試析高職公路橋梁專業信息課程的改革

摘要：介紹了路橋專業對于信息技術的需求，并對該專業學生學習信息技術的狀況進行了分析。提出了路橋專業信息處理能力的培養方案，并對信息課程與專業知識技能的融合進行了探索。

關鍵詞：路橋專業；信息；學習狀況；培養方案

美國國際教育技術協會曾經明確指出，處于信息社會的學習者必須成為能夠勝任的信息技術使用者以及信息的查詢者、分析者和評價者。因此，信息技術與專業課程的整合將是培養合格的公路橋梁建設者的重要途徑。

三年制高職（公）路橋（梁）專業的信息課程一般包括《計算機基礎應用》、《Basic語言》（Qb或者VB）和《AutoCAD》三門課程。《計算機基礎應用》課程使學生獲得計算機軟件的一般知識，具備初步的網絡、多媒體及辦公軟件的使用能力；《AutoCAD》課程使學生在學習《工程制圖》的基礎上，具備計算機繪制工程圖的能力；《Basic語言》屬于計算語言，用以培養學生的高效計算能力。隨著高職教育實驗實習課時的增多，信息課程的學習時間同其他課程一樣受到較大的擠壓。從近幾年用人單位對學生信息運用能力的反饋信息來看，學生的計算能力在下滑，繪圖能力沒有形成，不能很好地勝任工作。這些現象與信息時代的要求是不相稱的。因此，在學時縮短、實踐課程趨多的情況下，有效地提高學生的綜合信息處理能力，成為路橋專業教學的當務之急。

路橋專業對信息技術的需求

調查顯示，路橋專業學生的主要就業方向為施工、施工監理、材料試驗、設計等。盡管一個行業的不同分工對信息處理能力的要求略有不同，但一個行業對于信息能力的基本要求保持著一致性。除去文字、表格處理能力，單就計算能力和繪圖能力而言，諸如施工單位的施工放樣、監理單位的工程計量、材料試驗的試驗報告、設計單位的計算書等場合均會用到。完成以上任務需要的信息能力主要可以分解成使用辦公軟件能力、繪圖能力和計算能力等三個方面。

使用辦公軟件能力包括網絡運用能力、文字錄入能力、圖片及圖形插入、表格制作、表格計算、統計圖表插入、多媒體匯報課件制作等。流行軟件有Word、Excel、PowerPoint、Internet Explorer等。

繪圖能力隨著微型計算機軟硬件的迅猛發展，正式的文件及報告不能再用手工繪圖。與路橋有關的圖形繪制主要有插圖繪制、圖紙繪制以及立體效果圖繪制等。在眾多的繪圖軟件平臺中，之所以選擇AutoCAD是因為該軟件適合于路橋制圖，易于學習，是許多專業設計軟件的通用平臺。

計算能力快速準確地進行計算，實現計算內容的直觀性和易操作性，需要一種微機軟件計算工具替代傳統的計算器。目前，在國外利用微機計算軟件MathCAD代替編程語言并制作工程計算書已成為一種潮流。

路橋專業學生信息技術的學習狀況

目前，學生信息知識的學習問題突出表現在計算能力的培養方面。學生雖然學習了編程語言，但是經常還在使用計算器計算數據，這在微型計算機及軟件普及的今天是一種十分常見而又奇特的現象。非計算機類的高職學生群體學習編程語言并在有限的時間內培養其計算能力的做法是一種失敗的選擇。目前，對于非計算機專業人員進行計算機教育應當以應用為主體，應從學習應用軟件入手。

本專業的應用軟件可以分為商業軟件和通用軟件。商業軟件不但價格高，而且專業性強，適應面窄，更新換代速度快，有時不能與新規范同步，不宜過多涉及。通用軟件在易于學習的前提下，適應面寬，價格適中，是非計算機專業人員學習的較好選擇。比較適宜的通用計算軟件有MathCAD、MATLAB等。不過盡管MATLAB功能強大，它依然像一款編程軟件，需要較好的編程基礎，而且算式不直觀。經過對路橋專業各專業課（如《公路設計》、《橋梁工程》等）和專業基礎課（《測量》、《建材》、《橋涵水文》、《結構設計原理》等）計算任務的分析，筆者認為，從易學、適應性的角度來考慮，選擇MathCAD作為計算工具最為合適。

