“雙碳”發(fā)展背景下《道路勘測設(shè)計(jì)》課程教學(xué)改革與探索

張 聰 周 潮 萬紅梅

淮陰工學(xué)院，江蘇 淮安 223001

近年來，氣候變暖已成為全世界共同面臨的危機(jī)。為應(yīng)對全球氣候危機(jī)，中國適時(shí)提出了2030 年“碳達(dá)峰”和2060 年“碳中和”的“雙碳”目標(biāo)，以期為全球碳減排貢獻(xiàn)中國力量［1］。在此背景下，教育部強(qiáng)調(diào)高等院校要加強(qiáng)綠色低碳教育，加大“雙碳”領(lǐng)域課程、教材等教學(xué)資源建設(shè)力度，推進(jìn)“雙碳”相關(guān)專業(yè)人才的高質(zhì)量培養(yǎng)［2］。高校作為科技創(chuàng)新與人才培養(yǎng)的前沿，應(yīng)主動(dòng)將“雙碳”發(fā)展理念融入傳統(tǒng)課程教學(xué)，將高校人才培養(yǎng)體系和雙碳目標(biāo)充分結(jié)合。

二氧化碳主要產(chǎn)生于化石燃料燃燒，2020 年交通運(yùn)輸業(yè)碳排放占全球碳排放總量的26%，其中僅公路運(yùn)輸碳排放量占比達(dá)72%。在我國，公路運(yùn)輸承擔(dān)了35．1%的運(yùn)輸量，碳排放量約占交通運(yùn)輸領(lǐng)域80%以上。隨著城鎮(zhèn)化工業(yè)化進(jìn)一步發(fā)展，我國公路運(yùn)輸需求仍在穩(wěn)定快速增長，僅“十四五”期間就規(guī)劃完成新改建高速公路達(dá)2．5萬公里，可見公路建設(shè)運(yùn)營全生命周期的碳排放控制是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要環(huán)節(jié)。公路路線設(shè)計(jì)是公路工程的總體性工作，方案一旦確定，其全生命周期的經(jīng)濟(jì)技術(shù)和環(huán)保特征等就隨之確定。因此，從道路的勘測設(shè)計(jì)階段便針對碳排放等綠色指標(biāo)進(jìn)行把控最為主動(dòng)。

《道路勘測設(shè)計(jì)》是土木工程專業(yè)道路工程方向的核心基礎(chǔ)課程之一。本課程的核心目標(biāo)是幫助學(xué)生掌握道路勘測設(shè)計(jì)的基本原理與方法，熟悉道路設(shè)計(jì)依據(jù)和指標(biāo)，了解不同地形特征和地質(zhì)條件下道路選線原則和要點(diǎn)，并科學(xué)設(shè)計(jì)道路平面、縱斷面和橫斷面，最終形成合理的道路方案。在“雙碳”背景下，將碳排放控制理念融入課程教學(xué)是《道路勘測設(shè)計(jì)》課程教學(xué)改革與探索的必要之舉。

當(dāng)前，國內(nèi)高校教師在“雙碳”發(fā)展目標(biāo)與課程教學(xué)內(nèi)容相互融合的教學(xué)改革方面開展了有意義的探索。例如李芳芹等［3］結(jié)合新時(shí)代“雙碳”背景下能源動(dòng)力類研究生培養(yǎng)目標(biāo)，對《高等燃燒學(xué)》適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的教學(xué)改革進(jìn)行了研究。石榮亮等［4］針對電氣與自動(dòng)化的革新，分析了《電力電子技術(shù)》課程的現(xiàn)狀與問題，重點(diǎn)從教學(xué)目標(biāo)與方法等角度進(jìn)行了改革探索。劉浩等［5］以“雙碳”目標(biāo)下環(huán)境類研究生《高等大氣污染控制工程》課程教學(xué)改革為目標(biāo)，改進(jìn)了教學(xué)方式和教學(xué)評估指標(biāo)。張楚虹等［6］結(jié)合自身實(shí)踐，針對材料工程《材料科學(xué)與工程選論》課程，探討了“雙碳”背景下具有全球可持續(xù)發(fā)展視野的科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式。

以上研究，雖然對“雙碳”建設(shè)目標(biāo)，與不同專業(yè)課程教學(xué)體系和人才培養(yǎng)方案的融合進(jìn)行了有益的探索，但是仍未涉及針對《道路勘測設(shè)計(jì)》課程教學(xué)改革探索。因此，本文主要分析“雙碳”背景下《道路勘測設(shè)計(jì)》課程的教學(xué)現(xiàn)狀及所存在問題；結(jié)合淮陰工學(xué)院土木工程專業(yè)的本課程教學(xué)實(shí)際情況，從課程教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容、方法等方面，探索課程教學(xué)改革的舉措。本文的研究以提高《道路勘測設(shè)計(jì)》課程教學(xué)水平，改善課堂教學(xué)效果，從而提高“雙碳”發(fā)展目標(biāo)下道路工程人才的培養(yǎng)水平。

