基于智慧公路的路面工程技術(shù)課程教學(xué)改革與實(shí)踐

陳 袆，錢樹波，齊 冠，胡俏文

(浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，杭州 311112)

0 引 言

隨著新一代信息技術(shù)和人工智能技術(shù)的迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)的交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)面臨轉(zhuǎn)型升級。云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新興技術(shù)在公路建設(shè)領(lǐng)域大量應(yīng)用，使得公路成為了集成多種傳感設(shè)備并具備感知交互的智慧公路，推動(dòng)了公路建、管、養(yǎng)全過程革新。產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級催生了眾多新興崗位，行業(yè)對人才的需求發(fā)生了重大改變。智慧公路的發(fā)展需要具備與新型交叉技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域相合的高素質(zhì)復(fù)合型技術(shù)技能人才，而目前教育供給側(cè)不適應(yīng)行業(yè)發(fā)展的需求，智慧公路建設(shè)對改革傳統(tǒng)課程結(jié)構(gòu)與人才培養(yǎng)體系提出了新挑戰(zhàn)。

智慧公路的建設(shè)催生了交通土建基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)、智能網(wǎng)聯(lián)汽車協(xié)同發(fā)展，以形成跨學(xué)科、跨行業(yè)融合的新生態(tài)[1]。面對智慧公路，相關(guān)專業(yè)的人才培養(yǎng)表現(xiàn)出了諸多不適，不能精準(zhǔn)而及時(shí)地為智慧公路建設(shè)提供人才保障。例如，智慧公路設(shè)計(jì)施工崗位不僅需要掌握傳統(tǒng)的道路橋梁施工技術(shù)，還要掌握公路信息感應(yīng)傳感技術(shù)；智慧公路智能管理崗位的專業(yè)人才須具備應(yīng)用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)公路數(shù)字化運(yùn)行監(jiān)管的能力。

路面工程技術(shù)課程作為道路與橋梁工程技術(shù)專業(yè)的核心課程，面臨智慧公路建設(shè)帶來的挑戰(zhàn)，亟需進(jìn)行多方位的改革，以適應(yīng)智慧公路人才培養(yǎng)的需求。本文從教學(xué)整體設(shè)計(jì)、教學(xué)實(shí)施過程和實(shí)施效果等方面探討路面工程技術(shù)課程教學(xué)改革與實(shí)踐，探索高職交通土建類課程“崗課賽證”綜合育人，強(qiáng)化工學(xué)結(jié)合、理實(shí)一體的教學(xué)模式[2]。

1 課程性質(zhì)及教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 課程性質(zhì)

路面工程技術(shù)是道路與橋梁工程技術(shù)專業(yè)的核心課程，教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生具備路面施工的基本知識、理論和方法，使學(xué)生能進(jìn)行公路路面設(shè)計(jì)、施工管理和檢測評定。傳統(tǒng)的教學(xué)模式是將教學(xué)內(nèi)容劃分為五個(gè)學(xué)習(xí)情境，即路面結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)、路面施工準(zhǔn)備、路面基(墊)層施工、瀝青路面施工和水泥混凝土路面施工，采用理實(shí)一體化的教學(xué)手段，按理解、掌握、操作和綜合運(yùn)用四個(gè)層次對學(xué)習(xí)情境中的知識點(diǎn)進(jìn)行考核。在大力建設(shè)智慧公路的背景下，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中存在的問題亟需解決。

