新工科背景下“交通土建信息化技术”课程建设初探

刘凯文，苏 谦，杨荣山

（西南交通大学 土木工程学院，四川 成都 610031）

在新时代背景下，以互联网、人工智能为代表的新技术，与传统工科技术交叉融合，产生了许多革命性新技术，形成了对新工科全新的人才要求，现代化教育改革迎来了新的历史阶段。工科专业课程在教学目标的制定和授课过程中更加重视提升学生运用所学专业知识来解决实际的复杂工程问题。基于现代化信息技术快速发展的时代背景，在现代化教育改革过程中如何将现代化技术与教育进行全面深度的融合是需要首先考虑的重要问题。在新时代的要求下，工科专业课程的教学目标和培养目标应该是学生在掌握理论知识的同时，能够将课堂上的知识要点灵活运用于实际复杂的工程问题，提高学生学习的自主能动性，提高学生的课堂参与度，从而进一步提高课堂效率，培养学生全方位的能力。

随着数字化和网络化进程的加快，网络在线课程也随之得到快速发展。相较于目前多数学校采取的传统教学模式，线上互动教学更加符合新时代教学改革的背景，对于课堂质量和教学效果起着显著的提高作用。线上互动教学可以很好地弥补传统课堂教育的局限，因此将两者进行有机结合的混合式教学模式是目前教学较为理想的状态，这种混合式的教育方式灵活整合两种教学方式，充分结合两者优势，有效提高课堂效率，使学生能将课堂所学知识进行灵活运用，提高自身的学习能力和科研创新能力。

一、课程基本情况

交通土建信息化是指利用计算机、通信、自动控制等信息处理技术对传统交通土建技术手段及施工方式进行全方位的提升，促进交通土建技术及施工手段不断完善，使其更加科学、合理。通过实现交通土建信息的在线与共享，以随时随地互动的方式提供交通土建信息支持和完整的问题解决方案，从而实现交通土建工程的高效率和高效益。根据交通土建工程发展的战略目标，并鉴于国内土木工程行业整体发展水平现状，建设交通土建信息化是我国交通土建工程建设发展的现实需求，也是交通土建工程未来发展的战略任务。

“交通土建信息化技术”课程正是在这样的背景下应运而生的，目前作为我校面向全校所有专业的通识选修课。该课程主要包括交通土建BIM技术、交通土建信息传感与智能交通及物联网技术、交通土建云计算与大数据技术、交通隧道工程信息化技术、桥梁结构信息化技术、土工结构信息化技术及交通土建区域性防灾与信息化技术，共七个模块的内容。通过讲解以上内容，使交通土建类内容与现代信息技术进行交叉融合，使教学紧跟现代信息技术的发展步伐，满足了行业需求；使学生把握交通土建工程信息化的发展动向，培养学生的智能化创新思维及采用信息化技术解决交通土建问题的能力。

二、课程基本设计理念

基于现代信息化技术的快速发展和本门课程提出的背景，在课程教学中采取线上课程资源和线下课堂教学有机结合的混合教学模式，改变传统课堂以教师为主的情况，贯彻以学生为中心的新教育理念，充分发挥学生的积极主动性，增强学生的自主能动性，形成以学生为中心的教学模式。

（一）以学生为主体，发挥学生的主体能动性

在传统的课堂教学中，主要以教师授课为主。知识传授方式主要以教师对于理论知识的讲解为主，教师单方面向学生传递知识。在这种传统模式下，学生被动接收教师所传递的知识，容易出现学生对于知识的理解不够，不能将其灵活地运用于实际操作的情况。而本课程按照混合式教学理念，结合本门课程交叉学科多、知识点拓展广的特点，将线上线下资源进行充分整合，结合两者的优势，弥补两者的局限，将学生作为课堂教学主体，知识传授方面由传统的以教授为导向转变为以问题为导向，学生学习模式方面由传统的被动学习转换为学生为主体的自主学习，实现课堂翻转，充分发挥学生的自主能动性，形成教师为主导、学生为主体的教学模式。教师从学习内容的传递者转化为学习活动的引导者，学生在学习过程中对于问题的不断探索和思考使其搭建了更好的知识体系，进一步理解和掌握课程内容，能够灵活地将其运用到实际复杂的工程问题中去。以第一个模块交通土建BIM技术为例，课堂上重点讲解BIM数据信息模型与信息集成技术的基本概念和原理，并针对目前常用的BIM软件结合交通土建结构的应用进行简介，然后将具体软件基本操作训练作为课后作业，激发学生的自主学习热情，培养学生的主观能动性，改变学习习惯，提高学生创造知识的意识和能力，不断强化学生的创新科研能力，实现课堂翻转，把课堂变活，将知识学活。

