新工科背景下道路勘測設計實習類課程教學改革研究

賈興利　王磊　楊宏志

［摘 要］在國家大力發展以新工科要求進行人才培養的大背景下，傳統且固化的教學模式難以滿足卓越工程人才培養的需求。道路勘測設計中的路線設計實習作為道路橋梁與渡河工程專業的必修課程，同樣是本科生對道路勘測設計這門課程從理論認識到實踐凝練的重要鍛煉機會，其實習過程中的教學效果對學生未來的專業學習和職業發展有重要作用。文章根據新工科人才的培養要求，通過結合長安大學課程建設和教學改革的要求，以期創新傳統教學方式，在具體的教學內容和方法兩方面提出改革建議措施，從而提升路線設計實習中的教學質量，為培養高素質、高專業的公路設計人才提供幫助。

［關鍵詞］新工科；道路勘測設計；路線設計實習；課程改革

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2022）09-0030-04

引言

自2017年2月在復旦大學召開了以“新工科”為議題的綜合性高校工程教育發展戰略研討會后，國家教育部大力推進新工科建設，快速形成了“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”等項目共識，教育部高等教育司發布了《關于開展新工科研究與實踐的通知》，教育部辦公廳發布《關于推薦新工科研究與實踐項目的通知》，此類舉措均為全力探索引領全球工程教育并具有中國特色的教育模式，以期為高等教育強國建設提供強大助力。同年4月，在天津大學召開的新工科建設研討會中提到，培養和造就一大批專業多樣化、具有創新精神[1-4]和卓越科技能力的人才是目前急需解決的難題。國家產業的發展、國際業務的拓寬以及要想在本行業取得相應的話語權均需要強有力的人才基礎作為后備支撐。這既是人才培養的主要目標，又是國家繁榮昌盛發展的重要決策。

因此，在新工科的大環境下，以學生興趣為導向，通過創新教育模式、改革教學方法以及不斷完善教學過程中的考核方式，形成以學生為中心的新型工程教育方法，成為各個學科教育急需解決的重要問題。土木工程作為重要的基礎工程學科，探求其高素質人才培養模式是重要的熱點[5-8]，而路線設計實習作為土木工程專業的重要組成課程，其課程具有專業知識高度凝練的特點，并且與實際工程緊密貼合，講究從理論中認識并反饋于實踐。不同學者提出的觀點不同，例如有學者提出從教學內容上進行選擇并利用不同教學手段對道路勘測設計課程進行探索[9]，故基于新工科要求下傳統的課堂教學無法讓學生真正熟悉、掌握道路勘測設計中的具體細節和要領，更無法滿足卓越工程科技人才培養的需求。為此，本文以路線設計實習課程為例，以工程案例教學法[10]展開研究，并結合課堂教學將其付諸實踐。

一、實習地及課程簡介

該課程實習地位于長安大學太白山實習基地（太白山校區），該實習基地是國家“211工程”重點建設項目，是利用交通部專項資金建設的公路學科勘測教學實驗實習基地，坐落于陜西省寶雞市眉縣湯峪鎮，其緊鄰太白山國家森林公園，是專門為增強道路、橋梁與渡河工程專業和交通工程專業大學生專業素質、提高學生實際動手能力而投資建設的一個集測量和勘測于一體的集成化實習平臺。實習基地概況如圖1所示。

道路橋梁與渡河工程專業是長安大學公路學院的主干特色專業，路線設計實習是道路勘測設計這門課程的實踐教學環節，不僅能加深學生對理論知識的理解，而且能讓學生掌握實地道路工程設計內涵，學生能通過具體的實習來消化和吸收課堂知識。自公路學院該專業開設以來，路線設計實習課程為學生提供了進一步運用知識技能的舞臺和機會，其主要通過實地的踏勘、設計、測量獲得對路線設計最真實的理解和感受，讓學生通過內業設計到外業測量這一過程加深對道路勘測設計的理解和掌握。這不僅培養了學生的設計能力，而且讓學生初步掌握了實地放線測量的技能，為后續的學習和工作奠定了重要基礎。

該實習課程主要結合內業設計以及外業勘測兩大部分，其中內業設計主要是對該基地進行一條三級道路的選線工作，最終評選出優秀的設計方案作為外業放線測量項目；外業勘測主要是對設計方案進行具體位置的確定，包括道路中中線位置、橫斷面位置等。具體則是學生采用二階段施工設計的方法，先在室內根據已給定的道路等級、設計速度、設計技術指標等，通過結合數字地形圖和現場地形、地物等條件，利用緯地設計軟件定出路線的交點位置、確定曲線參數值，繼而完成路線的平面線形設計方案。隨后實地放線則是將圖紙上定好的路線方案敷設到實地地形上，再利用GPS得出敷設到地面上的中樁與邊樁位置，并測得路線的縱斷面高程數據和橫斷面地形數據。最后則是轉入內業進行詳細的施工圖設計，得出平面圖、縱斷面圖、橫斷面圖、直曲轉角表、逐樁坐標表、路基設計表、土石方計算表等一系列圖表。實習課程通過上述兩大部分實習內容來鍛煉學生的理論設計能力和實地測量技術能力。