一、課程教學(xué)現(xiàn)狀與存在的問題

《道路勘測設(shè)計(jì)》理論概念多，課程的綜合性、實(shí)踐性均較強(qiáng)，同時(shí)還與多學(xué)科交叉，對學(xué)生的知識儲備要求高，教學(xué)難度大。此外，當(dāng)前的“雙碳”發(fā)展目標(biāo)又對課程教學(xué)賦予了新的挑戰(zhàn)。

（一）授課內(nèi)容前沿性不強(qiáng)，滯后于行業(yè)發(fā)展

近年來，隨著國內(nèi)外交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的飛速發(fā)展，道路工程勘測設(shè)計(jì)涉及的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)更新?lián)Q代快，設(shè)計(jì)理念變化迅速。例如，道路設(shè)計(jì)的核心規(guī)范——《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》已從JTG D20-2006 更新至JTG D20-2017，設(shè)計(jì)理念也發(fā)展到當(dāng)前的綠色道路設(shè)計(jì)，更注重人與環(huán)境的和諧共存。行業(yè)發(fā)展需要高校相關(guān)課程適時(shí)補(bǔ)充前沿性知識點(diǎn)，滿足其對高校畢業(yè)生人才的需要。但目前《道路勘測設(shè)計(jì)》相關(guān)教材及對應(yīng)的教輔材料更新?lián)Q代的速度，遠(yuǎn)滯后于道路工程行業(yè)的發(fā)展速度，導(dǎo)致授課內(nèi)容前沿性不強(qiáng)。

當(dāng)前“雙碳”發(fā)展背景又對道路工程發(fā)展提出了新的要求。研究表明，公路工程運(yùn)營期的碳排放量遠(yuǎn)超建設(shè)期產(chǎn)生的碳排放量。公路工程一旦建造完成，其經(jīng)濟(jì)技術(shù)特征基本已定格。因此，從勘察設(shè)計(jì)階段即考慮其全生命周期的碳排放可較為主動(dòng)地進(jìn)行調(diào)控。在勘測設(shè)計(jì)過程中貫徹綠色低碳的理念，這是道路工程設(shè)計(jì)理念的轉(zhuǎn)變方向，也是對本課程教學(xué)賦予的全新挑戰(zhàn)。

（二）偏重理論教學(xué)，忽視實(shí)踐教學(xué)

本課程內(nèi)容較多，而教學(xué)課時(shí)又相對有限。為在有限的課時(shí)里幫助學(xué)生掌握道路勘測設(shè)計(jì)的基本原理與設(shè)計(jì)流程，任課教師先利用大部分課時(shí)講授道路勘測設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論和方法，然后利用1 ～2 周的課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，針對具體的道路工程項(xiàng)目開展課程設(shè)計(jì)，借此幫助學(xué)生掌握設(shè)計(jì)流程。

但是，本課程屬強(qiáng)實(shí)踐性專業(yè)課，結(jié)合自身經(jīng)歷，在基礎(chǔ)理論知識教學(xué)過程中，部分學(xué)生表現(xiàn)出興趣不足，掌握不牢固，最終導(dǎo)致課程設(shè)計(jì)無法在較短的時(shí)間內(nèi)完成。這導(dǎo)致了教學(xué)效果不良，學(xué)生對道路勘測設(shè)計(jì)的具體環(huán)節(jié)掌握不熟練。

因此，在相對有限的課時(shí)中，將理論知識的教學(xué)工作與課程相關(guān)的實(shí)踐內(nèi)容充分融合起來，同步教學(xué)，相互促進(jìn)，相得益彰，進(jìn)而探索符合本課程的教學(xué)要求與人才培養(yǎng)目標(biāo)的教學(xué)方式，這也是本課程教學(xué)改革的重要之舉。

二、課程教學(xué)改革舉措

針對“雙碳”發(fā)展背景下《道路勘測設(shè)計(jì)》課程的教學(xué)現(xiàn)狀及其存在的問題，結(jié)合淮陰工學(xué)院土木工程專業(yè)《道路勘測設(shè)計(jì)》課程教學(xué)內(nèi)容、授課特點(diǎn)與教學(xué)現(xiàn)狀，從課程教學(xué)的目標(biāo)、內(nèi)容、方法出發(fā)，探索教學(xué)改革的有效舉措，提高與“雙碳”發(fā)展相匹配的人才培養(yǎng)水平。

（一）結(jié)合“雙碳”建設(shè)目標(biāo)和道路工程行業(yè)發(fā)展前沿動(dòng)態(tài)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

