新工科背景下“交通土建信息化技術”課程建設初探

劉凱文，蘇 謙，楊榮山

（西南交通大學 土木工程學院，四川 成都 610031）

在新時代背景下，以互聯(lián)網(wǎng)、人工智能為代表的新技術，與傳統(tǒng)工科技術交叉融合，產(chǎn)生了許多革命性新技術，形成了對新工科全新的人才要求，現(xiàn)代化教育改革迎來了新的歷史階段。工科專業(yè)課程在教學目標的制定和授課過程中更加重視提升學生運用所學專業(yè)知識來解決實際的復雜工程問題。基于現(xiàn)代化信息技術快速發(fā)展的時代背景，在現(xiàn)代化教育改革過程中如何將現(xiàn)代化技術與教育進行全面深度的融合是需要首先考慮的重要問題。在新時代的要求下，工科專業(yè)課程的教學目標和培養(yǎng)目標應該是學生在掌握理論知識的同時，能夠?qū)⒄n堂上的知識要點靈活運用于實際復雜的工程問題，提高學生學習的自主能動性，提高學生的課堂參與度，從而進一步提高課堂效率，培養(yǎng)學生全方位的能力。

隨著數(shù)字化和網(wǎng)絡化進程的加快，網(wǎng)絡在線課程也隨之得到快速發(fā)展。相較于目前多數(shù)學校采取的傳統(tǒng)教學模式，線上互動教學更加符合新時代教學改革的背景，對于課堂質(zhì)量和教學效果起著顯著的提高作用。線上互動教學可以很好地彌補傳統(tǒng)課堂教育的局限，因此將兩者進行有機結(jié)合的混合式教學模式是目前教學較為理想的狀態(tài)，這種混合式的教育方式靈活整合兩種教學方式，充分結(jié)合兩者優(yōu)勢，有效提高課堂效率，使學生能將課堂所學知識進行靈活運用，提高自身的學習能力和科研創(chuàng)新能力。

一、課程基本情況

交通土建信息化是指利用計算機、通信、自動控制等信息處理技術對傳統(tǒng)交通土建技術手段及施工方式進行全方位的提升，促進交通土建技術及施工手段不斷完善，使其更加科學、合理。通過實現(xiàn)交通土建信息的在線與共享，以隨時隨地互動的方式提供交通土建信息支持和完整的問題解決方案，從而實現(xiàn)交通土建工程的高效率和高效益。根據(jù)交通土建工程發(fā)展的戰(zhàn)略目標，并鑒于國內(nèi)土木工程行業(yè)整體發(fā)展水平現(xiàn)狀，建設交通土建信息化是我國交通土建工程建設發(fā)展的現(xiàn)實需求，也是交通土建工程未來發(fā)展的戰(zhàn)略任務。

“交通土建信息化技術”課程正是在這樣的背景下應運而生的，目前作為我校面向全校所有專業(yè)的通識選修課。該課程主要包括交通土建BIM技術、交通土建信息傳感與智能交通及物聯(lián)網(wǎng)技術、交通土建云計算與大數(shù)據(jù)技術、交通隧道工程信息化技術、橋梁結(jié)構信息化技術、土工結(jié)構信息化技術及交通土建區(qū)域性防災與信息化技術，共七個模塊的內(nèi)容。通過講解以上內(nèi)容，使交通土建類內(nèi)容與現(xiàn)代信息技術進行交叉融合，使教學緊跟現(xiàn)代信息技術的發(fā)展步伐，滿足了行業(yè)需求；使學生把握交通土建工程信息化的發(fā)展動向，培養(yǎng)學生的智能化創(chuàng)新思維及采用信息化技術解決交通土建問題的能力。

二、課程基本設計理念

基于現(xiàn)代信息化技術的快速發(fā)展和本門課程提出的背景，在課程教學中采取線上課程資源和線下課堂教學有機結(jié)合的混合教學模式，改變傳統(tǒng)課堂以教師為主的情況，貫徹以學生為中心的新教育理念，充分發(fā)揮學生的積極主動性，增強學生的自主能動性，形成以學生為中心的教學模式。

