葉云雪，吳珺華，呂 輝

（南昌航空大學(xué) 土木建筑學(xué)院，江西 南昌 330063）

引言

當(dāng)前，科技革命和產(chǎn)業(yè)變革蓄勢(shì)待發(fā)，世界已進(jìn)入以創(chuàng)新為主導(dǎo)的發(fā)展時(shí)期。在新工科背景下，高校培養(yǎng)具有社會(huì)責(zé)任感、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的新時(shí)代人才已成為服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展需求、提升國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)和落實(shí)立德樹(shù)人根本任務(wù)的新時(shí)代發(fā)展目標(biāo)［1］。

國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展需求是新工科教育改革的動(dòng)力源泉。深入實(shí)施“互聯(lián)網(wǎng)+”“京津冀協(xié)同發(fā)展”等重大戰(zhàn)略，堅(jiān)定貫徹“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開(kāi)放、共享”新發(fā)展理念，加強(qiáng)培養(yǎng)“創(chuàng)新型、應(yīng)用型、技能型”新工程人才等，迫切需要深化高等工程教育改革，認(rèn)真履行高等工程教育在人才培養(yǎng)、科學(xué)研究、社會(huì)服務(wù)、文化傳承創(chuàng)新、國(guó)際交流合作中的職責(zé)使命［2］。重視新時(shí)代人才培養(yǎng)工作，是在日益復(fù)雜的國(guó)際環(huán)境中贏(yíng)得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的先決條件，也是落實(shí)高校立德樹(shù)人要求的重大舉措。為了推動(dòng)工程創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，本教改項(xiàng)目以新工科和工程教育認(rèn)證為背景，以我校交通工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生為研究對(duì)象，探索模塊化教學(xué)法和3D視頻教學(xué)法在“道路檢測(cè)綜合實(shí)驗(yàn)”課程中的應(yīng)用。

一、實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)存在的主要問(wèn)題

（一）課程無(wú)法體現(xiàn)成果導(dǎo)向教育

工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證往往從整體設(shè)計(jì)方面指導(dǎo)各專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求和課程體系，并側(cè)重于各門(mén)課程對(duì)畢業(yè)生要求的支撐關(guān)系，而各門(mén)課程本身如何從局部設(shè)計(jì)方面體現(xiàn)成果導(dǎo)向教育（Outcome-based Education,OBE）教學(xué)理念，對(duì)高校教師提出了新的挑戰(zhàn)。

（二）學(xué)生缺乏主觀(guān)能動(dòng)性及創(chuàng)新性

由于課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目較多、儀器設(shè)備和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地有限且耗時(shí)費(fèi)力，故實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以驗(yàn)證性和演示性實(shí)驗(yàn)為主。在實(shí)踐過(guò)程中，學(xué)生非常依賴(lài)指導(dǎo)教師和實(shí)驗(yàn)手冊(cè)，并以完成實(shí)驗(yàn)手冊(cè)為目標(biāo)，缺乏主動(dòng)思考的驅(qū)動(dòng)力，創(chuàng)新思維的培養(yǎng)無(wú)從談起。

（三）部分學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高

作為一門(mén)專(zhuān)業(yè)課很強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)課，學(xué)生本身對(duì)試驗(yàn)儀器不熟悉，在平時(shí)的生活及學(xué)習(xí)中也很難見(jiàn)到這些儀器。單純的理論講解不僅無(wú)法讓學(xué)生產(chǎn)生共鳴，還容易使其滋生枯燥或厭煩的聽(tīng)課心理。

（四）學(xué)生對(duì)團(tuán)隊(duì)合作不夠重視

團(tuán)隊(duì)合作是企業(yè)創(chuàng)新的重要?jiǎng)恿?，也是培養(yǎng)大國(guó)工匠精神的重要基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)課相比于其他理論課，更加強(qiáng)調(diào)和注重團(tuán)隊(duì)合作精神。在實(shí)踐過(guò)程中，小組成員普遍存在合作意識(shí)不強(qiáng)、分工不明確、參與感不強(qiáng)等問(wèn)題。

