大工程觀視野下的課程融合探索

陳先華 劉攀 黃曉明 程建川 高英

摘要：依托東南大學教學改革實踐，文章分析了交通基礎設施特點與行業發展需求，提出了大工程觀視野下的道路工程核心課程組構與課程融合的思路，并結合對道路材料與結構融合課程的分析，闡述了引入行業規范體系的途徑，為道路工程等領域卓越人才培養的教學改革提供參考。

關鍵詞：道路工程；大工程觀；課程融合；課程教學

中圖分類號：G642.0；U41 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2909（2018）03-0056-05

培養和造就滿足社會經濟發展需求的高水平工程師是高等工程教育界乃至全社會普遍關注的熱點問題。目前，中國經濟快速發展，產業結構亦處于關鍵轉型期，特別是“一帶一路”倡議的提出和實施，要求科技界、教育界及產業界進一步解放思想，推進人才培養模式的創新改革。

東南大學作為首批加入教育部卓越計劃的部屬重點高校，多年來一直積極探索創新型工程科技人才培養模式。東南大學交通學院是交通運輸工程卓越人才的培養重地，在融合國內外優質教學資源的基礎上，2007年創立“茅以升班”進行創新型人才培養，以點帶面開展先行先試。經過十多年的改革與實踐，逐漸形成了面向現代大型復雜工程的國際化創新型人才培養新模式，在全國交通運輸類人才培養改革中起到了引領和示范作用。通過創建優質教學資源平臺，整合基礎理論教學與工程實踐訓練，構建全方位能力結構培養體系，設置面向工程建設創新需求的實踐教學環節，系統解決了教學資源的獨特性與工程能力的融合性、課程體系的穩定性與能力結構的靈活性、交通建設的規范性與工程方案的創新性等問題。本文基于東南大學交通學院的教學改革實踐，提出了大工程觀視野下的道路工程核心課程組構與課程融合的思路，對推進道路工程卓越人才培養的教學改革具有積極作用。

一、大工程觀視野下的道路工程核心課程組構

（一）大工程觀概述

“大工程觀”由時任MIT 工學院院長的Joel Moses[1]提出，是針對美國工程教育過度“工程科學化”所掀起的“回歸工程教育”浪潮的延續。“大工程觀”的本質是將科學要素、技術要素以及非技術要素相融合，通過工程實踐，形成具有集成性、創新性、實踐性的工程教育理念。美國工程教育學會于1994 年提出工程教育不僅要教授工程理論基礎知識、經驗和開展實踐，還要提高這些內容的相關性、吸引力和關聯性[2]。21世紀初美國工程院發布《2020 年的工程師： 新世紀工程的愿景》和《培養2020 年的工程師： 為新世紀變革工程教育》[3-4]兩份報告，進一步強調美國高等工程教育改革思路：以設計為主線重構課程體系，回歸工程實踐，在實現途徑上可以工程問題為首要組織原則，將學科知識、問題解決、項目設計、實踐能力融入課程單元，形成多模塊化的課程結構[5-6]。

（二）交通基礎設施的發展特性與總體需求

交通運輸業作為國民經濟的基礎支柱產業，對經濟發展和社會進步具有重要的戰略意義。交通基礎設施主要為公眾出行及貨物流通提供安全、舒適、便捷的服務，包括公路、鐵道、橋梁、隧道、機場、港口、碼頭等，其形式多樣，服務環境與服務對象復雜多變，且設計、建造與運營過程中不可預見、不可控因素亦相對較多，是典型的復雜系統工程[7-10]。

國民經濟的快速發展與新型城鎮化建設為交通運輸相關學科的發展提供了新的機遇，而社會對可持續發展與生態和諧環境的需求，也使得可持續的交通基礎設施，及其與周圍環境的交互作用越來越受到重視[11-12]。此外，伴隨“一帶一路”建設的持續推進，以公路、高速鐵路等為代表的交通基礎設施行業正整體走出國門，穩步邁進國際市場。從大工程觀[1-6、13-14]的角度來看，工程師不僅要有扎實的工程知識，以及工程設計能力與工程實施能力，還應具備完整的工程項目生命周期（規劃、設計、建造、運營維護、后評價）的理念與法制意識，以及較強的價值判斷力、跨文化溝通能力與綜合協調能力。