1.2 教學(xué)現(xiàn)狀

1.2.1 教學(xué)內(nèi)容融合不好

在智慧公路產(chǎn)業(yè)升級的大背景下，公路的智慧化建設(shè)和養(yǎng)護(hù)以及未來的超級公路概念融合了大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新興技術(shù)。學(xué)生除了掌握傳統(tǒng)的路基路面知識還需要一定的新型信息技術(shù)基礎(chǔ)，學(xué)生跨學(xué)科知識儲備不足，教學(xué)內(nèi)容多學(xué)科跨界融合深度不夠等問題日益突顯。特別是對于道路與橋梁工程技術(shù)專業(yè)中高職一體化的學(xué)生，其在中職階段已經(jīng)完成了路基路面工程課程的學(xué)習(xí)。而高職階段開設(shè)的路面工程技術(shù)課程，往往存在簡單的知識點(diǎn)重復(fù)講解的問題，涉及新技術(shù)、新工藝和跨學(xué)科的課程核心內(nèi)容講授較少，課程的銜接性和完整性不夠完善。

1.2.2 教學(xué)手段相對落后

傳統(tǒng)的路面工程技術(shù)課程教學(xué)往往采用理實(shí)一體化的組織模式，在教室進(jìn)行理論知識的講授，在實(shí)訓(xùn)基地開展路面構(gòu)造深度測定、路面平整度和壓實(shí)度檢測等較為簡單和零散的技能訓(xùn)練。而路面工程技術(shù)課程中較為重要的施工工藝和三維檢測部分的內(nèi)容，受教學(xué)場地和資源的限制，只能通過觀看施工動(dòng)畫或小視頻來進(jìn)行講解，學(xué)生學(xué)習(xí)效果不理想。

1.2.3 教學(xué)考核不夠全面

以往的路面工程技術(shù)課程考核包括平時(shí)成績、過程性考核和期末卷面成績。更多的是對學(xué)生的知識點(diǎn)掌握情況進(jìn)行書面考核，對學(xué)生的綜合素質(zhì)和技術(shù)技能的提升情況缺乏量化的測評，存在期末分?jǐn)?shù)高但與掌握的職業(yè)技能不匹配的情況。教學(xué)考核側(cè)重于考察理論知識的掌握情況，輕視了技術(shù)技能的評價(jià)。

2 課堂教學(xué)改革思路和實(shí)踐路徑

2.1 聚焦智慧高速，重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容

接軌智慧公路建設(shè)，將教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)為四個(gè)模塊，從簡單的四好農(nóng)村公路和普通國省道公路路面建設(shè)出發(fā)，聚焦智慧高速公路路面建設(shè)，著眼未來的超級公路路面建設(shè)。模塊一“四好農(nóng)村公路路面建設(shè)”主要介紹四好農(nóng)村公路路面的智慧管理和養(yǎng)護(hù)技術(shù)。模塊二“普通國省道公路路面建設(shè)”著重講授高等級公路路面的數(shù)字化設(shè)計(jì)和智慧化施工。模塊三“智慧高速公路路面建設(shè)”是課程教學(xué)重點(diǎn)，該模塊以浙江杭紹甬智慧高速公路路面建設(shè)為載體，按路面項(xiàng)目建設(shè)的工作流程，以“需求(Demand)、設(shè)計(jì)(Design)、施工(Do)、交付(Deliver)”為“4D”主線，共劃分為八個(gè)教學(xué)任務(wù)，具體如圖1所示。模塊四“未來超級公路路面建設(shè)”接軌行業(yè)前沿，探索未來的超高速公路概念設(shè)計(jì)。

課堂教學(xué)內(nèi)容兼顧相關(guān)職業(yè)技能等級證書和有關(guān)職業(yè)技能大賽賽項(xiàng)內(nèi)容，將“崗-賽-證”融入課堂教學(xué)，實(shí)現(xiàn)職業(yè)技能與課堂教學(xué)的有機(jī)結(jié)合。

2.2 三維分析學(xué)情，明確教學(xué)目標(biāo)

