基于現(xiàn)代認(rèn)知學(xué)習(xí)理論的“道路勘測設(shè)計”課程群實踐教學(xué)改革研究

【摘 要】為有效培養(yǎng)學(xué)生的道路工程勘測設(shè)計能力，借鑒現(xiàn)代認(rèn)知學(xué)習(xí)理論關(guān)于知識分類、知識學(xué)習(xí)階段化理論，對“道路勘測設(shè)計”課程群實踐教學(xué)進行了系統(tǒng)化的改革實踐?；谥R分類思想提出了“道路勘測設(shè)計”課程群理實相濟式教學(xué)模式，基于知識學(xué)習(xí)階段化理論提出了分層遞進、螺旋擴張式實踐教學(xué)體系。實施效果表明，“道路勘測設(shè)計”課程群實踐教學(xué)改革提高了學(xué)生在解決具體問題中的實踐能力和動手能力，加深了學(xué)生對道路工程專業(yè)基礎(chǔ)知識的理解，有力地支撐了本專業(yè)適應(yīng)工程教育認(rèn)證的要求。

【關(guān)鍵詞】道路勘測設(shè)計； 實踐教學(xué)； 認(rèn)知心理學(xué)； 理實相濟； 分層遞進

【中圖分類號】G642.0【文獻標(biāo)志碼】A

0 引言

為了促進我國從工程教育大國走向工程教育強國，教育部、工業(yè)和信息化部及中國工程院于2018 年提出《關(guān)于加快建設(shè)發(fā)展新工科，實施卓越工程師教育培養(yǎng)計劃2.0 的意見》，要求20%以上的工科專業(yè)按照《華盛頓協(xié)議》通過工程教育認(rèn)證［1］。工程教育專業(yè)認(rèn)證強調(diào)“以學(xué)生為中心”“以產(chǎn)出為導(dǎo)向”“持續(xù)改進”的理念，注重畢業(yè)生的自主創(chuàng)新能力和工程實踐能力的培養(yǎng)，讓畢業(yè)生具備解決復(fù)雜工程問題的能力［2］。為適應(yīng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的新趨勢，按照工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)進行專業(yè)建設(shè)是我國工程教育發(fā)展的必然趨勢。

“道路勘測設(shè)計”作為道橋?qū)I(yè)核心專業(yè)課之一，是一門實踐性很強的課程，即在講授道路勘測與設(shè)計理論知識的同時，更注重學(xué)生勘測設(shè)計實踐能力的培養(yǎng)［3-4］。另一方面，其與后續(xù)開設(shè)的“道路勘測設(shè)計”課程設(shè)計、“道路設(shè)計軟件應(yīng)用”“道路勘測設(shè)計”畢業(yè)設(shè)計等實踐課程（環(huán)節(jié)）組成 “道路勘測設(shè)計”課程群，形成了培養(yǎng)學(xué)生道路勘測與設(shè)計應(yīng)用能力完整的實踐教學(xué)課程體系。對道橋?qū)I(yè)學(xué)生而言，道路勘測設(shè)計實踐技能培養(yǎng)目標(biāo)能否全面實現(xiàn)，直接影響整個專業(yè)認(rèn)證的畢業(yè)要求達成度評價。

然而，目前國內(nèi)大多數(shù)院校在“道路勘測設(shè)計”課程教學(xué)中，存在理論教學(xué)和實踐教學(xué)相分離、實踐教學(xué)安排欠系統(tǒng)化和科學(xué)化等多方面的問題，導(dǎo)致對學(xué)生工程勘測設(shè)計能力的培養(yǎng)效果并不理想［5］。為改變這種狀況，本文運用現(xiàn)代認(rèn)知學(xué)習(xí)理論相關(guān)原理，對道路勘測設(shè)計課程的實踐教學(xué)體系進行重新構(gòu)建，以期科學(xué)、高效地培養(yǎng)學(xué)生的工程勘測設(shè)計實踐能力。

