基于CDIO理念的“路基路面工程”教學(xué)改革研究

劉 峰，董志貴

(遼寧科技學(xué)院 資源與土木工程學(xué)院，遼寧 本溪，117004)

0 前言

“路基路面工程”課程具有較強(qiáng)綜合性、涉及多個學(xué)科知識點、知識覆蓋面比較廣等諸多特點。學(xué)生在學(xué)習(xí)“路基路面工程”課程前需要學(xué)習(xí)“土木工程材料”、“工程制圖”、“土力學(xué)”、“道路勘測設(shè)計”等課程，同時“路基路面工程”課程不僅涉及國家及交通行業(yè)的法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范；同時還涉及水利與建筑相關(guān)領(lǐng)域的規(guī)范等知識，“路基路面工程”課程中設(shè)計較多專業(yè)概念、知識點較深、計算比較復(fù)雜、理論知識相對抽象等諸多因素導(dǎo)致學(xué)生掌握相關(guān)專業(yè)知識不牢固。傳統(tǒng)教學(xué)模式以教為主，側(cè)重于課程理論知識講解，教學(xué)信息量不足；學(xué)生聽課效果不佳，授課期間很少學(xué)生能夠與老師進(jìn)行有效互動，研究與探討知識點學(xué)習(xí)心得，學(xué)生所學(xué)知識點很難將工程實踐取得聯(lián)系，大多數(shù)學(xué)生學(xué)習(xí)主動性較差，自覺性不高，同時隨著施工技術(shù)不斷更新，施工設(shè)計規(guī)范不能滿足施工設(shè)計要求，教材更新速度較施工設(shè)計規(guī)范更慢，因此施工技術(shù)與教材存在嚴(yán)重脫節(jié)，按照教材內(nèi)容授課，對于提高學(xué)生的業(yè)務(wù)水平及專業(yè)技能是有限的。針對施工單位需求調(diào)研、學(xué)生反饋表明，目前“填鴨式”課程教學(xué)模式已經(jīng)不能滿足社會發(fā)展需要，因此針對“路基路面工程”課程教學(xué)改革勢在必行。

1 CDIO理念定義

CDIO為Conceiv(構(gòu)想)、Design(設(shè)計)、Implement(實現(xiàn))、Operate(運(yùn)作)的縮寫，CDIO是以產(chǎn)品研究開發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的整個生命周期為載體，保證學(xué)生以主動、實踐方式學(xué)習(xí)工程基本理論、工程技術(shù)與工程經(jīng)驗?！癈DIO理念”是當(dāng)今國際工程教育中比較先進(jìn)的教學(xué)理念[1]。在CDIO理念指導(dǎo)下進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容重新規(guī)劃并理順，加快師資建設(shè)、完善教學(xué)設(shè)施，教學(xué)管理制度不斷更新迭代，逐步提升教學(xué)質(zhì)量，不斷提高學(xué)生綜合素養(yǎng)，加強(qiáng)學(xué)生將理論教學(xué)融入實踐教學(xué)之中，培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才。

2 “路基路面工程”課程教學(xué)過程中問題分析

2.1 “路基路面工程”課程內(nèi)容設(shè)置問題分析

“路基路面工程”課程作為道路橋梁與渡河工程專業(yè)人才培養(yǎng)的必修課之一，在人才培養(yǎng)方案中通常設(shè)置在第六學(xué)期，而路基路面工程中所授相關(guān)課程內(nèi)容是在第三、第四學(xué)期學(xué)完，如“土木工程材料”開設(shè)在第三學(xué)期，“土力學(xué)”開設(shè)在第四學(xué)期，因此相關(guān)課程時間間隔為1-2個學(xué)期。課程設(shè)置導(dǎo)致在“路基路面工程”授課過程中學(xué)生對有關(guān)知識點模糊，從而導(dǎo)致課堂教學(xué)難度很大。另外“路基路面工程”教學(xué)大綱中要求掌握的內(nèi)容較多，包括路基路面工程設(shè)計與施工，涉及知識覆蓋面比較廣，而道路橋梁與渡河工程專業(yè)人才培養(yǎng)中“路基路面工程”總學(xué)時48學(xué)時使得教學(xué)時間緊迫，導(dǎo)致無法形成有效的教學(xué)體系。例如教學(xué)過程中涉及土的物理參數(shù)天然密度、干密度、飽和密度和有效密度，部分同學(xué)對于相關(guān)密度概念容易混淆記憶，很難理解。在“土木工程材料”中講授瀝青及瀝青混合料內(nèi)容較少，在工程實踐中土的密度試驗、瀝青三大指標(biāo)試驗、瀝青混合料穩(wěn)定度和流值試驗應(yīng)用較廣。在“路基路面工程”課程教學(xué)過程中，在學(xué)時一定情況下，工程實踐講授內(nèi)容較多的同時相應(yīng)會壓縮理論教學(xué)學(xué)時[2]。