二、“模塊化+3D視頻”教學(xué)法的應(yīng)用

（一）模塊化教學(xué)法

實(shí)驗(yàn)課程的專(zhuān)業(yè)性、綜合性較強(qiáng)，導(dǎo)致教學(xué)效果不理想。模塊化教學(xué)法的能力本位教育（competency-based education,CBE）是解決實(shí)踐課程教學(xué)難題的有效途徑之一［3］。CBE著重使學(xué)生有針對(duì)性地學(xué)習(xí)和掌握某一特定職業(yè)或工作崗位所需的能力。該能力包括知識(shí)（與崗位或職業(yè)能力相關(guān)的知識(shí)領(lǐng)域）、態(tài)度（工作態(tài)度等情感因素）、實(shí)際經(jīng)驗(yàn)（具體的操作與管理能力）、反饋（評(píng)估或評(píng)價(jià)領(lǐng)域）四個(gè)方面?；贑BE理念，本門(mén)課期望培養(yǎng)學(xué)生成為一名公路檢測(cè)工程師，且公路檢測(cè)工程師可以實(shí)現(xiàn)向項(xiàng)目經(jīng)理的轉(zhuǎn)變；基于OBE理念，本專(zhuān)業(yè)期望培養(yǎng)學(xué)生成為一名核心管理人員或項(xiàng)目經(jīng)理。因此，基于CBE的教學(xué)策略符合工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證中的OBE理念。實(shí)驗(yàn)課程基于CBE的教學(xué)策略如圖1所示，包括知識(shí)點(diǎn)（與公路檢測(cè)工程師相關(guān)）、態(tài)度（學(xué)習(xí)態(tài)度）、操作（實(shí)踐表現(xiàn)）和反饋（教學(xué)效果評(píng)價(jià)）四個(gè)方面，旨在提高教學(xué)質(zhì)量和培養(yǎng)高素質(zhì)專(zhuān)業(yè)人才——具有扎實(shí)的公路檢測(cè)知識(shí)、獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)操作能力和良好的團(tuán)隊(duì)合作精神等。

圖1 基于CBE的教學(xué)策略

“道路綜合實(shí)驗(yàn)”課程包括理論學(xué)時(shí)和實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，教材選用自編教材。與公路檢測(cè)工程師相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)主要來(lái)自《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程 JTG3450-2019》《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程 JTGE20-2011》《公路土工試驗(yàn)規(guī)程JTG 3430-2020》《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)JTG 5210-2018》等公路標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范。這些公路標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范的內(nèi)容復(fù)雜、知識(shí)點(diǎn)多，不利于學(xué)生學(xué)習(xí)。構(gòu)建以項(xiàng)目為核心的模塊化課程體系是體現(xiàn)新工科課程與教學(xué)設(shè)計(jì)的重要途徑［4］。若將瀝青或水泥道路看作特定項(xiàng)目，則以該項(xiàng)目為核心的模塊化設(shè)計(jì)可應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)?；贑BE教學(xué)模式，在教材內(nèi)容的設(shè)計(jì)上，應(yīng)遵循由表及里、由淺入深、層層遞進(jìn)的原則，有利于培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維。例如，以瀝青或水泥路面的全生命周期為核心，運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段，需要學(xué)生明確公路路面結(jié)構(gòu)病害現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法和公路技術(shù)狀況評(píng)定方法；施工階段，需要學(xué)生掌握公路路基路面試驗(yàn)（如壓實(shí)度、平整度、彎沉值和抗滑性能等）測(cè)試方法；設(shè)計(jì)階段，需要學(xué)生了解公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)（如馬歇爾穩(wěn)定度和車(chē)轍等）、公路工程集料（如粗、細(xì)集料等）試驗(yàn)、公路土工試驗(yàn)（如含水率和干密度等）等測(cè)試方法。

以項(xiàng)目為核心的模塊化實(shí)驗(yàn)課程有三個(gè)好處：一是實(shí)現(xiàn)課程知識(shí)點(diǎn)模塊的有效銜接，促進(jìn)學(xué)生的理解與記憶；二是體現(xiàn)人才培養(yǎng)規(guī)律，促進(jìn)學(xué)生從直觀(guān)形象到抽象邏輯等思維能力的轉(zhuǎn)變；三是貫徹以學(xué)生為中心的教育理念，強(qiáng)調(diào)學(xué)生組建合作學(xué)習(xí)小組，重視團(tuán)隊(duì)合作精神。

