“道路檢測課程”實踐環節教學的反思與探索

胡國平 李 輝 張會遠 尹振羽 阮小雪

①河南城建學院土木與交通工程學院 ②河南城建學院國際教育學院

“新工科”教育理念對學生實踐能力的培養提出了更高的要求，道路檢測課程作為一門對學生實踐能力要求高的課程，目前存在學生實踐能力弱、學校開展實踐難的問題。針對此類問題，在調研分析問題產生原因的基礎上，通過優化課程實踐環節占比、建立道路檢測虛擬仿真試驗室和設立“3+1”工程醫師試點班，有效的夯實了道路檢測技術的基本知識，提高了學生的道路工程檢測實踐能力，提升了道路橋梁與渡河工程專業在相關企業的認可度，促進了對傳統道路實踐類課程教學方式的升級改造，實現了“學以致用、用以促學、學用相長”的學生能力培養目標。

“新工科”自2016年提出以來，教育部已經組織高校進行了多次深入探討，2017年2月以來先后形成了“天大行動”、“復旦共識”和“北京指南”三部曲，并發布了《關于開展新工科研究與實踐的通知》《關于推進新工科研究與實踐項目的通知》[1]。“新工科”建設在一定程度上代表著中國高等教育的未來，是高等教育領域應對科技變革、技術進步、社會未來發展需求的主動出擊[2-3]。

道路檢測課程主要包含目前在道路橋梁與渡河工程專業開設的針對道路工程質量檢測及評定的課程，例如，《道路工程檢測技術》《橋梁工程檢測與加固技術》《隧道工程檢測技術》等。該類課程的內容具有對技術設備依托性強，實操能力要求高的突出特點，在要求學生掌握扎實的基礎知識同時，更注重對先進儀器設備的操作和相關檢測規范的應用[4]。

1 “新工科”對道路檢測技術人才培養的要求

道路檢測工作是以儀器設備為依托，以規范為指引，以專業的技術開展的一項復雜工作，該工作的開展不僅要求學生掌握扎實的檢測技術基本原理，還需要對儀器設備的操作的實踐能力。在互聯網、大數據、云計算、人工智能、區塊鏈、虛擬現實、智能科學與技術等前沿科技大量應用的今天，工程檢測設備、數據采集分析手段也在不斷的與先進技術融合、發展、變化，這就要求該類課程的教學工作不僅要能講清楚基本原理，更要能培養學生動手能力和學科交叉融合的視野。“新工科”背景下的道路檢測類課程注重對學生實踐能力的培養，是對傳統教學方式的有效補充。

2 現階段道路檢測課程教學中存在的主要問題

道路檢測課程是道路橋梁與渡河工程專業學生的一門重要專業課，具有很強的實踐性，學生通過對該課程的學習，將掌握道路工程材料的性能和試驗檢測方法、路基及路面性能、橋梁工作性能的測試方法，讓學生對道路與橋梁工程的相關檢測項目和指標有一個較為全面的了解，掌握道路工程相關的試驗與檢測方法，為今后從事道路檢測或工程管理工作奠定基礎。但在目前的教學工作中仍存在“學生實踐能力弱”和“學校開展實踐難”的問題，具體表現如下所示。

（1）學生實踐能力弱。檢測試驗是該課程的核心內容，理論知識是開展檢測試驗的基礎，試驗實操是對理論知識的實踐與升華，二者缺一不可，僅開展照本宣科的理論教學顯然是難以達到工程一線需求的。但由于檢測的理論知識具有枯燥性，從教學反饋結果來看，部分本科生對理論知識的掌握并不理想，在走上工程一線的初期表現出“手低”“眼也低”的情況，一定程度上削弱了自身在工程相關單位的職業競爭力，也降低了相關單位對近年來本校道路橋梁與渡河工程專業畢業生的認可度。

（2）學校開展實踐難。實踐教學對于學生道路檢測能力的培養固然重要，但在學生數量眾多的今天，要達到每人都實操每一個試驗顯然也是難以實現的，這樣的現狀無論是對“新工科”理念的貫徹和“地方應用型本科高校”的建設都是極其不利的。