（一）以學生為主體，發(fā)揮學生的主體能動性

在傳統(tǒng)的課堂教學中，主要以教師授課為主。知識傳授方式主要以教師對于理論知識的講解為主，教師單方面向?qū)W生傳遞知識。在這種傳統(tǒng)模式下，學生被動接收教師所傳遞的知識，容易出現(xiàn)學生對于知識的理解不夠，不能將其靈活地運用于實際操作的情況。而本課程按照混合式教學理念，結(jié)合本門課程交叉學科多、知識點拓展廣的特點，將線上線下資源進行充分整合，結(jié)合兩者的優(yōu)勢，彌補兩者的局限，將學生作為課堂教學主體，知識傳授方面由傳統(tǒng)的以教授為導向轉(zhuǎn)變?yōu)橐詥栴}為導向，學生學習模式方面由傳統(tǒng)的被動學習轉(zhuǎn)換為學生為主體的自主學習，實現(xiàn)課堂翻轉(zhuǎn)，充分發(fā)揮學生的自主能動性，形成教師為主導、學生為主體的教學模式。教師從學習內(nèi)容的傳遞者轉(zhuǎn)化為學習活動的引導者，學生在學習過程中對于問題的不斷探索和思考使其搭建了更好的知識體系，進一步理解和掌握課程內(nèi)容，能夠靈活地將其運用到實際復雜的工程問題中去。以第一個模塊交通土建BIM技術為例，課堂上重點講解BIM數(shù)據(jù)信息模型與信息集成技術的基本概念和原理，并針對目前常用的BIM軟件結(jié)合交通土建結(jié)構的應用進行簡介，然后將具體軟件基本操作訓練作為課后作業(yè)，激發(fā)學生的自主學習熱情，培養(yǎng)學生的主觀能動性，改變學習習慣，提高學生創(chuàng)造知識的意識和能力，不斷強化學生的創(chuàng)新科研能力，實現(xiàn)課堂翻轉(zhuǎn)，把課堂變活，將知識學活。

（二）整合線上線下資源，建設應用案例庫

2015年，教育部發(fā)布《關于加強高等學校在線開放課程建設應用與管理的意見》。在政策的激勵下，在線課程資源數(shù)量不斷增加。面對海量的在線課程資源，教師應根據(jù)實際的教學需求選擇合適的在線課程資源，將其與線下課堂教學相融合，使線上線下混合教學模式實現(xiàn)教學效益最大化。在本門課程中根據(jù)課程每個模塊中的線上拓展內(nèi)容案例，如云計算與大數(shù)據(jù)技術在交通土建中的應用案例，隧道工程施工監(jiān)測、運營檢測、全壽命期管理等方面的信息化技術應用案例，橋梁結(jié)構健康監(jiān)測傳感技術、無人機技術應用案例，土工結(jié)構信息傳感與參數(shù)識別技術、土工結(jié)構信息融合與健康性評價技術案例等，建立系統(tǒng)的應用案例學習庫，對線下教學形成有益的補充。通過應用案例的線上互動教學，改善線上線下融通的教學環(huán)境，強化學生將知識拓展到實際應用的思維能力，營造學校線上線下互動的教學氛圍。通過在線課程資源隨時隨地學習和回顧課程的知識重點和知識難點，搭建完善的知識網(wǎng)絡。同時，教師利用在線課程資源可以充分了解學生的學習程度和掌握程度，有利于達到師生之間良好的溝通交流。

（三）構建線上線下結(jié)合的教學完整閉環(huán)評價辦法

在教學實踐中構建了課前線上學習—課中重點講解互動—課后線上拓展—線上小測驗—線下大作業(yè)考核的有效銜接方式，使得課程質(zhì)量得以保證，形成一個完整的教學閉環(huán)評價，有利于更高效地實現(xiàn)教學目標。課前學生通過在線課程資源對課程中所學內(nèi)容進行提前了解和學習，對知識重點和知識難點提前進行把握。同時根據(jù)網(wǎng)絡學習平臺獲取學生學習情況的相關反饋，了解和關注不同類型學生之間所存在的差異化，以學生的差異化為基礎設定教學方案和教學目標，進一步促進教學設計的科學合理化，更加貼合學生的實際情況。在課中互動時，根據(jù)不同類型的學生，同時將學生已有的經(jīng)驗考慮在內(nèi)，將已有的知識和即將要學習的新知識進行聯(lián)系，構建知識體系，與學生進行互動，對于學生在自主學習過程中遇到的問題和難點進行重要詳細的講解。在課后對學生進行學習效果評價時，結(jié)合整個學習過程中學生的綜合表現(xiàn)，處理好課程的教學目標和學生的差異化需求之間的關系。通過課前、課中和課后的有效銜接，注重學生對知識的分析與應用，促使學生將知識轉(zhuǎn)化為實際能力，以此培養(yǎng)學生解決問題的相關技能，提升教學效果。通過教學期內(nèi)3次線上小測驗如針對區(qū)域性交通土建的基本概念、復雜土工結(jié)構物的特點、防災減災決策常用優(yōu)化方法對比等知識點，檢查學生的掌握情況，并通過某標段高速鐵路建造運維BIM建模的小組線下大作業(yè)的考核方式，最終評價學生對于本門課程的學習效果。

三、課程設計方案

（一）課前線上學習

本門課程根據(jù)學習內(nèi)容共分為八個章節(jié)，以每個章節(jié)作為單獨的學習單元，在進行每次授課之前，根據(jù)每個章節(jié)的學習內(nèi)容在混合式教學平臺上發(fā)布學習任務，引導學生對于課程內(nèi)容提前學習和了解。在課前學習的過程中教師注重以問題為導向引導學生進行學習，在學習的過程中帶著問題進行思考，以加深對于知識的理解和掌握度，通過問題導向激發(fā)學生對于重點和難點不斷進行思考和探索，學生通過發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的過程搭建和完善自身的知識體系。如云計算物聯(lián)網(wǎng)等章節(jié)，前期知識分散，在課前學習階段，利用在線資源等視頻，提高學生的學習興趣，通過問題導向激發(fā)學生運用自身的知識和技能不斷解決和探索學習過程中出現(xiàn)的新問題和新知識。在課前的學習中，教師要注意根據(jù)學習內(nèi)容和知識重難點提出相應的問題，讓學生帶著問題進行學習。

