新工科背景下道路勘测设计实习类课程教学改革研究

贾兴利　王磊　杨宏志

［摘 要］在国家大力发展以新工科要求进行人才培养的大背景下，传统且固化的教学模式难以满足卓越工程人才培养的需求。道路勘测设计中的路线设计实习作为道路桥梁与渡河工程专业的必修课程，同样是本科生对道路勘测设计这门课程从理论认识到实践凝练的重要锻炼机会，其实习过程中的教学效果对学生未来的专业学习和职业发展有重要作用。文章根据新工科人才的培养要求，通过结合长安大学课程建设和教学改革的要求，以期创新传统教学方式，在具体的教学内容和方法两方面提出改革建议措施，从而提升路线设计实习中的教学质量，为培养高素质、高专业的公路设计人才提供帮助。

［关键词］新工科；道路勘测设计；路线设计实习；课程改革

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2022）09-0030-04

引言

自2017年2月在复旦大学召开了以“新工科”为议题的综合性高校工程教育发展战略研讨会后，国家教育部大力推进新工科建设，快速形成了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”等项目共识，教育部高等教育司发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》，教育部办公厅发布《关于推荐新工科研究与实践项目的通知》，此类举措均为全力探索引领全球工程教育并具有中国特色的教育模式，以期为高等教育强国建设提供强大助力。同年4月，在天津大学召开的新工科建设研讨会中提到，培养和造就一大批专业多样化、具有创新精神[1-4]和卓越科技能力的人才是目前急需解决的难题。国家产业的发展、国际业务的拓宽以及要想在本行业取得相应的话语权均需要强有力的人才基础作为后备支撑。这既是人才培养的主要目标，又是国家繁荣昌盛发展的重要决策。

因此，在新工科的大环境下，以学生兴趣为导向，通过创新教育模式、改革教学方法以及不断完善教学过程中的考核方式，形成以学生为中心的新型工程教育方法，成为各个学科教育急需解决的重要问题。土木工程作为重要的基础工程学科，探求其高素质人才培养模式是重要的热点[5-8]，而路线设计实习作为土木工程专业的重要组成课程，其课程具有专业知识高度凝练的特点，并且与实际工程紧密贴合，讲究从理论中认识并反馈于实践。不同学者提出的观点不同，例如有学者提出从教学内容上进行选择并利用不同教学手段对道路勘测设计课程进行探索[9]，故基于新工科要求下传统的课堂教学无法让学生真正熟悉、掌握道路勘测设计中的具体细节和要领，更无法满足卓越工程科技人才培养的需求。为此，本文以路线设计实习课程为例，以工程案例教学法[10]展开研究，并结合课堂教学将其付诸实践。

一、实习地及课程简介

该课程实习地位于长安大学太白山实习基地（太白山校区），该实习基地是国家“211工程”重点建设项目，是利用交通部专项资金建设的公路学科勘测教学实验实习基地，坐落于陕西省宝鸡市眉县汤峪镇，其紧邻太白山国家森林公园，是专门为增强道路、桥梁与渡河工程专业和交通工程专业大学生专业素质、提高学生实际动手能力而投资建设的一个集测量和勘测于一体的集成化实习平台。实习基地概况如图1所示。

道路桥梁与渡河工程专业是长安大学公路学院的主干特色专业，路线设计实习是道路勘测设计这门课程的实践教学环节，不仅能加深学生对理论知识的理解，而且能让学生掌握实地道路工程设计内涵，学生能通过具体的实习来消化和吸收课堂知识。自公路学院该专业开设以来，路线设计实习课程为学生提供了进一步运用知识技能的舞台和机会，其主要通过实地的踏勘、设计、测量获得对路线设计最真实的理解和感受，让学生通过内业设计到外业测量这一过程加深对道路勘测设计的理解和掌握。这不仅培养了学生的设计能力，而且让学生初步掌握了实地放线测量的技能，為后续的学习和工作奠定了重要基础。

