本科道路工程材料課教學(xué)創(chuàng)新實(shí)踐
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摘要：為了提升應(yīng)用型本科道路工程材料課的知識性與趣味性，提高學(xué)生的理論理解與實(shí)踐操作能力，將精細(xì)化課程細(xì)節(jié)融入到教學(xué)創(chuàng)新與實(shí)踐之中。采用虛擬仿真手段推動學(xué)生實(shí)踐的方法，清晰化教學(xué)體系。實(shí)踐結(jié)果表明：虛擬仿真手段推動學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐落到了實(shí)處，保證了課程教學(xué)創(chuàng)新與實(shí)踐的最優(yōu)效果。
關(guān)鍵詞：實(shí)踐操作；虛擬仿真；教學(xué)體系；工程項目
在國家經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的大背景下，對交通工程專業(yè)的人才需求量與日俱增，高校對技術(shù)人才的培養(yǎng)質(zhì)量要求提升，傾向于復(fù)合型創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)[1]。對于應(yīng)用型本科高校而言，以“基礎(chǔ)、特色、應(yīng)用以及技術(shù)”為重點(diǎn)，培養(yǎng)高等人才的宗旨不斷更新，專業(yè)課程傾向于Transcad（交通宏觀仿真）、VISSIM（交通微觀仿真）、Synchro（信號配時優(yōu)化）與Mapinfo（地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)）相結(jié)合教學(xué)[2]，以培養(yǎng)符合社會發(fā)展要求的創(chuàng)新性人才。道路工程材料是交通工程領(lǐng)域的專業(yè)課程之一。課程涉及不同的交通功能材料，其中包含交通防水材料、交通防火材料、交通保溫隔熱材料、有機(jī)結(jié)合料、無機(jī)結(jié)合料以及交通安全設(shè)施材料[3]。道路工程材料課具備理論性與邏輯性強(qiáng)的特性[4]，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)操作部分提不起興趣，理論知識枯燥乏味，文中圖解缺乏生動性。眾多高校教師在課程教學(xué)創(chuàng)新方面取得了一定的成效，彭寧等[5]對高校大學(xué)化學(xué)的教學(xué)方法進(jìn)行了創(chuàng)新，從課堂形式、方法和內(nèi)容三方面展開，初有成效。朱曉萍[6]將互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)大整合融入到了高校英語教學(xué)的創(chuàng)新研究中，初步保障了高等院校的人才培養(yǎng)質(zhì)量。陳雪[7]搭建了課程教學(xué)創(chuàng)新體系，為大學(xué)生搭建了良好的學(xué)習(xí)平臺。劉秀麗等[8]分析了社會環(huán)境對創(chuàng)新教學(xué)的內(nèi)在影響，為高校大學(xué)生提供了一份有價值的課程創(chuàng)新改革。為了提高交通工程專業(yè)學(xué)生上課的自主性以及積極主動性，將CAD三維模型演示、工程項目實(shí)踐和一體化道路工程材料實(shí)驗(yàn)操作融為一體，“化整為零”精細(xì)化教學(xué)內(nèi)容，并將人文精神滲透其中，深入地進(jìn)行課程教學(xué)創(chuàng)新探索，為培養(yǎng)出復(fù)合型創(chuàng)新性人才做充足的前期準(zhǔn)備。
一、道路工程材料課程特性
（一）理論知識點(diǎn)繁瑣道路工程材料課程理論性極強(qiáng)，課程實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)尤為復(fù)雜。課程內(nèi)容主要講述有機(jī)結(jié)合料與無機(jī)結(jié)合料，實(shí)際生活中學(xué)生對交通功能材料的特性了解較少，課程內(nèi)容與實(shí)際結(jié)合不緊密，課本對巖石與瀝青的介紹瑣碎，知識點(diǎn)繁多，并無直觀的道路施工圖片、材料三維圖片或者三視圖，學(xué)生理解起來困難，對于記憶力差的學(xué)生而言，學(xué)習(xí)過程相當(dāng)枯燥乏味。
（二）缺乏實(shí)際案例支撐課本理論，教學(xué)難度大道路工程材料這門課程的理論知識與實(shí)踐聯(lián)系十分緊密，各種道路工程材料在后期的工程實(shí)踐中應(yīng)用廣泛。但在實(shí)際教學(xué)過程中，交通工程專業(yè)的學(xué)生集體反映“課本中的理論知識”缺乏實(shí)際案例的支撐，理解起來相對困難。例如，在學(xué)習(xí)交通保溫隔熱材料的隔熱原理時，課本中并沒有工程實(shí)例驗(yàn)證交通保溫隔熱材料的實(shí)際運(yùn)用。石棉是低溫絕熱材料，而交通工程實(shí)驗(yàn)室并未采購石棉，學(xué)生在學(xué)習(xí)石棉的性能特點(diǎn)時，學(xué)生記憶難度加大。課本中并未實(shí)際說明各種功能材料在交通工程領(lǐng)域中的具體實(shí)踐與運(yùn)用，學(xué)生難以理解與掌握。學(xué)生借助CAD繪圖軟件只能繪制出平面交叉路口圖，因無實(shí)際案例支撐課本理論，無法將瀝青路面以及道路周圍環(huán)境繪制出來，道路平面如圖1所示。