2.2 教學(xué)方式存在問題分析

教學(xué)方式采用線下和線上混合式教學(xué)模式，教師根據(jù)課程大綱要求，將了解、理解、掌握的知識點，按照教學(xué)學(xué)時分配，將教材中的知識點總結(jié)歸納傳授給學(xué)生，通過思維導(dǎo)圖形式形成一套完整的知識體系，學(xué)生卻很難形成完整、良好的記憶，同時也很難將理論知識順利應(yīng)用于工程實踐。這種教學(xué)模式是學(xué)生被動接受知識，授課教師很難及時掌握學(xué)生所接受的知識情況，在此種情況下授課教師很難控制教學(xué)進(jìn)度、講授重點難點內(nèi)容，很難構(gòu)建高效課堂，因此在CDIO理念下教學(xué)方式創(chuàng)新，充分利用多媒體、微課、慕課、教學(xué)視頻、學(xué)習(xí)通等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，采取多元化教學(xué)模式營造良好課堂氛圍，通過課前復(fù)習(xí)、課中通過教學(xué)視頻、微課等形式激發(fā)學(xué)生主動性和積極性，課后通過慕課、學(xué)習(xí)通等學(xué)習(xí)形式提高實效性[3]。

2.3 實踐教學(xué)比重偏少

“路基路面工程”課程包括理論教學(xué)和實訓(xùn)教學(xué)，“路基路面工程”理論教學(xué)重點在于理論知識的考核，包括路基工程和路面工程的基本知識。實踐能力培養(yǎng)不足，實踐教學(xué)為一周的路基路面工程綜合實訓(xùn)，主要為邊坡穩(wěn)定性設(shè)計與路基路面結(jié)構(gòu)設(shè)計。

2.4 教師綜合能力偏低

“路基路面工程”課程教學(xué)效果主要取決于授課教師的綜合水平、教學(xué)態(tài)度及學(xué)生學(xué)習(xí)能力，“路基路面工程”實踐教學(xué)教師雖然具備本行業(yè)職業(yè)資格證書的雙師型，但缺少工程的實踐經(jīng)驗，特別是邊坡穩(wěn)定性分析設(shè)計部分，雖然教師熟悉最新的工程施工規(guī)范和技術(shù)要求，但是針對不同問題很難應(yīng)用于工程實踐中，因此在指導(dǎo)學(xué)生“路基路面綜合實訓(xùn)”過程中存在很多問題，如參數(shù)的取值、邊界條件的選擇等，最終導(dǎo)致學(xué)生實訓(xùn)結(jié)果不合理[4]。

