試析高職公路橋梁專業(yè)信息課程的改革

摘要：介紹了路橋?qū)I(yè)對(duì)于信息技術(shù)的需求，并對(duì)該專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)信息技術(shù)的狀況進(jìn)行了分析。提出了路橋?qū)I(yè)信息處理能力的培養(yǎng)方案，并對(duì)信息課程與專業(yè)知識(shí)技能的融合進(jìn)行了探索。

關(guān)鍵詞：路橋?qū)I(yè)；信息；學(xué)習(xí)狀況；培養(yǎng)方案

美國(guó)國(guó)際教育技術(shù)協(xié)會(huì)曾經(jīng)明確指出，處于信息社會(huì)的學(xué)習(xí)者必須成為能夠勝任的信息技術(shù)使用者以及信息的查詢者、分析者和評(píng)價(jià)者。因此，信息技術(shù)與專業(yè)課程的整合將是培養(yǎng)合格的公路橋梁建設(shè)者的重要途徑。

三年制高職（公）路橋（梁）專業(yè)的信息課程一般包括《計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)應(yīng)用》、《Basic語言》（Qb或者VB）和《AutoCAD》三門課程。《計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)應(yīng)用》課程使學(xué)生獲得計(jì)算機(jī)軟件的一般知識(shí)，具備初步的網(wǎng)絡(luò)、多媒體及辦公軟件的使用能力；《AutoCAD》課程使學(xué)生在學(xué)習(xí)《工程制圖》的基礎(chǔ)上，具備計(jì)算機(jī)繪制工程圖的能力；《Basic語言》屬于計(jì)算語言，用以培養(yǎng)學(xué)生的高效計(jì)算能力。隨著高職教育實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)課時(shí)的增多，信息課程的學(xué)習(xí)時(shí)間同其他課程一樣受到較大的擠壓。從近幾年用人單位對(duì)學(xué)生信息運(yùn)用能力的反饋信息來看，學(xué)生的計(jì)算能力在下滑，繪圖能力沒有形成，不能很好地勝任工作。這些現(xiàn)象與信息時(shí)代的要求是不相稱的。因此，在學(xué)時(shí)縮短、實(shí)踐課程趨多的情況下，有效地提高學(xué)生的綜合信息處理能力，成為路橋?qū)I(yè)教學(xué)的當(dāng)務(wù)之急。

路橋?qū)I(yè)對(duì)信息技術(shù)的需求

調(diào)查顯示，路橋?qū)I(yè)學(xué)生的主要就業(yè)方向?yàn)槭┕ぁ⑹┕けO(jiān)理、材料試驗(yàn)、設(shè)計(jì)等。盡管一個(gè)行業(yè)的不同分工對(duì)信息處理能力的要求略有不同，但一個(gè)行業(yè)對(duì)于信息能力的基本要求保持著一致性。除去文字、表格處理能力，單就計(jì)算能力和繪圖能力而言，諸如施工單位的施工放樣、監(jiān)理單位的工程計(jì)量、材料試驗(yàn)的試驗(yàn)報(bào)告、設(shè)計(jì)單位的計(jì)算書等場(chǎng)合均會(huì)用到。完成以上任務(wù)需要的信息能力主要可以分解成使用辦公軟件能力、繪圖能力和計(jì)算能力等三個(gè)方面。

使用辦公軟件能力包括網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用能力、文字錄入能力、圖片及圖形插入、表格制作、表格計(jì)算、統(tǒng)計(jì)圖表插入、多媒體匯報(bào)課件制作等。流行軟件有Word、Excel、PowerPoint、Internet Explorer等。

繪圖能力隨著微型計(jì)算機(jī)軟硬件的迅猛發(fā)展，正式的文件及報(bào)告不能再用手工繪圖。與路橋有關(guān)的圖形繪制主要有插圖繪制、圖紙繪制以及立體效果圖繪制等。在眾多的繪圖軟件平臺(tái)中，之所以選擇AutoCAD是因?yàn)樵撥浖m合于路橋制圖，易于學(xué)習(xí)，是許多專業(yè)設(shè)計(jì)軟件的通用平臺(tái)。

計(jì)算能力快速準(zhǔn)確地進(jìn)行計(jì)算，實(shí)現(xiàn)計(jì)算內(nèi)容的直觀性和易操作性，需要一種微機(jī)軟件計(jì)算工具替代傳統(tǒng)的計(jì)算器。目前，在國(guó)外利用微機(jī)計(jì)算軟件MathCAD代替編程語言并制作工程計(jì)算書已成為一種潮流。

