“道路检测课程”实践环节教学的反思与探索

胡国平 李 辉 张会远 尹振羽 阮小雪

①河南城建学院土木与交通工程学院 ②河南城建学院国际教育学院

“新工科”教育理念对学生实践能力的培养提出了更高的要求，道路检测课程作为一门对学生实践能力要求高的课程，目前存在学生实践能力弱、学校开展实践难的问题。针对此类问题，在调研分析问题产生原因的基础上，通过优化课程实践环节占比、建立道路检测虚拟仿真试验室和设立“3+1”工程医师试点班，有效的夯实了道路检测技术的基本知识，提高了学生的道路工程检测实践能力，提升了道路桥梁与渡河工程专业在相关企业的认可度，促进了对传统道路实践类课程教学方式的升级改造，实现了“学以致用、用以促学、学用相长”的学生能力培养目标。

“新工科”自2016年提出以来，教育部已经组织高校进行了多次深入探讨，2017年2月以来先后形成了“天大行动”、“复旦共识”和“北京指南”三部曲，并发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》《关于推进新工科研究与实践项目的通知》[1]。“新工科”建设在一定程度上代表着中国高等教育的未来，是高等教育领域应对科技变革、技术进步、社会未来发展需求的主动出击[2-3]。

道路检测课程主要包含目前在道路桥梁与渡河工程专业开设的针对道路工程质量检测及评定的课程，例如，《道路工程检测技术》《桥梁工程检测与加固技术》《隧道工程检测技术》等。该类课程的内容具有对技术设备依托性强，实操能力要求高的突出特点，在要求学生掌握扎实的基础知识同时，更注重对先进仪器设备的操作和相关检测规范的应用[4]。

1 “新工科”对道路检测技术人才培养的要求

道路检测工作是以仪器设备为依托，以规范为指引，以专业的技术开展的一项复杂工作，该工作的开展不仅要求学生掌握扎实的检测技术基本原理，还需要对仪器设备的操作的实践能力。在互联网、大数据、云计算、人工智能、区块链、虚拟现实、智能科学与技术等前沿科技大量应用的今天，工程检测设备、数据采集分析手段也在不断的与先进技术融合、发展、变化，这就要求该类课程的教学工作不仅要能讲清楚基本原理，更要能培养学生动手能力和学科交叉融合的视野。“新工科”背景下的道路检测类课程注重对学生实践能力的培养，是对传统教学方式的有效补充。

2 现阶段道路检测课程教学中存在的主要问题

道路检测课程是道路桥梁与渡河工程专业学生的一门重要专业课，具有很强的实践性，学生通过对该课程的学习，将掌握道路工程材料的性能和试验检测方法、路基及路面性能、桥梁工作性能的测试方法，让学生对道路与桥梁工程的相关检测项目和指标有一个较为全面的了解，掌握道路工程相关的试验与检测方法，为今后从事道路检测或工程管理工作奠定基础。但在目前的教学工作中仍存在“学生实践能力弱”和“学校开展实践难”的问题，具体表现如下所示。

（1）学生实践能力弱。检测试验是该课程的核心内容，理论知识是开展检测试验的基础，试验实操是对理论知识的实践与升华，二者缺一不可，仅开展照本宣科的理论教学显然是难以达到工程一线需求的。但由于检测的理论知识具有枯燥性，从教学反馈结果来看，部分本科生对理论知识的掌握并不理想，在走上工程一线的初期表现出“手低”“眼也低”的情况，一定程度上削弱了自身在工程相关单位的职业竞争力，也降低了相关单位对近年来本校道路桥梁与渡河工程专业毕业生的认可度。

（2）学校开展实践难。实践教学对于学生道路检测能力的培养固然重要，但在学生数量众多的今天，要达到每人都实操每一个试验显然也是难以实现的，这样的现状无论是对“新工科”理念的贯彻和“地方应用型本科高校”的建设都是极其不利的。