3 符合“新工科”理念的道路檢測課程教學模式構建

道路檢測課程設置的目的決定了培養出的學生必須同時具備扎實的理論功底和較強的實踐能力，要達到這個目標，必須解決前述的兩個問題。具體解決方案可以分為以下三個方面。

3.1 加大課程實踐環節的占比

學時是課程安排的基礎，要想增強學生的實踐能力，首先要有實踐時間的保證。現階段道路檢測技術的課程教材的主要內容主要包括兩大塊：一是檢測儀器工作的基本原理和檢測開展的目的；二是檢驗試驗的操作步驟和數據處理。

其中，檢測儀器的主要工作原理可分為物理原理和電磁原理等，理解儀器的工作原理固然重要，但是儀器畢竟屬于工具的一種，對于使用者而言，是沒有完全弄懂其原理的必要性的，只需學會其使用過程中必需的原理即可，就像司機的主要任務是開車而不是造車一樣。

另一方面，隨著我國工程檢測技術的不斷發展，關于道路工程檢測的規范也日趨完善，目前關于道路檢測的試驗基本上均有相關的規范對試驗的操作規程和數據處理方法進行詳細的規定。對于一個試驗的操作者來說，嚴格的按照規范開展試驗基本能夠達到相應的試驗目的，在理論課程的教學過程中只需對易錯點進行強調分析即可。對于部分無詳細操作規程的檢測試驗，要在理論教學的過程中進行詳細的講解。

綜合以上兩點可知，對于道路工程檢測類課程理論教學的學時可以進行適當的壓縮。例如，對于總學時為24學時的道路檢測課程，可以安排16個學時的理論課程，8個學時的實踐課程。

3.2 加快虛擬實驗室的構建

當對道路檢測課程的實踐環節占比調整后，則需進一步的解決教學實踐的實施問題。以河南城建學院的道路橋梁與渡河工程專業為例，本專業目前有3個行政班級，包含146人，在進行道路檢測課程學時調整后，均有實踐學習的需求。以道路檢測課程中的使用貝克曼梁法檢測路面的彎沉值試驗為例，3人一組，即使按行政班級分三批進行試驗，也同時需要11組標準卡車和彎沉儀器，在采用現實設備的情況下這顯然是難以實現的。

虛擬實驗室是一種基于Web技術、VR虛擬現實技術構建的開放式網絡化的虛擬實驗教學系統，是各種教學實驗室的數字化和虛擬化[5]。在虛擬實驗室中，學生既可以在虛擬實驗臺上動手操作，又可自主設計實驗。當一個試驗被虛擬化后，將可以擺脫硬件設備對試驗的限制，使每位學生在機房通過電腦開展相應的試驗，達到全員開展試驗的目的[6]。甚至，將虛擬實驗室設計為在線狀態時，通過設置一些權限，可以有效的和目前的線上課程相結合，使學生在家也可以開展相關的檢測試驗。同時，虛擬實驗室基本上具備一勞永逸的特性，在虛擬檢測試驗建設完成后，只需每隔一段時間根據規范對試驗過程開展一定的更新維護即可。通過加快虛擬實驗室的建設，基本上可以解決學校開展實踐難的問題。

3.3 深化校企合作，實現協同育人

學校所學的知識最終是應該應用于實踐中的，企業是實踐的最前沿，對于地方應用型本科高校，其培養的學生要緊跟企業需求，這就需要充分發揮企業在育人中的重要主體作用，讓企業由用人單位轉變為共同培養單位，由旁觀者變成參與者，最終成為受益者。

校企雙方在人才培養目標、培養方案、課程體系建設、實踐課程設計等方面進行深入的探討[7]。在學生的培養過程中，學校要為學生提供與實踐需求相匹配的理論課時和課程安排，并教授學生提供企業鍛煉所需的基本技能；企業要為學生提供長短期結合的實踐機會，使學生們可以按照理論學習的進度穿插或長期的進行實踐檢驗學習；最終，達到學以致用，用以促學，學用相長課程的培養目標[8]。

