基于CDIO理念的“路基路面工程”教学改革研究

刘 峰，董志贵

(辽宁科技学院 资源与土木工程学院，辽宁 本溪，117004)

0 前言

“路基路面工程”课程具有较强综合性、涉及多个学科知识点、知识覆盖面比较广等诸多特点。学生在学习“路基路面工程”课程前需要学习“土木工程材料”、“工程制图”、“土力学”、“道路勘测设计”等课程，同时“路基路面工程”课程不仅涉及国家及交通行业的法律法规、标准规范；同时还涉及水利与建筑相关领域的规范等知识，“路基路面工程”课程中设计较多专业概念、知识点较深、计算比较复杂、理论知识相对抽象等诸多因素导致学生掌握相关专业知识不牢固。传统教学模式以教为主，侧重于课程理论知识讲解，教学信息量不足；学生听课效果不佳，授课期间很少学生能够与老师进行有效互动，研究与探讨知识点学习心得，学生所学知识点很难将工程实践取得联系，大多数学生学习主动性较差，自觉性不高，同时随着施工技术不断更新，施工设计规范不能满足施工设计要求，教材更新速度较施工设计规范更慢，因此施工技术与教材存在严重脱节，按照教材内容授课，对于提高学生的业务水平及专业技能是有限的。针对施工单位需求调研、学生反馈表明，目前“填鸭式”课程教学模式已经不能满足社会发展需要，因此针对“路基路面工程”课程教学改革势在必行。

1 CDIO理念定义

CDIO为Conceiv(构想)、Design(设计)、Implement(实现)、Operate(运作)的缩写，CDIO是以产品研究开发到产品运行的整个生命周期为载体，保证学生以主动、实践方式学习工程基本理论、工程技术与工程经验。“CDIO理念”是当今国际工程教育中比较先进的教学理念[1]。在CDIO理念指导下进行教学内容重新规划并理顺，加快师资建设、完善教学设施，教学管理制度不断更新迭代，逐步提升教学质量，不断提高学生综合素养，加强学生将理论教学融入实践教学之中，培养高素质应用型人才。

2 “路基路面工程”课程教学过程中问题分析

2.1 “路基路面工程”课程内容设置问题分析

“路基路面工程”课程作为道路桥梁与渡河工程专业人才培养的必修课之一，在人才培养方案中通常设置在第六学期，而路基路面工程中所授相关课程内容是在第三、第四学期学完，如“土木工程材料”开设在第三学期，“土力学”开设在第四学期，因此相关课程时间间隔为1-2个学期。课程设置导致在“路基路面工程”授课过程中学生对有关知识点模糊，从而导致课堂教学难度很大。另外“路基路面工程”教学大纲中要求掌握的内容较多，包括路基路面工程设计与施工，涉及知识覆盖面比较广，而道路桥梁与渡河工程专业人才培养中“路基路面工程”总学时48学时使得教学时间紧迫，导致无法形成有效的教学体系。例如教学过程中涉及土的物理参数天然密度、干密度、饱和密度和有效密度，部分同学对于相关密度概念容易混淆记忆，很难理解。在“土木工程材料”中讲授沥青及沥青混合料内容较少，在工程实践中土的密度试验、沥青三大指标试验、沥青混合料稳定度和流值试验应用较广。在“路基路面工程”课程教学过程中，在学时一定情况下，工程实践讲授内容较多的同时相应会压缩理论教学学时[2]。

2.2 教学方式存在问题分析

教学方式采用线下和线上混合式教学模式，教师根据课程大纲要求，将了解、理解、掌握的知识点，按照教学学时分配，将教材中的知识点总结归纳传授给学生，通过思维导图形式形成一套完整的知识体系，学生却很难形成完整、良好的记忆，同时也很难将理论知识顺利应用于工程实践。这种教学模式是学生被动接受知识，授课教师很难及时掌握学生所接受的知识情况，在此种情况下授课教师很难控制教学进度、讲授重点难点内容，很难构建高效课堂，因此在CDIO理念下教学方式创新，充分利用多媒体、微课、慕课、教学视频、学习通等网络教学平台，采取多元化教学模式营造良好课堂氛围，通过课前复习、课中通过教学视频、微课等形式激发学生主动性和积极性，课后通过慕课、学习通等学习形式提高实效性[3]。

2.3 实践教学比重偏少

“路基路面工程”课程包括理论教学和实训教学，“路基路面工程”理论教学重点在于理论知识的考核，包括路基工程和路面工程的基本知识。实践能力培养不足，实践教学为一周的路基路面工程综合实训，主要为边坡稳定性设计与路基路面结构设计。

2.4 教师综合能力偏低

“路基路面工程”课程教学效果主要取决于授课教师的综合水平、教学态度及学生学习能力，“路基路面工程”实践教学教师虽然具备本行业职业资格证书的双师型，但缺少工程的实践经验，特别是边坡稳定性分析设计部分，虽然教师熟悉最新的工程施工规范和技术要求，但是针对不同问题很难应用于工程实践中，因此在指导学生“路基路面综合实训”过程中存在很多问题，如参数的取值、边界条件的选择等，最终导致学生实训结果不合理[4]。

3 CDIO理念下的路基路面工程教学改革策略分析

3.1 构建科学合理的课程教学知识体系

CDIO理念下的“路基路面工程”课程教学改革，从培养方案、教学大纲、教学内容、教学方式及教学评价方面重构“路基路面工程”课程教学知识体系。从目前的教学大纲及所用教材内容来说，部分理论知识点、施工技术应用与工程施工不符，导致理论教学知识体系与工程施工规范脱节，目前施工新工艺与施工规范脱节，为此在对“路基路面工程”教学改革时，授课教师要通过多渠道熟悉掌握路基路面工程最新施工工艺，对最新施工工艺涉及的理论知识点进行整理分析，授课时讲授某知识点的同时将最新施工技术采用微课、视频等形式融入教学中。不断增加实践教学内容及最新施工技术，因此在教学过程中根据教学大纲内容对所用教材内容进行删减，增加辅助教材包括全国注册建造师考试用书、全国注册监理考试用书，重建一个全新的路基路面工程课程教学知识体系[5]。

