道橋專業“全真”工程現場實訓模式改革

李海軍 王國忠 屈冉 白建光

摘 ?要：在深化工程教育改革、建設工程教育強國的背景下，建設新工科、培養“卓越工程師”的任務越來越艱巨。然而目前傳統道路橋梁與渡河工程專業實踐教學的培養模式已不能適應新時代復合應用型人才的培養要求。故需將目前重理論、輕實踐的培養模式，改革轉變為理論與實踐并重、突出復合應用、強調工程能力的現代化培養模式。在此思想指導下提出了道橋專業“全真”工程現場實訓實踐教學模式改革。經過四年改革嘗試，不但有力地提升了道路橋梁與渡河工程專業學生的工程實踐能力，也增強了畢業生的就業競爭力，打開了畢業生的就業市場，同時也完成了道橋實習基地的基礎設施建設。

關鍵詞：“全真”工程現場實訓;實踐教學模塊化;理論與實踐教學耦合;虛擬仿真應用;典型案例庫建設

中圖分類號：G642 ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2022）02-0137-04

Abstract： Under the background of deepening reform of engineering education and building a powerful engineering education country， the task of building "new engineering subjects" and training "outstanding engineers" is becoming more and more arduous. However， the current training mode of practical teaching of traditional road bridge and river crossing engineering major cannot meet the training requirements of compound applied talents in the new era. Therefore， it is necessary to transform the current training mode of emphasizing theory and ignoring practice into a modern training mode that emphasizes both theory and practice， emphasizes compound application and engineering ability. Under the guidance of this idea， the teaching mode reform of "All True" engineering field training for theroad and bridge major is proposed. The reform includes： modular reform of practical teaching of "All True" engineering field; modular coupling reform of theory and practice teaching; reform of virtual simulation practice teaching; application reform of typical case model base. Four years' reform attempt not only effectively improves the engineering practice ability of students of road and bridge and river crossing engineering major， but also enhances the employment competitiveness of graduates， opens the employment market of graduates， and completesthe infrastructure construction of road and bridge practice base.

Keywords： "All True" engineering field training; modularization of practice teaching; coupling of theory and practice teaching; application of virtual simulation; construction of typical case base

改革開放以來，我國的公路建設事業迅猛發展，國家逐年增加固定基礎設施投資，交通基礎設施建設井噴式推進。在這個發展進程中，高科技、超大型、超難度、非傳統工程項目層出不窮，在規劃、設計與建設這些工程中，不斷出現理論、技術、材料、機械、精度等各方面的困難，這些困難給道橋工程師提出了新的挑戰，由此對道路橋梁與渡河工程專業人才培養提出了更高的改革要求，改革應朝著培養復合應用型和創新型人才的方向進行[1]。在此背景下，國內道橋行業對集能力、技術、素質為一體的道路與橋梁工程應用型人才的需求不斷走高，在會設計、精施工、懂管理的專業要求下，實踐教學則成為高等院校培養道路橋梁與渡河工程專業應用型人才的重要教學內容[2-5]。

眾所周知，道路橋梁專業與渡河工程專業是具有非常強的實踐性的專業，其中的基礎核心課或專業核心課均會包含實踐教學內容，然而目前我國高校此類專業普遍存在重理論輕實踐的弊病，對此很多本專業教育工作者和專家學者進行了積極的改革和探索，改革取得了較大的成效[6]。比如，重新優化理論課程體系與實踐教學體系，將理論課與實踐課模塊化、融合化、耦合化，讓理論與實踐無縫銜接，學以致用[7];建立校企合作機制，以高校與企業優勢互補、互利雙贏為原則進行教學團隊建設，讓企業工程師進課堂解決實踐教學上的不足，讓高校教師進企業，培養雙師型人才，同時利用高校科研資源解決企業工程難題[8];利用道路設計軟件、路面結構設計軟件、橋涵設計軟件、有限元軟件以及全方位虛擬仿真技術補充與強化道路橋梁與渡河工程實踐教學環節[9];吸收國外相關專業實踐教學先進經驗，加大實踐教學環節的學時與學分，讓實踐教學比重基本達到理論教學的水平或略有超出。

綜上所述，現階段道橋專業人才培養模式改革主要從課程體系模塊優化、青年教師能力培養、高校與企業合作、虛擬仿真技術、加大學時學分等方面改革加強實踐教學的環節，對于道路橋梁與渡河工程專業“全真”工程現場實訓的研究甚少，所以依然不能滿足道橋專業實踐教學需求和根本上解決道橋專業實踐教學中普遍存在的問題。“全真”工程現場實訓以內蒙古農業大學道路橋梁與渡河工程專業為改革背景，以海流圖實習基地基礎設施建設項目為驅動，探討建立道路橋梁與渡河工程專業“全真”工程現場實訓的教學模式。最終通過這種“全真”實訓項目驅動的改革方式，培養“厚基礎、寬口徑、強實踐、重創新”的道路橋梁與渡河工程專業復合型人才[10]。