该实习课程主要结合内业设计以及外业勘测两大部分，其中内业设计主要是对该基地进行一条三级道路的选线工作，最终评选出优秀的设计方案作为外业放线测量项目；外业勘测主要是对设计方案进行具体位置的确定，包括道路中中线位置、横断面位置等。具体则是学生采用二阶段施工设计的方法，先在室内根据已给定的道路等级、设计速度、设计技术指标等，通过结合数字地形图和现场地形、地物等条件，利用纬地设计软件定出路线的交点位置、确定曲线参数值，继而完成路线的平面线形设计方案。随后实地放线则是将图纸上定好的路线方案敷设到实地地形上，再利用GPS得出敷设到地面上的中桩与边桩位置，并测得路线的纵断面高程数据和横断面地形数据。最后则是转入内业进行详细的施工图设计，得出平面图、纵断面图、横断面图、直曲转角表、逐桩坐标表、路基设计表、土石方计算表等一系列图表。实习课程通过上述两大部分实习内容来锻炼学生的理论设计能力和实地测量技术能力。

二、主要改革措施

依据多年来的实习经验可知，实习过程中的教学方式和具体软件应用依旧存在问题。例如，坚持固有的设计方案对道路进行方案设计，可能导致无法充分发挥学生的设计想象力；学生未能提前熟悉相关测量软件，实习基地无法满足人人实际动手操作的需求，这同样会对学生的实际动手能力造成影响。时代的发展和新工科背景下对学生的综合素质要求越来越高，而道路勘测设计这门课程在教学过程中需要结合内业路线方案的理论设计和野外路线实地放线的方式来协同进行，因此更加注重理论与实践相结合。针对该实习课程中存在的问题，为适应现代新工科教育建设与工程培养高素质人才的要求，有必要对路线设计实习的课程教学内容和教学手段进行适当改革。

（一）对测设仪器软件提前熟练掌握的教学改革

随着我国在大地测量领域的不断发展和3S技术的不断创新，测绘更加追求多方面融合，各类先进的测设仪器和软件不断投入使用。传统的全站仪、水准仪、GPS虽都是要求学生掌握的基础操作仪器，但要培养高素质、高水平的人才，只掌握上述测设仪器、软件和其基本功能还远远不够。在教学过程中可由教师先示范和讲解新型测量仪器及其原理，让学生能够了解前沿的测量技术和相关软件。例如GPS作为外业测量的关键仪器，能够对其进行熟练和准确的操作是新工科背景下学生所必备的技能。因此，在利用GPS进行外业测量时，教师应对基站架设、测量项目设置、基准站设置以及后续的碎布测量等步骤进行详细讲解。

1.基站架设

首先，GPS基站架设作为外业测量的准备工作，其准确和有效的布置是保障仪器能够进行有效测量的基础，其架设原理和使用方法对学生理解GPS测量有着重要帮助。教师应向学生讲解基站架设的关键点和重要性，包括基站架设环境的选择。基站作为信号接收和发射的媒介，在架设过程中应选择视野开阔且地势较高的区域进行架设。当基站附近有高楼或者成片的密林时，会对信号形成干扰继进而影响接收效果；当基站附近存在大面积水塘时，会形成多路径效应从而弱化信号；当与高压输电线和信号塔距离过近时同样会对信号造成干扰，因此在基站架设时应尽量避免这些不利位置，选择有利位置。另外，在基站架设完毕后，在基站架设点可进行位置标定以防进行二次重复工作。

2.项目设置、基站设置

项目设置和基站设置部分属于对仪器的参数设置过程，在教学过程可根据使用手册对内容进行手动选取。学生需要将实习过程中设计的平面线形方案数据导入手部中，只有完成此项工作后才能进行后续工作。对于需要锻炼学生动手能力、提高学生积极性的工作，教师可从旁协助和指导，这不仅能够发挥学生的主观能动性，而且能在学生遇到无法解决的问题时及时给予帮助，从而保证学生的问题能够得到更好的反馈。

3.碎步测量及放样

碎步测量可在手部中点击打开，选择前述准备过程中已经导入的项目设计文件，尤其是在测量过程中，教师应要求学生在保证测量精度满足要求的情况下再进行下一步工作。通过实地测量和放样得到道路具体的实地数据，从手部中导出测量数据后再进行内业设计调整修改。

对上述GPS的使用过程进行调整，不仅能够提高教师自身的专业教学能力，而且可以让学生更好地掌握前沿科技知识。另外，教师可以引导学生进行有目的的技能训练，以此来提高对仪器和软件的理解以及使用熟练度，这样每位学生都能有更多的机会进行训练，从而调动其学习的積极性。

