城市地下空间工程应用型人才实践教学创新模式研究

张军伟 李雪 曲宏略

摘 要：针对新建城市地下空间工程专业培养偏理论、轻实践教学，人才培养规格定位不够准确、课程设置不够科学、教材部分内容陈旧、课程之间内容重复大、课程之间联系不紧密的弊端等状况，对城市地下空间工程人才培养方案和与之相应的课程结构、课程内容以及实践教学进行系统深入研究，提出了基于校内工程模拟和校外实战训练两大实验实践教学平台的城市地下空间工程专业应用型人才实践教学创新模式，该模式紧密结合实际工程，采用开放灵活的教学方法，来提高城市地下空间工程专业学生的工程能力和创新能力，以培养能体现新时代城市地下空间工程特征和满足社会发展以及用人单位需要的城市地下空间工程专业人才。同时研究也将为我国其他高校城市地下空间工程应用型人才实践教学提供借鉴和参考。

关键词：地下空间；实践教学；校内工程模拟；校外实战训练：工程能力；创新能力

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2018）14-0045-03

Abstract： Based on the current condition of the undergound space engineering education， such as the imbalance between theoretical and practical education， inaccuracy of the talents training standard， irrational course arrangements， outdated textbook， less related subjects， the study makes a profound and systematical research in talent training scheme， the content and structure of the course， as well as the practical education. We have adopted an innovative education mode based on the engineering simulation and practical training. Closely related to the actual project， such mode adopted flexible teaching method in order to enhance students'engineering and innovative ability. Thus， professional talents can be trained to fit the underground project in the new era and to meet the need of the employers. At the same time， the study also provides reference for other universities in underground space engineering education.

Keywords： underground space； practice teaching； college engineering simulation； practical training； engineering ability； innovation ability

一、概述

根據国家统计局公布的中国城市化率历年统计数据（1949-2013），我国城市化水平已由1998年底的30.4%发展到2013年的53.7%，比2012年提高1.13%，并将在21世纪中叶达到65%，接近世界发达国家的城市化水平。然而，随着城市人口急剧膨胀和经济高速增长，“城市综合症”日益突出，如土地资源紧张、生存空间拥挤、交通严重堵塞、环境污染加剧、基础设施综合防灾能力薄弱等[1-3]。因此，可持续发展成为未来城市化建设的长远发展战略。实践证明，开发利用城市地下空间是实现城市可持续发展的有效途径。

城市地下空间作为国民经济支柱产业的建筑业，从业人员已达3400万人， 居全国各行业之首，然而专业技术人员仅140万人，占建筑业从业人员总数的4.1%[1，3-5]。特别是近年来我国城际高铁隧道、城市地铁、城市大型地下停车场、城市人防工程以及地下石油储备库等地下工程的迅猛发展，势必需要与之相应的大量的城市地下空间工程专业技术人才，特别是能综合利用各种信息知识、善于综合创新、优化整体的城市地下空间工程人才。然而，截止目前，我国开办城市地下空间工程高校已达到41所[6-11]，加之城市地下空间工程专业为新建专利，尚无现成经验可循。所以人才培养方案和与之相应的课程结构、课程内容上缺乏系统深入的研究，普遍存在着人才培养规格定位不够准确、课程设置不够科学、教材部分内容陈旧、课程之间内容重复大、课程之间联系不紧密的弊端，不利于学生对知识的综合利用与融会贯通，由于培养过程中与实际工程脱节，教学方法不够开放灵活，以致人才培养方案不能体现新时代城市地下空间工程的特征，人才培养质量也不能完全满足社会发展和用人单位的需要。因此，对我国高等学校城市地下空间工程专业而言，开展适应国家轨道建设事业的城市地下空间工程应用型人才实践教学模式改革势在必行。

二、实践教学创新模式的指导思想和基本思路

“创新高校人才培养机制，促进高校办出特色争创一流”，是党的十八届三中全会《中共中央关于全面深化改革若干重大问题的决定》对高等教育改革发展提出的最直接、最明确的要求，关系高等教育内涵发展和质量提高，关系高等教育强国梦和中国梦的实现。基于该指导思想，城市地下空间工程应用型人才实践教学创新模式着力建立校内工程模拟和校外实战训练两大实验实践平台，为培养城市地下空间专业学生的工程能力和创新能力而进行课程体系、教学组织及管理模式等方面的研究。

首先从城市地下空间工程专业人才培养方案调研分析入手，在调研得到企业的人才需求和人才定位基础上，同时选取开办城市地下空间工程专业典型高校为样本，分析各个高校城市地下空间工程专业的培养模式和培养方案，以确定城市地下空间工程专业2015级培养方案，并同时着力于构建城市地下空间工程专业双平台双能力培养体系，通过校内工程模拟实验平台专业实验的训练，让学生建立起初步工程概念；同时，在这个平台上，通过学生自主设计、自主研究活动，学会科学研究的方法，建立起科研创新的概念；通过校外实战训练平台参与实际工程项目的设计、施工、管理和监测评价，在实战中全面提升学生的工程能力和解决新问题、发明新办法的创新能力。另外通过课程体系中的实践环节，反映改革的成效以及成果。

