程信息化的發(fā)展動(dòng)向，培養(yǎng)學(xué)生的智能化創(chuàng)新思維及采用信息化技術(shù)解決交通土建問題的能力。

二、課程基本設(shè)計(jì)理念

基于現(xiàn)代信息化技術(shù)的快速發(fā)展和本門課程提出的背景，在課程教學(xué)中采取線上課程資源和線下課堂教學(xué)有機(jī)結(jié)合的混合教學(xué)模式，改變傳統(tǒng)課堂以教師為主的情況，貫徹以學(xué)生為中心的新教育理念，充分發(fā)揮學(xué)生的積極主動(dòng)性，增強(qiáng)學(xué)生的自主能動(dòng)性，形成以學(xué)生為中心的教學(xué)模式。

（一）以學(xué)生為主體，發(fā)揮學(xué)生的主體能動(dòng)性

在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中，主要以教師授課為主。知識(shí)傳授方式主要以教師對(duì)于理論知識(shí)的講解為主，教師單方面向?qū)W生傳遞知識(shí)。在這種傳統(tǒng)模式下，學(xué)生被動(dòng)接收教師所傳遞的知識(shí)，容易出現(xiàn)學(xué)生對(duì)于知識(shí)的理解不夠，不能將其靈活地運(yùn)用于實(shí)際操作的情況。而本課程按照混合式教學(xué)理念，結(jié)合本門課程交叉學(xué)科多、知識(shí)點(diǎn)拓展廣的特點(diǎn)，將線上線下資源進(jìn)行充分整合，結(jié)合兩者的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)兩者的局限，將學(xué)生作為課堂教學(xué)主體，知識(shí)傳授方面由傳統(tǒng)的以教授為導(dǎo)向轉(zhuǎn)變?yōu)橐詥栴}為導(dǎo)向，學(xué)生學(xué)習(xí)模式方面由傳統(tǒng)的被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)換為學(xué)生為主體的自主學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)課堂翻轉(zhuǎn)，充分發(fā)揮學(xué)生的自主能動(dòng)性，形成教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的教學(xué)模式。教師從學(xué)習(xí)內(nèi)容的傳遞者轉(zhuǎn)化為學(xué)習(xí)活動(dòng)的引導(dǎo)者，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中對(duì)于問題的不斷探索和思考使其搭建了更好的知識(shí)體系，進(jìn)一步理解和掌握課程內(nèi)容，能夠靈活地將其運(yùn)用到實(shí)際復(fù)雜的工程問題中去。以第一個(gè)模塊交通土建BIM技術(shù)為例，課堂上重點(diǎn)講解BIM數(shù)據(jù)信息模型與信息集成技術(shù)的基本概念和原理，并針對(duì)目前常用的BIM軟件結(jié)合交通土建結(jié)構(gòu)的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)介，然后將具體軟件基本操作訓(xùn)練作為課后作業(yè)，激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，改變學(xué)習(xí)習(xí)慣，提高學(xué)生創(chuàng)造知識(shí)的意識(shí)和能力，不斷強(qiáng)化學(xué)生的創(chuàng)新科研能力，實(shí)現(xiàn)課堂翻轉(zhuǎn)，把課堂變活，將知識(shí)學(xué)活。

