基于创新应用能力培养的《道路工程》课程案例教学模式及实践

刘维正　孙晓　杨伟超　李军

摘  要：针对《道路工程》课程融交通工程、路线、路基、路面相关内容于一体，知识点多、实践应用性强等特点，以工程案例为主线，以实践应用能力和创新能力培养为目标，构建“基本理论-案例分析-创新应用”一体化工程案例教学模式。通过聚焦问题、分析问题、解决问题和持续改进等环节的循序渐进，从以“用”导“学”，达到“学”以致“用”，激发学生的学习积极性，增强学生的沟通、团队协作、自主学习与实践创新能力，达到有效提升《道路工程》教学与专业人才培养质量的效果。

关键词：案例教学;道路工程;教学改革;创新意识;应用能力

中图分类号：G642         文献标志码：A         文章编号：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）、铁道工程、工程管理和工程力学等专业的一门重要课程。本课程旨在使学生理解道路工程基本概念、交通工程初步知识、道路工程几何设计基本方法、路基路面的设计理论、设计方法、施工方法、道路建筑材料、道路病害处治，具备从事道路工程设计、施工、养护、管理的基本知识和能力。近年来中国交通行业迅速发展，加上交通强国纲要的实施，对道路工程人才培养提出了新的更高要求。《道路工程》作为交通土建工程专业的主干课程，提高其教学质量和效果对我国道路交通的人才培养和事业发展具有重要意义。

《道路工程》课程内容主要由《交通工程》、《道路勘测设计》和《路基路面工程》三大部分组成，课程知识点多，涉及规范较多，同时与其他课程如《土木工程测量》、《土力学》、《土木工程材料》、《混凝土结构设计原理》、《施工组织设计与概预算》联系密切。该课程最大特点是具有很强的实践性，如何加强学生工程实践能力的培养，让学有余力的学生根据自己的兴趣爱好得到更好的学习锻炼的机会，将学生由“知识型”培养成“能力型”人才，成为各高校道路工程专业人才培养的目标[1-5]。

工科教学必须与工程实践紧密结合，典型工程案例是理论教学和工程实践相结合的良好媒介和载体。传统讲授式教学的优点在于强调学科知识的完备性和系统性，有助于学生全面系统地掌握理论知识，其不足之处在于忽视学生创新能力和实践能力的培养。创新始于问题、源于实践，杨叔子院士在《高等工程教育研究》上三次撰文强调“创新之根在于实践[6]。

目前《道路工程》教学学时紧张（32课时），全部为课堂教学，实践教学环节缺失。选择《道路工程》课程的同学，都来自非道路方向的专业，对道路的了解大多仅限于生活中的接触，缺少工程背景及观念，无法将理论知识和工程实际相结合。譬如道路选线设计是一项经验性和实践性极强的工作，教学过程中必须结合经典案例进行分析讲解，才能让学生更好地理解这些抽象的选线经验。但现有的案例教学通常采用二维的图纸来进行讲解。该方式对学生的空间分析能力提出了较高的要求，对于缺乏工程实践经验的学生来说，有时难于想象出线路与地形、地质及环境的空间关系，导致学生的主动性不高，对知识的理解也不够深入。

为此，本文从提高工科人才的实践动手和创新能力培养目标出发，分析《道路工程》课程案例教学策略，构建基于工程案例教学法的“基本理论-案例分析-创新应用”一体化教学模式，从以“用”导“学”，达到“学”以致“用”，提升《道路工程》课程教学质量。

一、道路工程案例教学模式

案例教学法通过现实中工程实例，让学生进入沉浸式教学，让学生自己作为案例中的主体，对案例进行分析研讨、比较优劣，与传统的以老师、书本、课堂为中心，学生被动接受的“灌输式”教学模式有巨大的差异，其更着眼于学生与老师之间、学生与学生之间彼此互动的学习，是一种开放式、互动式的新型教学模式。