3 CDIO理念下的路基路面工程教學(xué)改革策略分析

3.1 構(gòu)建科學(xué)合理的課程教學(xué)知識體系

CDIO理念下的“路基路面工程”課程教學(xué)改革，從培養(yǎng)方案、教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式及教學(xué)評價方面重構(gòu)“路基路面工程”課程教學(xué)知識體系。從目前的教學(xué)大綱及所用教材內(nèi)容來說，部分理論知識點、施工技術(shù)應(yīng)用與工程施工不符，導(dǎo)致理論教學(xué)知識體系與工程施工規(guī)范脫節(jié)，目前施工新工藝與施工規(guī)范脫節(jié)，為此在對“路基路面工程”教學(xué)改革時，授課教師要通過多渠道熟悉掌握路基路面工程最新施工工藝，對最新施工工藝涉及的理論知識點進(jìn)行整理分析，授課時講授某知識點的同時將最新施工技術(shù)采用微課、視頻等形式融入教學(xué)中。不斷增加實踐教學(xué)內(nèi)容及最新施工技術(shù)，因此在教學(xué)過程中根據(jù)教學(xué)大綱內(nèi)容對所用教材內(nèi)容進(jìn)行刪減，增加輔助教材包括全國注冊建造師考試用書、全國注冊監(jiān)理考試用書，重建一個全新的路基路面工程課程教學(xué)知識體系[5]。

3.2 理論教學(xué)與實踐教學(xué)

路基路面工程授課教師在編制教學(xué)大綱中妥善處理理論知識教學(xué)與工程實踐教學(xué)關(guān)系，科學(xué)合理安排理論知識教學(xué)與工程實踐教學(xué)課時、教學(xué)內(nèi)容，在授課過程中嚴(yán)格按照教學(xué)大綱要求執(zhí)行，因為路基路面工程施工周期長，但“路基路面工程”課程授課學(xué)時有限和教學(xué)學(xué)期不同，無法滿足授課的每個知識點與工程實踐教學(xué)同步進(jìn)行，因此在開展工程實踐教學(xué)時采用項目教學(xué)法，將路基路面工程劃分為若干獨(dú)立的項目并將獨(dú)立的項目按照施工流程編制為一套完整施工工藝，滿足講授某一知識點的同時都能呈現(xiàn)出相應(yīng)的施工視頻，例如在講授瀝青路面施工中的目標(biāo)配合比設(shè)計知識點時，教師可以結(jié)合土木工程材料課程中的瀝青混合料配合比設(shè)計實驗視頻資料，結(jié)合改性瀝青材料物理指標(biāo)確定最佳瀝青用量，根據(jù)瀝青混合料規(guī)范規(guī)定的上下限值，對粒料進(jìn)行篩分調(diào)配滿足規(guī)范要求，對瀝青混合料進(jìn)行目標(biāo)配合比設(shè)計。設(shè)計中促使學(xué)生不僅掌握了瀝青的密度、穩(wěn)定度和目標(biāo)空隙率、瀝青飽和度、粒料級配及級配調(diào)整，還促進(jìn)學(xué)生專業(yè)綜合素養(yǎng)的提升。

3.3 教學(xué)方法

3.3.1 案例教學(xué)法

教學(xué)過程中授課教師在傳授基本知識的基礎(chǔ)上，為保證學(xué)生將理論知識應(yīng)用于工程實踐中，提高學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，需要將案例教學(xué)法貫穿于“路基路面工程”教學(xué)過程中，保證學(xué)生在項目教學(xué)法中主動研究路基路面工程新技術(shù)的應(yīng)用及創(chuàng)新，利用所學(xué)基礎(chǔ)知識解決工程實際問題。例如在進(jìn)行黃土特殊路基施工知識點講解時，教師可以引入朝陽-赤峰高速公路工程案例，朝赤高速中路基70%為黃土，由于黃土具有濕陷性的特點，為了保證黃土路基的穩(wěn)定性，需要在施工過程中采用怎么樣的處理方式？教師可以將教材中涉及的邊坡穩(wěn)定性分析、黏土特性等知識點進(jìn)行整合應(yīng)用到教學(xué)案例中，引導(dǎo)學(xué)生在黃土特殊路基施工中采用什么方法避免雨水進(jìn)入路基范圍內(nèi)，最后由授課教師對學(xué)生設(shè)計成果進(jìn)行創(chuàng)新評價，同時學(xué)生的設(shè)計成果在班級進(jìn)行互相交流。

