面向卓越工程師的“道路規劃與幾何設計課程設計”課程教學探討

王俊驊

（同濟大學 交通運輸工程學院，上海 201804）

【教法研究】

面向卓越工程師的“道路規劃與幾何設計課程設計”課程教學探討

王俊驊

（同濟大學 交通運輸工程學院，上海 201804）

面向卓越工程師的培養要求，分析了交通工程專業的特點以及道路規劃與幾何設計課程在交通工程專業中的地位和作用。通過對道路規劃與幾何設計課程設計的知識構成和當前教學模式特點的分析，從內容體系、教學形式和考核方式等方面提出了面向交通工程專業的道路規劃與幾何設計課程設計教學思路。

道路規劃與幾何設計；課程設計；實踐教學；PBGS教學法

道路規劃與幾何設計課程設計是道路工程領域的專業特色課，本課程主要研究道路平面、縱斷面及橫斷面設計方法。通過本課程的教學與實踐，使學生具有公路與城市道路規劃與幾何設計的原理與實用方法。從而，具備獨立進行道路路線勘測設計的能力，為就業后的設計工作及科學研究打下基礎。設定道路規劃與幾何設計課程設計的教學目標和內容是制定教學計劃的先決問題。在設置有道路規劃與幾何設計課程的不同專業中，對具體的道路幾何設計方法要求掌握的側重點不同。有的側重理論分析能力，突出對道路幾何設計基礎汽車行駛理論的掌握；有的側重培養對規范的熟悉程度、軟件使用能力和制圖能力，突出對設計的熟練性掌握。因此在道路規劃與幾何設計課程設計的教學模式時，應該針對交通土建工程的不同專業分工，有針對性地進行設計。但目前道路規劃與幾何設計課程設計在各相關專業的教學中卻是比較相似，在教學內容、案例分析、課程實踐和考核方式等方面比較接近，都沒有系統考慮到不同專業分工的差異。“卓越工程師教育培養計劃”（簡稱“卓越計劃”）是貫徹落實《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）》和《國家中長期人才發展規劃綱要（2010—2020年）》的重大改革項目，是促進我國由工程教育大國邁向工程教育強國的重大舉措，旨在培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才，為國家走新型工業化發展道路、建設創新型國家和人才強國戰略服務。

因此，“卓越計劃”，提升教學質量，使道路規劃與幾何設計課程設計真正為交通土建專業的特色課程，兼顧交通工程和道路工程專業的培養目標與要求，探索不同的教學模式。

一、課程內容體系

1.“卓越計劃”的特點。根據教育部相關文件，“卓越計劃”的特色點為：一是行業企業深度參與培養過程；二是學校按通用標準和行業標準培養工程人才；三是強化培養學生的工程能力和創新能力。

而從交通工程專業的特性來看，“道路規劃與幾何設計”本身是主干課程，而道路規劃與幾何設計課程設計是要求學生對道路規劃與幾何設計教學內容的綜合運用，所以交通工程專業的學生不但需要掌握扎實的專業知識，更需要掌握計算機輔助設計軟件、熟悉道路設計規范的基本能力。

2.交通工程專業特點。交通工程專業屬于工程技術與管理技術交叉復合型工程領域。該領域的特點是強調系統觀念和工程意識，重視研究對象的統籌規劃、整體優化和綜合原理。因此，領域涉及的主要學科領域有數學、系統科學、工程技術、計算機科學等，綜合采用規劃手段、工程設計手段、管理手段來解決交通系統的問題。

從交通工程專業學生畢業后的就業情況看，大部分學生就業于道路設計、道路施工和監理工作，而道路規劃與幾何設計課程設計和這些實際工作是密切相關的，甚至是一致的。所以，實踐性是本課程的最大特點。故而，本課程應完全圍繞卓越計劃的特點進行課程內容的設置和教學形式的展開。

3.課程內容設置。由于道路規劃與幾何設計課程設計涉及的知識面廣，既包含基礎知識也包含計算繪圖知識，既要懂理論也要懂技術，而且很難通過教材將設計知識講得很透徹。本課程的主要教學內容分成三個部分：第一部分為公路的選線與定線，主要包括：道路的總體布局與方案比較、道路選線的要求與步驟、自然條件對公路路線的影響、平原區道路選線、山嶺區道路選線和丘陵區道路選線、道路紙上定線和道路實地定線；第二部分內容為計算機輔助設計軟件的使用，主要包括：文件的管理、數字地形模型的應用、平縱橫設計工具的使用；第三部分為：讓學生獨立完成一山區低等級公路的道路平面、縱斷面和橫斷面設計，達到實際道路建設工程中初步設計文件編制的要求。

二、教學形式

1.現狀分析。以往的道路規劃與幾何設計課程設計的教學形式主要為：讓學生獨立在一張1∶2000的紙制地形圖上進行一條山區公路的紙上定線和道路平、縱、橫設計，設計路線的長度約為1.5km～2.2km。所有計算和繪圖工作要求手工完成。期間，教師對主要設計方法進行講述，并對主要設計過程進行監督。通過多年教學，發現主要存在的問題為：（1）學生初次接觸設計問題，從原來的習題式作業變為了實際工程作業，非常不適應。（2）學生之間要么缺乏相互交流，要么交流過足直接抄襲。（3）手工繪圖工作量大，不利于反復修改提高設計經驗，并與實際工程設計方法脫節較大。