（二）整合线上线下资源，建设应用案例库

2015年，教育部发布《关于加强高等学校在线开放课程建设应用与管理的意见》。在政策的激励下，在线课程资源数量不断增加。面对海量的在线课程资源，教师应根据实际的教学需求选择合适的在线课程资源，将其与线下课堂教学相融合，使线上线下混合教学模式实现教学效益最大化。在本门课程中根据课程每个模块中的线上拓展内容案例，如云计算与大数据技术在交通土建中的应用案例，隧道工程施工监测、运营检测、全寿命期管理等方面的信息化技术应用案例，桥梁结构健康监测传感技术、无人机技术应用案例，土工结构信息传感与参数识别技术、土工结构信息融合与健康性评价技术案例等，建立系统的应用案例学习库，对线下教学形成有益的补充。通过应用案例的线上互动教学，改善线上线下融通的教学环境，强化学生将知识拓展到实际应用的思维能力，营造学校线上线下互动的教学氛围。通过在线课程资源随时随地学习和回顾课程的知识重点和知识难点，搭建完善的知识网络。同时，教师利用在线课程资源可以充分了解学生的学习程度和掌握程度，有利于达到师生之间良好的沟通交流。

（三）构建线上线下结合的教学完整闭环评价办法

在教学实践中构建了课前线上学习—课中重点讲解互动—课后线上拓展—线上小测验—线下大作业考核的有效衔接方式，使得课程质量得以保证，形成一个完整的教学闭环评价，有利于更高效地实现教学目标。课前学生通过在线课程资源对课程中所学内容进行提前了解和学习，对知识重点和知识难点提前进行把握。同时根据网络学习平台获取学生学习情况的相关反馈，了解和关注不同类型学生之间所存在的差异化，以学生的差异化为基础设定教学方案和教学目标，进一步促进教学设计的科学合理化，更加贴合学生的实际情况。在课中互动时，根据不同类型的学生，同时将学生已有的经验考虑在内，将已有的知识和即将要学习的新知识进行联系，构建知识体系，与学生进行互动，对于学生在自主学习过程中遇到的问题和难点进行重要详细的讲解。在课后对学生进行学习效果评价时，结合整个学习过程中学生的综合表现，处理好课程的教学目标和学生的差异化需求之间的关系。通过课前、课中和课后的有效衔接，注重学生对知识的分析与应用，促使学生将知识转化为实际能力，以此培养学生解决问题的相关技能，提升教学效果。通过教学期内3次线上小测验如针对区域性交通土建的基本概念、复杂土工结构物的特点、防灾减灾决策常用优化方法对比等知识点，检查学生的掌握情况，并通过某标段高速铁路建造运维BIM建模的小组线下大作业的考核方式，最终评价学生对于本门课程的学习效果。

三、课程设计方案

（一）课前线上学习

本门课程根据学习内容共分为八个章节，以每个章节作为单独的学习单元，在进行每次授课之前，根据每个章节的学习内容在混合式教学平台上发布学习任务，引导学生对于课程内容提前学习和了解。在课前学习的过程中教师注重以问题为导向引导学生进行学习，在学习的过程中带着问题进行思考，以加深对于知识的理解和掌握度，通过问题导向激发学生对于重点和难点不断进行思考和探索，学生通过发现问题、分析问题、解决问题的过程搭建和完善自身的知识体系。如云计算物联网等章节，前期知识分散，在课前学习阶段，利用在线资源等视频，提高学生的学习兴趣，通过问题导向激发学生运用自身的知识和技能不断解决和探索学习过程中出现的新问题和新知识。在课前的学习中，教师要注意根据学习内容和知识重难点提出相应的问题，让学生带着问题进行学习。

