高职桥梁工程检测课程“三阶段”虚实结合教学模式研究

［摘 要］桥梁工程检测是一门理论和实践相结合的跨学科课程。为解决桥梁检测技术技能人才与行业发展的新需求匹配不高的问题，分析传统教学模式存在的不足，将虚拟仿真等数字化技术引入传统教学中，构建了虚实结合的教学模式，并从理论认知、技能训练和拓展应用三个层面，阐述了“三阶段”虚实结合教学模式在课程改革中的实现方法。通过实践，总结了新的教学模式在教学改革中的应用成效，全面提升了交通运输检测人才培养的质量，并为同类课程开展教学改革提供参考。

［关键 词］高职；桥梁工程检测；“三阶段”；虚实结合；教学模式

［中图分类号］G712［文献标志码］A［文章编号］2096-0603（2024）23-0078-04

一、前言

《交通强国建设纲要》提出，到21世纪中叶，全面建成人民满意、保障有力、世界前列的交通强国。要强化交通基础设施养护，加强基础设施运行监测检测，提高养护专业化、信息化水平，增强设施耐久性和可靠性[1]。《国家综合立体交通网规划纲要》也提出要强化交通基础设施预防性养护维护、安全评估，加强长期性能观测，完善数据采集、检测诊断、维修处治技术体系，加大病害治理力度，及时消除安全隐患[2]。根据交通运输部发布的《2022年交通运输行业发展统计公报》显示，截至2022年末，全国公路里程535.48万公里，公路养护里程535.03万公里，占公路里程比重为99.9%，其中公路桥梁103.32万座、8576.49万延米[3]。随着交通基础设施建设存量的不断增加，公路、桥梁等交通设施的安全保障工作日趋繁重，检测工作不仅是对在建工程项目质量的验证措施，更是对运营交通设施开展技术状况评定和安全评估的重要举措，并为后续的养护和维修提供决策数据。

为此，教育部根据行业产业升级需要，站在服务国家发展的高度，在2021版职业教育专业目录中，新增了道路工程检测技术专业，2024年教育部又将道路工程智能检测专业列为职业本科新增专业，以适应产业需求[4]。桥梁工程检测课程是道路养护、检测相关道路运输类专业的核心课程，是培养学生从事公路与桥梁设计、施工、监理、检测等岗位工作的基本知识，通过任务引领型的项目活动，使学生在具备道路桥梁设计、施工、监测等测量技能和相关理论知识的基础上，学会桥梁工程质量现场检测的检测原理及检测方法。培养学生能够正确使用检测仪器设备对桥梁工程进行现场质量检测，并能够根据检测数据正确评定桥梁工程质量、出具检测报告，掌握桥梁检测工作的各项技能，同时具有能解决复杂问题的能力和素养，课程培养的检测专业人才在保障工程项目质量和安全方面发挥了重要作用。传统的桥梁工程检测课程多以理实一体化的方式开展教学，近几年，随着虚拟仿真、人工智能等技术在高等教育领域的辅助教学应用，许多学校对传统教学模式进行信息化改造，教学效果和人才培养质量有了较大提升。随着桥梁强国发展和行业产业的不断升级，一些复杂超级工程也对检测技术人员在工程质量和安全检测方面提出了许多新的要求，亟待培养更多高素质技术技能应用型人才。本文以学生掌握的技能满足桥梁工程检测现场实际应用为成果目标，对课程教学内容进行梳理，以“懂原理、善操作、会应用”为课程教学目标，设计出适用于本课程的“三阶段”虚实结合的教学模式。

二、传统教学模式存在的不足

桥梁工程检测课程是一门包含无损检测技术、传感设备、信号传输与采集等多种技术跨学科结合的新兴课程[5]。学生在学习该课程时，存在“理论原理难以理解，实践操作比较熟悉，应用能力明显不足”的现象，不满足道路检测工程技术专业提出的培养适用于道路桥梁工程质量、交竣工验收、施工监控和运维监测等工作的高技术技能人才的培养目标，并主要存在以下不足：

（一）教学主体转变不彻底

课程主要采用的教学方式是“线上线下+理实一体”。教师在课前通过线上教学平台发布学习任务，学生利用视频对理论原理和部分仪器设备的操作进行预习。课中教学时，教师多采用项目引导的方式，对重要的理论原理进行强化并开展课堂讨论，课间试验采用教师示范操作和学生跟学练习的方式。课后学生完成实训报告并反复观看教学视频进行学习总结和巩固。虽然采用了项目式教学、翻转课堂教学等形式，但学生仍然被动进行理论学习和实操训练。