1 認(rèn)知心理學(xué)研究中現(xiàn)代認(rèn)知學(xué)習(xí)理論相關(guān)原理

1.1 知識分類思想

知識是認(rèn)知心理學(xué)（亦稱信息加工心理學(xué)）研究領(lǐng)域的一個中心概念，以安德森（J.R.Anderson）為代表的認(rèn)知心理學(xué)家認(rèn)為，通過信息加工，個體可獲得兩類知識——陳述性知識（declarative knowledge）和程序性知識（procedural knowledge）［6-7］。陳述性知識是關(guān)于事物及其關(guān)系的知識，或者說是關(guān)于“是什么、為什么”的知識，主要用來描述一個事實或陳述一種觀點。程序性知識則主要反映活動的具體過程和操作步驟，是說明“如何做”的知識，是一種實踐性知識，主要用于指導(dǎo)實踐操作。從二者的概念不難看出，陳述性知識和程序性知識的獲取過程實質(zhì)上互為前提、互相融合。一方面，程序性知識的獲得需要以陳述性知識為基礎(chǔ)，即只有清楚了“是什么和為什么”才能掌握“如何做”。另一方面，陳述性知識的獲得也需要程序性知識的保證，因為陳述性知識的獲得離不開對已有知識的分析運用，而分析運用的過程中就要依靠程序性知識［8］。

1.2 知識學(xué)習(xí)的階段化理論

認(rèn)知心理學(xué)相關(guān)研究表明，任何學(xué)習(xí)都必須在一定量的學(xué)習(xí)準(zhǔn)備條件下進行，這種先期的準(zhǔn)備可有效保證后期學(xué)習(xí)的成功，并使得學(xué)習(xí)效率提高。這就是說，人在早期已掌握的低級知識、智力與技能是后期高級知識、智力與技能學(xué)習(xí)重要的前提條件，即人的認(rèn)知學(xué)習(xí)呈現(xiàn)出明顯的等級型和累積型規(guī)律。

本文主要研究實踐教學(xué)改革問題，這里主要介紹程序性知識學(xué)習(xí)階段的相關(guān)理論?；谌说膶W(xué)習(xí)發(fā)展的次序性與階段性規(guī)律，現(xiàn)代認(rèn)知心理學(xué)家認(rèn)為程序性知識的學(xué)習(xí)一般分為三個階段。其中第一階段是針對待完成任務(wù)相關(guān)規(guī)則的學(xué)習(xí)，即第一階段是陳述性知識的學(xué)習(xí)，這與上述中關(guān)于程序性知識與陳述性知識相關(guān)關(guān)系的論述是一致的。第二階段為轉(zhuǎn)化階段，即通過應(yīng)用規(guī)則的變式練習(xí)，使規(guī)則的陳述性形式向程序性形式轉(zhuǎn)化。此時相應(yīng)的規(guī)則已經(jīng)開始支配學(xué)生的行為，規(guī)則開始向完成任務(wù)的技能轉(zhuǎn)化。第三階段為自動化階段，是程序性知識發(fā)展的最高階段，規(guī)則完全支配人的行為，技能達到相對自動化的程度［9］。

2 現(xiàn)代認(rèn)知學(xué)習(xí)理論視角的“道路勘測設(shè)計”課程群實踐教學(xué)改革

2.1 基于知識分類思想的“道路勘測設(shè)計”課程群理實相濟式教學(xué)模式研究

根據(jù)知識分類思想，個體可獲得的知識為陳述性知識和程序性知識兩類。對于工程類專業(yè)的核心專業(yè)課程，一般需要傳授的主要知識也大致可歸類為陳述性知識和程序性知識兩種類型。表1中對“道路勘測設(shè)計”課程各主要模塊需要講授的主要內(nèi)容按知識分類思想進行了細(xì)分，其中陳述性知識主要是該模塊需要講授的基本概念、規(guī)范規(guī)定的基本指標(biāo)以及設(shè)計相關(guān)的基本原則和規(guī)定；程序性知識主要是該模塊需要講授的道路設(shè)計流程和方法、設(shè)計指標(biāo)選用的思路以及設(shè)計方案合理性判斷的思路。表1中還列出了各模塊需要學(xué)生掌握的實踐技能，比如平面設(shè)計模塊，在學(xué)習(xí)道路平面設(shè)計基本方法和設(shè)計流程后，學(xué)生需要學(xué)習(xí)運用計算機軟件，進行道路平面設(shè)計實際操作的技能。