路橋?qū)I(yè)學(xué)生信息技術(shù)的學(xué)習(xí)狀況

目前，學(xué)生信息知識(shí)的學(xué)習(xí)問題突出表現(xiàn)在計(jì)算能力的培養(yǎng)方面。學(xué)生雖然學(xué)習(xí)了編程語言，但是經(jīng)常還在使用計(jì)算器計(jì)算數(shù)據(jù)，這在微型計(jì)算機(jī)及軟件普及的今天是一種十分常見而又奇特的現(xiàn)象。非計(jì)算機(jī)類的高職學(xué)生群體學(xué)習(xí)編程語言并在有限的時(shí)間內(nèi)培養(yǎng)其計(jì)算能力的做法是一種失敗的選擇。目前，對(duì)于非計(jì)算機(jī)專業(yè)人員進(jìn)行計(jì)算機(jī)教育應(yīng)當(dāng)以應(yīng)用為主體，應(yīng)從學(xué)習(xí)應(yīng)用軟件入手。

本專業(yè)的應(yīng)用軟件可以分為商業(yè)軟件和通用軟件。商業(yè)軟件不但價(jià)格高，而且專業(yè)性強(qiáng)，適應(yīng)面窄，更新?lián)Q代速度快，有時(shí)不能與新規(guī)范同步，不宜過多涉及。通用軟件在易于學(xué)習(xí)的前提下，適應(yīng)面寬，價(jià)格適中，是非計(jì)算機(jī)專業(yè)人員學(xué)習(xí)的較好選擇。比較適宜的通用計(jì)算軟件有MathCAD、MATLAB等。不過盡管MATLAB功能強(qiáng)大，它依然像一款編程軟件，需要較好的編程基礎(chǔ)，而且算式不直觀。經(jīng)過對(duì)路橋?qū)I(yè)各專業(yè)課（如《公路設(shè)計(jì)》、《橋梁工程》等）和專業(yè)基礎(chǔ)課（《測(cè)量》、《建材》、《橋涵水文》、《結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》等）計(jì)算任務(wù)的分析，筆者認(rèn)為，從易學(xué)、適應(yīng)性的角度來考慮，選擇MathCAD作為計(jì)算工具最為合適。

MathCAD是由MathSoft公司推出的一種交互式數(shù)值系統(tǒng)，目前已更新至14.0.0.163版本。該軟件定位于廣大教師、學(xué)生和工程人員，旨在為他們提供一個(gè)兼?zhèn)湮淖痔幚怼?shù)學(xué)和圖形能力的集成工作環(huán)境，使他們方便地準(zhǔn)備教案、完成作業(yè)和準(zhǔn)備科學(xué)分析報(bào)告。MathCAD在數(shù)值計(jì)算、符號(hào)分析、文字處理、圖形能力的開發(fā)上，集各種功能為一體。在輸入一個(gè)數(shù)學(xué)公式、方程組（含微分及偏微分方程組）、矩陣之后，計(jì)算機(jī)能夠直接給出結(jié)果，而無須考慮中間的計(jì)算過程。該軟件的最大優(yōu)點(diǎn)在于其計(jì)算公式以手寫的格式顯示，便于初學(xué)者使用。此外，該軟件還可以編制可讀性很強(qiáng)的程序，免去了使用者學(xué)習(xí)、編制及調(diào)試程序的煩惱，便于使用者把更多的精力放在專業(yè)問題本身，提高思維質(zhì)量和解決問題的效率。

路橋?qū)I(yè)信息處理能力培養(yǎng)方案

（一）課程規(guī)劃

鑒于學(xué)習(xí)時(shí)間縮短，信息課程需要做出必要的整合，以適應(yīng)教學(xué)時(shí)間的安排。原來的三門課程《計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》、《計(jì)算機(jī)繪圖》、《編程》可合并成兩門《計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》、《計(jì)算機(jī)繪圖及計(jì)算》。其中《計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》課程安排在第一學(xué)年第一學(xué)期學(xué)習(xí)，《計(jì)算機(jī)繪圖及計(jì)算》課程（MathCAD）安排在第二學(xué)年第一學(xué)期。

（二）內(nèi)容融合與能力培養(yǎng)方案

基本信息能力的培養(yǎng)《計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》課程基本保持原先的教學(xué)內(nèi)容，在授課內(nèi)容上加強(qiáng)與工程計(jì)算的聯(lián)系，例如Excel表格的計(jì)算，PowerPoint工程展示，利用電子郵件及QQ等通訊手段、科技信息網(wǎng)絡(luò)檢索；增加基礎(chǔ)課教師與專業(yè)課教師的交流，例如教材例題的編寫要緊密結(jié)合工程實(shí)際。