2.完善課程實踐形式。完善課程實踐的首要任務就是要形成多樣化的實踐教學形式。PBGS，即Project-based Group Study（基于項目的團隊學習模式），在西方國家屬于比較流行的教學方式，就是將學習內容與帶有復雜性與實用性的項目結合起來，以小組合作的方式讓學生互相幫忙解決項目中的各種問題，進而能夠了解和認識隱藏在問題背后的知識鏈，在學生的鍛煉過程中提高學生分析問題和獨立學習的能力。然而，PBGS在國內本科教學中往往會碰到這樣一個障礙，即工作最終落到組內一個優秀學生的工作，而且其他組員卻很少干活兒，反而起到了不好的教學效果。故而，必須結合本課程的特點對PBGS進行改進，本課程提出：PBGS（Project-based Group Study基于項目的團隊學習模式）的設計校對審核制度。選擇新疆G207國道實際工程作為設計背景，每3個學生組成一個項目組，每個學生單獨完成一個設計，其他兩位學生分別擔任這一項目的校對和審核工作。如此，不但保證了每個學生獨立完成了設計，還保證了團隊內的充分討論。進而，這與設計單位的實際設計工作的步驟也是一致的。根據道路幾何設計的特點，平縱橫設計的每一環節息息相關，如放坡方案不合理，直接導致導線方案不合理，也就不會有好的平縱橫方案。為保證學生設計工作的質量，教師必須對每個學生的設計方案的關鍵環節進行一一把關，這些關節主要為：放坡方案、導線方案、平面方案、縱斷面方案。道路規劃與幾何設計課程設計的理論教學環節主要是道路的選線和定線，一般為6～8個學時。讓學生理解：如何根據規劃路線，初步確定路線總體布局，擬定路線的基本走向，如何選定路線的有利地帶，決定路線分段布局，選定輪廓線位；如何按照選定的路線方案，在地面上確定道路中線的具體位置就是道路定線。在此期間，須引入大量的實際工程，讓學生討論每個設計方案的優缺點。以此，為后續的實際設計提供經驗和幫助。同時在課堂教學方面教授學生設計實踐時基本步驟，即對山區復雜路段及重要路線，可利用1∶500～1∶2000比例的地形圖先在紙上定線，最后實地現場布線。紙上定線時，先按路線平均縱坡擬定導向線（零點線），再擬定交角點及曲線半徑，具體布設路線。同時繪出導向線的縱坡線，比較研究最后確定路線方案。另外，目前計算機輔助設計軟件技術已經非常成熟，目前，國內常用的道路輔助設計軟件主要有緯地道路、路線大師、EICAD、海地等。緯地道路輔助設計系統（HintCAD）是路線與互通式立交設計的大型專業CAD軟件。該系統具有專業性強，與實際工程設計結合緊密、符合國人習慣、實用靈活等特點。系統使用ObjectARX及 Visual C++編 程 ， 支 持 AutoCAD R2000-R2012平臺WindowsXP-Windows8等操作系統，系統主要功能包括：公路路線設計、互通立交設計、三維數字地面模型應用、公路全三維建模（3DRoad）等適用于高速、一級、二、三四級公路主線、互通立交、城市道路及平交口的幾何設計。在學生設計實踐時，使學生在設計的過程中掌握軟件的使用也是非常重要的。

三、考核方式

當前道路規劃與幾何設計課程設計的考核方式與其他各類課程的考核方式幾乎類同。考核內容主要包括兩大方面：一是平時成績，主要包括考查學生課程出勤情況、課堂討論與案例分析的參與程度、作業完成情況等，依據課堂記錄和作業情況評定分數；二是最終設計成果的評定，主要是由授課教師對學生的設計文件進行評閱，主要包括：設計說明、平面圖、縱斷面圖、橫斷面圖及其他設計圖標等，以此判定學生對山區道路幾何設計的掌握情況。而在上述兩方面考核環節中，最終設計成果在學生總成績中的比重遠大于平時成績，不利于培養學生的設計能力。考核方式的改革主要是通過加強對平時教學環節的考核以完善課程的考核機制。平時成績的考核不能僅局限于學生的出勤和最終設計完成情況。最好能夠將案例教學及課程實踐結合起來，通過考查學生參與案例討論及課程實踐的表現，綜合評價學生的學習成績，同時還應適當提高平時成績在總成績中所占的比重。例如，可以將學生最終方案演講和討論的成績計入課程成績。總之，這些課程考核的改革措施不僅能夠激勵交通工程專業的學生積極參與課程實踐，而且有利于提升學生創新能力。

本文基于卓越工程師的培養目標與要求，從教學內容、教學形式和考核方式等方面入手，分析了道路規劃與幾何設計課程設計的教學現狀，并進一步探討適合交通工程專業和道路工程專業培養目標與道路規劃與幾何設計課程設計教學模式，以期為交通工程專業的實踐課程教學提供啟示與借鑒。

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1674-9324（2014）43-0171-03