1．課程內(nèi)容融入“雙碳”發(fā)展理念

首先，從傳統(tǒng)的綠色環(huán)保道路的定義和理念入手，在理解綠色道路勘測設(shè)計(jì)要點(diǎn)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)闡述其與“雙碳”目標(biāo)下道路勘測設(shè)計(jì)的異同點(diǎn)。在分析道路建設(shè)碳排放指標(biāo)應(yīng)用現(xiàn)狀及排放量主要影響因素的基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，探討如何在道路設(shè)計(jì)中落實(shí)“雙碳”目標(biāo)，設(shè)計(jì)低碳道路。因此，教學(xué)過程中，教師要有意識引導(dǎo)學(xué)生將道路設(shè)計(jì)的理論知識點(diǎn)與碳減排相關(guān)概念融合起來，從而對低碳道路的設(shè)計(jì)形成定性和定量化的認(rèn)識。

其次，從道路工程全生命周期出發(fā)考慮碳排放量，有針對性地優(yōu)化道路設(shè)計(jì)建造方案。道路工程的壽命周期包含了工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營管理乃至改擴(kuò)建的全過程。道路設(shè)計(jì)初期的指標(biāo)選取，直接影響運(yùn)營期車輛的二氧化碳排放水平。例如，道路曲線半徑大小影響車輛的轉(zhuǎn)彎能耗，而限制坡度的大小又直接影響車輛越嶺時(shí)的能耗。這些能耗直接體現(xiàn)在道路運(yùn)營期間車輛的碳排放水平。因此，從全生命周期出發(fā)選取合適的設(shè)計(jì)指標(biāo)，也是教學(xué)時(shí)應(yīng)該增設(shè)的內(nèi)容。

最后，通過相應(yīng)的理論知識學(xué)習(xí)、課程設(shè)計(jì)和實(shí)踐等階段，提煉出低碳環(huán)保的道路勘測設(shè)計(jì)要點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生在充分掌握傳統(tǒng)道路勘測設(shè)計(jì)原理方法的基礎(chǔ)上，對公路全周期的碳排放具備理性認(rèn)知，從而在學(xué)習(xí)、生活和將來的從業(yè)過程中，有意識地貫徹低碳意識，形成可持續(xù)發(fā)展、綠色環(huán)保的理念。

2．教學(xué)內(nèi)容融入新型規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)理念

《道路勘測設(shè)計(jì)》是一門與計(jì)算機(jī)信息、智能勘測等高新技術(shù)緊密結(jié)合的應(yīng)用型學(xué)科。本課程不僅覆蓋經(jīng)典的基礎(chǔ)理論知識，而且需要緊跟行業(yè)內(nèi)的科技發(fā)展前沿。例如，在復(fù)雜道路工程勘測中，當(dāng)前已廣泛使用了無人機(jī)等高精度測量技術(shù)輔助設(shè)計(jì)；在路線設(shè)計(jì)中，智能選線技術(shù)也得到了充分的應(yīng)用?？萍嫉倪M(jìn)步已經(jīng)給道路勘測設(shè)計(jì)帶來了較為明顯的發(fā)展，但是目前本課程所使用的教材更新速度較慢，滯后于行業(yè)的發(fā)展速度。此外，高校館藏資料中未及時(shí)更新最新的設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，這導(dǎo)致學(xué)生難以獲取有效的教輔資料。針對這些困難，可以引入“線上微課堂”的方式補(bǔ)充現(xiàn)有教材、教輔資料的不足。主要操作方法如下。

第一，授課教師可圍繞某個(gè)重要本學(xué)科相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，制作簡短、新穎的小視頻，利用微信和QQ 等交流群進(jìn)行討論學(xué)習(xí)并答疑，由此提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性，同時(shí)完成課程相關(guān)知識點(diǎn)的補(bǔ)充。這樣可通過學(xué)生容易接受的方式完成對學(xué)科知識點(diǎn)的補(bǔ)充。

第二，授課教師也要及時(shí)更新自身知識結(jié)構(gòu)，通過互聯(lián)網(wǎng)或者企業(yè)交流的方式了解行業(yè)發(fā)展的前沿動(dòng)態(tài)，熟悉規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的變化過程和緣由。在教學(xué)過程中，授課教師也應(yīng)關(guān)注前沿科技在本領(lǐng)域的應(yīng)用，例如基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的三維輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，可以利用技術(shù)專題或課外興趣咨詢等形式進(jìn)行介紹與討論，保證學(xué)生能夠積極參與到課程內(nèi)容教學(xué)過程中。