（三）基于大工程觀的道路工程核心課程組構

現代交通基礎設施的發展對工程師綜合素質的要求更高也更全面。在大工程觀的理念中，培養學生的工程意識不僅僅是某一門或某一類課程的任務，而是貫穿于培養方案的整個課程體系之中，所有課程都可能也應當為培養學生的工程意識作出貢獻。因此需結合專業特點，以課程體系為載體，深化教學改革，為培養學生的工程實踐能力奠定知識、能力、素質等方面的堅實基礎，而這正是高等工程教育的核心與關鍵[9]。

運用大工程觀的思想，結合對交通基礎設施的特性分析，將交通基礎設施的服務需求與實現途徑轉換為如圖1所示的金字塔模型。結合交通基礎設施的行業發展需要，提出道路工程核心課程群的組構如圖2所示。與傳統的路基路面工程、道路勘測設計核心課程群的劃分方法相比，該課程群的組構注重完整的工程項目全周期（規劃、設計、建造、運營維護、后評價）與全壽命周期成本的理念，注重道路與周邊環境系統的協同作用，有利于專業人才大工程觀的培育。

二、道路工程材料與結構課程融合

（一）筑路材料與道路結構的關系分析

筑路材料是形成道路、橋梁等交通基礎設施的物質基礎。一方面，筑路材料的成型過程決定了其必然要綜合考慮環境條件、材料性質與所在結構層位的特點，而材料在結構中所處的層位等也決定了對材料的技術要求；另一方面，道路本體在實際工況下的使用效能則不僅取決于其成型過程，同時也與實際工作環境、荷載等密切相關（如圖3所示），這為道路工程材料與結構課程的融合提供了便利。

（二）道路工程材料與結構課程融合

所謂道路工程材料與結構課程融合，并非將傳統的路基路面工程與土木工程材料這兩門課程進行簡單合并，而是從大工程觀的人才培養角度，將傳統的路基路面工程與土木工程材料（或筑路材料）課程的內容，結合圖3所示的關系模型，按“結構功能分析、結構設計、材料設計、施工、使用性能預估及養護”的模塊化設計思路進行整合，以方便學生從宏觀上把握道路工程的特性與工程思維。具體融合原則包括：（1）結構性與功能性的統一；（2）結構設計與材料設計的有機融合；（3）設計與建筑技術的無縫結合；（4）道路系統與周圍環境的協調。

（三）道路工程材料與結構相關標準體系的引入

公路工程行業標準是公路工程領域的法律法規性文件，貫穿于公路工程建設與運營全過程。中國自1981年起正式建立公路工程行業標準體系，經過30多年的發展，目前已有較為健全、完善的公路工程行業標準體系。傳統課程設置中，相關行業標準分散于各課程教學，并未形成完整體系，這不利于學生對行業標準的整體把握。基于大工程觀的課程融合則為行業標準體系的引入提供了可能。以道路結構與材料核心課程群為例，基于對公路工程現行標準化體系的分析，可參照圖4所示方式在具體模塊設計與教學過程中，逐步引入相關行業標準體系。隨著“一帶一路”建設的推進，考慮到國際工程的實際狀況，在教學模塊中設置英美發達國家相關技術規范的比較分析模塊，供學生對比學習。

三、相關教學案例設計

在結構中講授材料，在材料學習中突出結構要求，是設計具體教學案例的基本點，這有利于培養學生養成系統思考的習慣。除傳統的實驗與實踐教學外，通過對實際工程/科研項目的分析解構，無形中實行“做中學”的理念，增強了教學的實踐性與生動性，受到學生的普遍歡迎。

以瀝青路面的抗車轍問題為例，首先通過視頻等手段突出車轍問題對交通安全的影響；然后引入車轍的概念，典型瀝青路面結構的車轍分布特性及其與應力狀況的關系；再過渡到瀝青混合料的組成結構和強度構成理論及其影響因素，以及相關材料、路面結構和工藝解決方案（如圖5所示）等。通過授課教師的組織與講授，將工程知識、工程思維、工程訓練、工程文化有機結合起來。

事實上，在東南大學道路與鐵道工程研究所的日常教學過程中，上述方法已循序漸進地滲透到核心課程模塊的教學中。從畢業設計、SRTP等環節所表現出的學生能力來看，這種方式對培養學生從多學科角度，運用多種知識、理論和方法分析與解決問題的工程能力具有積極作用。

四、結語

本文總結了東南大學道路工程核心課程教學改革實踐，提出了大工程觀視野下的道路工程核心課程組構與課程融合思路，給出了具體教學設計案例。東南大學多年的教學實踐表明，該方式對培養學生從整體工程角度分析與解決問題的工程能力有積極作用，可為道路工程卓越人才培養教學改革提供參考。

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