3 符合“新工科”理念的道路检测课程教学模式构建

道路检测课程设置的目的决定了培养出的学生必须同时具备扎实的理论功底和较强的实践能力，要达到这个目标，必须解决前述的两个问题。具体解决方案可以分为以下三个方面。

3.1 加大课程实践环节的占比

学时是课程安排的基础，要想增强学生的实践能力，首先要有实践时间的保证。现阶段道路检测技术的课程教材的主要内容主要包括两大块：一是检测仪器工作的基本原理和检测开展的目的；二是检验试验的操作步骤和数据处理。

其中，检测仪器的主要工作原理可分为物理原理和电磁原理等，理解仪器的工作原理固然重要，但是仪器毕竟属于工具的一种，对于使用者而言，是没有完全弄懂其原理的必要性的，只需学会其使用过程中必需的原理即可，就像司机的主要任务是开车而不是造车一样。

另一方面，随着我国工程检测技术的不断发展，关于道路工程检测的规范也日趋完善，目前关于道路检测的试验基本上均有相关的规范对试验的操作规程和数据处理方法进行详细的规定。对于一个试验的操作者来说，严格的按照规范开展试验基本能够达到相应的试验目的，在理论课程的教学过程中只需对易错点进行强调分析即可。对于部分无详细操作规程的检测试验，要在理论教学的过程中进行详细的讲解。

综合以上两点可知，对于道路工程检测类课程理论教学的学时可以进行适当的压缩。例如，对于总学时为24学时的道路检测课程，可以安排16个学时的理论课程，8个学时的实践课程。

3.2 加快虚拟实验室的构建

当对道路检测课程的实践环节占比调整后，则需进一步的解决教学实践的实施问题。以河南城建学院的道路桥梁与渡河工程专业为例，本专业目前有3个行政班级，包含146人，在进行道路检测课程学时调整后，均有实践学习的需求。以道路检测课程中的使用贝克曼梁法检测路面的弯沉值试验为例，3人一组，即使按行政班级分三批进行试验，也同时需要11组标准卡车和弯沉仪器，在采用现实设备的情况下这显然是难以实现的。

虚拟实验室是一种基于Web技术、VR虚拟现实技术构建的开放式网络化的虚拟实验教学系统，是各种教学实验室的数字化和虚拟化[5]。在虚拟实验室中，学生既可以在虚拟实验台上动手操作，又可自主设计实验。当一个试验被虚拟化后，将可以摆脱硬件设备对试验的限制，使每位学生在机房通过电脑开展相应的试验，达到全员开展试验的目的[6]。甚至，将虚拟实验室设计为在线状态时，通过设置一些权限，可以有效的和目前的线上课程相结合，使学生在家也可以开展相关的检测试验。同时，虚拟实验室基本上具备一劳永逸的特性，在虚拟检测试验建设完成后，只需每隔一段时间根据规范对试验过程开展一定的更新维护即可。通过加快虚拟实验室的建设，基本上可以解决学校开展实践难的问题。

3.3 深化校企合作，实现协同育人

学校所学的知识最终是应该应用于实践中的，企业是实践的最前沿，对于地方应用型本科高校，其培养的学生要紧跟企业需求，这就需要充分发挥企业在育人中的重要主体作用，让企业由用人单位转变为共同培养单位，由旁观者变成参与者，最终成为受益者。

校企双方在人才培养目标、培养方案、课程体系建设、实践课程设计等方面进行深入的探讨[7]。在学生的培养过程中，学校要为学生提供与实践需求相匹配的理论课时和课程安排，并教授学生提供企业锻炼所需的基本技能；企业要为学生提供长短期结合的实践机会，使学生们可以按照理论学习的进度穿插或长期的进行实践检验学习；最终，达到学以致用，用以促学，学用相长课程的培养目标[8]。

