道桥专业“全真”工程现场实训模式改革

李海军 王国忠 屈冉 白建光

摘  要：在深化工程教育改革、建设工程教育强国的背景下，建设新工科、培养“卓越工程师”的任务越来越艰巨。然而目前传统道路桥梁与渡河工程专业实践教学的培养模式已不能适应新时代复合应用型人才的培养要求。故需将目前重理论、轻实践的培养模式，改革转变为理论与实践并重、突出复合应用、强调工程能力的现代化培养模式。在此思想指导下提出了道桥专业“全真”工程现场实训实践教学模式改革。经过四年改革尝试，不但有力地提升了道路桥梁与渡河工程专业学生的工程实践能力，也增强了毕业生的就业竞争力，打开了毕业生的就业市场，同时也完成了道桥实习基地的基础设施建设。

关键词：“全真”工程现场实训;实践教学模块化;理论与实践教学耦合;虚拟仿真应用;典型案例库建设

中图分类号：G642       文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2022）02-0137-04

Abstract： Under the background of deepening reform of engineering education and building a powerful engineering education country， the task of building "new engineering subjects" and training "outstanding engineers" is becoming more and more arduous. However， the current training mode of practical teaching of traditional road bridge and river crossing engineering major cannot meet the training requirements of compound applied talents in the new era. Therefore， it is necessary to transform the current training mode of emphasizing theory and ignoring practice into a modern training mode that emphasizes both theory and practice， emphasizes compound application and engineering ability. Under the guidance of this idea， the teaching mode reform of "All True" engineering field training for theroad and bridge major is proposed. The reform includes： modular reform of practical teaching of "All True" engineering field; modular coupling reform of theory and practice teaching; reform of virtual simulation practice teaching; application reform of typical case model base. Four years' reform attempt not only effectively improves the engineering practice ability of students of road and bridge and river crossing engineering major， but also enhances the employment competitiveness of graduates， opens the employment market of graduates， and completesthe infrastructure construction of road and bridge practice base.

Keywords： "All True" engineering field training; modularization of practice teaching; coupling of theory and practice teaching; application of virtual simulation; construction of typical case base

改革开放以来，我国的公路建设事业迅猛发展，国家逐年增加固定基础设施投资，交通基础设施建设井喷式推进。在这个发展进程中，高科技、超大型、超难度、非传统工程项目层出不穷，在规划、设计与建设这些工程中，不断出现理论、技术、材料、机械、精度等各方面的困难，这些困难给道桥工程师提出了新的挑战，由此对道路桥梁与渡河工程专业人才培养提出了更高的改革要求，改革应朝着培养复合应用型和創新型人才的方向进行[1]。在此背景下，国内道桥行业对集能力、技术、素质为一体的道路与桥梁工程应用型人才的需求不断走高，在会设计、精施工、懂管理的专业要求下，实践教学则成为高等院校培养道路桥梁与渡河工程专业应用型人才的重要教学内容[2-5]。

众所周知，道路桥梁专业与渡河工程专业是具有非常强的实践性的专业，其中的基础核心课或专业核心课均会包含实践教学内容，然而目前我国高校此类专业普遍存在重理论轻实践的弊病，对此很多本专业教育工作者和专家学者进行了积极的改革和探索，改革取得了较大的成效[6]。比如，重新优化理论课程体系与实践教学体系，将理论课与实践课模块化、融合化、耦合化，让理论与实践无缝衔接，学以致用[7];建立校企合作机制，以高校与企业优势互补、互利双赢为原则进行教学团队建设，让企业工程师进课堂解决实践教学上的不足，让高校教师进企业，培养双师型人才，同时利用高校科研资源解决企业工程难题[8];利用道路设计软件、路面结构设计软件、桥涵设计软件、有限元软件以及全方位虚拟仿真技术补充与强化道路桥梁与渡河工程实践教学环节[9];吸收国外相关专业实践教学先进经验，加大实践教学环节的学时与学分，让实践教学比重基本达到理论教学的水平或略有超出。

综上所述，现阶段道桥专业人才培养模式改革主要从课程体系模块优化、青年教师能力培养、高校与企业合作、虚拟仿真技术、加大学时学分等方面改革加强实践教学的环节，对于道路桥梁与渡河工程专业“全真”工程现场实训的研究甚少，所以依然不能满足道桥专业实践教学需求和根本上解决道桥专业实践教学中普遍存在的问题。“全真”工程现场实训以内蒙古农业大学道路桥梁与渡河工程专业为改革背景，以海流图实习基地基础设施建设项目为驱动，探讨建立道路桥梁与渡河工程专业“全真”工程现场实训的教学模式。最终通过这种“全真”实训项目驱动的改革方式，培养“厚基础、宽口径、强实践、重创新”的道路桥梁与渡河工程专业复合型人才[10]。