知識分類思想表明，陳述性知識和程序性知識的獲取過程互為前提、互相融合。借鑒這一思想，教學(xué)改革過程中，積極探索理論知識講授和技能實踐訓(xùn)練相輔相濟，即理論指導(dǎo)實踐操作、實踐反哺理論知識的教學(xué)模式，讓學(xué)生既能更深刻地掌握專業(yè)理論知識，同時也能具備國際工程師標(biāo)準(zhǔn)所要求的工程實踐與開發(fā)能力。

“道路勘測設(shè)計”課程群理實相濟式教學(xué)模式設(shè)計如圖1所示，其總體思路包含幾個方面：

（1）理論課程講授中穿插安排實踐環(huán)節(jié)訓(xùn)練。如在“道路勘測設(shè)計”理論課程講授完道路平面設(shè)計、縱斷面設(shè)計和橫斷面設(shè)計部分基本知識后，隨即講授運用EICAD軟件設(shè)計道路平面、縱斷面和橫斷面的基本方法，并設(shè)置簡單的道路設(shè)計項目安排學(xué)生實踐。

（2）實踐環(huán)節(jié)中安排相關(guān)理論知識的講解。如在課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)，都會講解一些道路設(shè)計過程中應(yīng)該注意的要點，講解道路設(shè)計應(yīng)該考慮的環(huán)境、社會、健康、安全、法律以及文化等方面的因素，講解道路工程制圖、出圖方面的知識，在軟件應(yīng)用課中，會補充講解道路設(shè)計軟件的開發(fā)原理和運行機制，講解工程與環(huán)境、工程職業(yè)規(guī)范方面的知識等。

（3）注重理論和實踐之間的相輔相濟。一方面，注重道路設(shè)計理論對道路設(shè)計實踐操作的指導(dǎo)，即在設(shè)計過程中，要時刻回顧設(shè)計方法、設(shè)計指標(biāo)的運用等理論知識；另一方面，注重實踐對理論的反哺作用。即通過實踐，加深對道路設(shè)計理論的理解。比如在設(shè)計“S”型曲線的時候，通過實踐操作，能進一步理解“S”型曲線的特點和技術(shù)要點。

2.2 基于知識學(xué)習(xí)階段化理論的分層遞進、螺旋擴張式實踐教學(xué)體系設(shè)計

根據(jù)知識學(xué)習(xí)的階段化理論，程序性知識的學(xué)習(xí)和實踐技能的培養(yǎng)一般都要經(jīng)歷三個循序漸進的階段。在“道路勘測設(shè)計”課程群教學(xué)設(shè)計中，將學(xué)生道路工程勘測設(shè)計實踐能力的培養(yǎng)也劃分成三個階段：

（1）第一階段：陳述性知識學(xué)習(xí)階段（認(rèn)知階段）。該階段安排的課程是“道路勘測設(shè)計”理論課教學(xué)，主要講授公路與城市道路設(shè)計的基本概念、基本原理和基本原則，這部分陳述性知識的學(xué)習(xí)是培養(yǎng)學(xué)生道路勘測設(shè)計實踐技能的基礎(chǔ)。這一階段也是道路工程勘測設(shè)計技能培養(yǎng)的起始階段，學(xué)生通過觀察教師示范道路平面、縱斷面和橫斷面設(shè)計的操作過程，形成一個內(nèi)部的操作印象，以作為實際執(zhí)行設(shè)計操作時的參照。

