方 勇，杨 宇，杨文波，蒋雅君

（1.西南交通大学 土木工程学院，四川 成都 610031；2.成都航空职业技术学院 马克思主义学院，四川 成都 610100）

交通基础设施是保障和促进社会、经济发展的重要基础，近年来，我国交通基础设施建设发展迅速，以公路为例，截至2020年，全国公路总里程达到519.81万千米并保持高速增长的趋势。随着公路工程建设逐渐向西部山区延伸，公路隧道工程的数量和规模显著增长［1］。截至2019年，我国已建公路隧道19 067座，总里程1896.66万千米，与2009年底的总里程相比，增长了381.14%，同时依然保持着强劲的增长势头［2］，急需大量公路隧道建设的专业人才。与此同时，随着人工智能、大数据等技术在土木工程技术中的应用，以及智慧交通概念的提出与实践，传统的粗放式、经验驱动的公路隧道建设模式已不再适用，因此，公路隧道的建设模式亟须改变，这也对隧道工程专业人才培养模式提出了新的挑战。为了应对以“新技术、新业态、新模式、新产业”为代表的新经济发展需求，新工科建设理念应运而生，与传统工科教育相比，新工科建设以培养符合当前和未来产业升级需求的卓越工程创新人才为目标，强调培养学生的跨学科思维和解决工程实践问题的能力［3］。新工科建设理念为当前工程学科人才培养提供了思路和方向，如何培养具有跨学科思维和解释工程实践问题的新型人才已经成为高校教育改革探索的重要方向。本文以“高速公路隧道工程”课程为例，探索了新工科背景下土木工程学科教学改革的方向和思路。

一、对“高速公路隧道工程”教学特点的思考

目前，国内外已有多所院校设立了“高速公路隧道工程”课程作为土木工程专业的重要专业基础课程［4-5］，为传统隧道工程行业人才培养做出了重要贡献，但是该课程教学还存在如下问题。

（一）培养目标不够明确

目前，“高速公路隧道工程”的课程目标是使学生通过该课程的学习，形成对隧道工程的基本认识，掌握隧道工程的构造特点、设计方法和施工流程，侧重专业知识的传授而非专业素养的提升，课程内容全面但针对性不足。例如，就隧道所属工程领域而言，隧道可细分为水工隧道、矿山隧道、交通隧道，而交通隧道又可以细分为铁路隧道、公路隧道等，不同的隧道具有不同的结构特点和设计方法，但在目前的“高速公路隧道工程”课程教学过程中，主要针对隧道工程的基本概念、基本原理和基本施工方法进行讲解，很少深入讲解具体隧道形式，不能体现出具体隧道工程的特点［6］。对高速公路隧道工程而言，除了常规的隧道施工等内容外，高速公路隧道的运营和维护中的通风、照明、防灾救援设计等都是高速公路隧道工程建设过程中的重要组成部分，但目前的教学内容中均缺乏该方面内容的详细介绍。

（二）培养方案前瞻性不足

目前的培养方案依然依托传统的教材，与当下的新科技、新技术契合度不够。近年来，随着信息技术、材料科学和施工机械装备等相关技术的发展，高速公路隧道的建设技术包括设计、施工和运营维护技术得到了长足发展，BIM设计、TBM掘进方法、喷膜防水等新理念、新技术、新材料在隧道工程中逐步得到了应用并有效推动了隧道建设技术的进步，但是这些内容并没有在隧道规程的培养方案中得到体现，导致学生对目前高速公路隧道建设技术认识不够深刻，不能很好地与工作衔接［7］。

（三）教学过程重理论轻实践

目前，“高速公路隧道工程”课程重理论轻实践的问题较为突出。教学过程依然以“填鸭式”课堂教学为主，缺乏实践认知环节，教师负责讲授课程内容，学生被动接受；课程考核仍以传统的考试为主，学生主要通过死记硬背准备考试，缺乏主动思考和探索。这些因素导致学生不能够熟练掌握课程的核心内容，在一定程度上影响了授课质量［8］。