4 符合“新工科”理念的道路檢測課程教學模式實施

4.1 “虛”、“實”結合的檢測試驗實施過程

雖然虛擬試驗可以實現每個學生開展試驗，但僅僅開展虛擬試驗會難以在學生心中形成宏觀概念，故需與線下試驗相結合，做到相輔相承。具體做法為：①熟悉相關檢測試驗的目的，了解試驗儀器的工作原理，掌握規范要求的試驗檢測步驟，筑牢試驗檢測的理論功底；②發布相關試驗的實操視頻，搭配教師講解，熟悉檢測試驗的流程；③開展實際設備試驗：在每一個虛擬試驗開展之前，利用實驗室現有的設備做一次示范試驗，即可讓學生對試驗設備有一個直觀的認識，又可以熟悉試驗流程；④進行虛擬試驗：在熟悉試驗相關事項，掌握試驗流程的基礎上，進入機房利用電腦進行仿真模擬試驗，每個人完成試驗的具體操作。

通過以上四步，完成一個試驗的全部實踐過程。

4.2 基于過程控制的課程考核評價體系

在試驗的方式發生改變后，相應的考核評價體系也需按照環節進行相應的調整。在課程的過程考核中，以原有的筆試考核+試驗報告考核為基礎，增加口試與討論、虛擬試驗試驗過程考核的模塊。

其中，虛擬試驗過程的考核由計算機自動完成，虛擬試驗系統的工作原理如圖1所示。

圖1 虛擬試驗系統工作原理

具體操作方法如下：①試驗過程的考核：在進行虛擬試驗建模和開發的過程中，根據實操過程中的易錯點和難點，在虛擬試驗中設定一些錯誤的選項，當學生選擇錯誤選項時程序會做一定的記錄，然后要求選擇正確的選項，直至選擇到正確的選項開始下一步的工作；②試驗結果的考核：在試驗的實操過程中，當需要采集數據時，試驗系統會根據事先設定好的一定范圍內的隨機數顯示數據，學生需要記錄試驗數據并在試驗操作完成后進行數據處理，隨后填寫至該試驗的結果界面；③計算機系統根據試驗過程中產生的隨機數計算出相應的試驗結果，并與學生所填的結果進行比對，直接打分，實現試驗過程的自動化管理。

4.3 “工程醫師試點班”的課程實踐設置

“新工科”要求學生培養方案的制定要體現多樣化的人才培養模式，可以選擇現有的培養模式，也可以選擇分類培養的“3+1”模式，即在校內進行3年的理論知識學習和實驗技能訓練，在企業或真實工程環境中進行1年的創新意識和工程實踐能力培養。

采用“四聯五段式”的課程學習模式，注重道路檢測課程對應用能力的需求，構建一套“一二三四式”實踐教學與管理創新體系，即“一個導向、兩個平臺、三個系統、四種技能”，具體如下：①一個導向：以工程應用為導向；②兩個平臺：建設校內、校外兩個實踐教學平臺；③三個系統：“理論、實踐、素質”三個系統；④四種技能：基本技能、專業技能、綜合技能、職業技能。

基于以上的課程學習模式，使學生完整的實現由學生到檢測工程師的轉變。

4.4 融入式課程思政建設

檢測試驗是把關工程質量最關鍵的環節之一，是檢驗工程質量最直接的手段[9]。工程施工中難免會出現質量問題，而試驗檢測的目的就是為了發現不合格的位置和不合格的程度，進而對相關工程進行進一步的處理，所提交的試驗結果是與工程的安全緊密聯系的，決不允許弄虛作假，加強學生的工程道德和法律意識就顯得尤為重要。因此，在開展道路檢測類課程的教學時，要注重培養學生尊重數據、遵守法律的意識，灌輸工程質量終身負責制的理念，開展必要的警示教育，巧妙的將課程思政元素融入教學實踐中，扎實做好課堂思政教育，達到對學生價值觀的塑造及職業素質培養的目的。

5 結束語

“新工科”對學生實踐能力的培養提出了更高的要求，道路檢測課程作為一門實踐性極強的課程，具有強烈的實踐需求。本文在分析“新工科”對學生能力需求的基礎上，對道路檢測課程的教學全過程進行反思，總結分析了目前在此類課程教學中存在的不足，系統的提出了相應的解決方案和實施方略。提出通過優化實踐學時占比保證實踐環節的實施，依托現實和虛擬仿真試驗技術解決學生實踐能力弱、學校開展實踐環節難的問題，并結合工程檢測的特點融入課程思政教育，實現對“新工科生”的培養。