陈 袆，钱树波，齐 冠，胡俏文
(浙江交通职业技术学院，杭州 311112)
随着新一代信息技术和人工智能技术的迅猛发展，传统的交通基础设施建设面临转型升级。云计算、大数据、物联网、人工智能等新兴技术在公路建设领域大量应用，使得公路成为了集成多种传感设备并具备感知交互的智慧公路，推动了公路建、管、养全过程革新。产业转型升级催生了众多新兴岗位，行业对人才的需求发生了重大改变。智慧公路的发展需要具备与新型交叉技术应用领域相合的高素质复合型技术技能人才，而目前教育供给侧不适应行业发展的需求，智慧公路建设对改革传统课程结构与人才培养体系提出了新挑战。
智慧公路的建设催生了交通土建基础设施建设和物联网通信技术、智能网联汽车协同发展，以形成跨学科、跨行业融合的新生态[1]。面对智慧公路，相关专业的人才培养表现出了诸多不适，不能精准而及时地为智慧公路建设提供人才保障。例如，智慧公路设计施工岗位不仅需要掌握传统的道路桥梁施工技术，还要掌握公路信息感应传感技术；
智慧公路智能管理岗位的专业人才须具备应用云计算、大数据等技术实现公路数字化运行监管的能力。
路面工程技术课程作为道路与桥梁工程技术专业的核心课程，面临智慧公路建设带来的挑战，亟需进行多方位的改革，以适应智慧公路人才培养的需求。本文从教学整体设计、教学实施过程和实施效果等方面探讨路面工程技术课程教学改革与实践，探索高职交通土建类课程“岗课赛证”综合育人，强化工学结合、理实一体的教学模式[2]。
1.1 课程性质
路面工程技术是道路与桥梁工程技术专业的核心课程，教学目标是使学生具备路面施工的基本知识、理论和方法，使学生能进行公路路面设计、施工管理和检测评定。传统的教学模式是将教学内容划分为五个学习情境，即路面结构图设计、路面施工准备、路面基(垫)层施工、沥青路面施工和水泥混凝土路面施工，采用理实一体化的教学手段，按理解、掌握、操作和综合运用四个层次对学习情境中的知识点进行考核。在大力建设智慧公路的背景下，传统的课堂教学中存在的问题亟需解决。
1.2 教学现状
1.2.1 教学内容融合不好
在智慧公路产业升级的大背景下，公路的智慧化建设和养护以及未来的超级公路概念融合了大数据、物联网、人工智能等新兴技术。学生除了掌握传统的路基路面知识还需要一定的新型信息技术基础，学生跨学科知识储备不足，教学内容多学科跨界融合深度不够等问题日益突显。特别是对于道路与桥梁工程技术专业中高职一体化的学生，其在中职阶段已经完成了路基路面工程课程的学习。而高职阶段开设的路面工程技术课程，往往存在简单的知识点重复讲解的问题，涉及新技术、新工艺和跨学科的课程核心内容讲授较少，课程的衔接性和完整性不够完善。
1.2.2 教学手段相对落后
传统的路面工程技术课程教学往往采用理实一体化的组织模式，在教室进行理论知识的讲授，在实训基地开展路面构造深度测定、路面平整度和压实度检测等较为简单和零散的技能训练。而路面工程技术课程中较为重要的施工工艺和三维检测部分的内容，受教学场地和资源的限制，只能通过观看施工动画或小视频来进行讲解，学生学习效果不理想。
1.2.3 教学考核不够全面
以往的路面工程技术课程考核包括平时成绩、过程性考核和期末卷面成绩。更多的是对学生的知识点掌握情况进行书面考核，对学生的综合素质和技术技能的提升情况缺乏量化的测评，存在期末分数高但与掌握的职业技能不匹配的情况。教学考核侧重于考察理论知识的掌握情况，轻视了技术技能的评价。
2.1 聚焦智慧高速，重构教学内容
接轨智慧公路建设，将教学内容重构为四个模块，从简单的四好农村公路和普通国省道公路路面建设出发，聚焦智慧高速公路路面建设，着眼未来的超级公路路面建设。模块一“四好农村公路路面建设”主要介绍四好农村公路路面的智慧管理和养护技术。模块二“普通国省道公路路面建设”着重讲授高等级公路路面的数字化设计和智慧化施工。模块三“智慧高速公路路面建设”是课程教学重点，该模块以浙江杭绍甬智慧高速公路路面建设为载体，按路面项目建设的工作流程，以“需求(Demand)、设计(Design)、施工(Do)、交付(Deliver)”为“4D”主线，共划分为八个教学任务，具体如图1所示。模块四“未来超级公路路面建设”接轨行业前沿，探索未来的超高速公路概念设计。
课堂教学内容兼顾相关职业技能等级证书和有关职业技能大赛赛项内容，将“岗-赛-证”融入课堂教学，实现职业技能与课堂教学的有机结合。
2.2 三维分析学情，明确教学目标