二、基于OBE理念的“高速公路隧道工程”课程教学方法探索

学者Spady于1981年首次提出了成果导向教育理念（Outcomes-Based Education,OBE），该理念的基础原理是每一名学生都是有才能的且都能通过合适的途径获得成功（Success for all），而学校的主要任务是帮助每名学生找到成功的方法。该理念强调知识、能力、素质的全面协调发展，在教学过程中遵循“反向设计、正向施工”的原则，注重教育产出［9］。Spady进一步提出了OBE的金字塔结构理论，根据该理论，OBE教育理念主要包括核心目标、重要条件、关键前提、实施原则和实施要点等五个方面的内容［10］。其中一个核心目标即教学的首要目标是要让每名学生都能达到顶峰成果，这个成果并不是指单一的学习成绩。根据新工科背景下工程教育发展的趋势，这个成果应该不仅包含智力与实践技能基础和职业能力，还包括人文科学与技术基础知识、社区与全球意识、综合与应用学习等［11］。两个重要条件包括构建学习成果蓝图和营造成功环境两项内容，其中学习成果蓝图主要用于细化、明确能力结构和内容构架，对于“高速公路隧道工程”课程而言，要通过课程内容设置和教学环节优化实现上述条件。三个关键前提重点阐述了实现学习目标的关键，首先，每名学生都能通过不同的途径和方式实现预期成果；其次，学习的成功会反馈于后续的学习，并激励学生获得更加成功的学习；最后，学校创造的机会对于学生的成功具有重要影响，因此，在教学过程中应为学生构建更多的机会。实施原则为教学内容的选取和教学过程实施提供了方向，即明确聚焦、扩大机会、向下设计和提高期许。实施要点包括明确学习目标、构建课程内容体系、明确教学方法、形成自我参照评价，最终逐级达到顶峰等。本文以“高速公路隧道工程”课程教学为例，具体探讨如何将OBE理念植入新工科背景下工科教学过程，以期培养适应新工科发展要求的专业知识人才。

（一）基于OBE理念的教学目标设计

在OBE 理念中，教学目标既是教学的终点也是起点，且这些目标应该可以被清楚刻画或测评［12］，因此，首先应明确课程教学目标。“高速公路隧道工程”是为适应我国高速公路建设迅猛发展的现实需要而开设的一门课程，其主要目的是使学生通过本课程的学习掌握我国高速公路隧道的历史、建设现状及未来的发展趋势，并进一步掌握高速公路隧道的结构组成及设计流程与方法、施工及运营期通风照明与防灾救援等知识，以便为今后的学习和工作奠定坚实的基础。通过对土木工程行业相关企业的深入调查，结合新基建需求，分析行业人才需求和用人单位对人才培养的具体要求，将本课程的培养目标分解为以下四类。

1.能力目标。“高速公路隧道工程”是一门实践性较为突出的课程，因此，其能力目标应与工程实践紧密结合。具体而言，学生需要通过本课程的学习，熟练掌握高速公路隧道结构设计、运营通风设计流程及灾害条件下的处置方法等，对于学生毕业后从事专业工作具有重要意义。

2.知识目标。知识目标主要是使学生更好地达成能力目标，并作为能力目标的一种补充和扩展，如掌握高速公路隧道结构和构造的特点，包括高速公路隧道的衬砌形式和构造、洞口与洞门的结构、隧道内的涂装与辅助通道的特点和作用、长大隧道分区照明的特点和原理、各种通风方式的特点及隧道灾害的种类等。

3.素质目标。土木工程人才需要具备工程职业道德、人文素质和社会责任感等基本素质，同时，新基建背景又对土木工程人才的素质提出了更高的要求，因此，素质目标是本课程的重要培养目标［13］。

4.课程思政目标。在课程学习过程中，融入课程思政设计，通过了解我国高速公路隧道工程技术的发展，激发学生的民族自豪感和爱国热情，培养学生的专业认同，使学生树立专业报国投身我国交通行业建设的崇高理想，以及正确的世界观、人生观和价值观。

（二）基于OBE理念的课程内容构建

OBE理念强调通过课程目标反向构建、筛选教学内容，保证教学成果的适切性，因此，在课程内容方面应遵循学生期望原则和聚焦重点原则［12］。首先，应从学生期望出发，阶梯设置课程内容难度，最终达到课程目标；其次，要聚焦于核心、前沿内容，删减不重要的内容，以便更有效地达成课程目标。“高速公路隧道工程”是土木工程专业隧道与地下工程方向基础课程的进一步补充和提升，因此，在内容安排上应有所侧重，要突出高速公路隧道工程的特点，删减隧道共性知识，如隧道施工技术等相关内容，并加强高速公路隧道工程相关内容的介绍，突出当前公路行业隧道设计和运营过程中的重要环节，使学生对高速公路隧道工程形成完整、系统的认识。具体而言，根据OBE理念，对课程内容进行整合重组，分模块设置学习内容，将课程内容划分为六个模块，如表1所示。在每个模块的内容安排上要注重对四个培养目标的体现，以能力目标和知识目标为主体，将素质目标和课程思政目标贯穿整个教学过程。同时，为了进一步响应新工科建设的要求，在课程内容设置上突出相关领域的最新发展趋势和动向，将近年来国内外公路工程领域先进的设计理念、运营方法和科研成果引入课程内容，使学生开阔视野，能够及时了解高速公路隧道工程的发展前沿，为以后的工作打下更好的基础。如在高速公路隧道的结构特点与结构设计模块中引入港珠澳岛隧工程，进行沉管隧道设计方法的讲解，在高速公路隧道营运通风模块中引入前馈式通风等智能通风控制模式。