三、研究与改革实践

校内工程模拟和校外实战训练两大实验实践平台两大平台的建设作为实践教学体系构建的基础，试图通过教学思想、教学条件、教学内容、教学组织、教学方法的改进与创新，从根本上提高实践教学的质量，从而提高学生的工程能力和创新能力。主要体现在以下两方面：

（一）工程能力培养

（1）认识实习。城市地下空间工程专业认识实习是城市地下空间工程专业重要的实践性教学环节。它的主要任务是使学生对地铁车站建筑形式、地铁车站基坑施工等有初步的认识，建立直观的工程印象。从实施效果来看，城市地下空间工程专业认识实习能够为增强专业意识、培养专业兴趣以及后续工程和创新能力的培养奠定基础。

（2）课堂教学。在《地下工程概论》、《岩土工程勘测》、《地下结构设计原理与方法》、《工程地质与水文地质》、《土质学与土力学》、《隧道工程》、《地下建筑风水电工程》等与工程相关的课程里。通过工程案例的形式展开教学，按照建构主义教学观在学生大脑里初步构建工程轮廓。比如《隧道工程》，在讲授基础知识时，单纯讲授隧道工程的建筑理论比较枯燥、教学内容比较单一，学生也容易产生厌倦情绪。此时可以把铁路隧道、公路隧道、城市地铁、城市地下共同管廊、海底隧道、水工隧道等实际工程放在一起，在回顾基础力学的同时，从工程认识角度找出隧道工程建筑的共性以及各个行业隧道之间的差异性。不仅如此，还可以从方便大家交通出行的角度，引入高速铁路隧道、高速公路隧道以及城市地铁隧道这些热点地下工程。在此基础上再详细介绍相关隧道的选线和施工理论，这样操作的目的既可以提升学生对工程的兴趣，又可以在介绍工程案例的同时讲授理论内容。如果需要进一步深入夯实学生的工程能力，需要借助如下内容（3）课程实验和内容（4）课程设计。

（3）课程实验。课程实验是课堂理论教学的延续，也是理論知识的扩展与升华。在研究内容（2）的基础上，利用专业实验课设计系列专题性或综合性的工程和研究模拟项目，通过课时调整和《城市地下空间工程专题实验》这一实践环节并利用学生业余时间，可以使学生在校内实验平台上更进一步巩固工程能力。比如《地下结构设计原理与方法》理论课程。如果单纯从设计理论学习地下结构设计方法晦涩难懂。如果配备隧道结构与岩体地下工程物理模型试验平台，再通过对隧道现场监控数据的处理，工程能力可以得到很好的锻炼和巩固。从西南石油大学城市地下空间工程2011级、2012级、2013级的实训效果来看，学生通过校内课程实验平台很容易接受地下结构设计理论。同时，工程能力得到进一步巩固。

（4）课程设计。城市地下空间工程专业培养的最终目的是培养合格的工程师。它要求学生既需要精通地下结构设计理论，又需要精通地下工程施工理论。城市地下空间工程专业培养方案中系列课程设计也是对课堂理论教学的进一步深化。仍然以《地下结构设计原理与方法》课程为例。此课程的任务是掌握地下工程支护及安全分析方法、地下结构体系的组成、地下结构物的工程结构形式和工作环境、地下结构荷载的确定方法和结构内力计算、地下结构的设计方法等。通过本课程理论学习和实验训练，使学生能够应用地下结构设计的理论和方法来分析解决城市地下空间工程中常见的工程问题。为了掌握隧道工程的结构设计，历年的课程设计均以中铁各大设计院的实际工程来进行设计，学生通过实际工程对某一断面某个围岩级别所做出的隧道结构设计同设计院工程师的设计成果进行对比，找出自己的优点和缺点。由此可以激发学生兴趣，在增强学生自信的同时，也要让学生自己认识到工程能力如何获取？如何巩固？如何进一步得到提高？以西南石油大学城市地下空间工程2013级《地下结构设计原理与方法课程设计》为例，选课人员总计59人，设计实际工程题目15个。通过以川藏公路二郎山隧道实际工程的设计指导书指导学生按照确定设计标准→熟悉工程地质与水文地质→围岩分级→确定隧道建筑设计限界→确定隧道轮廓线→隧道结构初步设计→隧道结构计算→隧道支护结构验算等严密程序进行。使学生的工程能力进一步得到深化。

（5）生产实习。它的任务是让学生掌握地下工程现场施工的基本方法、操作要点、主要机具设备及用途、质量要求等。使学生掌握常用的地下工程施工机具的性能，并能合理地选择施工机具；使学生掌握地下工程主要施工工艺、各施工工序间的相互影响，并能合理地制定作业循环计划以及施工组织与管理的内容和方法。只有让学生通过现场实习，才能把四年所学知识融会贯穿，才能理解工程能力的真正含义，才能判断自己是否具备了工程师的能力。