該課程教學(xué)改革對象為道路與橋梁工程技術(shù)專業(yè)中高職一體化的高職階段大一學(xué)生。學(xué)生在中職階段已經(jīng)學(xué)習(xí)了與路面工程技術(shù)相近的課程內(nèi)容，中職階段的教學(xué)側(cè)重培養(yǎng)實(shí)踐動(dòng)手能力，為避免出現(xiàn)專業(yè)內(nèi)容重復(fù)講解、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容無法有效銜接和學(xué)生知識斷層等問題[3]，從知識與技能基礎(chǔ)、認(rèn)知和實(shí)踐能力以及學(xué)習(xí)特點(diǎn)三個(gè)維度分析學(xué)生特點(diǎn)，從而有針對性地進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)和開展課堂教學(xué)活動(dòng)。

2.2.1 知識與技能基礎(chǔ)

中高職一體化學(xué)生經(jīng)過中職階段的學(xué)習(xí)，具備了路面工程基本概念、道路建筑材料的基礎(chǔ)知識，專業(yè)基礎(chǔ)強(qiáng)，但中職階段專業(yè)課學(xué)習(xí)以認(rèn)知和了解為主，學(xué)生能說出原材料和常用施工設(shè)備名稱，但對于檢測要點(diǎn)、工藝流程等知識較陌生。學(xué)生具備基本的路橋工程識圖能力和常規(guī)檢測能力，但極少接觸數(shù)字化施工管理和智能檢測等高端前沿技術(shù)技能。

2.2.2 認(rèn)知和實(shí)踐能力

中高職一體化學(xué)生已具備一定的書面交流和邏輯推理能力，能根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)撰寫試驗(yàn)報(bào)告，能表達(dá)自己的觀點(diǎn)并完成課程作業(yè)。學(xué)生具備初步的圖像思維和歸納演繹能力，可以繪制簡單的思維導(dǎo)圖。批判思維是中高職一體化學(xué)生的薄弱點(diǎn)，學(xué)生對知識和觀點(diǎn)缺少自主性的分析和判斷。學(xué)生對自身職業(yè)認(rèn)同感強(qiáng)，缺乏系統(tǒng)化串聯(lián)知識模塊和技能并進(jìn)行綜合應(yīng)用的能力。

圖1 課程教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)

2.2.3 學(xué)習(xí)特點(diǎn)

中高職一體化學(xué)生對短視頻、游戲和動(dòng)畫等信息化教學(xué)手段適應(yīng)能力強(qiáng)，但在深入學(xué)習(xí)專業(yè)知識時(shí)主動(dòng)性差。對于力學(xué)計(jì)算、結(jié)構(gòu)分析等理論知識的興趣不足，不喜歡死記硬背，注意力集中時(shí)間短。學(xué)習(xí)過程以學(xué)習(xí)復(fù)制為主，深度轉(zhuǎn)化較少，創(chuàng)新意識有待進(jìn)一步提高。

從三個(gè)維度進(jìn)行學(xué)情分析，中高職一體化學(xué)生具有專業(yè)基礎(chǔ)強(qiáng)、高端技能弱；職業(yè)認(rèn)同感強(qiáng)、綜合應(yīng)用能力弱；信息化教學(xué)適應(yīng)能力強(qiáng)、理論學(xué)習(xí)興趣弱的特點(diǎn)。依據(jù)國家專業(yè)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)和專業(yè)人才培養(yǎng)方案，著眼智慧公路崗位需求，對接職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，明確教學(xué)目標(biāo)為培養(yǎng)“懂理論、智鋪筑、強(qiáng)素養(yǎng)”的新交通人。根據(jù)重構(gòu)后的教學(xué)內(nèi)容和人才培養(yǎng)目標(biāo)，確定教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)。

2.3 產(chǎn)教深度融合，豐富教學(xué)資源

課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)包括高層次專業(yè)導(dǎo)師、行業(yè)頂尖企業(yè)導(dǎo)師和非遺工匠大師，團(tuán)隊(duì)教師學(xué)歷層次高，年齡梯隊(duì)合理。