表1 “高速公路隧道工程”课程内容设置

（三）基于OBE理念的教学实施

根据OBE理念，教学过程的重点在于输出而非输入，因此，如何调动学生在学习过程中的自主学习积极性是保证学习效果的关键。例如，将传统的灌输型教学模式转换为研究型教学模式，在课程中引入翻转课堂［14-15］，提升学生在课程中的参与程度，达到对其综合素质能力的培养。本课程教学实施过程主要由理论教学、专题设计和现场实习三个主要流程组成，三个流程之间相互依托并形成闭环，如图1所示。

图1 课程实施组成

理论教学部分突出对课程逻辑体系和专题关键问题的梳理，而专题设计部分强调由“重教轻学”向“教主于学”转变，突破传统教学模式中教学方法、教材内容的约束，实现由“车厢式教学”向个性化教学的转变。具体而言，在理论教学过程中教师将各个专题中的核心内容整合成若干个问题，引导学生分组讨论，通过查阅资料、团队协作等方式形成答案，同时教师在这个过程中适度介入并加以引导。这个过程的关键在于促进学生自主探索问题、分析问题和解决问题能力的提升，核心在于对知识的理解和融会贯通，并使学生能够储备基本的专业知识和塑造专业素养，而并非简单的记忆。

OBE 理念强调学生通过具有挑战性的任务展示能力，因此，在课程实施过程中要创造一个能完整展示学生能力的机会和环境。根据课程的属性特点，通过设置若干个与课程内容紧密相关的专题设计展示学生的综合能力，如在高速公路隧道的结构特点与结构设计模块中设置高速公路分岔隧道设计，在高速公路隧道营运通风模块中设置大断面特长隧道运营通风方案设计，由各小组按拟定的专题进行方案设计，通过讨论凝练关键问题，确定设计流程，最后通过资料调研、软件学习等步骤形成最终成果并进行展示汇报。这个过程不仅要求学生掌握基础知识，还要求学生能够实现对相关知识体系如信息检索、资料调研、软件计算等知识的整合利用，锻炼学生的创造性思维能力、有效知识的辨识与整合能力、对关键问题的分析与处理能力及团队协作能力。在这个过程中，教师应注重对整体进度的把握和重要节点的诊断，以适当介入的方法引导专题达到预期成果。

土木工程专业教学的首要目标是培养学生熟练应用理论知识解决实际工程问题的能力，因此，实践性是本课程的一个重要内在属性，而工程实践是促进理论知识升华为综合应用能力的重要媒介，“高速公路隧道工程”在教学过程中不能只侧重书面理论知识的介绍，更应该让学生近距离了解高速公路隧道，将理论知识转化为直观认识，更好地掌握相关知识。在教学过程中，应适时组织学生进行现场认知实习，将课堂带到实践一线，让学生直观了解高速公路隧道建设的流程，在条件允许的情况下带学生去现场参观隧道建设过程，了解隧道通风系统的组成及运营隧道的通风照明控制方法等。在现场实习过程中，学生可以反思自己在前两个环节中存在的疑惑和不足，并进一步加以完善补充。

（四）基于OBE理念的教学成效评价

目前，在土木工程专业课教学成果评价过程中存在诸多共性问题，典型的问题如评价观念存在偏差、评价标准单一、评价方式缺乏灵活性、评价主体缺乏综合性等［16］，导致学生往往出现考前突击、死记硬背等问题，不能全面体现学生的真实学习水平，为了加强学生对课程知识的掌握，亟须对课程的考核方法和策略进行调整［17］。OBE教学理念注重目标导向，因此，教师需要明确课程教学目标，制定考核标准，实现教与学两大环节的有机结合并将教学评价聚焦在学习成果上。由于本课程以能力培养为目标，突出对学生知识应用和逻辑思维能力的提升训练，所以要建立以学生为中心、以能力为导向的教学考核体系。根据本课程特点，重点以教学过程中的专题设计作为能力评价的主体依托，并根据教学目标设计多元的评价内容和评价标准，如知识的掌握深度、能力的塑造程度等，如表2所示。

表2 课程评价内容及标准

在每次专题设计完成过程中，学生可以先对照评价内容和评价标准对自己的学习成果进行评估与改进，最后以“学生自主评价+小组内互相评价+教师整体评审”的方式形成阶段性评价结果作为每个阶段的学习成效分析，并为下一阶段的教学提供参考。在整体教学内容完成后，教师对每个学生在每个专题中的表现进行纵向评价，通过梯次评价标准，以达到激励学生挑战自我、不断提升能力的目的。

本文剖析了目前“高速公路隧道工程”教学中存在的不足，介绍了新工科背景下基于OBE理念的教学模式在“高速公路隧道工程”课程中的应用。该课程的主要目标可以分为能力目标、知识目标、素质目标和课程思政目标，针对上述四大目标构建了由六大模块组成的课程内容，并构建了由理论教学、专题设计和现场实习组成的教学实施流程，最后介绍了基于OBE理念的教学成效评价方法。