一、道桥专业实践教学目前存在的问题及不足

道路桥梁与渡河工程专业是应用型学科，实践教学是整个教学体系的重要组成部分，是培养该专业学生工程能力和创新能力的关键环节，其主要包括认识实习、测量实习、工程地质实习、道路工程材料实验、土质土力学实验、路基路面课程设计、道路勘测设计、桥梁工程课程设计、施工组织与概预算课程设计、施工实践训练、认识实习、生产实习和毕业设计等[11]。那么，如何构建道桥专业实践教学体系，培养具有工程能力和创新能力的道桥工程师，已成为大多数高校此类专业教学改革的重要课题。然而，在教学改革过程中发现，目前道桥专业实践教学普遍面临如下问题：

（一）实习安排困难、效果差

道桥工程项目本身具有典型的特点导致实习基地难以建立，顶岗实习难以安排，即使安排上顶岗实习也仅仅是短时间的参观认识实习。其一，在时间、地点和项目内容等方面均存在不确定性、流动性，学校与施工企业之间长久有效的参观认识实习很难实现;其二，由于施工企业从安全生产、施工工期和工程质量考量，均难以安排顶岗实习;其三，现阶段土木类专业多以短时段、走马观花的参观性实习为主，导致学生实践动手能力差。尽管是这种短暂的参观认识实习，施工企业也会出于安全考量不情愿接收，也得经过调动多方资源、不断游说，个别施工企业才会在工程收尾时接受学生进场进行短暂的认识实习。

（二）实践教学体系存在的问题

道桥专业现有的实践教学体系不够完善，存在诸多问题：一是，现有实践教学体系忽视了道桥专业实践教学体系的整体性、连续性、耦合性，课程间实践教学活动没有很好地融合;二是，对实习内容缺乏有机整合，实习内容割裂、碎片化，导致学生只知其一不知其二，不明白各门课程学习的目的所在、应用所在，同时容易产生学了现在的知识、而忘记了过去学的知识;三是，实践环节一般安排在每门课程结束后相对集中的时间段进行，这与道桥工程项目连续且周期较长的特点相矛盾，在有限实习时间内，学生只能参与部分施工工序，实习达不到应有的效果。

（三）青年教师存在的问题

近年来，随着地方高校招生规模不断地扩大，青年教师占师资比重很大，这些青年教师大都毕业后就参加工作，从而缺乏实际工程经验与经历，不能满足学生的动手能力、创新能力以及工程素质培养的需要。同时，道路桥梁与渡河工程专业为一个较艰苦的专业，具有工程经验的小群体老教师的体力已不足以承担工程现场实习的任务，而缺乏工程经验与经历的青年教师首当其冲地成为了道桥专业的排头兵。所以青年教师的工程背景与实践能力亟待提高。

二、道桥专业实践教学“全真”工程现场模式改革举措

内蒙古农业大学从2011年招收第一届道路桥梁与渡河工程专业学生以来，到目前为止每一级大约有60人参加实践教学，依托“海流图”实训基地，学院规划了道路工程实训基地、桥涵工程实训基地、道路与桥涵虚拟仿真设计室、实训基地实验室、公路工程机械实训基地等。为建设实训基地，学院从2017年开始大量投入资金，以道桥专业学生与青年教师为主体，将设计单位、施工企业引入其中，共同进行生产实习，在生产实习完成的同时，完成对海流图道桥专业各类实习基地的建设。这种项目驱动的“全真”实习模式即在设计单位与企业工程师指导下、青年教师组织领导下，学生自己勘测、自己设计、自己施工、自己实验、自己监测检验，最终完成“海流图”基地道路与桥涵从勘测、设计、施工、检测的全过程实践体验。通过这种实习模式的改革既高质量地完成了以勘测-设计-施工-施工组织与概预算-质量检测为主线的生产实习任务，又较为经济地完成了实习基地的建设，同时设计单位与施工企业也能获得一定经济收益。对学生而言，既提高了学习主动性、目标性、兴趣性、连贯性，又获得了作为教学主体的成就感，加深了对理论知识的理解，培养了职业技能和工程素养;对青年教师而言，教师参加实体工程，既获得了工程实践锻炼，又为双师型教师培养打下了坚实的基础;对设计单位与企业而言，既获得了经济收益，又为企业培养与选拔未来工程师做出了重要贡献。具体改革举措如下：

（一）“全真”工程現场实践教学模块化改革

将道路桥梁与渡河工程专业培养计划中的专业基础核心课与专业核心课中的实验、检测、设计与实习有机整合，形成完整实践教学体系，采用“全真”工程现场模拟实践教学模式，集中在某一个时间段按“全真”模拟工程的全实践流程进行实习，即把原来各课程时间上分散的实验、实习、设计统一在一个时间段，按工程实际流程进行统一实训。这种实习模式实现了实习内容的有机统一，很好地解决了实习内容割裂、碎片化问题，达到了复合应用型新工科人才的培养目标，其实习流程见图1。