MathCAD是由MathSoft公司推出的一種交互式數值系統，目前已更新至14.0.0.163版本。該軟件定位于廣大教師、學生和工程人員，旨在為他們提供一個兼備文字處理、數學和圖形能力的集成工作環境，使他們方便地準備教案、完成作業和準備科學分析報告。MathCAD在數值計算、符號分析、文字處理、圖形能力的開發上，集各種功能為一體。在輸入一個數學公式、方程組（含微分及偏微分方程組）、矩陣之后，計算機能夠直接給出結果，而無須考慮中間的計算過程。該軟件的最大優點在于其計算公式以手寫的格式顯示，便于初學者使用。此外，該軟件還可以編制可讀性很強的程序，免去了使用者學習、編制及調試程序的煩惱，便于使用者把更多的精力放在專業問題本身，提高思維質量和解決問題的效率。

路橋專業信息處理能力培養方案

（一）課程規劃

鑒于學習時間縮短，信息課程需要做出必要的整合，以適應教學時間的安排。原來的三門課程《計算機基礎》、《計算機繪圖》、《編程》可合并成兩門《計算機基礎》、《計算機繪圖及計算》。其中《計算機基礎》課程安排在第一學年第一學期學習，《計算機繪圖及計算》課程（MathCAD）安排在第二學年第一學期。

（二）內容融合與能力培養方案

基本信息能力的培養《計算機基礎》課程基本保持原先的教學內容，在授課內容上加強與工程計算的聯系，例如Excel表格的計算，PowerPoint工程展示，利用電子郵件及QQ等通訊手段、科技信息網絡檢索；增加基礎課教師與專業課教師的交流，例如教材例題的編寫要緊密結合工程實際。

計算機繪圖能力的培養原來缺少適合路橋專業的AutoCAD教材，介紹路橋繪圖的內容少，與制圖教材的內容脫鉤；基本操作多，實踐少，與生產距離較遠。因此，筆者編寫了教材《公路CAD》（普通高等教育“十一五”國家級規劃教材，機械工業出版社，2007）。

計算能力的培養沒有與專業配套的MathCAD教材，因此，筆者結合路橋專業的需要和常見的計算編寫了《基于MathCAD的公路與橋梁專業計算》講義。

信息能力與專業知識的培養把《工程測量》、《道路建材》、《橋涵水文》、《結構設計原理》、《公路設計》、《橋梁工程》等專業課的部分作業有計劃地讓學生利用MathCAD和AutoCAD完成；選擇主干專業課《公路設計》和《橋梁工程》課程的設計作業系統地鍛煉學生的計算、繪圖能力及其他信息處理能力；在畢業設計過程中，要求學生的畢業設計成果及其展示完全電子化和多媒體化。

路橋專業信息能力與專業知識相融合

下面以路橋2005級1、2、3、4班（共240人，高中起點三年制大專路橋專業）《公路設計》的路線設計課程設計作業為例來介紹信息能力與專業知識的融合方法。

（一）任務與目標

完成3公里二級（或三級）越嶺線公路路線的設計，上交設計圖和設計說明書（含計算書），完成設計介紹的PPT。要求設計圖（AutoCAD）和計算書（Word）均采用電子版。

本次課程的設計需要重點培養的技能為平面線形數據計算復核能力、縱斷設計高計算復核能力、超高值計算能力、土石方計算復核能力、施工放樣坐標計算能力、設計圖繪制能力以及設計指標的運用能力。