為了改善學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)態(tài)度，在理論教學(xué)中，適當(dāng)加入互動(dòng)、討論、分享等教學(xué)環(huán)節(jié)，既能促進(jìn)師生的情感交流，又能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，除了要求實(shí)驗(yàn)報(bào)告書(shū)寫(xiě)工整、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)真實(shí)、計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確，每個(gè)小組還要提交實(shí)驗(yàn)日記。實(shí)驗(yàn)日記的內(nèi)容包括小組成員姓名及學(xué)號(hào)、實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)、實(shí)驗(yàn)分工任務(wù)及負(fù)責(zé)人、實(shí)驗(yàn)小結(jié)、現(xiàn)場(chǎng)照片（每次實(shí)驗(yàn)不少于4張，每張照片記錄不同的實(shí)驗(yàn)步驟）等。在教學(xué)評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)中，通過(guò)生生互評(píng)（內(nèi)容涉及知識(shí)掌握、實(shí)踐表現(xiàn)和態(tài)度等），讓學(xué)生及時(shí)彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)的不足，讓教師持續(xù)改進(jìn)自己的教學(xué)方法。生生互評(píng)的具體實(shí)施方案包括三個(gè)方面：第一，組內(nèi)自評(píng)。讓小組成員分享自己在該實(shí)驗(yàn)中擔(dān)當(dāng)?shù)慕巧俺袚?dān)的任務(wù)，并評(píng)價(jià)自己的優(yōu)缺點(diǎn)。第二，組間互評(píng)。讓其他組長(zhǎng)對(duì)該組的表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，加深各組對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟的記憶和理解。第三，小組互助。由教師匯總各組在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，各小組分別派出小組代表提出集體討論的解決辦法。

實(shí)踐表現(xiàn)包括實(shí)驗(yàn)操作能力、團(tuán)隊(duì)合作能力和數(shù)據(jù)處理能力，旨在培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和良好的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)。由于小組成員之間的默契度與熟練度不夠，容易影響合作效率，故亟須教師的正確引導(dǎo)和關(guān)注。教師事先要做到以下三點(diǎn)：第一，介紹每次實(shí)驗(yàn)的目的及意義，需要哪些角色，并明確每個(gè)角色的任務(wù)分工；第二，實(shí)驗(yàn)前強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中哪些實(shí)驗(yàn)步驟存在危險(xiǎn)，以及可能產(chǎn)生的危險(xiǎn)后果；第二，全程參與、全程跟蹤。

教學(xué)效果評(píng)價(jià)包括過(guò)程性考核和結(jié)果性考核。過(guò)程性考核主要是平時(shí)表現(xiàn)（課后作業(yè)完成情況、課堂紀(jì)律、與教師的互動(dòng)情況等）。結(jié)果性考核主要是理論考試成績(jī)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)。理論考試包括筆試和視頻制作。筆試一共設(shè)置三道題，第一道為名詞解釋題，考查學(xué)生對(duì)基本概念的掌握程度。第二道為論述題，了解學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，如“請(qǐng)從個(gè)人和團(tuán)隊(duì)的角度闡述某一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的操作步驟，并談?wù)剛€(gè)人感受”。第三道為思考題，測(cè)評(píng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。例如，隨著信息化技術(shù)的快速發(fā)展，路面平整度檢測(cè)的手段也發(fā)生了顯著變化，如三米直尺法、連續(xù)式平整度儀、車(chē)載顛簸式累積儀、車(chē)載激光平整度儀等。請(qǐng)列舉出一項(xiàng)道路檢測(cè)手段，談?wù)勀銓?duì)該檢測(cè)手段的改進(jìn)思路。視頻制作的考核方式詳見(jiàn)下節(jié)。

（二）3D視頻教學(xué)法

道路檢測(cè)綜合實(shí)驗(yàn)的載體主要是道路，尤其是瀝青路面，往往分布在校外，因此有必要使用視頻教學(xué)法。視頻教學(xué)法能夠增進(jìn)師生互動(dòng)，加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情［5］。然而，普通的視頻教學(xué)法對(duì)于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新性和發(fā)散性思維是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。建筑信息技術(shù)（building information modeling,BIM）是一項(xiàng)引領(lǐng)數(shù)字技術(shù)走向高層次的新技術(shù)，2021年被國(guó)家列入數(shù)字經(jīng)濟(jì)及其核心產(chǎn)業(yè)統(tǒng)計(jì)分類(lèi)。BIM技術(shù)具有可視性、可模擬性和可交互性等特點(diǎn)，已逐漸應(yīng)用于工程實(shí)踐課程教學(xué)中［6］。

在新工科背景下，積極開(kāi)展以學(xué)生為中心、以BIM技術(shù)能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的項(xiàng)目教學(xué)活動(dòng)，將有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高分析和解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。教學(xué)團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了基于BIM技術(shù)的3D視頻制作能力培養(yǎng)路徑模型（如圖2所示）。