以智慧公路建設(shè)需求為導(dǎo)向，聯(lián)合行業(yè)龍頭企業(yè)共建高水平國家級生產(chǎn)性實(shí)訓(xùn)基地和產(chǎn)業(yè)學(xué)院，開展國內(nèi)先進(jìn)智能生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)性教學(xué)，學(xué)習(xí)智慧拌和、BIM施工推演、路面無人化施工等新型智能技術(shù)。配套使用職業(yè)教育國家規(guī)劃教材、校企合作開發(fā)的活頁式教材和道路工程師工作手冊，收集了路面工程結(jié)構(gòu)實(shí)物200余件，同時(shí)配備路面建設(shè)過程實(shí)錄視頻300多個(gè)和路面建設(shè)全套實(shí)際資料。依托線上學(xué)習(xí)平臺和VR虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺，為學(xué)生提供多樣化的學(xué)習(xí)途徑。基于AI智慧課堂，開發(fā)了學(xué)習(xí)行為大數(shù)據(jù)分析平臺，服務(wù)全過程教學(xué)監(jiān)測和雙軌評價(jià)體系。

2.4 凸顯公路特色，完善教學(xué)手段

以“4D 5空間，5步4成果”為基本教學(xué)策略。教學(xué)內(nèi)容貫徹“4D”項(xiàng)目流程的主線，在智慧教室、新材料檢測室、路面檢測練功場、科研型實(shí)驗(yàn)室和路面病害學(xué)堂5個(gè)教學(xué)空間，按“溫舊識觀標(biāo)準(zhǔn)-析問題接任務(wù)-研問題賽技能-展成果撰報(bào)告-拓視野磨工夫”5個(gè)步驟推進(jìn)教學(xué)實(shí)施，最終形成“一份報(bào)告、一套配方、一個(gè)方案、一座模型”4個(gè)成果。以問題為導(dǎo)向、以任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，采用虛擬仿真、角色扮演、沙盤演練、思維導(dǎo)圖等教學(xué)手段，發(fā)揮線上線下混合教學(xué)的優(yōu)勢，培養(yǎng)學(xué)生筑路匠心。

課堂教學(xué)分課前、課中和課后三個(gè)階段。對于問題探究式課堂教學(xué)形式，以問題為導(dǎo)向，采用“溫舊識引新知-析問題明目的-研問題剖重點(diǎn)-展成果驗(yàn)真知-開視野拓應(yīng)用”5個(gè)步驟推進(jìn)教學(xué)實(shí)施。對于技能競賽式課堂教學(xué)形式，以任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，分“觀標(biāo)準(zhǔn)識設(shè)備-布場景接任務(wù)-示操作賽技能-評細(xì)節(jié)撰報(bào)告-促提升磨功夫”5個(gè)步驟強(qiáng)化學(xué)生技能鍛造，培養(yǎng)精益求精的工匠精神。

以該課程模塊三智慧高速公路路面建設(shè)的任務(wù)六路面質(zhì)量控制與三維檢測為例，本次課是技能競賽式課堂，課前學(xué)生觀看微課和操作規(guī)程，熟識儀器設(shè)備；課中布設(shè)無損檢測訓(xùn)練賽場景，學(xué)生接手路面表面性能檢測任務(wù)；學(xué)生分組進(jìn)行技能比賽，教師演示三維檢測的規(guī)范操作；教師點(diǎn)評糾正實(shí)操細(xì)節(jié)，學(xué)生規(guī)范處理檢測數(shù)據(jù)及撰寫檢測報(bào)告；課后督促學(xué)生主動(dòng)提升實(shí)操熟練度和準(zhǔn)確度，打磨技能工藝。同時(shí)，課中融入勞動(dòng)精神和規(guī)范意識等思政元素，讓學(xué)生深刻感悟工匠精神。