（二）整合線上線下資源，建設(shè)應(yīng)用案例庫

2015年，教育部發(fā)布《關(guān)于加強(qiáng)高等學(xué)校在線開放課程建設(shè)應(yīng)用與管理的意見》。在政策的激勵(lì)下，在線課程資源數(shù)量不斷增加。面對(duì)海量的在線課程資源，教師應(yīng)根據(jù)實(shí)際的教學(xué)需求選擇合適的在線課程資源，將其與線下課堂教學(xué)相融合，使線上線下混合教學(xué)模式實(shí)現(xiàn)教學(xué)效益最大化。在本門課程中根據(jù)課程每個(gè)模塊中的線上拓展內(nèi)容案例，如云計(jì)算與大數(shù)據(jù)技術(shù)在交通土建中的應(yīng)用案例，隧道工程施工監(jiān)測(cè)、運(yùn)營(yíng)檢測(cè)、全壽命期管理等方面的信息化技術(shù)應(yīng)用案例，橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)傳感技術(shù)、無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用案例，土工結(jié)構(gòu)信息傳感與參數(shù)識(shí)別技術(shù)、土工結(jié)構(gòu)信息融合與健康性評(píng)價(jià)技術(shù)案例等，建立系統(tǒng)的應(yīng)用案例學(xué)習(xí)庫，對(duì)線下教學(xué)形成有益的補(bǔ)充。通過應(yīng)用案例的線上互動(dòng)教學(xué)，改善線上線下融通的教學(xué)環(huán)境，強(qiáng)化學(xué)生將知識(shí)拓展到實(shí)際應(yīng)用的思維能力，營(yíng)造學(xué)校線上線下互動(dòng)的教學(xué)氛圍。通過在線課程資源隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)和回顧課程的知識(shí)重點(diǎn)和知識(shí)難點(diǎn)，搭建完善的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，教師利用在線課程資源可以充分了解學(xué)生的學(xué)習(xí)程度和掌握程度，有利于達(dá)到師生之間良好的溝通交流。

（三）構(gòu)建線上線下結(jié)合的教學(xué)完整閉環(huán)評(píng)價(jià)辦法

在教學(xué)實(shí)踐中構(gòu)建了課前線上學(xué)習(xí)—課中重點(diǎn)講解互動(dòng)—課后線上拓展—線上小測(cè)驗(yàn)—線下大作業(yè)考核的有效銜接方式，使得課程質(zhì)量得以保證，形成一個(gè)完整的教學(xué)閉環(huán)評(píng)價(jià)，有利于更高效地實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。課前學(xué)生通過在線課程資源對(duì)課程中所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行提前了解和學(xué)習(xí)，對(duì)知識(shí)重點(diǎn)和知識(shí)難點(diǎn)提前進(jìn)行把握。同時(shí)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)獲取學(xué)生學(xué)習(xí)情況的相關(guān)反饋，了解和關(guān)注不同類型學(xué)生之間所存在的差異化，以學(xué)生的差異化為基礎(chǔ)設(shè)定教學(xué)方案和教學(xué)目標(biāo)，進(jìn)一步促進(jìn)教學(xué)設(shè)計(jì)的科學(xué)合理化，更加貼合學(xué)生的實(shí)際情況。在課中互動(dòng)時(shí)，根據(jù)不同類型的學(xué)生，同時(shí)將學(xué)生已有的經(jīng)驗(yàn)考慮在內(nèi)，將已有的知識(shí)和即將要學(xué)習(xí)的新知識(shí)進(jìn)行聯(lián)系，構(gòu)建知識(shí)體系，與學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)，對(duì)于學(xué)生在自主學(xué)習(xí)過程中遇到的問題和難點(diǎn)進(jìn)行重要詳細(xì)的講解。在課后對(duì)學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)時(shí)，結(jié)合整個(gè)學(xué)習(xí)過程中學(xué)生的綜合表現(xiàn)，處理好課程的教學(xué)目標(biāo)和學(xué)生的差異化需求之間的關(guān)系。通過課前、課中和課后的有效銜接，注重學(xué)生對(duì)知識(shí)的分析與應(yīng)用，促使學(xué)生將知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際能力，以此培養(yǎng)學(xué)生解決問題的相關(guān)技能，提升教學(xué)效果。通過教學(xué)期內(nèi)3次線上小測(cè)驗(yàn)如針對(duì)區(qū)域性交通土建的基本概念、復(fù)雜土工結(jié)構(gòu)物的特點(diǎn)、防災(zāi)減災(zāi)決策常用優(yōu)化方法對(duì)比等知識(shí)點(diǎn)，檢查學(xué)生的掌握情況，并通過某標(biāo)段高速鐵路建造運(yùn)維BIM建模的小組線下大作業(yè)的考核方式，最終評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)于本門課程的學(xué)習(xí)效果。

三、課程設(shè)計(jì)方案

（一）課前線上學(xué)習(xí)