（6）组织专门的指导团队。校内平台的指导团队主要由专业课、专业基础课、专职实验教师组成，由学院教学和科研骨干教师担任团队负责人，全权负责校内平台的运作。校外平台的指导团队以合作单位设计部、工程部的工程技术人员为主，校内教师配合协作，由合作单位的高层技术主管担任团队负责人，每个工程师分管3-4名学生。学院指派专门的联系人，协调平台的相关工作。除此之外，彻底改变以前放羊式的实习模式，将高年级学生的短学期时间、专业（毕业）实习时间统一集中，并利用学生课余、假期时间，将学生组织起来，分成若干个小组，直接参加到合作单位的工程项目中，参与设计、施工、管理、评价以及相关的工艺研究等工作，使学生在校外实战平台上获得进一步的工程能力。

（7）制定具体的管理办法保证上述改革措施的顺利实施，包括资金支持、实验室使用与管理、指导团队工作量计算与考核、学生学分计算和成绩考核等。

（二）创新能力培养

（1）课堂教学。在课堂教学过程中，教师除了培养工程能力之外，还需要激发学生的创新意识，加强培养学生发现问题、提出问题和解决问题的能力。教师课堂中加入科学研究内容，将有利于改善学生知识结构，提高学生的理论素养，通过现代教育理论和手段解决课堂教学过程中学生对更深层次实际问题的解决能力，从而提高学生的提创造性、认知素质和能力素质。同时，课堂教学根据不同层次学生的探索和创新欲望不同，在教学中利用新旧知识的联系，提出需要解决的问题，并涉及一系列具有启发性的问题。仍然以《地下结构设计原理与方法》课程为例，对于大多数学生来说，确定设计标准→熟悉工程地质与水文地质→围岩分级→确定隧道建筑设计限界→确定隧道轮廓线→隧道结构初步设计→隧道结构计算→隧道支护结构验算等严密程序进行设计是必须掌握的内容，这也是要求合格的工程师必须具备的基础知识。除此之外，部分学生还会对知识点进一步挖掘。主要表现在如下几点：一是根据相关设计规范，既然在围岩级别确定之后可以设计出隧道结构，那么对于软岩、岩溶、瓦斯等不良地质隧道，如何进行设计？二是关于《弹性力学及有限元法》中关于密闭隧道围岩压力的计算问题。过去修建的隧道基本处于浅地表，理论计算过于简化。针对目前的深部地下工程来讲，密闭隧道围岩压力的计算问题是否还适用？三是基于通式化教育的地下工程，如何發展石油行业的地下水封油库修建技术理论？等等。以上都在潜移默化地引导学生逐步迈入创新的大门，同时也让学生自己逐渐具备发现问题、提出问题和解决问题的能力。

（2）第二课堂。加强专业技能训练是提高城市地下空间工程专业学生从业能力的有效途径。通过第二课堂训练，促使城市地下空间工程专业学生的基本专业技能得以强化，除了提高学生设计规范和设计资料运用能力之外，还能提高学生如何采用先进的设计手段的运用能力，形成设计文档资料电子化归档的基本思路，为学生适应隧道工程设计与施工信息化发展要求、研究生学习以及未来就业奠定坚实基础。

（3）科学研究。西南石油大学岩土与地下工程教研室专业教师目前总共12名，全部拥有博士学位。这也为城市地下空间工程专业学生的创新教育夯实了基础。近几年，为了推动城市地下空间工程本科教学的创新发展，教研室老师除了让对科学研究感兴趣的学生加入科研项目之外，还申请了很多教育部、四川省教育厅、西南石油大学、地球科学与技术学院等各个部门的大学生创新创业训练计划项目。让学生亲身体验科学研究的氛围，引导学生由浅入深参与科学研究。仅2013-2016年期间，城市地下空间工程专业学生成功申请到国家级大学生创新创业训练计划项目4项，四川省大学生创新创业训练计划项目4项，发表学术论文5篇，申请实用新型专利6项。城市地下空间工程专业创新能力效果显著。

四、结束语

近年来，正值城市地下空间工程专业迅猛发展时期，培养能体现新时代城市地下空间工程特征和满足社会发展以及用人单位需要的城市地下空间工程专业人才是我国高校面临的迫切任务。通过对城市地下空间工程应用型人才实践教学创新模式的研究，主要得出如下结论：

（1）立足于我国轨道交通发展和企事业单位对城市地下空间工程应用型人才的要求标准，提出基于校内工程模拟和校外实战训练两大实验实践平台的城市地下空间工程应用型人才实践教学创新模式是我国高校当前和今后城市地下空间工程专业建设的一个发展方向。

（2）基于校内工程模拟和校外实战训练两大实验实践平台，为培养城市地下空间专业学生的工程能力和创新能力而进行课程体系、教学组织及管理模式的构建是一种行之有效的发展方式。

参考文献：

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