《道路工程》是一门融合理论、技术及应用于一体的课程，理论学习中不能脱离具体的工程背景，加之课程内容繁多，很容易出现学习兴趣下降，主动性不足，中途放弃听课等等问题。所以针对课程中的重要知识点、概念和理论，让学生到实际工程中去自我认知，出去“走一走，看一看，摸一摸，问一问，想一想，辩一辩”，在教师的指导下增加自己的理解，是十分重要的。

基于上述，以工程案例为主线，结合实际问题和对象讲述基本原理、分析思路和技术方法，并将任务布置给学生，学生独立思考，并通过翻转课堂，集中讨论，以培养学生自主学习、团队协作和创新应用能力为核心，达到对工程设计材料参数取值、细部结构性能匹配、整体结构系统协调，以及施工组织设计的掌握，从而构建“基本理论-案例分析-创新应用”一体化教学模式，如图1所示。理论是基础，实践是关键，创新是目标，改变目前课堂教学“填鸭式”、实践教学“放鸭子”的现象。

二、工程案例教学实施策略

为达到案例教学的预期目的，需要平衡案例部分、理论部分、实践部分的比例关系，合理安排课堂时间。还要处理好案例的筛选、满足案例需要的教学场景的设计和学生创新意识的培养这三个问题。具体教学策略与实施方案如下：

（一）聚焦问题，任务驱动

选取合适恰当的工程案例是保障教学效果的前提。案例要求具有典型性、针对性、整体性和完整性，把需要进行讲解的基本概念、设计要点、计算方法、工艺原理以及规范要求融入到案例中，并提出案例中需要解决的问题和完成的任务，以使学生带着问题和任务进行积极主动学习，从思想上驱动学生吸收式获取知识。但需注意任务量大小和难易程度，循序渐进增加难度，以使学生持续保持学习热情。

以道路选线设计为例，案例实践教学实施方案如图2所示，首先建立三维可视化案例驱动教学平台（包括：经典案例库、三维可视化场景、公路选线设计平台）。借助该平台，教师对学生进行讲授，学生通过该平台形象直观的了解线路方案，理解选线知识，并在该平台上进行实践性定线，并由教师对学生的设计方案进行评价，让学生切身体会设计过程，深入掌握选线设计的精髓。学生随时反馈对该教学模式的建议，教师根据学生建议和学生考核成绩不断修正教学平台。

（二）分析问题，挖掘潜力

学生通过独立思考，结合已掌握的专业知识，寻求问题的解决方法。对于一些难点问题，可通过教师引导分析，给出解决问题的总体思路，然后小组讨论并查阅相关资料，充分发挥个人才智与集体智慧，找到解决问题的思路。在分析问题的过程中，既能对相关知识点进行了梳理，又能锻炼个人的逻辑思维能力，提升从不同角度看待问题的意识。

（三）解决問题，获取自信

提出问题的解决方案与形成个人或团队的观点后，制作简洁明了的汇报PPT，着重展示解决问题的思路以及方案的优缺点，然后教师对汇报的内容从方法的适用性、技术合理性和经济可行性进行点评和释疑，对方案构思的巧妙性和技术的先进性进行肯定，使学生有充分的成就感，提升利用自身知识解决工程实践问题的自信。

（四）深入理解，持续改进

对于同一项案例通常存在多种设计或解决方法，通过不同方法的对比，归纳总结出最适合的方案，并通过教师对知识体系的进一步梳理，使学生深入理解道路工程线路与路基路面的设计原理和一些力学性能指标的规范限值范围，同时对一些设计方法随着设备与技术的进步，提出进一步修正或改进的举措。

总体而言，通过聚焦问题、分析问题、解决问题和持续改进等环节的循序渐进，如图3所示，使学生通过熟悉道路工程典型案例，理清道路工程所涉及的路线、路基和路面的知识体系，掌握分析、解决和研究道路工程问题的基本方法，培养系统、科学和全面理解道路工程的能力，从以“用”导“学”，达到“学”以致“用”，以提高学生的学习兴趣和课堂的教学质量。