一、道橋專業實踐教學目前存在的問題及不足

道路橋梁與渡河工程專業是應用型學科，實踐教學是整個教學體系的重要組成部分，是培養該專業學生工程能力和創新能力的關鍵環節，其主要包括認識實習、測量實習、工程地質實習、道路工程材料實驗、土質土力學實驗、路基路面課程設計、道路勘測設計、橋梁工程課程設計、施工組織與概預算課程設計、施工實踐訓練、認識實習、生產實習和畢業設計等[11]。那么，如何構建道橋專業實踐教學體系，培養具有工程能力和創新能力的道橋工程師，已成為大多數高校此類專業教學改革的重要課題。然而，在教學改革過程中發現，目前道橋專業實踐教學普遍面臨如下問題：

（一）實習安排困難、效果差

道橋工程項目本身具有典型的特點導致實習基地難以建立，頂崗實習難以安排，即使安排上頂崗實習也僅僅是短時間的參觀認識實習。其一，在時間、地點和項目內容等方面均存在不確定性、流動性，學校與施工企業之間長久有效的參觀認識實習很難實現;其二，由于施工企業從安全生產、施工工期和工程質量考量，均難以安排頂崗實習;其三，現階段土木類專業多以短時段、走馬觀花的參觀性實習為主，導致學生實踐動手能力差。盡管是這種短暫的參觀認識實習，施工企業也會出于安全考量不情愿接收，也得經過調動多方資源、不斷游說，個別施工企業才會在工程收尾時接受學生進場進行短暫的認識實習。

（二）實踐教學體系存在的問題

道橋專業現有的實踐教學體系不夠完善，存在諸多問題：一是，現有實踐教學體系忽視了道橋專業實踐教學體系的整體性、連續性、耦合性，課程間實踐教學活動沒有很好地融合;二是，對實習內容缺乏有機整合，實習內容割裂、碎片化，導致學生只知其一不知其二，不明白各門課程學習的目的所在、應用所在，同時容易產生學了現在的知識、而忘記了過去學的知識;三是，實踐環節一般安排在每門課程結束后相對集中的時間段進行，這與道橋工程項目連續且周期較長的特點相矛盾，在有限實習時間內，學生只能參與部分施工工序，實習達不到應有的效果。

（三）青年教師存在的問題

近年來，隨著地方高校招生規模不斷地擴大，青年教師占師資比重很大，這些青年教師大都畢業后就參加工作，從而缺乏實際工程經驗與經歷，不能滿足學生的動手能力、創新能力以及工程素質培養的需要。同時，道路橋梁與渡河工程專業為一個較艱苦的專業，具有工程經驗的小群體老教師的體力已不足以承擔工程現場實習的任務，而缺乏工程經驗與經歷的青年教師首當其沖地成為了道橋專業的排頭兵。所以青年教師的工程背景與實踐能力亟待提高。

二、道橋專業實踐教學“全真”工程現場模式改革舉措

內蒙古農業大學從2011年招收第一屆道路橋梁與渡河工程專業學生以來，到目前為止每一級大約有60人參加實踐教學，依托“海流圖”實訓基地，學院規劃了道路工程實訓基地、橋涵工程實訓基地、道路與橋涵虛擬仿真設計室、實訓基地實驗室、公路工程機械實訓基地等。為建設實訓基地，學院從2017年開始大量投入資金，以道橋專業學生與青年教師為主體，將設計單位、施工企業引入其中，共同進行生產實習，在生產實習完成的同時，完成對海流圖道橋專業各類實習基地的建設。這種項目驅動的“全真”實習模式即在設計單位與企業工程師指導下、青年教師組織領導下，學生自己勘測、自己設計、自己施工、自己實驗、自己監測檢驗，最終完成“海流圖”基地道路與橋涵從勘測、設計、施工、檢測的全過程實踐體驗。通過這種實習模式的改革既高質量地完成了以勘測-設計-施工-施工組織與概預算-質量檢測為主線的生產實習任務，又較為經濟地完成了實習基地的建設，同時設計單位與施工企業也能獲得一定經濟收益。對學生而言，既提高了學習主動性、目標性、興趣性、連貫性，又獲得了作為教學主體的成就感，加深了對理論知識的理解，培養了職業技能和工程素養;對青年教師而言，教師參加實體工程，既獲得了工程實踐鍛煉，又為雙師型教師培養打下了堅實的基礎;對設計單位與企業而言，既獲得了經濟收益，又為企業培養與選拔未來工程師做出了重要貢獻。具體改革舉措如下：

（一）“全真”工程現場實踐教學模塊化改革

將道路橋梁與渡河工程專業培養計劃中的專業基礎核心課與專業核心課中的實驗、檢測、設計與實習有機整合，形成完整實踐教學體系，采用“全真”工程現場模擬實踐教學模式，集中在某一個時間段按“全真”模擬工程的全實踐流程進行實習，即把原來各課程時間上分散的實驗、實習、設計統一在一個時間段，按工程實際流程進行統一實訓。這種實習模式實現了實習內容的有機統一，很好地解決了實習內容割裂、碎片化問題，達到了復合應用型新工科人才的培養目標，其實習流程見圖1。