该课程教学改革对象为道路与桥梁工程技术专业中高职一体化的高职阶段大一学生。学生在中职阶段已经学习了与路面工程技术相近的课程内容，中职阶段的教学侧重培养实践动手能力，为避免出现专业内容重复讲解、实训内容无法有效衔接和学生知识断层等问题[3]，从知识与技能基础、认知和实践能力以及学习特点三个维度分析学生特点，从而有针对性地进行教学设计和开展课堂教学活动。
2.2.1 知识与技能基础
中高职一体化学生经过中职阶段的学习，具备了路面工程基本概念、道路建筑材料的基础知识，专业基础强，但中职阶段专业课学习以认知和了解为主，学生能说出原材料和常用施工设备名称，但对于检测要点、工艺流程等知识较陌生。学生具备基本的路桥工程识图能力和常规检测能力，但极少接触数字化施工管理和智能检测等高端前沿技术技能。
2.2.2 认知和实践能力
中高职一体化学生已具备一定的书面交流和逻辑推理能力，能根据试验数据撰写试验报告，能表达自己的观点并完成课程作业。学生具备初步的图像思维和归纳演绎能力，可以绘制简单的思维导图。批判思维是中高职一体化学生的薄弱点，学生对知识和观点缺少自主性的分析和判断。学生对自身职业认同感强，缺乏系统化串联知识模块和技能并进行综合应用的能力。
图1 课程教学内容重构
2.2.3 学习特点
中高职一体化学生对短视频、游戏和动画等信息化教学手段适应能力强，但在深入学习专业知识时主动性差。对于力学计算、结构分析等理论知识的兴趣不足，不喜欢死记硬背，注意力集中时间短。学习过程以学习复制为主，深度转化较少，创新意识有待进一步提高。
从三个维度进行学情分析，中高职一体化学生具有专业基础强、高端技能弱；
职业认同感强、综合应用能力弱；
信息化教学适应能力强、理论学习兴趣弱的特点。依据国家专业教学标准和专业人才培养方案，着眼智慧公路岗位需求，对接职业标准，明确教学目标为培养“懂理论、智铺筑、强素养”的新交通人。根据重构后的教学内容和人才培养目标，确定教学重点和难点。
2.3 产教深度融合，丰富教学资源
课程教学团队包括高层次专业导师、行业顶尖企业导师和非遗工匠大师，团队教师学历层次高，年龄梯队合理。
以智慧公路建设需求为导向，联合行业龙头企业共建高水平国家级生产性实训基地和产业学院，开展国内先进智能生产系统的生产性教学，学习智慧拌和、BIM施工推演、路面无人化施工等新型智能技术。配套使用职业教育国家规划教材、校企合作开发的活页式教材和道路工程师工作手册，收集了路面工程结构实物200余件，同时配备路面建设过程实录视频300多个和路面建设全套实际资料。依托线上学习平台和VR虚拟仿真实训平台，为学生提供多样化的学习途径。基于AI智慧课堂，开发了学习行为大数据分析平台，服务全过程教学监测和双轨评价体系。
2.4 凸显公路特色，完善教学手段
以“4D 5空间，5步4成果”为基本教学策略。教学内容贯彻“4D”项目流程的主线，在智慧教室、新材料检测室、路面检测练功场、科研型实验室和路面病害学堂5个教学空间，按“温旧识观标准-析问题接任务-研问题赛技能-展成果撰报告-拓视野磨工夫”5个步骤推进教学实施，最终形成“一份报告、一套配方、一个方案、一座模型”4个成果。以问题为导向、以任务为驱动，采用虚拟仿真、角色扮演、沙盘演练、思维导图等教学手段，发挥线上线下混合教学的优势，培养学生筑路匠心。
课堂教学分课前、课中和课后三个阶段。对于问题探究式课堂教学形式，以问题为导向，采用“温旧识引新知-析问题明目的-研问题剖重点-展成果验真知-开视野拓应用”5个步骤推进教学实施。对于技能竞赛式课堂教学形式，以任务为驱动，分“观标准识设备-布场景接任务-示操作赛技能-评细节撰报告-促提升磨功夫”5个步骤强化学生技能锻造，培养精益求精的工匠精神。
以该课程模块三智慧高速公路路面建设的任务六路面质量控制与三维检测为例，本次课是技能竞赛式课堂，课前学生观看微课和操作规程，熟识仪器设备；
课中布设无损检测训练赛场景，学生接手路面表面性能检测任务；
学生分组进行技能比赛，教师演示三维检测的规范操作；
教师点评纠正实操细节，学生规范处理检测数据及撰写检测报告；
课后督促学生主动提升实操熟练度和准确度，打磨技能工艺。同时，课中融入劳动精神和规范意识等思政元素，让学生深刻感悟工匠精神。
2.5 思政贯穿教学，催化匠心铸造