以公路路面結(jié)構(gòu)病害之一坑槽為例，詳細(xì)的培養(yǎng)路徑如下：（1）教師發(fā)布任務(wù)，要求制作基于BIM技術(shù)模擬坑槽修補(bǔ)全過(guò)程的3D視頻。（2）各小組對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行初步分解：確定坑槽類(lèi)型、熟悉坑槽修補(bǔ)規(guī)范、查閱原瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)詳圖、初步擬定基于BIM技術(shù)的3D視頻制作步驟。（3）經(jīng)小組討論后，由小組組長(zhǎng)進(jìn)行任務(wù)分工，每周計(jì)劃進(jìn)行一次組會(huì)。（4）明確BIM技術(shù)的使用軟件，并確定BIM視頻的制作步驟：制作模型，模型渲染，制作局部動(dòng)畫(huà)，動(dòng)畫(huà)剪輯整合。（5）各組商討視頻效果的邏輯呈現(xiàn)方式。例如，視頻首先展現(xiàn)小型汽車(chē)在坑槽上行駛的狀態(tài)；其次展現(xiàn)工人對(duì)坑槽進(jìn)行施工修補(bǔ)的全過(guò)程；最后展現(xiàn)小型汽車(chē)在完好的瀝青路面上行駛的狀態(tài)。（6）在整個(gè)過(guò)程中，教師可以利用學(xué)習(xí)通、微信或騰訊會(huì)議等工具，與學(xué)生保持密切聯(lián)系和溝通。

區(qū)別于傳統(tǒng)的視頻，基于BIM技術(shù)是由師生共創(chuàng)的3D視頻，充分展現(xiàn)了學(xué)生的個(gè)人能力、創(chuàng)新能力以及團(tuán)隊(duì)合作能力，使學(xué)生具有更大的思維想象空間和主觀(guān)能動(dòng)性。優(yōu)秀的3D視頻不僅可以補(bǔ)充和增加視頻教學(xué)素材，還將被詳細(xì)介紹給下一屆學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)和觀(guān)摩，使本屆學(xué)生能夠獲得極大的成就感，有效促進(jìn)大學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

（三）模塊化與三維視頻教學(xué)實(shí)施效果

為了評(píng)價(jià)模塊化與三維視頻教學(xué)法實(shí)施的效果，教學(xué)團(tuán)隊(duì)通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查的方式對(duì)未開(kāi)展這兩種教學(xué)方法的南昌某大學(xué)交通工程專(zhuān)業(yè)2018級(jí)和已開(kāi)展這兩種教學(xué)法的2019級(jí)學(xué)生進(jìn)行調(diào)查。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，學(xué)生對(duì)課程的滿(mǎn)意度由95.0%上升至98.3%，平均成績(jī)由75.6分上升到88.1分。顯然，開(kāi)展這兩種教學(xué)方法的年級(jí)，其滿(mǎn)意度及平均成績(jī)均有明顯提升。其中，2019級(jí)中有87%的學(xué)生希望更多的實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虿捎?D視頻教學(xué)，93%的學(xué)生希望制作更多類(lèi)型的視頻，并積極申報(bào)與BIM相關(guān)的各項(xiàng)比賽。

基于BIM技術(shù)的3D視頻教學(xué)法不僅可以引導(dǎo)學(xué)生之間主動(dòng)合作交流，還能促進(jìn)學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展。在視頻制作內(nèi)容、BIM技術(shù)軟件選擇以及視頻效果展現(xiàn)方式等方面，盡量讓學(xué)生有更多的自主權(quán)，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。研究生教育作為教育體系的塔尖，區(qū)別于其他教育階段的特征，主要體現(xiàn)在知識(shí)和技術(shù)層面的創(chuàng)新性、思想理念和精神文化層面的引領(lǐng)性以及個(gè)體和團(tuán)隊(duì)層面的主動(dòng)性［7］。而基于BIM技術(shù)的3D視頻教學(xué)具備創(chuàng)新性、高階性和挑戰(zhàn)度的“兩性一度”特點(diǎn)，可以使本科生教育與研究生教育得到良好的銜接。因此，CBE和BIM技術(shù)有望成為交通工程專(zhuān)業(yè)金課打造的新途徑之一。

結(jié)語(yǔ)

將模塊化與三維視頻教學(xué)法運(yùn)用于交通工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)，彌補(bǔ)了目前實(shí)踐教學(xué)的不足。模塊化教學(xué)法有利于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和發(fā)散思維，3D視頻教學(xué)法不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主觀(guān)能動(dòng)性，還提升了學(xué)生分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力?；贐IM技術(shù)的3D視頻制作及應(yīng)用，確保了人才培養(yǎng)朝新工科和工程教育認(rèn)證的方向發(fā)展，值得在工程實(shí)踐教學(xué)中推廣。