（二）教师复合能力待加强

课程所涉及的专业学科门类较多，开展跨多学科模块化教学难度较大。目前大部分院校授课师资为具有土木工程类专业背景且具备工程一线实践经验的“双师型”教师，对仪器设备操作、工程应用情况比较熟悉，但对仪器原理和信号采集及传输等方面的知识掌握情况参差不齐，日常教学时存在“重仪器操作，轻理论原理”的现象，少数教师甚至忽略理论原理的讲授。

（三）“三高三难”特征强体现

高职院校的学生普遍存在动手实践能力强，但基础知识薄弱的情况，在课程学习过程中，对超声波（应力波）的传播、电路电桥等原理难以理解；桥梁结构常见的缺陷部位和类型较多，使用的仪器设备类型比较丰富，若全部开展实体教学投入较大；部分检测项目为破坏型检测，课程教学周期较短，存在高损耗和难实施的问题；由于桥梁结构占地较大，一些综合性检测项目在面积有限的校园内难以实施。

（四）学生泛在学习效果差

桥梁工程检测课程教学内容包含4大模块、7类任务和22个实验项目。实验所需的结构缺陷模型、仪器设备台套数等均难以支持学生在任何时间、任何地点开展学习，部分仪器设备更新淘汰较快（比如：检测数据分析软件等），导致新技术、新设备和新规范在教学实训中的应用覆盖面较小。

（五）综合应用能力脱节

学生普遍对仪器操作的过程比较感兴趣，也能通过反复的练习形成肌肉记忆，利用仪器设备得出较为满意的检测数据。但从学生参加技能竞赛的情况可以明显看出，在学生操作熟悉场地及仪器的情况下，集训备赛成绩较好。如果更换其他的实训场地，面对试验模型和仪器不同时，表现则相差甚远，不能合理选择检测方法和仪器设备，不能正确设置测试参数等，学生综合应用能力较差是桥梁工程检测课程在传统教学模式中存在的共同问题。

（六）学习效果评价难支撑

目前课程学习成绩评价主要由出勤、作业、课堂互动和考核成绩等组成，线上教学平台可以就学生学习的进度和部分理论知识的测试进行评分，能较为准确地反映学生对理论知识的掌握情况。但实践操作一般仅由校内教师和企业导师或实训教师根据实训提交的检测报告情况进行评分，教师仅能关注并评价部分学生的操作过程，难以对全部学生的实践操作进行过程性评价，学习效果评价数据难以支持教师的教学改进和学生的学习提升情况。

三、“三阶段”教学模式的设计

随着国家现代化建设的不断推进，尤其是人工智能、大数据、物联网等技术在各领域的应用，各行业对技术技能人才的需求提出了更高的要求，更加强调技术技能在实际工作中的应用能力[6]。“三阶段”教学模式是指从“理论认知→技能训练→拓展应用”开展进阶式教学，适用于大多数重视理论知识且强调实践操作的职业教育类课程。传统的职业教育教学模式主要是“两阶段”，即先进行理论知识学习，再进行技能实操训练。在不断的教学改革中，将部分理论知识融入项目中，一边实践操作一边学习理论知识，有效地将理论与实践进行融合，提升了学生学习的兴趣和教学的效果。本文提出的“三阶段”教学模式是基于虚实结合的方式设计的，虚拟仿真技术通过三维建模技术更加逼真地还原工程项目的实际环境，并与实体检测模型进行互补，构建“虚实结合、虚实互补、虚实融合”的教学环境。