（二）道桥专业实践教学虚拟仿真改革应用

虚拟仿真实践教学是一种模拟真实项目的实践教学方式，具有不同于传统教学方式的特点，它的最大优势是利用虚拟仿真技术模拟实际单项工程或整体项目设计、施工、实验、检测全过程场景，让操作者在动态、可视情境下进行道桥专业相关的模拟训练，而且在设计工作的基础上可以通过软件平台动态模拟施工全部过程，智能分析复杂施工过程的合理性，通过类比实现自动或人工优化施工方案[12]。

目前，学院已建设一个校级虚拟仿真教学中心，购置了道桥专业相关的单项构造物虚拟仿真项目31个，如桩基础设计、桥墩设计、扩大基础施工、桩基础施工、墩台施工、路基路面施工、钢筋笼绑扎、常用公路工程机械使用等，价值72.9万元。这些软硬件配套设施的建设已初步为学生实现道路桥梁与渡河工程专业单项工程实训的目标，目前道桥专业虚拟仿真实践教学已实施三年，为“全真”工程现场模拟实训环节做了铺垫性工作。

（三）道桥专业实践教学案例模型库改革应用

以实践应用为目标，以典型案例的具体的工程地质条件和工程概况为依据，抓住工程实例-方法分析-参数选取-计算分析-案例库建设的主线，构建不同类型道路或桥梁工程上的典型构造物或整体工程案例，同时将案例设计成果通过虚拟仿真技术转化为形象生动的可视模型、动态施工模型。在此基础上将不同工程条件、不同结构的典型案例组成道桥专业实训案例库，进而在进行“全真”工程现场实训环节时针对工程实际勘测情况进行选择典型案例，然后将拟实训的典型案例在虚拟仿真教学中心先进行虚拟仿真，在虚拟仿真的基础上将典型案例应用于“全真”工程现场实训，即为海流图道桥专业实训基地建设真正的道路与桥梁构造物。其流程见图2。

截止目前，典型案例库已建设三年，完成了一些典型案例，如空心板桥、各类型涵洞、水泥混凝土路面结构、沥青路面结构、砂石路面、基坑工程、边坡工程等案例，并且将典型案例用在了海流图实训基地。在设计、施工全过程，由企业工程师参与指导、青年教师管理、完全由学生动手建造完成了一个跨径10米空心板桥、长5米波纹管涵、长5米箱涵、长5米混凝土圆管涵、50米水泥混凝土路面、50米普通沥青路面、50米低等级材料路面。

（四）理论教学和实践教学融合模式改革

将单一的教学活动划分并组合成不同的以工程实践应用为目标的主题式教学单位，即模块化，每个模块均对应着理论模块与实践模块两个部分，分别制订各自的理论与实践教学目标，有针对性地根据实际工程任务、流程设置模块内课程与实训，优化理论与实践教学内容，明确课程与实训的教学目标、教学内容、授课时数、授课形式及自学时间，各个教学模块之间层层递进、环环相扣。通过以工程应用为目标的模块化教学体系改革，解决理论教学和实践教学的衔接应用问题，从而实现理论教学和实践教学的深度融合，实现理论教学服务于工程应用的目标。“全真”工程现场实训具体开展流程见图3。

三、已取得的相关改革成果

对“全真”工程现场模拟实践教学项目实施四年来，成果丰硕：建设完成道路桥梁与渡河工程专业实习基地一个;建设完成校级虚拟仿真教学中心一个;签署长期合作协议企业五家;参与受益的学生308人;受益的青年教师24人;直接促进毕业生就业210人。在取得成果的同时，也积累了一些经验：

如“全真”工程实践教学实习模块整合模式，将道桥专业不同模块课程的实习、实验、设计有机整合，形成了勘测-设计-施工-检测全过程时间上不间断的完整实践教学模式;校企合作模式，按课程和对应的实践模块全程聘请实践经验丰富的工程师与施工技术人员进行现场理论与技术指导，学生全程完成实习任务的模式;现实工程建设需求模式，即学生全程“真刀真枪”完成真实的、以营运为目的工程建设任务;虚拟仿真模式，即学生在进行工程实操前先进行工程虚拟仿真训练，为接下来的工程实操做准备;典型案例库模式，案例库的建设为“全真”工程现场模拟实践教学提供了工程选型保障，使“全真”实训工程能按时、保质保量地完成。

四、结束语

在深化工程教育改革、建设工程教育强国的浪潮下，国家对新工科、“卓越工程师”创新型人才的全新培养形势下，“突出复合应用、强调工程能力”的复合应用技术型人才的培养，以符合现代化建设发展的需求，那么作为工科专业的教育工作者更应该顺应时代发展需求，在专业改革中占得先机，为专业课程的改革贡献力量。实践证明，“全真”工程现场模拟实践教学的改革措施不但有力地提升了道路桥梁与渡河工程专业学生的工程实踐能力，也增强了毕业生的就业竞争力，打开了毕业生的就业新局面，同时也完成了道桥实习基地的基础设施建设。

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