（2）第二階段：轉(zhuǎn)化階段（聯(lián)系形成階段）。該階段安排的課程是“道路勘測設(shè)計”課程設(shè)計和“道路設(shè)計軟件應(yīng)用”實踐課程，在學(xué)生熟悉道路工程設(shè)計基本知識的基礎(chǔ)上，講授公路和城市道路設(shè)計的主要流程、主要方法，并安排學(xué)生進行常規(guī)公路和城市道路工程設(shè)計的實操訓(xùn)練，實現(xiàn)道路勘測設(shè)計規(guī)則開始向完成任務(wù)的勘測設(shè)計技能轉(zhuǎn)化。作為技能培養(yǎng)的關(guān)鍵階段，學(xué)生在對道路勘測設(shè)計方法初步認(rèn)知的基礎(chǔ)上，在此階段逐漸轉(zhuǎn)向勘測設(shè)計操作方面，并通過練習(xí)逐漸形成整體的協(xié)調(diào)操作。

（3）第三階段：自動化階段。該階段安排的課程是“道路勘測設(shè)計”畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)，學(xué)生對一般的公路和城市道路工程項目的勘測設(shè)計過程已經(jīng)達到相當(dāng)熟練的程度，因此該階段主要安排學(xué)生進行大型公路或城市道路設(shè)計項目的綜合訓(xùn)練，達到進一步鞏固提升的目的。

3 實施效果分析

本文所述教改方案在2014～2018級道橋?qū)I(yè)“道路勘測設(shè)計”課程群實踐教學(xué)中得到了應(yīng)用和驗證。五屆接近400 多名道橋?qū)I(yè)學(xué)生均能在系列課程結(jié)束后掌握了道路工程設(shè)計的基本方法，并能動手自主完成較為復(fù)雜的公路或城市道路項目的設(shè)計任務(wù)。從學(xué)生的反饋信息來看，“道路勘測設(shè)計”課程群實踐教學(xué)改革使學(xué)生獲得了堅實和廣泛的知識面，提高了學(xué)生在解決具體問題中的實踐能力和動手能力，加深了學(xué)生對道路工程專業(yè)基礎(chǔ)知識的理解，為將來的工作奠定了良好的專業(yè)基礎(chǔ)。從對“道路勘測設(shè)計”課程群所支撐的畢業(yè)要求的達成情況進行分析可知，五屆學(xué)生達成度評價結(jié)果均高于0.85，反映出課程群實踐教學(xué)改革提高了學(xué)生的基本工程素質(zhì)能力， 有力地支撐了本專業(yè)工程教育認(rèn)證。

4 結(jié)束語

在工程教育認(rèn)證背景下，客觀要求工程教育改革更注重畢業(yè)生的自主創(chuàng)新能力和工程實踐能力的培養(yǎng)。本文借鑒現(xiàn)代認(rèn)知學(xué)習(xí)理論相關(guān)思想，對道橋?qū)I(yè)“道路勘測設(shè)計”課程群實踐教學(xué)進行了系統(tǒng)化的改革探索，基于知識分類思想提出了“道路勘測設(shè)計”課程群理實相濟式教學(xué)模式，基于知識學(xué)習(xí)階段化理論提出了分層遞進、螺旋擴張式實踐教學(xué)體系。實施效果表明，“道路勘測設(shè)計”課程群實踐教學(xué)改革提高了學(xué)生在解決具體問題中的實踐能力和動手能力，加深了學(xué)生對道路工程專業(yè)基礎(chǔ)知識的理解，有力地提升了本專業(yè)學(xué)生適應(yīng)工程教育認(rèn)證的水平。

參考文獻

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［9］ 曹殿波.學(xué)與教的基本理論［M］.銀川：寧夏人民出版社，2014.

［基金項目］2021年度貴州省高等學(xué)校教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革項目（項目編號：2021043）；2022年度貴州省高等學(xué)校教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革項目（項目編號：2022048）；教育部第二批新工科研究與實踐項目（項目編號：E-XTYR20200662）

［作者簡介］涂圣文（1975—），男，博士，教授，研究方向為道橋工程；趙振華（1981—），男，碩士，副教授，研究方向為巖土工程；裴偉（1986—），男，碩士，講師，研究方向為結(jié)構(gòu)工程；洪倪（1984—），女，碩士，講師，研究方向為巖土工程。