計(jì)算機(jī)繪圖能力的培養(yǎng)原來缺少適合路橋?qū)I(yè)的AutoCAD教材，介紹路橋繪圖的內(nèi)容少，與制圖教材的內(nèi)容脫鉤；基本操作多，實(shí)踐少，與生產(chǎn)距離較遠(yuǎn)。因此，筆者編寫了教材《公路CAD》（普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材，機(jī)械工業(yè)出版社，2007）。

計(jì)算能力的培養(yǎng)沒有與專業(yè)配套的MathCAD教材，因此，筆者結(jié)合路橋?qū)I(yè)的需要和常見的計(jì)算編寫了《基于MathCAD的公路與橋梁專業(yè)計(jì)算》講義。

信息能力與專業(yè)知識(shí)的培養(yǎng)把《工程測(cè)量》、《道路建材》、《橋涵水文》、《結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》、《公路設(shè)計(jì)》、《橋梁工程》等專業(yè)課的部分作業(yè)有計(jì)劃地讓學(xué)生利用MathCAD和AutoCAD完成；選擇主干專業(yè)課《公路設(shè)計(jì)》和《橋梁工程》課程的設(shè)計(jì)作業(yè)系統(tǒng)地鍛煉學(xué)生的計(jì)算、繪圖能力及其他信息處理能力；在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，要求學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)成果及其展示完全電子化和多媒體化。

路橋?qū)I(yè)信息能力與專業(yè)知識(shí)相融合

下面以路橋2005級(jí)1、2、3、4班（共240人，高中起點(diǎn)三年制大專路橋?qū)I(yè)）《公路設(shè)計(jì)》的路線設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)作業(yè)為例來介紹信息能力與專業(yè)知識(shí)的融合方法。

（一）任務(wù)與目標(biāo)

完成3公里二級(jí)（或三級(jí)）越嶺線公路路線的設(shè)計(jì)，上交設(shè)計(jì)圖和設(shè)計(jì)說明書（含計(jì)算書），完成設(shè)計(jì)介紹的PPT。要求設(shè)計(jì)圖（AutoCAD）和計(jì)算書（Word）均采用電子版。

本次課程的設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)培養(yǎng)的技能為平面線形數(shù)據(jù)計(jì)算復(fù)核能力、縱斷設(shè)計(jì)高計(jì)算復(fù)核能力、超高值計(jì)算能力、土石方計(jì)算復(fù)核能力、施工放樣坐標(biāo)計(jì)算能力、設(shè)計(jì)圖繪制能力以及設(shè)計(jì)指標(biāo)的運(yùn)用能力。

（二）工作步驟及信息能力鍛煉的分解

工作步驟選線→平面設(shè)計(jì)→縱斷面設(shè)計(jì)→橫斷面設(shè)計(jì)→圖形繪制與資料整理→成果展示。

信息基礎(chǔ)支撐AutoCAD、MathCAD、Word、Excel、WinRAR、電子郵件、QQ。

各階段信息能力培養(yǎng)分解（1）選線。本次設(shè)計(jì)采用了電子地圖，以便于重復(fù)使用。教師把電子版地圖（掃描的或矢量化的1：2000地形圖）、設(shè)計(jì)任務(wù)書、輔導(dǎo)材料以電子郵件群形式發(fā)給學(xué)生；利用AutoCAD試坡放線確定路線導(dǎo)線，利用MathCAD估算平面線形的合理性，最終確定平面線位。（2）平面設(shè)計(jì)。曲線要素計(jì)算、線形調(diào)整、主點(diǎn)里程計(jì)算均采用MathCAD完成；直線、曲線及轉(zhuǎn)角表，逐樁坐標(biāo)表，路線固定表，總里程及斷鏈樁號(hào)表，計(jì)算由MathCAD完成，結(jié)果用Excel完成；用AutoCAD完成路線平面設(shè)計(jì)圖、道路平面布置圖、紙上移線圖等的繪制。（3）縱斷面設(shè)計(jì)。拉坡、線形調(diào)整利用AutoCAD和MathCAD協(xié)作完成；設(shè)計(jì)高、填挖高計(jì)算用MathCAD完成；用AutoCAD繪制縱斷設(shè)計(jì)圖。（4）橫斷面設(shè)計(jì)。路基設(shè)計(jì)表的加寬、超高值計(jì)算用MathCAD完成；用AutoCAD完成戴帽、填挖面積計(jì)算。用Excel完成土石方計(jì)算表的表格計(jì)算。（5）圖形繪制與資料整理。用AutoCAD完善圖紙繪制，用Word、Excel、MathCAD完成設(shè)計(jì)說明書整理。（6）成果展示。成果展示利用PowerPoint制作，要求顯示電子掛圖，顯示技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)表格、統(tǒng)計(jì)圖形等。