二、主要改革措施

依據多年來的實習經驗可知，實習過程中的教學方式和具體軟件應用依舊存在問題。例如，堅持固有的設計方案對道路進行方案設計，可能導致無法充分發揮學生的設計想象力；學生未能提前熟悉相關測量軟件，實習基地無法滿足人人實際動手操作的需求，這同樣會對學生的實際動手能力造成影響。時代的發展和新工科背景下對學生的綜合素質要求越來越高，而道路勘測設計這門課程在教學過程中需要結合內業路線方案的理論設計和野外路線實地放線的方式來協同進行，因此更加注重理論與實踐相結合。針對該實習課程中存在的問題，為適應現代新工科教育建設與工程培養高素質人才的要求，有必要對路線設計實習的課程教學內容和教學手段進行適當改革。

（一）對測設儀器軟件提前熟練掌握的教學改革

隨著我國在大地測量領域的不斷發展和3S技術的不斷創新，測繪更加追求多方面融合，各類先進的測設儀器和軟件不斷投入使用。傳統的全站儀、水準儀、GPS雖都是要求學生掌握的基礎操作儀器，但要培養高素質、高水平的人才，只掌握上述測設儀器、軟件和其基本功能還遠遠不夠。在教學過程中可由教師先示范和講解新型測量儀器及其原理，讓學生能夠了解前沿的測量技術和相關軟件。例如GPS作為外業測量的關鍵儀器，能夠對其進行熟練和準確的操作是新工科背景下學生所必備的技能。因此，在利用GPS進行外業測量時，教師應對基站架設、測量項目設置、基準站設置以及后續的碎布測量等步驟進行詳細講解。

1.基站架設

首先，GPS基站架設作為外業測量的準備工作，其準確和有效的布置是保障儀器能夠進行有效測量的基礎，其架設原理和使用方法對學生理解GPS測量有著重要幫助。教師應向學生講解基站架設的關鍵點和重要性，包括基站架設環境的選擇。基站作為信號接收和發射的媒介，在架設過程中應選擇視野開闊且地勢較高的區域進行架設。當基站附近有高樓或者成片的密林時，會對信號形成干擾繼進而影響接收效果；當基站附近存在大面積水塘時，會形成多路徑效應從而弱化信號；當與高壓輸電線和信號塔距離過近時同樣會對信號造成干擾，因此在基站架設時應盡量避免這些不利位置，選擇有利位置。另外，在基站架設完畢后，在基站架設點可進行位置標定以防進行二次重復工作。

2.項目設置、基站設置

項目設置和基站設置部分屬于對儀器的參數設置過程，在教學過程可根據使用手冊對內容進行手動選取。學生需要將實習過程中設計的平面線形方案數據導入手部中，只有完成此項工作后才能進行后續工作。對于需要鍛煉學生動手能力、提高學生積極性的工作，教師可從旁協助和指導，這不僅能夠發揮學生的主觀能動性，而且能在學生遇到無法解決的問題時及時給予幫助，從而保證學生的問題能夠得到更好的反饋。

3.碎步測量及放樣

碎步測量可在手部中點擊打開，選擇前述準備過程中已經導入的項目設計文件，尤其是在測量過程中，教師應要求學生在保證測量精度滿足要求的情況下再進行下一步工作。通過實地測量和放樣得到道路具體的實地數據，從手部中導出測量數據后再進行內業設計調整修改。

對上述GPS的使用過程進行調整，不僅能夠提高教師自身的專業教學能力，而且可以讓學生更好地掌握前沿科技知識。另外，教師可以引導學生進行有目的的技能訓練，以此來提高對儀器和軟件的理解以及使用熟練度，這樣每位學生都能有更多的機會進行訓練，從而調動其學習的積極性。

（二）內業設計案例分析討論的教學改革

在傳統模式下的內業設計實習過程中，學生僅依靠課堂上教師教授的理論知識進行道路選線設計，對一些實際的設計方案并未深入了解，這種情況會導致學生對設計過程中的關鍵節點把握不準從而降低路線設計的質量。因此，在內業路線設計開始的時候可以先由教師做好設計案例的實際剖析。例如，針對平原、山地等不同的地形條件，分析影響路線方案選擇的主要因素；對滑坡、泥石流或者崩塌等不良地質的處理。通過從關鍵設計部分入手進行具體且詳細的講解，讓學生有更加直觀的認識和了解，從而提高學生的專業設計技術水平。

1.特殊區域平面線形選線案例討論

針對在地形地質特殊區域進行選線，教師可以通過多案例分析的手段進行講解，從而加深學生對選線過程需要把握的關鍵部分的理解。例如在設計實習過程遇到高填深挖的問題，采取哪種方式能更好地解決此類問題？可以引導學生主動思考并給出自己的解決方案，教師同樣可對這些方案進行分析和講解，從而選出最合適的解決方案。學生需要不斷思考和論證設計方案，考慮實際限制因素，甄選出最合適的方案以滿足設計的要求。