4 符合“新工科”理念的道路检测课程教学模式实施

4.1 “虚”、“实”结合的检测试验实施过程

虽然虚拟试验可以实现每个学生开展试验，但仅仅开展虚拟试验会难以在学生心中形成宏观概念，故需与线下试验相结合，做到相辅相承。具体做法为：①熟悉相关检测试验的目的，了解试验仪器的工作原理，掌握规范要求的试验检测步骤，筑牢试验检测的理论功底；②发布相关试验的实操视频，搭配教师讲解，熟悉检测试验的流程；③开展实际设备试验：在每一个虚拟试验开展之前，利用实验室现有的设备做一次示范试验，即可让学生对试验设备有一个直观的认识，又可以熟悉试验流程；④进行虚拟试验：在熟悉试验相关事项，掌握试验流程的基础上，进入机房利用电脑进行仿真模拟试验，每个人完成试验的具体操作。

通过以上四步，完成一个试验的全部实践过程。

4.2 基于过程控制的课程考核评价体系

在试验的方式发生改变后，相应的考核评价体系也需按照环节进行相应的调整。在课程的过程考核中，以原有的笔试考核+试验报告考核为基础，增加口试与讨论、虚拟试验试验过程考核的模块。

其中，虚拟试验过程的考核由计算机自动完成，虚拟试验系统的工作原理如图1所示。

图1 虚拟试验系统工作原理

具体操作方法如下：①试验过程的考核：在进行虚拟试验建模和开发的过程中，根据实操过程中的易错点和难点，在虚拟试验中设定一些错误的选项，当学生选择错误选项时程序会做一定的记录，然后要求选择正确的选项，直至选择到正确的选项开始下一步的工作；②试验结果的考核：在试验的实操过程中，当需要采集数据时，试验系统会根据事先设定好的一定范围内的随机数显示数据，学生需要记录试验数据并在试验操作完成后进行数据处理，随后填写至该试验的结果界面；③计算机系统根据试验过程中产生的随机数计算出相应的试验结果，并与学生所填的结果进行比对，直接打分，实现试验过程的自动化管理。

4.3 “工程医师试点班”的课程实践设置

“新工科”要求学生培养方案的制定要体现多样化的人才培养模式，可以选择现有的培养模式，也可以选择分类培养的“3+1”模式，即在校内进行3年的理论知识学习和实验技能训练，在企业或真实工程环境中进行1年的创新意识和工程实践能力培养。

采用“四联五段式”的课程学习模式，注重道路检测课程对应用能力的需求，构建一套“一二三四式”实践教学与管理创新体系，即“一个导向、两个平台、三个系统、四种技能”，具体如下：①一个导向：以工程应用为导向；②两个平台：建设校内、校外两个实践教学平台；③三个系统：“理论、实践、素质”三个系统；④四种技能：基本技能、专业技能、综合技能、职业技能。

基于以上的课程学习模式，使学生完整的实现由学生到检测工程师的转变。

4.4 融入式课程思政建设

检测试验是把关工程质量最关键的环节之一，是检验工程质量最直接的手段[9]。工程施工中难免会出现质量问题，而试验检测的目的就是为了发现不合格的位置和不合格的程度，进而对相关工程进行进一步的处理，所提交的试验结果是与工程的安全紧密联系的，决不允许弄虚作假，加强学生的工程道德和法律意识就显得尤为重要。因此，在开展道路检测类课程的教学时，要注重培养学生尊重数据、遵守法律的意识，灌输工程质量终身负责制的理念，开展必要的警示教育，巧妙的将课程思政元素融入教学实践中，扎实做好课堂思政教育，达到对学生价值观的塑造及职业素质培养的目的。

5 结束语

“新工科”对学生实践能力的培养提出了更高的要求，道路检测课程作为一门实践性极强的课程，具有强烈的实践需求。本文在分析“新工科”对学生能力需求的基础上，对道路检测课程的教学全过程进行反思，总结分析了目前在此类课程教学中存在的不足，系统的提出了相应的解决方案和实施方略。提出通过优化实践学时占比保证实践环节的实施，依托现实和虚拟仿真试验技术解决学生实践能力弱、学校开展实践环节难的问题，并结合工程检测的特点融入课程思政教育，实现对“新工科生”的培养。