2.5 思政貫穿教學(xué)，催化匠心鑄造

培養(yǎng)和塑造大國工匠是職業(yè)院校的重要使命，大國工匠不僅要技能精湛，更要富有家國情懷，用“中國精神”引領(lǐng)技能學(xué)習(xí)是職業(yè)院校實(shí)施課程思政的主流路徑之一[4]。路面工程技術(shù)課程以“振興富裕路，團(tuán)結(jié)高效路，融合品質(zhì)路，開拓創(chuàng)新路”為思政主線，結(jié)合工匠筑路的實(shí)干精神，將兩路精神、勞動(dòng)精神、規(guī)范意識、質(zhì)量意識、民族自豪和科技創(chuàng)新等思政元素有機(jī)融入課堂教學(xué)，采用視頻導(dǎo)入、案例分析、展示分享、連線企業(yè)、競賽比拼、操作體驗(yàn)等方式，激發(fā)學(xué)生甘當(dāng)路石的奉獻(xiàn)心、精益求精的責(zé)任心和交通強(qiáng)國的自信心。例如該課程的模塊三智慧高速公路路面建設(shè)是以融合品質(zhì)路為思政焦點(diǎn)，通過介紹實(shí)際工程事故案例，提高學(xué)生的安全意識和法治意識，彌補(bǔ)工程法制法規(guī)教育的短板，樹立正確的職業(yè)道德觀。

2.6 實(shí)現(xiàn)AI賦能，探索雙軌教學(xué)評價(jià)

基于AI智慧課堂的大數(shù)據(jù)技術(shù)監(jiān)測教學(xué)全過程，構(gòu)建“3階段4主體5工具”的成績評價(jià)體系，即在課前、課中和課后3個(gè)階段，以校內(nèi)教師、企業(yè)導(dǎo)師、學(xué)生團(tuán)隊(duì)和學(xué)生個(gè)體為4主體，運(yùn)用考證模擬卷、職業(yè)技能競賽、AI智慧課堂系統(tǒng)、線上學(xué)習(xí)平臺和操作評分手冊等5工具開展“線上+線下”“教師+企業(yè)”的全過程成績評價(jià)。

基于標(biāo)準(zhǔn)化測試、自陳式量表和職業(yè)能力測評的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，構(gòu)建一般認(rèn)知能力(Cognitive Abilities)-非認(rèn)知能力(Non-cognitive Ability)-專業(yè)技術(shù)能力(Professional Technical Ability)三個(gè)維度的“C-N-P”增值評價(jià)體系，將全過程成績評價(jià)與多維度多元性增值評價(jià)相融合，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。一是在教學(xué)全過程共發(fā)布4次標(biāo)準(zhǔn)化測評，測評學(xué)生書面交流、邏輯能力和批評思維等一般認(rèn)知能力的增值情況。二是在每個(gè)模塊教學(xué)后發(fā)布自陳式量表，掌握學(xué)生自主學(xué)習(xí)、小組協(xié)作、職業(yè)認(rèn)同和社會責(zé)任等非認(rèn)知能力的增值情況。三是通過模型制作、報(bào)告撰寫、方案設(shè)計(jì)等任務(wù)量化學(xué)生的專業(yè)技術(shù)能力，評定學(xué)生方案設(shè)計(jì)、信息轉(zhuǎn)化、數(shù)據(jù)處理和動(dòng)手操作等專業(yè)技術(shù)能力的增值情況。

3 課堂教學(xué)改革成效

3.1 課堂效果提升

重視課前線上學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，及時(shí)調(diào)整優(yōu)化教學(xué)環(huán)節(jié)和教學(xué)過程。每個(gè)子項(xiàng)目都配備微課視頻或施工動(dòng)畫，視頻人均回看次數(shù)為1.8次，在完成課前任務(wù)的基礎(chǔ)上，70%同學(xué)會主動(dòng)回顧觀看微課視頻和動(dòng)畫。課前行業(yè)規(guī)范和項(xiàng)目圖紙預(yù)讀時(shí)長足，教師能依靠課前數(shù)據(jù)精準(zhǔn)定位課堂教學(xué)的重難點(diǎn)，及時(shí)調(diào)整教學(xué)組織，同時(shí)為學(xué)生課堂教學(xué)高效參與打好基礎(chǔ)。

