基于創新應用能力培養的《道路工程》課程案例教學模式及實踐

劉維正　孫曉　楊偉超　李軍

摘? 要：針對《道路工程》課程融交通工程、路線、路基、路面相關內容于一體，知識點多、實踐應用性強等特點，以工程案例為主線，以實踐應用能力和創新能力培養為目標，構建“基本理論-案例分析-創新應用”一體化工程案例教學模式。通過聚焦問題、分析問題、解決問題和持續改進等環節的循序漸進，從以“用”導“學”，達到“學”以致“用”，激發學生的學習積極性，增強學生的溝通、團隊協作、自主學習與實踐創新能力，達到有效提升《道路工程》教學與專業人才培養質量的效果。

關鍵詞：案例教學;道路工程;教學改革;創新意識;應用能力

中圖分類號：G642? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2019）26-0036-04

Abstract： According to characteristics of the course "Road Engineering"， such as rich knowledge point， strong practical application and its combination of traffic engineering， road route， subgrade and pavement engineering， this paper takes engineering cases as the main line， the training of practical application ability and innovation ability as the goal， and the integrated engineering case teaching mode with "Basic theory - Case analysis - Innovative application" is established. By focusing on the problem， analyzing the problem， solving the problem and continuous improvement steps， from "using promoting studying" to "studying in order to using"， students' enthusiasm of study is stimulated， and their abilities of communication， teamwork， independent studying and practical innovation are enhanced. Therefore the quality of the course "Road Engineering" teaching and professional personnel training is effectively improved.

Keywords： case teaching; road engineering; teaching reform; innovative consciousness; application ability

《道路工程》課程是土木工程（非道路方向）、鐵道工程、工程管理和工程力學等專業的一門重要課程。本課程旨在使學生理解道路工程基本概念、交通工程初步知識、道路工程幾何設計基本方法、路基路面的設計理論、設計方法、施工方法、道路建筑材料、道路病害處治，具備從事道路工程設計、施工、養護、管理的基本知識和能力。近年來中國交通行業迅速發展，加上交通強國綱要的實施，對道路工程人才培養提出了新的更高要求。《道路工程》作為交通土建工程專業的主干課程，提高其教學質量和效果對我國道路交通的人才培養和事業發展具有重要意義。

《道路工程》課程內容主要由《交通工程》、《道路勘測設計》和《路基路面工程》三大部分組成，課程知識點多，涉及規范較多，同時與其他課程如《土木工程測量》、《土力學》、《土木工程材料》、《混凝土結構設計原理》、《施工組織設計與概預算》聯系密切。該課程最大特點是具有很強的實踐性，如何加強學生工程實踐能力的培養，讓學有余力的學生根據自己的興趣愛好得到更好的學習鍛煉的機會，將學生由“知識型”培養成“能力型”人才，成為各高校道路工程專業人才培養的目標[1-5]。

工科教學必須與工程實踐緊密結合，典型工程案例是理論教學和工程實踐相結合的良好媒介和載體。傳統講授式教學的優點在于強調學科知識的完備性和系統性，有助于學生全面系統地掌握理論知識，其不足之處在于忽視學生創新能力和實踐能力的培養。創新始于問題、源于實踐，楊叔子院士在《高等工程教育研究》上三次撰文強調“創新之根在于實踐[6]。

目前《道路工程》教學學時緊張（32課時），全部為課堂教學，實踐教學環節缺失。選擇《道路工程》課程的同學，都來自非道路方向的專業，對道路的了解大多僅限于生活中的接觸，缺少工程背景及觀念，無法將理論知識和工程實際相結合。譬如道路選線設計是一項經驗性和實踐性極強的工作，教學過程中必須結合經典案例進行分析講解，才能讓學生更好地理解這些抽象的選線經驗。但現有的案例教學通常采用二維的圖紙來進行講解。該方式對學生的空間分析能力提出了較高的要求，對于缺乏工程實踐經驗的學生來說，有時難于想象出線路與地形、地質及環境的空間關系，導致學生的主動性不高，對知識的理解也不夠深入。