3.2 理论教学与实践教学

路基路面工程授课教师在编制教学大纲中妥善处理理论知识教学与工程实践教学关系，科学合理安排理论知识教学与工程实践教学课时、教学内容，在授课过程中严格按照教学大纲要求执行，因为路基路面工程施工周期长，但“路基路面工程”课程授课学时有限和教学学期不同，无法满足授课的每个知识点与工程实践教学同步进行，因此在开展工程实践教学时采用项目教学法，将路基路面工程划分为若干独立的项目并将独立的项目按照施工流程编制为一套完整施工工艺，满足讲授某一知识点的同时都能呈现出相应的施工视频，例如在讲授沥青路面施工中的目标配合比设计知识点时，教师可以结合土木工程材料课程中的沥青混合料配合比设计实验视频资料，结合改性沥青材料物理指标确定最佳沥青用量，根据沥青混合料规范规定的上下限值，对粒料进行筛分调配满足规范要求，对沥青混合料进行目标配合比设计。设计中促使学生不仅掌握了沥青的密度、稳定度和目标空隙率、沥青饱和度、粒料级配及级配调整，还促进学生专业综合素养的提升。

3.3 教学方法

3.3.1 案例教学法

教学过程中授课教师在传授基本知识的基础上，为保证学生将理论知识应用于工程实践中，提高学生创新能力的培养，需要将案例教学法贯穿于“路基路面工程”教学过程中，保证学生在项目教学法中主动研究路基路面工程新技术的应用及创新，利用所学基础知识解决工程实际问题。例如在进行黄土特殊路基施工知识点讲解时，教师可以引入朝阳-赤峰高速公路工程案例，朝赤高速中路基70%为黄土，由于黄土具有湿陷性的特点，为了保证黄土路基的稳定性，需要在施工过程中采用怎么样的处理方式？教师可以将教材中涉及的边坡稳定性分析、黏土特性等知识点进行整合应用到教学案例中，引导学生在黄土特殊路基施工中采用什么方法避免雨水进入路基范围内，最后由授课教师对学生设计成果进行创新评价，同时学生的设计成果在班级进行互相交流。

3.3.2 专题讲座

在讲授某一创新知识点时，授课教师要收集目前新技术的原理及应用情况开展专题知识讲座。将工程的新工艺、新材料讲授给学生，引领学生掌握该知识点的工程领域前沿技术。如近年来随着公路大量建设，公路投入使用一段时间需要进行维修与养护，通过引入国外先进技术，特别是德国生产的维特根WR2500对路基路面进行铣刨再生，改变了传统的养护工艺。因此要求教师对路面养护教学内容随着进行更新[6]。

3.3.3 自主研究学习

学生从被动学习转为主动学习，学生将动脑记忆和教师讲授的知识点相结合，通过多种渠道主动对该知识点进行延伸，此时授课教师的角度将从教转变为知识的引领者、合作者，指导学生通过头脑风暴等创新方法进行深度研究并完成创作，通过小组讨论，展示学生的研究成果，最终提出解决办法,经过自主研究学习，目前学生取得授权8项实用新型专利，4项发明专利，12项计算机软件著作权，获得挑战杯辽宁省大学生课外学术科技作品竞赛银奖2项，铜奖10项，挑战杯辽宁省大学生创业计划竞赛银奖1项，铜奖3项，互联网+辽宁省创新创业大赛铜奖6项。

3.4 运用先进教学软硬件

运用先进教学软硬件将课程中重点难点转变为视频或采用微课形式，使学生通过直观视频更容易接受重点难点，提高教学质量与效果，在路基边坡稳定性分析知识点时，学生更希望亲自设计某一具体工程项目的机会，在落实该教学活动时选择沈丹高铁多个路堤路堑分部工程满足学生学习需求。路基边坡稳定性分析教学完成后，组织学生根据沈丹高铁路堤路堑图纸进行实训课，在土木工程机房进行稳定性分析设计，熟练掌握CAD设计软件。同时开展课堂教学过程中灵活使用多媒体，图文并茂讲授设计流程，加深学生印象，提高教学效果[7]。

3.5 优化完善课程考核机制

基于“路基路面工程”课程特点优化考核机制，实时掌握学生学习动态，优化教学流程，提高教学效率与质量。首先将“路基路面工程”总成绩分为阶段考核、期末考核、平时成绩、创新成绩、思政成绩五部分，阶段考核占比30%，期末成绩占比40%，平时成绩占比10%、创新成绩占比15%、思政成绩占比5%；其中阶段考核三次，主要考核边坡稳定性分析占比10%，路基施工案例分析占比10%，路面施工案例分析占比10%；阶段考核特别注重学生的阶段学习效果，创新主要考查学生平时项目创新性及商业价值[8]。

4 结论

CDIO理念作为国际工程教育改革的最新成果，给工程教学改革带来新的指导思想和理论支持。本文以辽宁科技学院道路桥梁与渡河工程专业“路基路面工程”课程教学为例，首先介绍了CDIO理念定义，并分析了“路基路面工程”教学存在问题，针对教学存在问题提出基于CDIO理念的路基路面工程教学改革实践，积极探索教学改革路径，提高了路基路面工程课程教学效果。