本門課程根據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容共分為八個(gè)章節(jié)，以每個(gè)章節(jié)作為單獨(dú)的學(xué)習(xí)單元，在進(jìn)行每次授課之前，根據(jù)每個(gè)章節(jié)的學(xué)習(xí)內(nèi)容在混合式教學(xué)平臺(tái)上發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)于課程內(nèi)容提前學(xué)習(xí)和了解。在課前學(xué)習(xí)的過程中教師注重以問題為導(dǎo)向引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)的過程中帶著問題進(jìn)行思考，以加深對(duì)于知識(shí)的理解和掌握度，通過問題導(dǎo)向激發(fā)學(xué)生對(duì)于重點(diǎn)和難點(diǎn)不斷進(jìn)行思考和探索，學(xué)生通過發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的過程搭建和完善自身的知識(shí)體系。如云計(jì)算物聯(lián)網(wǎng)等章節(jié)，前期知識(shí)分散，在課前學(xué)習(xí)階段，利用在線資源等視頻，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通過問題導(dǎo)向激發(fā)學(xué)生運(yùn)用自身的知識(shí)和技能不斷解決和探索學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)的新問題和新知識(shí)。在課前的學(xué)習(xí)中，教師要注意根據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容和知識(shí)重難點(diǎn)提出相應(yīng)的問題，讓學(xué)生帶著問題進(jìn)行學(xué)習(xí)。

同時(shí)在課前學(xué)習(xí)的過程中輔以預(yù)習(xí)檢測(cè)，學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成檢測(cè)練習(xí)題，對(duì)課堂內(nèi)容進(jìn)行簡(jiǎn)要和初步的掌握。在線學(xué)習(xí)平臺(tái)對(duì)于學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行及時(shí)反饋，教師根據(jù)反饋內(nèi)容對(duì)學(xué)生的情況進(jìn)行初步把握，據(jù)此調(diào)整教學(xué)設(shè)計(jì)方案和教學(xué)目標(biāo)，使得教學(xué)設(shè)計(jì)更加貼合學(xué)生的實(shí)際情況，滿足不同學(xué)生之間存在的差異性，為接下來的教學(xué)任務(wù)奠定良好的基礎(chǔ)。

（二）課中重點(diǎn)講解互動(dòng)

在課中，對(duì)于詳細(xì)的知識(shí)要點(diǎn)，教師不做過多的講解和傳授，更多地是通過學(xué)生自主、小組討論等形式和方法引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，使得學(xué)生學(xué)習(xí)的自主能動(dòng)性得以進(jìn)一步發(fā)揮，把課堂交給學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生利用現(xiàn)有的知識(shí)體系去解決實(shí)際的復(fù)雜的工程問題。

在課堂互動(dòng)環(huán)節(jié)，深化師生之間的交流和互動(dòng)，以問題為導(dǎo)向引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)和思考，激發(fā)學(xué)生的求知欲，引導(dǎo)學(xué)生自主進(jìn)行學(xué)習(xí)，發(fā)揮學(xué)生的主體能動(dòng)性。如土工結(jié)構(gòu)智能監(jiān)測(cè)章節(jié)，以具體某鐵路里程段內(nèi)的沉降過大，翻漿等病害問題為導(dǎo)向，串聯(lián)前期傳感器等知識(shí)點(diǎn)，引發(fā)學(xué)生分析相關(guān)監(jiān)測(cè)方案，改變傳統(tǒng)教師單一授課的模式，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，使學(xué)生對(duì)知識(shí)進(jìn)行更好的掌握和靈活運(yùn)用，能夠解決實(shí)際復(fù)雜的工程問題。

（三）課后鞏固環(huán)節(jié)