（三）重點(diǎn)問題說明

下面以路線設(shè)計(jì)中經(jīng)常用到的已知切線長(zhǎng)T，反推圓曲線半徑R為例介紹MathCAD計(jì)算過程。在程序中，長(zhǎng)度單位為m（精度保留到mm），路線偏角采用rad（弧度）計(jì)算。

精確計(jì)算程序如下：

將反推結(jié)果與正算結(jié)果（已知R=200 得到T=88.498）進(jìn)行比較可以看出，MathCAD計(jì)算法的精度很高。以前采用手工計(jì)算求解高次方程的迭代法不適合高職學(xué)生；而采用本文的MathCAD程序，只需要列出方程，用root函數(shù)即可求解。MathCAD的程序格式幾近手寫格式，容易理解，學(xué)生在實(shí)際計(jì)算時(shí)只要把原始數(shù)據(jù)進(jìn)行更換就可以自動(dòng)得到答案，很適合高職學(xué)生使用。

（四）實(shí)施情況總結(jié)

整個(gè)作業(yè)過程從布置到完成共用了三周時(shí)間，比往年節(jié)省了兩周時(shí)間。

來自學(xué)生的反饋經(jīng)過局域網(wǎng)服務(wù)器提供的多媒體輔助材料的演示，教師通過QQ進(jìn)行指導(dǎo)以及少量現(xiàn)場(chǎng)演示，90%的學(xué)生反映效果良好。由于計(jì)算效率比過去高，輔導(dǎo)及時(shí)（網(wǎng)上指導(dǎo)），學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣普遍提高，學(xué)習(xí)積極性得以激發(fā)。

來自教師的反饋可以利用多種工具即時(shí)輔導(dǎo)，教學(xué)效率得到提高，勞動(dòng)強(qiáng)度有所降低，學(xué)生完成作業(yè)的積極性提高了，同時(shí)節(jié)省了大量的復(fù)印費(fèi)用。

利用的通訊工具E-mail（用來布置作業(yè)和提交作業(yè)）、QQ等（用來進(jìn)行即時(shí)的遠(yuǎn)程輔導(dǎo)）以及手機(jī)的使用，為教學(xué)初步建立了多媒體資源庫（作為各種重要專業(yè)信息技能的展示）。

研究成果道路教研室組織了課程作業(yè)比賽，學(xué)生用PPT講解自己的設(shè)計(jì)成果，為全系其他課程與信息課程的結(jié)合開拓了一條新路。

存在的不足掌握新信息知識(shí)的師資不足，軟硬件資源的需求較大，可供學(xué)生參考的多媒體資源有限，存在個(gè)別抄襲作業(yè)的現(xiàn)象。

總之，路橋?qū)I(yè)信息課程的改革與整合是信息技術(shù)發(fā)展的要求，而引入MathCAD取代編程語言是非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)的方向——讓學(xué)生使用軟件而不是編制軟件。對(duì)AutoCAD與MathCAD課程的整合，滿足了在課時(shí)縮減情況下高職的教學(xué)要求，信息課程與專業(yè)課程的教學(xué)融合為本專業(yè)學(xué)生專業(yè)信息能力的培養(yǎng)拓展了新的空間，提出的路橋?qū)I(yè)信息課程新的設(shè)置模式對(duì)本專業(yè)的教學(xué)具有指導(dǎo)意義，編寫的教材和講義雖然有待完善，但不失參考價(jià)值。另外，筆者在東南大學(xué)成賢學(xué)院路橋?qū)I(yè)本科及大專公路勘測(cè)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)教學(xué)中也引入了MathCAD提高學(xué)生的計(jì)算能力，并收到了良好的教學(xué)效果。

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[1]張郃生，趙殿英，張君緯.公路路基土最佳含水量的數(shù)解法[J].路基工程，2006，（3）.

[2]蔡鐵權(quán)，王麗華.現(xiàn)代教育技術(shù)教程（第二版）[M].北京：科學(xué)出版社，2005.

作者簡(jiǎn)介：

張郃生（1967—），男，河北棗強(qiáng)人，河北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院土木系副教授，長(zhǎng)期從事公路交通規(guī)劃、公路CAD科研、教學(xué)及生產(chǎn)工作，研究方向?yàn)榻煌ㄒ?guī)劃和基于GIS的交通影響分析。本課題負(fù)責(zé)人。

過秀成（1964—），男，浙江紹興人，博士，東南大學(xué)交通學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，長(zhǎng)期從事公路交通規(guī)劃科研、教學(xué)及規(guī)劃設(shè)計(jì)工作。

李中秋（1960—），男，河北平山人，河北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院土木系教授，長(zhǎng)期從事公路材料及土力學(xué)等科研、教學(xué)工作。

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