（二）工作步驟及信息能力鍛煉的分解

工作步驟選線→平面設計→縱斷面設計→橫斷面設計→圖形繪制與資料整理→成果展示。

信息基礎支撐AutoCAD、MathCAD、Word、Excel、WinRAR、電子郵件、QQ。

各階段信息能力培養分解（1）選線。本次設計采用了電子地圖，以便于重復使用。教師把電子版地圖（掃描的或矢量化的1：2000地形圖）、設計任務書、輔導材料以電子郵件群形式發給學生；利用AutoCAD試坡放線確定路線導線，利用MathCAD估算平面線形的合理性，最終確定平面線位。（2）平面設計。曲線要素計算、線形調整、主點里程計算均采用MathCAD完成；直線、曲線及轉角表，逐樁坐標表，路線固定表，總里程及斷鏈樁號表，計算由MathCAD完成，結果用Excel完成；用AutoCAD完成路線平面設計圖、道路平面布置圖、紙上移線圖等的繪制。（3）縱斷面設計。拉坡、線形調整利用AutoCAD和MathCAD協作完成；設計高、填挖高計算用MathCAD完成；用AutoCAD繪制縱斷設計圖。（4）橫斷面設計。路基設計表的加寬、超高值計算用MathCAD完成；用AutoCAD完成戴帽、填挖面積計算。用Excel完成土石方計算表的表格計算。（5）圖形繪制與資料整理。用AutoCAD完善圖紙繪制，用Word、Excel、MathCAD完成設計說明書整理。（6）成果展示。成果展示利用PowerPoint制作，要求顯示電子掛圖，顯示技術經濟指標的統計表格、統計圖形等。

（三）重點問題說明

下面以路線設計中經常用到的已知切線長T，反推圓曲線半徑R為例介紹MathCAD計算過程。在程序中，長度單位為m（精度保留到mm），路線偏角采用rad（弧度）計算。

精確計算程序如下：

將反推結果與正算結果（已知R=200 得到T=88.498）進行比較可以看出，MathCAD計算法的精度很高。以前采用手工計算求解高次方程的迭代法不適合高職學生；而采用本文的MathCAD程序，只需要列出方程，用root函數即可求解。MathCAD的程序格式幾近手寫格式，容易理解，學生在實際計算時只要把原始數據進行更換就可以自動得到答案，很適合高職學生使用。

（四）實施情況總結

整個作業過程從布置到完成共用了三周時間，比往年節省了兩周時間。

來自學生的反饋經過局域網服務器提供的多媒體輔助材料的演示，教師通過QQ進行指導以及少量現場演示，90%的學生反映效果良好。由于計算效率比過去高，輔導及時（網上指導），學生的學習興趣普遍提高，學習積極性得以激發。

來自教師的反饋可以利用多種工具即時輔導，教學效率得到提高，勞動強度有所降低，學生完成作業的積極性提高了，同時節省了大量的復印費用。

利用的通訊工具E-mail（用來布置作業和提交作業）、QQ等（用來進行即時的遠程輔導）以及手機的使用，為教學初步建立了多媒體資源庫（作為各種重要專業信息技能的展示）。

研究成果道路教研室組織了課程作業比賽，學生用PPT講解自己的設計成果，為全系其他課程與信息課程的結合開拓了一條新路。

存在的不足掌握新信息知識的師資不足，軟硬件資源的需求較大，可供學生參考的多媒體資源有限，存在個別抄襲作業的現象。

總之，路橋專業信息課程的改革與整合是信息技術發展的要求，而引入MathCAD取代編程語言是非計算機專業學生學習的方向——讓學生使用軟件而不是編制軟件。對AutoCAD與MathCAD課程的整合，滿足了在課時縮減情況下高職的教學要求，信息課程與專業課程的教學融合為本專業學生專業信息能力的培養拓展了新的空間，提出的路橋專業信息課程新的設置模式對本專業的教學具有指導意義，編寫的教材和講義雖然有待完善，但不失參考價值。另外，筆者在東南大學成賢學院路橋專業本科及大專公路勘測設計課程設計教學中也引入了MathCAD提高學生的計算能力，并收到了良好的教學效果。

參考文獻：

[1]張郃生，趙殿英，張君緯.公路路基土最佳含水量的數解法[J].路基工程，2006，（3）.

[2]蔡鐵權，王麗華.現代教育技術教程（第二版）[M].北京：科學出版社，2005.

作者簡介：

張郃生（1967—），男，河北棗強人，河北交通職業技術學院土木系副教授，長期從事公路交通規劃、公路CAD科研、教學及生產工作，研究方向為交通規劃和基于GIS的交通影響分析。本課題負責人。

過秀成（1964—），男，浙江紹興人，博士，東南大學交通學院教授，博士生導師，長期從事公路交通規劃科研、教學及規劃設計工作。

李中秋（1960—），男，河北平山人，河北交通職業技術學院土木系教授，長期從事公路材料及土力學等科研、教學工作。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。