（二）内业设计案例分析讨论的教学改革

在传统模式下的内业设计实习过程中，学生仅依靠课堂上教师教授的理论知识进行道路选线设计，对一些实际的设计方案并未深入了解，这种情况会导致学生对设计过程中的关键节点把握不准从而降低路线设计的质量。因此，在内业路线设计开始的时候可以先由教师做好设计案例的实际剖析。例如，针对平原、山地等不同的地形条件，分析影响路线方案选择的主要因素；对滑坡、泥石流或者崩塌等不良地质的处理。通过从关键设计部分入手进行具体且详细的讲解，让学生有更加直观的认识和了解，从而提高学生的专业设计技术水平。

1.特殊区域平面线形选线案例讨论

针对在地形地质特殊区域进行选线，教师可以通过多案例分析的手段进行讲解，从而加深学生对选线过程需要把握的关键部分的理解。例如在设计实习过程遇到高填深挖的问题，采取哪种方式能更好地解决此类问题？可以引导学生主动思考并给出自己的解决方案，教师同样可对这些方案进行分析和讲解，从而选出最合适的解决方案。学生需要不断思考和论证设计方案，考虑实际限制因素，甄选出最合适的方案以满足设计的要求。

2.条件困难区域指标选取方式

在具体设计过程中会遇到地形条件困难区域，此时要满足平面线形的整体设计就会对设计过程中指标的选取提出更高的要求。整体设计首先要符合设计指标的基本要求，同时要能达到路线设计的整体目标。在实习过程中会存在此种对设计指标进行严格选取的区域，因此教师可以对学生讲授在遇到此类困难时可供解决的有效方案。例如在低等级道路中对同向曲线和反向曲线之间直线距离的要求，若严格按照规定要求在条件困难区域很难满足，在这种条件下可减少直线长度，减少了的直线长度也需要利用其他措施进行弥补。在实际设计中可通过提前设置提示标志牌来进行有效预警和防护，从而减小因指标较低所带来的影响。

此外，在方案比选阶段可以延续采用学生设计并结合答辩的讨论模式进行路线设计方案的讨论和评选。主要方式则是由教师确定整个路线设计方案中的关键部分，并制订相应的衡量标准来综合评价学生的设计方案，以此精准直击整套设计方案的核心。利用此类方式也能够让学生把握路线设计中需要综合考虑的不同因素，不断强化、丰富学生的实际设计经验。最后，可以让学生对自己的设计方案进行阐述，充分满足学生对路线设计想象力的需求，教师则作为设计方案的引导者，对设计过程中存在的不合适之处及时提出建议和纠偏，这既保证了学生对路线设计的创新热情，又能提高其对路线设计的理解。

（三）采用微视频对典型外业放线区域进行线上的教学改革

微视频作为传播知识的重要手段之一，具有快速对某项知识点进行介绍和剖析的特点，能让学生有效吸收核心知识。另外，利用此类短视频的手段进行典型地形、地质条件下的路线方案选择、几何线形设计案例的讲解，可以让学生接受和吸收实地外业放线中需要关注的关键点。考虑到在外业过程中可能因地形陡峭会对学生人身安全产生影响，可利用制作微视频的方法来提高学生对个人安全问题的重视程度。同时，利用微视频的手段也符合时代对现代教育模式不断创新融合的需求，能满足新工科背景下提高学生素质的要求。基于此，教师通过结合微视频的制作将自身的见解和想法融入典型区域的外业放线中，不断激发学生的创新意识，以期通过这种方式不断对专业知识进行剖析，从而在新工科背景下将学生培养成为高素质人才。

课程组基于上述改革措施同时结合路线设计实习的具体情况，构成如图2所示的整体实习内容框架图，期望通过此项完整系统的设计实习训练提高学生的综合素质，从而达到新工科背景下人才培养的要求。

三、结语

实地实践是工程学科的显著特色，路线设计实习更是道路桥梁与渡河工程专业的必修课程。路线设计实习是提升学生专业技术能力、培养学生专业情怀的有效途径。实地实习有助于培养学生形成综合性思维、不断创新的意识和路线设计的工匠精神。为适应现代新工科教育建设与工程认证的要求，有必要对课程的教学内容和手段进行相应改革，力求改变传统固化的教学方式，并增强具体实习教学过程中的科学性。文章提出，应让学生提前充分了解相关测量仪器软件，并结合实习过程中基于微视频的典型案例解析，这样能更好地培养学生专业技能的综合性思维，提升学生的创新意识。

［ 参 考 文 献 ］

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［责任编辑：陈 明］