（二）道橋專業實踐教學虛擬仿真改革應用

虛擬仿真實踐教學是一種模擬真實項目的實踐教學方式，具有不同于傳統教學方式的特點，它的最大優勢是利用虛擬仿真技術模擬實際單項工程或整體項目設計、施工、實驗、檢測全過程場景，讓操作者在動態、可視情境下進行道橋專業相關的模擬訓練，而且在設計工作的基礎上可以通過軟件平臺動態模擬施工全部過程，智能分析復雜施工過程的合理性，通過類比實現自動或人工優化施工方案[12]。

目前，學院已建設一個校級虛擬仿真教學中心，購置了道橋專業相關的單項構造物虛擬仿真項目31個，如樁基礎設計、橋墩設計、擴大基礎施工、樁基礎施工、墩臺施工、路基路面施工、鋼筋籠綁扎、常用公路工程機械使用等，價值72.9萬元。這些軟硬件配套設施的建設已初步為學生實現道路橋梁與渡河工程專業單項工程實訓的目標，目前道橋專業虛擬仿真實踐教學已實施三年，為“全真”工程現場模擬實訓環節做了鋪墊性工作。

（三）道橋專業實踐教學案例模型庫改革應用

以實踐應用為目標，以典型案例的具體的工程地質條件和工程概況為依據，抓住工程實例-方法分析-參數選取-計算分析-案例庫建設的主線，構建不同類型道路或橋梁工程上的典型構造物或整體工程案例，同時將案例設計成果通過虛擬仿真技術轉化為形象生動的可視模型、動態施工模型。在此基礎上將不同工程條件、不同結構的典型案例組成道橋專業實訓案例庫，進而在進行“全真”工程現場實訓環節時針對工程實際勘測情況進行選擇典型案例，然后將擬實訓的典型案例在虛擬仿真教學中心先進行虛擬仿真，在虛擬仿真的基礎上將典型案例應用于“全真”工程現場實訓，即為海流圖道橋專業實訓基地建設真正的道路與橋梁構造物。其流程見圖2。

截止目前，典型案例庫已建設三年，完成了一些典型案例，如空心板橋、各類型涵洞、水泥混凝土路面結構、瀝青路面結構、砂石路面、基坑工程、邊坡工程等案例，并且將典型案例用在了海流圖實訓基地。在設計、施工全過程，由企業工程師參與指導、青年教師管理、完全由學生動手建造完成了一個跨徑10米空心板橋、長5米波紋管涵、長5米箱涵、長5米混凝土圓管涵、50米水泥混凝土路面、50米普通瀝青路面、50米低等級材料路面。

（四）理論教學和實踐教學融合模式改革

將單一的教學活動劃分并組合成不同的以工程實踐應用為目標的主題式教學單位，即模塊化，每個模塊均對應著理論模塊與實踐模塊兩個部分，分別制訂各自的理論與實踐教學目標，有針對性地根據實際工程任務、流程設置模塊內課程與實訓，優化理論與實踐教學內容，明確課程與實訓的教學目標、教學內容、授課時數、授課形式及自學時間，各個教學模塊之間層層遞進、環環相扣。通過以工程應用為目標的模塊化教學體系改革，解決理論教學和實踐教學的銜接應用問題，從而實現理論教學和實踐教學的深度融合，實現理論教學服務于工程應用的目標。“全真”工程現場實訓具體開展流程見圖3。

三、已取得的相關改革成果

對“全真”工程現場模擬實踐教學項目實施四年來，成果豐碩：建設完成道路橋梁與渡河工程專業實習基地一個;建設完成校級虛擬仿真教學中心一個;簽署長期合作協議企業五家;參與受益的學生308人;受益的青年教師24人;直接促進畢業生就業210人。在取得成果的同時，也積累了一些經驗：

如“全真”工程實踐教學實習模塊整合模式，將道橋專業不同模塊課程的實習、實驗、設計有機整合，形成了勘測-設計-施工-檢測全過程時間上不間斷的完整實踐教學模式;校企合作模式，按課程和對應的實踐模塊全程聘請實踐經驗豐富的工程師與施工技術人員進行現場理論與技術指導，學生全程完成實習任務的模式;現實工程建設需求模式，即學生全程“真刀真槍”完成真實的、以營運為目的工程建設任務;虛擬仿真模式，即學生在進行工程實操前先進行工程虛擬仿真訓練，為接下來的工程實操做準備;典型案例庫模式，案例庫的建設為“全真”工程現場模擬實踐教學提供了工程選型保障，使“全真”實訓工程能按時、保質保量地完成。

四、結束語

在深化工程教育改革、建設工程教育強國的浪潮下，國家對新工科、“卓越工程師”創新型人才的全新培養形勢下，“突出復合應用、強調工程能力”的復合應用技術型人才的培養，以符合現代化建設發展的需求，那么作為工科專業的教育工作者更應該順應時代發展需求，在專業改革中占得先機，為專業課程的改革貢獻力量。實踐證明，“全真”工程現場模擬實踐教學的改革措施不但有力地提升了道路橋梁與渡河工程專業學生的工程實踐能力，也增強了畢業生的就業競爭力，打開了畢業生的就業新局面，同時也完成了道橋實習基地的基礎設施建設。

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