同時在課前學習的過程中輔以預習檢測，學生在規(guī)定時間內(nèi)完成檢測練習題，對課堂內(nèi)容進行簡要和初步的掌握。在線學習平臺對于學生的學習情況進行及時反饋，教師根據(jù)反饋內(nèi)容對學生的情況進行初步把握，據(jù)此調(diào)整教學設計方案和教學目標，使得教學設計更加貼合學生的實際情況，滿足不同學生之間存在的差異性，為接下來的教學任務奠定良好的基礎。

（二）課中重點講解互動

在課中，對于詳細的知識要點，教師不做過多的講解和傳授，更多地是通過學生自主、小組討論等形式和方法引導學生進行自主學習，使得學生學習的自主能動性得以進一步發(fā)揮，把課堂交給學生，引導學生利用現(xiàn)有的知識體系去解決實際的復雜的工程問題。

在課堂互動環(huán)節(jié)，深化師生之間的交流和互動，以問題為導向引導學生進行學習和思考，激發(fā)學生的求知欲，引導學生自主進行學習，發(fā)揮學生的主體能動性。如土工結(jié)構智能監(jiān)測章節(jié)，以具體某鐵路里程段內(nèi)的沉降過大，翻漿等病害問題為導向，串聯(lián)前期傳感器等知識點，引發(fā)學生分析相關監(jiān)測方案，改變傳統(tǒng)教師單一授課的模式，提高學生的學習效率，激發(fā)學生的學習能力，使學生對知識進行更好的掌握和靈活運用，能夠解決實際復雜的工程問題。

（三）課后鞏固環(huán)節(jié)

課后拓展部分依托微助教等在線教學平臺，圍繞課堂所學知識重點和知識難點進行，以完善學生知識體系和鞏固課堂所學知識為目的，課后通過在線學習平臺發(fā)布課程作業(yè)、組織小組合作討論等相關活動和任務，引導學生及時鞏固課堂所學知識并進行積極思考和探索。如本課程BIM建模部分及云計算大數(shù)據(jù)涉及的知識實操訓練要求高，將相關知識點與具體鐵路/公路路基工程、橋梁工程、隧道工程等具體工程背景相聯(lián)系，培養(yǎng)學生理論與實踐結(jié)合的能力。通過課后延伸，彌補課堂時間不足的局限，減輕教師的課堂壓力，重新構建師生關系和教學過程，以此充分發(fā)揮在線課程資源和線下課堂授課兩者的優(yōu)勢。對于BIM建模大作業(yè)采用課后討論、小組探討等多樣化學習形式激發(fā)學生的學習熱情，并通過小組內(nèi)部成員互評和各個小組對評等方式，對所學知識進行鞏固和復習，改造傳統(tǒng)教學，改變在傳統(tǒng)課程中教師講解部分過多學生處于被動學習的狀態(tài)，同時改變傳統(tǒng)課堂學生學習熱情較低，在課堂中不活躍等狀況，拓展教學空間與時間。

（四）課程考核評價及滿意度反饋

本門課程考核評價方式以調(diào)研報告、學習報告和課程大作業(yè)設計為主，通過多樣化的考核方式，對于學生的學習情況和知識掌握情況進行更加具體和全面的了解，以課程考核得到的反饋為基礎對教學設計進行相應的調(diào)整，促進教學方案設計更加合理化和科學化，同時將學生自身學習情況反饋給學生，讓學生及時了解自身情況，對于遺漏缺失的知識點及時補充，完善自身的知識體系。近兩次的選課學生反饋結(jié)果顯示，學生對于授課內(nèi)容的總體滿意度為90%左右，對于線上線下結(jié)合的授課方式及評價方式總體滿意度為95%左右。

線上線下相結(jié)合的混合式教學方式適應了當前“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的時代背景，本課程的授課對象專業(yè)跨度大，部分抽象的課程內(nèi)容涉及多學科融合，需要緊密結(jié)合交通土建工程實例。通過本課程的線上線下混合式教學初探，彌補了傳統(tǒng)課堂教學學時不足、學生參與性不強、課堂討論不充分等問題，利用在線資源拓展學生的知識體系，提高學生的學習能力和學習效率，同時改變傳統(tǒng)課堂以教師為中心的模式，使課堂主體轉(zhuǎn)化為學生，加強師生之間的互動，使其達到更好的教學效果。但需要注意目前在線教學資源豐富，如何選擇合適的在線資源，使其與課堂教學更好地融合，是混合式教學設計中一個十分重要的問題。同時混合式教學對于教師的專業(yè)能力和學生的自主性提出了更高的要求，因此應加強教師隊伍的培訓，增強現(xiàn)代化的專業(yè)技能和職業(yè)素養(yǎng)，同時加強對于學生的引導和鼓勵，提高學生學習的自主能動性，充分提高課堂效率。