基于AI智慧課堂，通過人臉識別和數(shù)據(jù)分析技術(shù)來采集和診斷師生互動(dòng)次數(shù)、學(xué)生回答次數(shù)、學(xué)生專注度等課堂行為。中高職一體化學(xué)生上課期間手機(jī)使用頻次顯著下降。與普高班學(xué)生相比，中高職一體化學(xué)生課堂師生互動(dòng)及生生互動(dòng)次數(shù)頻繁，學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)積極性高，課堂學(xué)習(xí)成效明顯，如圖2所示。

圖2 普高班和中高職一體化學(xué)生課堂表現(xiàn)效果對比

3.2 知識技能提升

以智慧公路路面建設(shè)項(xiàng)目為載體，遵循項(xiàng)目建設(shè)的4D工作流程，在課程的不同階段分別達(dá)成不同的實(shí)踐目標(biāo)，最終形成四個(gè)成果，即“編制一份項(xiàng)目可行性研究報(bào)告、設(shè)計(jì)一套混合料配方、編寫一份施工方案、制作一個(gè)1∶150智慧公路路面模型”。堅(jiān)持理論與實(shí)踐相結(jié)合，增強(qiáng)了學(xué)生解決實(shí)際問題的能力和項(xiàng)目現(xiàn)場數(shù)字化施工管理的能力。

同時(shí)，國家級生產(chǎn)性實(shí)訓(xùn)基地補(bǔ)齊了現(xiàn)有教學(xué)基礎(chǔ)試驗(yàn)及技能訓(xùn)練的短板，學(xué)生參與生產(chǎn)性實(shí)訓(xùn)基地項(xiàng)目累計(jì)18項(xiàng)，并依托該平臺申報(bào)立項(xiàng)學(xué)生科研項(xiàng)目14項(xiàng)，參與論文發(fā)表12篇，獲得授權(quán)實(shí)用新型專利3項(xiàng)。學(xué)生在各類技能競賽中取得突破性成績，職業(yè)資格證書獲取率相比往屆明顯提升。

圖3 一般認(rèn)知能力和非認(rèn)知能力增值評價(jià)結(jié)果

3.3 綜合素養(yǎng)提升

自陳式量表和標(biāo)準(zhǔn)化測試結(jié)果表明學(xué)生的綜合素養(yǎng)顯著提升，如圖3所示。通過編制項(xiàng)目可行性研究報(bào)告及施工方案，學(xué)生的一般認(rèn)知能力得到明顯的提升。通過小組任務(wù)共同制作1:150智慧公路路面模型，學(xué)生的小組協(xié)作能力進(jìn)一步提升。此外，課堂教學(xué)過程中融入典型工程案例和先進(jìn)個(gè)人事跡，學(xué)生對本專業(yè)的認(rèn)知由模糊轉(zhuǎn)變?yōu)榍逦?，職業(yè)認(rèn)同感及社會責(zé)任感明顯增強(qiáng)。

4 結(jié) 語

以智慧公路產(chǎn)業(yè)升級為契機(jī)，將路面工程技術(shù)課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行模塊化重構(gòu)，貫徹“4D”項(xiàng)目流程的主線，在智慧教室、新材料檢測室、路面檢測練功場、科研型實(shí)驗(yàn)室和路面病害學(xué)堂5個(gè)教學(xué)空間，分5個(gè)步驟推進(jìn)教學(xué)實(shí)施，最終形成4個(gè)成果，培養(yǎng)學(xué)生筑路匠心?；贏I智慧課堂的大數(shù)據(jù)技術(shù)，將全過程成績評價(jià)與多維度多元性增值評價(jià)相融合。學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)積極性有效提高，課程成績和職業(yè)資格證書獲取率相比往屆明顯提升，學(xué)生在各類技術(shù)技能競賽中取得突破性成績，更好地適應(yīng)智慧公路交通產(chǎn)業(yè)升級對人才的需求變化。