三、实施效果分析

采用案例教学的《道路工程》课程实施成功与否，关键在于教学采用的案例是否恰当、学生对于专业知识的掌握是否熟练。由于此种教学方法的教学主体在于学生自身，更应从学生取得的学习成果进行分析。

在学生尚未适用案例教学的模式时，课堂的互动效果仍然较差，部分学生也因对知识的掌握水平不够，对案例所呈现的零散、碎片化知识难以系统归纳总结，因而难以对案例教学这种模式产生浸入感。另外，也有部分学生在学习过程中没有在课下认真准备，不能形成自己的看法，因而在这种情况下，案例教学也未能达到理想效果。

一旦学生习惯了案例教学模式，案例教学模式则会发挥出较传统教学模式更好的效果：

（一）提高课堂专注度、参与度及学习积极性，学生的自主学习能力显著提升

对于学生而言，案例教学课堂中需要师生之间、学生与学生之间更多的互动，这样显著提高了学生对于授课内容的专注性，也提高了学生在课堂上的主动性和积极性。同时，由于案例教学需要课下的周密准备，对学生的课下自主学习能力提出了挑战，能够让学生在案例准备和自主学习中进一步地提高自身的动手动脑能力，学生的作业质量也得到了明显上升。

（二）提升学生的创新能力、沟通能力与团队合作能力

《道路工程》的教学中，一项道路工程的案例具有工程类型复杂、考虑因素众多、工程量庞大的特点，由于课程安排时间也较为紧凑，因此对于案例的分析通常采用分组的形式进行。在小组合作中，大家共同制定预期目标，对任务进行分工协作，提高了工作效率，并在小组讨论的过程中产生思想碰撞，发表自己的看法，接受他人的观点，产生创新的火花，进一步地完善案例的设计或分析，充分发挥团队精神的优势。

（三）提高教师课堂授课效率，充分发挥“引导者”作用

对于教师而言，提高了教师的授课效率，课堂教学中的信息量也较之前有了更大程度的提升，授课的重点性与针对性也有所增强。老师要充分发挥“引导者”角色的作用，掌握好课程的时间进度，在学生讨论阶段中进行必要的点拨与指导，尽可能地营造自由的讨论氛围。

同时，结合已开展案例教学的课堂情况，案例教学的模式相比传统教学模式，对学生整理归纳能力提出了相应的要求，学生水平不足的情况下，可先采用传统教学模式对理论知识部分进行系统学习和进一步巩固，在采用案例教学培养开放性和创新性思维。

四、结束语

以工程案例为主线，通过选取典型案例将教学大纲中的知识点进行串联，再通过聚焦问题、分析问题、解决问题和持续改进等环节的循序渐进，使学生理清道路工程中路线、路基和路面的知识体系，掌握分析、解决和研究道路工程问题的基本方法，培养系统工程思维与专业意识，增强了学生的学习兴趣和成就感，对学生的沟通、团队协作、自主学习与实践创新能力有较大提升作用，促进了师生互动，提高了课堂教学质量。

参考文献：

[1]沙爱民，蒋玮，马峰.道路工程专业发展趋势与教学改革思路[J].高等建筑教育，2016，25（6）：37-42.

[2]沈荣.基于卓越工程师职业素质与能力培养的《道路工程》课程教学改革与实践[J].宁波工程学院学报，2015，27（4）：109-112.

[3]张彩利，李宁利，马士宾.基于创新能力培养的道路工程专业实践教学改革[J].大学教育，2016，2：90-91.

[4]郝翠丽，郑成伍.“城市道路与交通”课程案例教学应用研究[J].兰州教育学院学报，2016，32（3）：84-86.

[5]张华平，苏欣，陈虹羽，等.项目任务驱动的案例教学改革研究与实践——以《房屋建筑学》课程为例[J].高教学刊，2019，8：139-141.

[6]杨叔子，吴昌林，张福润.再论创新之根在实践[J].高等工程教育研究，2002，4：3-8.