為此，本文從提高工科人才的實踐動手和創新能力培養目標出發，分析《道路工程》課程案例教學策略，構建基于工程案例教學法的“基本理論-案例分析-創新應用”一體化教學模式，從以“用”導“學”，達到“學”以致“用”，提升《道路工程》課程教學質量。

一、道路工程案例教學模式

案例教學法通過現實中工程實例，讓學生進入沉浸式教學，讓學生自己作為案例中的主體，對案例進行分析研討、比較優劣，與傳統的以老師、書本、課堂為中心，學生被動接受的“灌輸式”教學模式有巨大的差異，其更著眼于學生與老師之間、學生與學生之間彼此互動的學習，是一種開放式、互動式的新型教學模式。

《道路工程》是一門融合理論、技術及應用于一體的課程，理論學習中不能脫離具體的工程背景，加之課程內容繁多，很容易出現學習興趣下降，主動性不足，中途放棄聽課等等問題。所以針對課程中的重要知識點、概念和理論，讓學生到實際工程中去自我認知，出去“走一走，看一看，摸一摸，問一問，想一想，辯一辯”，在教師的指導下增加自己的理解，是十分重要的。

基于上述，以工程案例為主線，結合實際問題和對象講述基本原理、分析思路和技術方法，并將任務布置給學生，學生獨立思考，并通過翻轉課堂，集中討論，以培養學生自主學習、團隊協作和創新應用能力為核心，達到對工程設計材料參數取值、細部結構性能匹配、整體結構系統協調，以及施工組織設計的掌握，從而構建“基本理論-案例分析-創新應用”一體化教學模式，如圖1所示。理論是基礎，實踐是關鍵，創新是目標，改變目前課堂教學“填鴨式”、實踐教學“放鴨子”的現象。

二、工程案例教學實施策略

為達到案例教學的預期目的，需要平衡案例部分、理論部分、實踐部分的比例關系，合理安排課堂時間。還要處理好案例的篩選、滿足案例需要的教學場景的設計和學生創新意識的培養這三個問題。具體教學策略與實施方案如下：

（一）聚焦問題，任務驅動

選取合適恰當的工程案例是保障教學效果的前提。案例要求具有典型性、針對性、整體性和完整性，把需要進行講解的基本概念、設計要點、計算方法、工藝原理以及規范要求融入到案例中，并提出案例中需要解決的問題和完成的任務，以使學生帶著問題和任務進行積極主動學習，從思想上驅動學生吸收式獲取知識。但需注意任務量大小和難易程度，循序漸進增加難度，以使學生持續保持學習熱情。

以道路選線設計為例，案例實踐教學實施方案如圖2所示，首先建立三維可視化案例驅動教學平臺（包括：經典案例庫、三維可視化場景、公路選線設計平臺）。借助該平臺，教師對學生進行講授，學生通過該平臺形象直觀的了解線路方案，理解選線知識，并在該平臺上進行實踐性定線，并由教師對學生的設計方案進行評價，讓學生切身體會設計過程，深入掌握選線設計的精髓。學生隨時反饋對該教學模式的建議，教師根據學生建議和學生考核成績不斷修正教學平臺。

（二）分析問題，挖掘潛力

學生通過獨立思考，結合已掌握的專業知識，尋求問題的解決方法。對于一些難點問題，可通過教師引導分析，給出解決問題的總體思路，然后小組討論并查閱相關資料，充分發揮個人才智與集體智慧，找到解決問題的思路。在分析問題的過程中，既能對相關知識點進行了梳理，又能鍛煉個人的邏輯思維能力，提升從不同角度看待問題的意識。

（三）解決問題，獲取自信

提出問題的解決方案與形成個人或團隊的觀點后，制作簡潔明了的匯報PPT，著重展示解決問題的思路以及方案的優缺點，然后教師對匯報的內容從方法的適用性、技術合理性和經濟可行性進行點評和釋疑，對方案構思的巧妙性和技術的先進性進行肯定，使學生有充分的成就感，提升利用自身知識解決工程實踐問題的自信。

（四）深入理解，持續改進

對于同一項案例通常存在多種設計或解決方法，通過不同方法的對比，歸納總結出最適合的方案，并通過教師對知識體系的進一步梳理，使學生深入理解道路工程線路與路基路面的設計原理和一些力學性能指標的規范限值范圍，同時對一些設計方法隨著設備與技術的進步，提出進一步修正或改進的舉措。