同时在课前学习的过程中辅以预习检测，学生在规定时间内完成检测练习题，对课堂内容进行简要和初步的掌握。在线学习平台对于学生的学习情况进行及时反馈，教师根据反馈内容对学生的情况进行初步把握，据此调整教学设计方案和教学目标，使得教学设计更加贴合学生的实际情况，满足不同学生之间存在的差异性，为接下来的教学任务奠定良好的基础。

（二）课中重点讲解互动

在课中，对于详细的知识要点，教师不做过多的讲解和传授，更多地是通过学生自主、小组讨论等形式和方法引导学生进行自主学习，使得学生学习的自主能动性得以进一步发挥，把课堂交给学生，引导学生利用现有的知识体系去解决实际的复杂的工程问题。

在课堂互动环节，深化师生之间的交流和互动，以问题为导向引导学生进行学习和思考，激发学生的求知欲，引导学生自主进行学习，发挥学生的主体能动性。如土工结构智能监测章节，以具体某铁路里程段内的沉降过大，翻浆等病害问题为导向，串联前期传感器等知识点，引发学生分析相关监测方案，改变传统教师单一授课的模式，提高学生的学习效率，激发学生的学习能力，使学生对知识进行更好的掌握和灵活运用，能够解决实际复杂的工程问题。

（三）课后巩固环节

课后拓展部分依托微助教等在线教学平台，围绕课堂所学知识重点和知识难点进行，以完善学生知识体系和巩固课堂所学知识为目的，课后通过在线学习平台发布课程作业、组织小组合作讨论等相关活动和任务，引导学生及时巩固课堂所学知识并进行积极思考和探索。如本课程BIM建模部分及云计算大数据涉及的知识实操训练要求高，将相关知识点与具体铁路/公路路基工程、桥梁工程、隧道工程等具体工程背景相联系，培养学生理论与实践结合的能力。通过课后延伸，弥补课堂时间不足的局限，减轻教师的课堂压力，重新构建师生关系和教学过程，以此充分发挥在线课程资源和线下课堂授课两者的优势。对于BIM建模大作业采用课后讨论、小组探讨等多样化学习形式激发学生的学习热情，并通过小组内部成员互评和各个小组对评等方式，对所学知识进行巩固和复习，改造传统教学，改变在传统课程中教师讲解部分过多学生处于被动学习的状态，同时改变传统课堂学生学习热情较低，在课堂中不活跃等状况，拓展教学空间与时间。

（四）课程考核评价及满意度反馈

本门课程考核评价方式以调研报告、学习报告和课程大作业设计为主，通过多样化的考核方式，对于学生的学习情况和知识掌握情况进行更加具体和全面的了解，以课程考核得到的反馈为基础对教学设计进行相应的调整，促进教学方案设计更加合理化和科学化，同时将学生自身学习情况反馈给学生，让学生及时了解自身情况，对于遗漏缺失的知识点及时补充，完善自身的知识体系。近两次的选课学生反馈结果显示，学生对于授课内容的总体满意度为90%左右，对于线上线下结合的授课方式及评价方式总体满意度为95%左右。

线上线下相结合的混合式教学方式适应了当前“互联网+教育”的时代背景，本课程的授课对象专业跨度大，部分抽象的课程内容涉及多学科融合，需要紧密结合交通土建工程实例。通过本课程的线上线下混合式教学初探，弥补了传统课堂教学学时不足、学生参与性不强、课堂讨论不充分等问题，利用在线资源拓展学生的知识体系，提高学生的学习能力和学习效率，同时改变传统课堂以教师为中心的模式，使课堂主体转化为学生，加强师生之间的互动，使其达到更好的教学效果。但需要注意目前在线教学资源丰富，如何选择合适的在线资源，使其与课堂教学更好地融合，是混合式教学设计中一个十分重要的问题。同时混合式教学对于教师的专业能力和学生的自主性提出了更高的要求，因此应加强教师队伍的培训，增强现代化的专业技能和职业素养，同时加强对于学生的引导和鼓励，提高学生学习的自主能动性，充分提高课堂效率。