2.條件困難區域指標選取方式

在具體設計過程中會遇到地形條件困難區域，此時要滿足平面線形的整體設計就會對設計過程中指標的選取提出更高的要求。整體設計首先要符合設計指標的基本要求，同時要能達到路線設計的整體目標。在實習過程中會存在此種對設計指標進行嚴格選取的區域，因此教師可以對學生講授在遇到此類困難時可供解決的有效方案。例如在低等級道路中對同向曲線和反向曲線之間直線距離的要求，若嚴格按照規定要求在條件困難區域很難滿足，在這種條件下可減少直線長度，減少了的直線長度也需要利用其他措施進行彌補。在實際設計中可通過提前設置提示標志牌來進行有效預警和防護，從而減小因指標較低所帶來的影響。

此外，在方案比選階段可以延續采用學生設計并結合答辯的討論模式進行路線設計方案的討論和評選。主要方式則是由教師確定整個路線設計方案中的關鍵部分，并制訂相應的衡量標準來綜合評價學生的設計方案，以此精準直擊整套設計方案的核心。利用此類方式也能夠讓學生把握路線設計中需要綜合考慮的不同因素，不斷強化、豐富學生的實際設計經驗。最后，可以讓學生對自己的設計方案進行闡述，充分滿足學生對路線設計想象力的需求，教師則作為設計方案的引導者，對設計過程中存在的不合適之處及時提出建議和糾偏，這既保證了學生對路線設計的創新熱情，又能提高其對路線設計的理解。

（三）采用微視頻對典型外業放線區域進行線上的教學改革

微視頻作為傳播知識的重要手段之一，具有快速對某項知識點進行介紹和剖析的特點，能讓學生有效吸收核心知識。另外，利用此類短視頻的手段進行典型地形、地質條件下的路線方案選擇、幾何線形設計案例的講解，可以讓學生接受和吸收實地外業放線中需要關注的關鍵點。考慮到在外業過程中可能因地形陡峭會對學生人身安全產生影響，可利用制作微視頻的方法來提高學生對個人安全問題的重視程度。同時，利用微視頻的手段也符合時代對現代教育模式不斷創新融合的需求，能滿足新工科背景下提高學生素質的要求。基于此，教師通過結合微視頻的制作將自身的見解和想法融入典型區域的外業放線中，不斷激發學生的創新意識，以期通過這種方式不斷對專業知識進行剖析，從而在新工科背景下將學生培養成為高素質人才。

課程組基于上述改革措施同時結合路線設計實習的具體情況，構成如圖2所示的整體實習內容框架圖，期望通過此項完整系統的設計實習訓練提高學生的綜合素質，從而達到新工科背景下人才培養的要求。

三、結語

實地實踐是工程學科的顯著特色，路線設計實習更是道路橋梁與渡河工程專業的必修課程。路線設計實習是提升學生專業技術能力、培養學生專業情懷的有效途徑。實地實習有助于培養學生形成綜合性思維、不斷創新的意識和路線設計的工匠精神。為適應現代新工科教育建設與工程認證的要求，有必要對課程的教學內容和手段進行相應改革，力求改變傳統固化的教學方式，并增強具體實習教學過程中的科學性。文章提出，應讓學生提前充分了解相關測量儀器軟件，并結合實習過程中基于微視頻的典型案例解析，這樣能更好地培養學生專業技能的綜合性思維，提升學生的創新意識。

［ 參 考 文 獻 ］

[1] 胡軍，劉燕德，徐佳，等.基于新工科背景下的本科生科研創新能力培養舉措[J].當代教育實踐與教學研究，2020（3）：197，215.

[2］ 郁雯.新工科背景下土木工程專業人才創新能力培養策略的研究[J].才智，2020（10）：60.

[3］ 李淑嫻. 新工科背景下工程教育創新能力培養體系研究[D].武漢：武漢理工大學，2019.

[4］ 趙聰慧.新工科背景下產教融合育人模式研究[D].西安：西安電子科技大學，2019.

[5］ 李宏斌，宇云飛，孟志良.新工科背景下土木工程專業試驗課程教學改革：以土木工程材料課程試驗為例[J].河北農業大學學報（社會科學版），2020（5）：115-120.

[6］ 田俊，吳曉偉，鄭愚，等.新工科背景下土木工程專業（路橋方向）人才培養模式的改革與創新[J].工程經濟，2020（8）：74-77.

[7］ 李科.新工科背景下土木工程專業應用型人才培養模式的研究：以南陽師范學院為例[J].廣西教育學院學報，2020（3）：195-197.

[8］ 李強，李國芬，馬翔，等.新工科背景下道路勘測設計課程翻轉課堂教學模式的開展策略[J].教育教學論壇，2019（47）：201-202.

[9] 王展亮，張麗花.新工科背景下人才培養目標與社會機構需求的銜接：以土木工程專業為例[J].教育現代化，2019（A0）：21-22.

[10] 洪俊青，吳坤，袁小平，等.新工科背景下土木工程應用型人才培養體系的構建[J].建材與裝飾，2019（31）：151-152.

［責任編輯：陳 明］