總體而言，通過聚焦問題、分析問題、解決問題和持續改進等環節的循序漸進，如圖3所示，使學生通過熟悉道路工程典型案例，理清道路工程所涉及的路線、路基和路面的知識體系，掌握分析、解決和研究道路工程問題的基本方法，培養系統、科學和全面理解道路工程的能力，從以“用”導“學”，達到“學”以致“用”，以提高學生的學習興趣和課堂的教學質量。

三、實施效果分析

采用案例教學的《道路工程》課程實施成功與否，關鍵在于教學采用的案例是否恰當、學生對于專業知識的掌握是否熟練。由于此種教學方法的教學主體在于學生自身，更應從學生取得的學習成果進行分析。

在學生尚未適用案例教學的模式時，課堂的互動效果仍然較差，部分學生也因對知識的掌握水平不夠，對案例所呈現的零散、碎片化知識難以系統歸納總結，因而難以對案例教學這種模式產生浸入感。另外，也有部分學生在學習過程中沒有在課下認真準備，不能形成自己的看法，因而在這種情況下，案例教學也未能達到理想效果。

一旦學生習慣了案例教學模式，案例教學模式則會發揮出較傳統教學模式更好的效果：

（一）提高課堂專注度、參與度及學習積極性，學生的自主學習能力顯著提升

對于學生而言，案例教學課堂中需要師生之間、學生與學生之間更多的互動，這樣顯著提高了學生對于授課內容的專注性，也提高了學生在課堂上的主動性和積極性。同時，由于案例教學需要課下的周密準備，對學生的課下自主學習能力提出了挑戰，能夠讓學生在案例準備和自主學習中進一步地提高自身的動手動腦能力，學生的作業質量也得到了明顯上升。

（二）提升學生的創新能力、溝通能力與團隊合作能力

《道路工程》的教學中，一項道路工程的案例具有工程類型復雜、考慮因素眾多、工程量龐大的特點，由于課程安排時間也較為緊湊，因此對于案例的分析通常采用分組的形式進行。在小組合作中，大家共同制定預期目標，對任務進行分工協作，提高了工作效率，并在小組討論的過程中產生思想碰撞，發表自己的看法，接受他人的觀點，產生創新的火花，進一步地完善案例的設計或分析，充分發揮團隊精神的優勢。

（三）提高教師課堂授課效率，充分發揮“引導者”作用

對于教師而言，提高了教師的授課效率，課堂教學中的信息量也較之前有了更大程度的提升，授課的重點性與針對性也有所增強。老師要充分發揮“引導者”角色的作用，掌握好課程的時間進度，在學生討論階段中進行必要的點撥與指導，盡可能地營造自由的討論氛圍。

同時，結合已開展案例教學的課堂情況，案例教學的模式相比傳統教學模式，對學生整理歸納能力提出了相應的要求，學生水平不足的情況下，可先采用傳統教學模式對理論知識部分進行系統學習和進一步鞏固，在采用案例教學培養開放性和創新性思維。

四、結束語

以工程案例為主線，通過選取典型案例將教學大綱中的知識點進行串聯，再通過聚焦問題、分析問題、解決問題和持續改進等環節的循序漸進，使學生理清道路工程中路線、路基和路面的知識體系，掌握分析、解決和研究道路工程問題的基本方法，培養系統工程思維與專業意識，增強了學生的學習興趣和成就感，對學生的溝通、團隊協作、自主學習與實踐創新能力有較大提升作用，促進了師生互動，提高了課堂教學質量。

參考文獻：

[1]沙愛民，蔣瑋，馬峰.道路工程專業發展趨勢與教學改革思路[J].高等建筑教育，2016，25（6）：37-42.

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[5]張華平，蘇欣，陳虹羽，等.項目任務驅動的案例教學改革研究與實踐——以《房屋建筑學》課程為例[J].高教學刊，2019，8：139-141.

[6]楊叔子，吳昌林，張福潤.再論創新之根在實踐[J].高等工程教育研究，2002，4：3-8.