培养和塑造大国工匠是职业院校的重要使命，大国工匠不仅要技能精湛，更要富有家国情怀，用“中国精神”引领技能学习是职业院校实施课程思政的主流路径之一[4]。路面工程技术课程以“振兴富裕路，团结高效路，融合品质路，开拓创新路”为思政主线，结合工匠筑路的实干精神，将两路精神、劳动精神、规范意识、质量意识、民族自豪和科技创新等思政元素有机融入课堂教学，采用视频导入、案例分析、展示分享、连线企业、竞赛比拼、操作体验等方式，激发学生甘当路石的奉献心、精益求精的责任心和交通强国的自信心。例如该课程的模块三智慧高速公路路面建设是以融合品质路为思政焦点，通过介绍实际工程事故案例，提高学生的安全意识和法治意识，弥补工程法制法规教育的短板，树立正确的职业道德观。
2.6 实现AI赋能，探索双轨教学评价
基于AI智慧课堂的大数据技术监测教学全过程，构建“3阶段4主体5工具”的成绩评价体系，即在课前、课中和课后3个阶段，以校内教师、企业导师、学生团队和学生个体为4主体，运用考证模拟卷、职业技能竞赛、AI智慧课堂系统、线上学习平台和操作评分手册等5工具开展“线上+线下”“教师+企业”的全过程成绩评价。
基于标准化测试、自陈式量表和职业能力测评的统计数据，构建一般认知能力(Cognitive Abilities)-非认知能力(Non-cognitive Ability)-专业技术能力(Professional Technical Ability)三个维度的“C-N-P”增值评价体系，将全过程成绩评价与多维度多元性增值评价相融合，促进学生全面发展。一是在教学全过程共发布4次标准化测评，测评学生书面交流、逻辑能力和批评思维等一般认知能力的增值情况。二是在每个模块教学后发布自陈式量表，掌握学生自主学习、小组协作、职业认同和社会责任等非认知能力的增值情况。三是通过模型制作、报告撰写、方案设计等任务量化学生的专业技术能力，评定学生方案设计、信息转化、数据处理和动手操作等专业技术能力的增值情况。
3.1 课堂效果提升
重视课前线上学习数据，及时调整优化教学环节和教学过程。每个子项目都配备微课视频或施工动画，视频人均回看次数为1.8次，在完成课前任务的基础上，70%同学会主动回顾观看微课视频和动画。课前行业规范和项目图纸预读时长足，教师能依靠课前数据精准定位课堂教学的重难点，及时调整教学组织，同时为学生课堂教学高效参与打好基础。
基于AI智慧课堂，通过人脸识别和数据分析技术来采集和诊断师生互动次数、学生回答次数、学生专注度等课堂行为。中高职一体化学生上课期间手机使用频次显著下降。与普高班学生相比，中高职一体化学生课堂师生互动及生生互动次数频繁，学生主动学习积极性高，课堂学习成效明显，如图2所示。
图2 普高班和中高职一体化学生课堂表现效果对比
3.2 知识技能提升
以智慧公路路面建设项目为载体，遵循项目建设的4D工作流程，在课程的不同阶段分别达成不同的实践目标，最终形成四个成果，即“编制一份项目可行性研究报告、设计一套混合料配方、编写一份施工方案、制作一个1∶150智慧公路路面模型”。坚持理论与实践相结合，增强了学生解决实际问题的能力和项目现场数字化施工管理的能力。
同时，国家级生产性实训基地补齐了现有教学基础试验及技能训练的短板，学生参与生产性实训基地项目累计18项，并依托该平台申报立项学生科研项目14项，参与论文发表12篇，获得授权实用新型专利3项。学生在各类技能竞赛中取得突破性成绩，职业资格证书获取率相比往届明显提升。
图3 一般认知能力和非认知能力增值评价结果
3.3 综合素养提升
自陈式量表和标准化测试结果表明学生的综合素养显著提升，如图3所示。通过编制项目可行性研究报告及施工方案，学生的一般认知能力得到明显的提升。通过小组任务共同制作1:150智慧公路路面模型，学生的小组协作能力进一步提升。此外，课堂教学过程中融入典型工程案例和先进个人事迹，学生对本专业的认知由模糊转变为清晰，职业认同感及社会责任感明显增强。
以智慧公路产业升级为契机，将路面工程技术课程教学内容进行模块化重构，贯彻“4D”项目流程的主线，在智慧教室、新材料检测室、路面检测练功场、科研型实验室和路面病害学堂5个教学空间，分5个步骤推进教学实施，最终形成4个成果，培养学生筑路匠心。基于AI智慧课堂的大数据技术，将全过程成绩评价与多维度多元性增值评价相融合。学生主动学习积极性有效提高，课程成绩和职业资格证书获取率相比往届明显提升，学生在各类技术技能竞赛中取得突破性成绩，更好地适应智慧公路交通产业升级对人才的需求变化。
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