課后拓展部分依托微助教等在線教學(xué)平臺(tái)，圍繞課堂所學(xué)知識(shí)重點(diǎn)和知識(shí)難點(diǎn)進(jìn)行，以完善學(xué)生知識(shí)體系和鞏固課堂所學(xué)知識(shí)為目的，課后通過在線學(xué)習(xí)平臺(tái)發(fā)布課程作業(yè)、組織小組合作討論等相關(guān)活動(dòng)和任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生及時(shí)鞏固課堂所學(xué)知識(shí)并進(jìn)行積極思考和探索。如本課程BIM建模部分及云計(jì)算大數(shù)據(jù)涉及的知識(shí)實(shí)操訓(xùn)練要求高，將相關(guān)知識(shí)點(diǎn)與具體鐵路/公路路基工程、橋梁工程、隧道工程等具體工程背景相聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生理論與實(shí)踐結(jié)合的能力。通過課后延伸，彌補(bǔ)課堂時(shí)間不足的局限，減輕教師的課堂壓力，重新構(gòu)建師生關(guān)系和教學(xué)過程，以此充分發(fā)揮在線課程資源和線下課堂授課兩者的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于BIM建模大作業(yè)采用課后討論、小組探討等多樣化學(xué)習(xí)形式激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，并通過小組內(nèi)部成員互評(píng)和各個(gè)小組對(duì)評(píng)等方式，對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行鞏固和復(fù)習(xí)，改造傳統(tǒng)教學(xué)，改變?cè)趥鹘y(tǒng)課程中教師講解部分過多學(xué)生處于被動(dòng)學(xué)習(xí)的狀態(tài)，同時(shí)改變傳統(tǒng)課堂學(xué)生學(xué)習(xí)熱情較低，在課堂中不活躍等狀況，拓展教學(xué)空間與時(shí)間。

（四）課程考核評(píng)價(jià)及滿意度反饋

本門課程考核評(píng)價(jià)方式以調(diào)研報(bào)告、學(xué)習(xí)報(bào)告和課程大作業(yè)設(shè)計(jì)為主，通過多樣化的考核方式，對(duì)于學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和知識(shí)掌握情況進(jìn)行更加具體和全面的了解，以課程考核得到的反饋為基礎(chǔ)對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，促進(jìn)教學(xué)方案設(shè)計(jì)更加合理化和科學(xué)化，同時(shí)將學(xué)生自身學(xué)習(xí)情況反饋給學(xué)生，讓學(xué)生及時(shí)了解自身情況，對(duì)于遺漏缺失的知識(shí)點(diǎn)及時(shí)補(bǔ)充，完善自身的知識(shí)體系。近兩次的選課學(xué)生反饋結(jié)果顯示，學(xué)生對(duì)于授課內(nèi)容的總體滿意度為90%左右，對(duì)于線上線下結(jié)合的授課方式及評(píng)價(jià)方式總體滿意度為95%左右。

線上線下相結(jié)合的混合式教學(xué)方式適應(yīng)了當(dāng)前“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的時(shí)代背景，本課程的授課對(duì)象專業(yè)跨度大，部分抽象的課程內(nèi)容涉及多學(xué)科融合，需要緊密結(jié)合交通土建工程實(shí)例。通過本課程的線上線下混合式教學(xué)初探，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)課堂教學(xué)學(xué)時(shí)不足、學(xué)生參與性不強(qiáng)、課堂討論不充分等問題，利用在線資源拓展學(xué)生的知識(shí)體系，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)效率，同時(shí)改變傳統(tǒng)課堂以教師為中心的模式，使課堂主體轉(zhuǎn)化為學(xué)生，加強(qiáng)師生之間的互動(dòng)，使其達(dá)到更好的教學(xué)效果。但需要注意目前在線教學(xué)資源豐富，如何選擇合適的在線資源，使其與課堂教學(xué)更好地融合，是混合式教學(xué)設(shè)計(jì)中一個(gè)十分重要的問題。同時(shí)混合式教學(xué)對(duì)于教師的專業(yè)能力和學(xué)生的自主性提出了更高的要求，因此應(yīng)加強(qiáng)教師隊(duì)伍的培訓(xùn)，增強(qiáng)現(xiàn)代化的專業(yè)技能和職業(yè)素養(yǎng)，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)于學(xué)生的引導(dǎo)和鼓勵(lì)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的自主能動(dòng)性，充分提高課堂效率。