（三）實(shí)驗(yàn)難度大，缺乏實(shí)踐教學(xué)教師嚴(yán)重依賴PPT講解，過程枯燥乏味，學(xué)生上課的專注性與積極性大幅降低。實(shí)驗(yàn)室缺乏實(shí)驗(yàn)材料與實(shí)驗(yàn)儀器，不具備實(shí)驗(yàn)條件。教師一味地講解理論知識，缺乏工程實(shí)踐運(yùn)用，這與“應(yīng)用型”本科院校的培養(yǎng)方案背道而馳。
二、CAD三維模型演示結(jié)合案例教學(xué)法
為了培養(yǎng)學(xué)生的主觀能動性與自主積極性，CAD三維模型演示結(jié)合案例教學(xué)法尤為重要。多媒體課堂繪制三維現(xiàn)場施工實(shí)景圖，以道路工程防水材料——瀝青路面為例，精細(xì)化課程教學(xué)細(xì)節(jié)，三維模擬立體圖顯示瀝青路面的三層結(jié)構(gòu)，即表面層、中面層以及下面層。案例分析法建立教學(xué)情境，搭建多媒體實(shí)踐場地展示三維模擬立體圖，直觀地向?qū)W生展示教學(xué)與科研中的重難點(diǎn)，教學(xué)與科研相結(jié)合，科研項目推動教學(xué)創(chuàng)新，并及時更新老舊的知識點(diǎn)，將科研間接地引入教學(xué)，而實(shí)際教學(xué)過程中滲透著科研，教學(xué)與科研形成動態(tài)循環(huán)機(jī)制，讓學(xué)生更容易掌握理論繁瑣點(diǎn)，以取得更好的教學(xué)效果。
三、課程教學(xué)創(chuàng)新探索
（一）學(xué)用一致，充分準(zhǔn)備教學(xué)資源學(xué)院方面應(yīng)適時適量地采購道路工程類施工材料以及材料的三維結(jié)構(gòu)實(shí)物模型，教師結(jié)合實(shí)物給學(xué)生授課，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與深度探索知識的積極性；謹(jǐn)慎采購課本，純文字性的教學(xué)教材不宜采購；教師在授課之前，大量收集資料以及教學(xué)實(shí)物圖，通過多媒體向?qū)W生展現(xiàn)與課本相對應(yīng)的交通類施工材料，用CAD繪制道路工程材料的三維場景圖，運(yùn)用虛擬仿真軟件VISSIM繪制道路實(shí)景圖，向?qū)W生展現(xiàn)道路的周圍環(huán)境、車輛運(yùn)行情況和瀝青路面的現(xiàn)狀，以提高學(xué)生的實(shí)際理解能力。
（二）列舉案例以點(diǎn)帶面，精簡教學(xué)注重工程實(shí)例與理論的有機(jī)結(jié)合。列舉交通工程實(shí)際案例，驗(yàn)證課本理論知識，道路工程材料在后期的工程實(shí)踐中尤為重要，因此，在實(shí)際教學(xué)過程中，“課本中的理論知識”應(yīng)當(dāng)與實(shí)際工程案例緊密結(jié)合。就瀝青路面而言，大量收集其實(shí)物場景圖，用交通工程CAD繪制出其內(nèi)部三維結(jié)構(gòu)圖，在VISSIM微觀仿真軟件中演示路面效果，輸入道路交叉口的交通量，在交叉路口加入交通信號燈等仿真元素，演示車輛的動態(tài)視頻，視頻與實(shí)物圖相結(jié)合，充分地展示給學(xué)生，并有效地引導(dǎo)學(xué)生列舉出瀝青路面的優(yōu)缺點(diǎn)，與水泥路面作對比，在excel表格中總結(jié)出兩者之間的區(qū)別與聯(lián)系，深入說明瀝青在交通工程領(lǐng)域的實(shí)際運(yùn)用情況，為后期的課程設(shè)計和項目參與做充分的準(zhǔn)備，提高學(xué)生的主觀能動性與學(xué)習(xí)積極性。學(xué)生借助VISSIM交通微觀仿真軟件對平面交叉路口進(jìn)行三維場景仿真，以提升學(xué)生的直觀感受，道路三維場景仿真如圖2所示。
（三）創(chuàng)新課程教學(xué)，優(yōu)化授課思路啟發(fā)學(xué)生自主思考，培養(yǎng)創(chuàng)新實(shí)踐能力，精細(xì)化課程細(xì)節(jié)，充分利用多媒體、虛擬仿真平臺、PPT與板書相結(jié)合的方法進(jìn)行授課，分組討論作為輔助措施；做材料實(shí)驗(yàn)時，鼓勵學(xué)生勤動手操作，多動腦思考，有效地引導(dǎo)學(xué)生積極主動地繪制專業(yè)探索圖，使學(xué)生熟練掌握office辦公軟件，熟練使用CAD專業(yè)繪圖軟件，掌握VISSIM交通微觀仿真軟件；創(chuàng)新課程教學(xué)，優(yōu)化授課思路，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)知識點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)性，提高交通工程材料這門課的知識性與趣味性。
（四）教學(xué)效果分析為了滿足不同學(xué)生之間的差異性和適應(yīng)范圍，培養(yǎng)學(xué)生工程項目的參與意識，充分演示道路工程材料的三維模型，通過道路工程材料的實(shí)物，引導(dǎo)學(xué)生掌握以巖石為主的無機(jī)結(jié)合料和以瀝青為主的有機(jī)結(jié)合料的特性，并掌握各類造巖礦物的物理特性與化學(xué)特性。就工程項目實(shí)踐與材料實(shí)驗(yàn)而言，兩者之間關(guān)聯(lián)性大，通過分析道路工程材料的專題與專項實(shí)驗(yàn)，總結(jié)不同實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，畫出實(shí)驗(yàn)前后的數(shù)據(jù)對比分析圖，以完成最終的項目實(shí)踐。
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作者：鞏舜妹 馮松寶 丁點(diǎn)點(diǎn) 單位：宿州學(xué)院資源與土木工程學(xué)院