（二）創(chuàng)新教學(xué)方法，引入“理論+案例+實(shí)踐”融合式教學(xué)等教學(xué)方法

《道路勘測設(shè)計(jì)》課程教學(xué)存在理論課時(shí)多，交叉學(xué)科知識點(diǎn)多，教學(xué)內(nèi)容多，實(shí)踐課時(shí)少，野外實(shí)習(xí)無法開展等困難。針對這些難點(diǎn)，從教學(xué)方法入手，圍繞以下三個(gè)方面展開。

1．《道路勘測設(shè)計(jì)》與相關(guān)學(xué)科存在大量的交叉學(xué)科知識點(diǎn)，例如一級公路的線路高程確定，需先確定行經(jīng)地區(qū)百年一遇的洪水位，這就對學(xué)生的知識廣度（特別是地質(zhì)水文方向）提出了要求。如果完全依靠課堂教學(xué)來拓展相應(yīng)的知識點(diǎn)，則可能導(dǎo)致課程壓力加大。但若交由學(xué)生課下自行拓展，則可能導(dǎo)致學(xué)生壓力過大，最終流于形式。

為解決該困難，可采用“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)方法。使用錄播軟件將工程地質(zhì)、工程測量等需要延伸掌握的知識點(diǎn)錄制成視頻以便學(xué)生自學(xué)。例如，針對不良地質(zhì)（泥石流、滑坡等）的災(zāi)害特征、識別、風(fēng)險(xiǎn)防控等錄制視頻供學(xué)生學(xué)習(xí)。然后在課堂上預(yù)留相應(yīng)的時(shí)間集中地討論、答疑。采用該方法，既可降低學(xué)生搜集相關(guān)的學(xué)科知識點(diǎn)難度，又能有針對性地減少知識點(diǎn)的數(shù)量。

2．受理論課時(shí)量的擠壓，本課程實(shí)踐課時(shí)設(shè)置偏少，以至學(xué)生在完成理論課時(shí)后，難以利用尚未熟練掌握的理論知識點(diǎn)在相對有限的實(shí)踐課時(shí)中合格完成課程設(shè)計(jì)。

針對該困難，可將課程設(shè)計(jì)的任務(wù)拆解，同步貫穿于理論教學(xué)中。例如，在理論課時(shí)的道路平面、縱斷面、橫斷面設(shè)計(jì)階段，以課程設(shè)計(jì)的工程項(xiàng)目為案例，對相應(yīng)理論知識點(diǎn)的應(yīng)用予以講解，將涉及的規(guī)范予以全面介紹，并利用課堂時(shí)間指導(dǎo)學(xué)生完成課程設(shè)計(jì)中該階段的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)內(nèi)容。由此，待理論課程結(jié)束后，學(xué)生即完成了該課程設(shè)計(jì)的初步方案，然后利用最后一周的課程，對初步方案進(jìn)行優(yōu)化和完善，可大幅度提高課程設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

3．《道路勘測設(shè)計(jì)》本質(zhì)上是一門實(shí)踐性課程，需要結(jié)合具體工程項(xiàng)目和實(shí)際的地形地質(zhì)條件開展路線的勘測設(shè)計(jì)。但是受場地條件的限制等原因，當(dāng)前大部分高校組織大規(guī)模學(xué)生野外實(shí)習(xí)難度較大，野外實(shí)習(xí)一度流于形式，勘察設(shè)計(jì)工作僅在室內(nèi)開展。針對野外實(shí)習(xí)無法開展問題，可結(jié)合三維地圖軟件和高精度的航天衛(wèi)星高清圖片，對不同的地形及地質(zhì)條件進(jìn)行判識，以建立起對于地形的具象認(rèn)識，而避免僅僅從等高線地形圖上“紙上談兵”，以為后期的選線設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。然而值得注意的是，航片、衛(wèi)片及網(wǎng)絡(luò)地圖并不能取代野外實(shí)習(xí)，授課老師應(yīng)爭取合適的機(jī)會組織相應(yīng)的野外實(shí)習(xí)。

三、結(jié)束語

本文結(jié)合淮陰工學(xué)院土木工程專業(yè)《道路勘測設(shè)計(jì)》教學(xué)特點(diǎn)，以“雙碳”背景下本課程教學(xué)改革為目標(biāo)，分析其現(xiàn)狀及存在的問題，主要表現(xiàn)為授課內(nèi)容前沿性不強(qiáng)，滯后于行業(yè)發(fā)展；偏重理論教學(xué)，忽略了實(shí)踐教學(xué)。針對現(xiàn)存問題，提出融入“雙碳”政策優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，采用“理論+案例+研討”方式創(chuàng)新教學(xué)模式，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)等改革探索。本文研究有助于推動(dòng)“雙碳”發(fā)展背景下，高校土木工程專業(yè)《道路勘測設(shè)計(jì)》課程建設(shè)，更有助于培養(yǎng)符合時(shí)代發(fā)展需求的“雙碳”科技創(chuàng)新人才。