（一）理论认知的学习

桥梁工程检测课程中存在大量理论原理型知识，需要向学生讲授用于桥梁工程检测的技术，根据目前检测行业发展的情况，大体可以分为机械类检测技术、机电类检测技术、振动类检测技术、雷达类（电磁波）检测技术、超声波类检测技术、射线类检测技术、激光类检测技术、红外类检测技术、摄像类检测技术和集成类检测技术等[7]。这类技术不属于道桥类专业基础课程知识，且普遍存在难以理解、难以想象和难以观察的教学难点。在“三阶段”教学模式中，可采用动画和视频的形式辅助教学，将抽象的概念进行具象化。部分教学内容可以采取AR（增强现实Augmented Reality）技术对检测仪器设备进行拆分，将肉眼不可见的超声波、应力波、雷达等检测手段通过虚拟化方式叠加在传统仪器设备上。学生可以利用手机、平板等电子设备，通过扫描二维码或检测仪器进行观看学习，可大大增强视觉体验，强化对原理型知识的理解，为后续的技能训练和综合应用奠定坚实的理论基础。对理论认知的学习评价较为简便，可通过对不同检测技术原理之间进行对比，检验学生对原理知识的理解程度。

（二）技术能力的训练

技术能力训练针对的是桥梁工程单项检测项目，其主要的教学目的是让学生通过反复练习掌握各种检测方法和相关仪器设备的操作使用。在桥梁工程检测中存在大量的单项检测项目，按检测的目的划分为混凝土强度检测、混凝土裂缝检测、混凝土缺陷检测、钢筋的直径及分布位置、钢筋锈蚀检测、有效预应力及灌浆密实度检测等，此类项目可在单独完成检测后出具相应的检测报告（结论）。在“三阶段”教学模式中，可采用虚实结合的方式开展教学，对于一些通过无损检测技术开展且待检测模型占地面积较小的典型项目，建议采用实物模型和相配套仪器设备开展检测技能训练。对于一些高损耗、高投入和高风险的检测项目，如钻芯法检测混凝土强度、混凝土碳化深度检测等，可采取虚拟仿真的方式，将实验过程通过编程语言进行固定化展示，让学生通过虚拟练习，掌握实验的基本操作流程，也能达到教学目的。虚拟仿真教学系统可以提供一个反复练习的教学平台，并需要关注学生在基础技能训练过程中操作的规范性，也是该阶段学习效果评价的重点。根据学生操作的情况，个性化制定并推送后续训练方案，全面提升了学生泛在学习的空间和训练效果，强化技能训练在课程学习中的核心作用。

（三）技能拓展的应用

技能拓展的目的是指在综合完成理论认知学习和技术能力训练后，提升学生在面对实际工程或复杂工况时灵活选择合理的检测技术和相应设备开展综合检测的能力。比如对竣工验收或运营桥梁开展静载试验或动载试验，一般需要完成应变检测、位移检测、裂缝检测、动力特性参数测试等一系列单项检测项目。除此外，学生还需要根据不同检测环境和需求制定检测方案和撰写检测报告。在现实教学中，因静载试验或动载试验的加载装置为汽车荷载，无法通过缩尺模型来完成教学，而在学校建造一座或几座真实桥梁开展教学则需要耗费大量教学成本。针对此类技能拓展的应用训练，可以通过三维建模技术构建常见的桥梁模型，学生通过单人头戴设备和手柄开展模拟试验，也可以通过多人协同和角色扮演的方式模拟真实检测工作需多人协作完成的情形，可逼真地还原实际工程项目开展情况[8]。在技能拓展应用阶段，可利用虚拟仿真教学平台，全面检验评价学生课程学习的应用效果，并根据综合应用的情况分析学生在理论学习和技能训练阶段的教学成效及学习目标的达成度。

四、课程改革实践效果及收获

江西交通职业技术学院桥梁工程检测课程是“国家双高”计划道路桥梁工程技术专业群的优质核心课程，围绕专业和课程建设，打造了交通智能建造示范性虚拟仿真基地、“1+X”路桥无损检测基地、桥隧检（监）测大师工作室、路桥园综合实训基地等一批“虚实结合”的优质教学环境。课程入选江西省精品在线开放课程、职业教育“课堂革命”典型案例项目、江西省课程思政示范项目等。近年来，通过不断优化教学模式，并在教学中尝试改革创新，凝练总结了一套多层级、进阶式教学新模式，形成了具有交通特色的教学范式。教学团队将研究成果应用于教学发现，学生在课程学习效果、“1+X”路桥工程无损检测职业技能等级证书考核通过率等均有了较大提升，通过提升学生的综合应用能力，学生的技术创新思维和素养也有了一定的提升，师生共创的桥梁缆索检测机器人、锚杆拉拔检测仪等产品获得了多项中国大学生“互联网+”创新创业大赛奖项。

（一）构建了进阶式教学生态