3.3.2 專題講座

在講授某一創(chuàng)新知識點時，授課教師要收集目前新技術(shù)的原理及應(yīng)用情況開展專題知識講座。將工程的新工藝、新材料講授給學(xué)生，引領(lǐng)學(xué)生掌握該知識點的工程領(lǐng)域前沿技術(shù)。如近年來隨著公路大量建設(shè)，公路投入使用一段時間需要進(jìn)行維修與養(yǎng)護(hù)，通過引入國外先進(jìn)技術(shù)，特別是德國生產(chǎn)的維特根WR2500對路基路面進(jìn)行銑刨再生，改變了傳統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)工藝。因此要求教師對路面養(yǎng)護(hù)教學(xué)內(nèi)容隨著進(jìn)行更新[6]。

3.3.3 自主研究學(xué)習(xí)

學(xué)生從被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)為主動學(xué)習(xí)，學(xué)生將動腦記憶和教師講授的知識點相結(jié)合，通過多種渠道主動對該知識點進(jìn)行延伸，此時授課教師的角度將從教轉(zhuǎn)變?yōu)橹R的引領(lǐng)者、合作者，指導(dǎo)學(xué)生通過頭腦風(fēng)暴等創(chuàng)新方法進(jìn)行深度研究并完成創(chuàng)作，通過小組討論，展示學(xué)生的研究成果，最終提出解決辦法,經(jīng)過自主研究學(xué)習(xí)，目前學(xué)生取得授權(quán)8項實用新型專利，4項發(fā)明專利，12項計算機(jī)軟件著作權(quán)，獲得挑戰(zhàn)杯遼寧省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽銀獎2項，銅獎10項，挑戰(zhàn)杯遼寧省大學(xué)生創(chuàng)業(yè)計劃競賽銀獎1項，銅獎3項，互聯(lián)網(wǎng)+遼寧省創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽銅獎6項。

3.4 運(yùn)用先進(jìn)教學(xué)軟硬件

運(yùn)用先進(jìn)教學(xué)軟硬件將課程中重點難點轉(zhuǎn)變?yōu)橐曨l或采用微課形式，使學(xué)生通過直觀視頻更容易接受重點難點，提高教學(xué)質(zhì)量與效果，在路基邊坡穩(wěn)定性分析知識點時，學(xué)生更希望親自設(shè)計某一具體工程項目的機(jī)會，在落實該教學(xué)活動時選擇沈丹高鐵多個路堤路塹分部工程滿足學(xué)生學(xué)習(xí)需求。路基邊坡穩(wěn)定性分析教學(xué)完成后，組織學(xué)生根據(jù)沈丹高鐵路堤路塹圖紙進(jìn)行實訓(xùn)課，在土木工程機(jī)房進(jìn)行穩(wěn)定性分析設(shè)計，熟練掌握CAD設(shè)計軟件。同時開展課堂教學(xué)過程中靈活使用多媒體，圖文并茂講授設(shè)計流程，加深學(xué)生印象，提高教學(xué)效果[7]。

3.5 優(yōu)化完善課程考核機(jī)制

基于“路基路面工程”課程特點優(yōu)化考核機(jī)制，實時掌握學(xué)生學(xué)習(xí)動態(tài)，優(yōu)化教學(xué)流程，提高教學(xué)效率與質(zhì)量。首先將“路基路面工程”總成績分為階段考核、期末考核、平時成績、創(chuàng)新成績、思政成績五部分，階段考核占比30%，期末成績占比40%，平時成績占比10%、創(chuàng)新成績占比15%、思政成績占比5%；其中階段考核三次，主要考核邊坡穩(wěn)定性分析占比10%，路基施工案例分析占比10%，路面施工案例分析占比10%；階段考核特別注重學(xué)生的階段學(xué)習(xí)效果，創(chuàng)新主要考查學(xué)生平時項目創(chuàng)新性及商業(yè)價值[8]。

4 結(jié)論

CDIO理念作為國際工程教育改革的最新成果，給工程教學(xué)改革帶來新的指導(dǎo)思想和理論支持。本文以遼寧科技學(xué)院道路橋梁與渡河工程專業(yè)“路基路面工程”課程教學(xué)為例，首先介紹了CDIO理念定義，并分析了“路基路面工程”教學(xué)存在問題，針對教學(xué)存在問題提出基于CDIO理念的路基路面工程教學(xué)改革實踐，積極探索教學(xué)改革路徑，提高了路基路面工程課程教學(xué)效果。