以学生为中心土木工程专业地铁与轻轨课程教学改革与实践

谢立栋 朱炯 杨甜甜 马晴晴

（徐州工程学院 江苏徐州 221018）

地铁与轻轨课程是土木工程专业的一门选修课，随着大城市交通矛盾日渐突出，该门课程在培养计划中的地位逐渐提高，但教学效果却不理想，开展教学改革与实践十分必要[1]。地铁是一个系统工程，知识点涉及很多学科领域，比如交通量统计预测、车辆选型、通信信号、牵引供电等，上述知识点虽不是课程教学重点，但作为地铁系统不可或缺重要组成部分，了解上述知识点是学会弄通土木部分知识点必备条件[2-3]。高波提倡课内教学专注于线路规划、车站建筑设计、结构设计和施工三部分，其他内容学生课外自学[4],欧尔峰对上述三部分内容在理论教学之后，还进行专题设计[5]。刘卫丰总结该门课程特点是基础知识多、实践性强、内容的离散性和知识面的系统性，采用课前认知实习、课堂讲授、课外实践、中期小型设计的教学方式[6]。龙百画分析了车辆选型对地铁建设及运营影响[7]，颜喜林强调实践教学应包含地铁系统的七大组成部分，不能仅限于建筑与线路部分[8]。在实践教学部分，谢立栋采用学生熟悉的校园内建筑结构比拟分析地铁换乘车站建筑构造[9]，采用“切香蕉”实验展示地铁曲线地段盾构管片环构造[10]，使得教学难点可操作化具体化。总结该门课程教学过程发现：对跨学科部分知识点重视不够，不能将这部分知识点放在地铁系统整体中进行讲解；课程教学主线不够清晰，教学重点，教学中心尚待明确；实践教学部分欠缺，部分实践教学内容与其他课程存在重复性问题。

本文制作教学资源库供学生自学跨学科部分知识点，总结该门课程知识点的四个特性；以线网规划为主线，将课程全部知识点串联起来；以线路设计、车站建筑设计、结构设计为教学重点，以施工技术为教学中心；以FLAC3d 有限差分软件开展结构设计与施工仿真部分的实践教学。其他院校可以尝试本文教学方法，检验教学效果，为完善该教学方法提供经验积累。

1 课程知识资源库

地铁轻轨课程知识点数量多且跨学科，主体土木部分知识点仅占少部分，占绝大部分的跨学科知识点是为学习土木知识点提供辅助服务作用。以学生为中心的教学，教师要主动为学生提供学习素材，这些素材必需满足专业性和浅显性，学生课后能够轻松学懂。土木专业学生通过自学资源库对跨学科知识点掌握到能够支撑学习土木部分知识点即满足要求，不用达到很高的专业水平。通过教师和每级学生逐年积累，在每级学生学习过程中，不断替换无效素材，增补有效素材，课程知识资源库逐渐丰满完善，资源库见表1。

表1 课程知识资源库

以前关于如何学习这部分跨学科知识群，一直没有好的对策，而这部分知识群对辅助主体知识学习的作用又是不可欠缺的，对这部分知识点采用教师课堂讲授，由于内容非常浅显且跨学科，耗费学时、性价比低没有获得感导致学生兴趣不高，现在采用学生根据个体实际情况进行选择性自学方式。本文提出的方法，供其他院校参考试行。

2 课程内容剖析

地铁与轻轨课程教学内容存在下列特点：一是跨学科特点，涉及土木、交通、机械、电力、信号、环境等，这部分知识点多、杂，但要求不高，通过学生自学课程知识资源库,问题即可解决。二是系统整体性特点，必须把某些知识点放在系统里来学习，才能真正掌握，如图1 所示，脱离整体单独讲局部，教学效果很差。三是交叉重复性特点，很多知识点在其他课程中出现，学生对这部分知识容易出现懈怠思想，教师要避免做重复教学的无用功，对这部分知识点要找出差异，完善特征教学。比如列车类型、列车编组数量对线路各种设计参数的影响；牵引供电方式、施工方法等对限界的影响。四是工程实践性特点，如果采用纯粹的理论讲解，枯燥且不深入；发动学生到期刊论文里找各知识点对应的工程案例，同时再结合授课教师自己的工程背景，经过多轮教学过程累积，实践性案例会逐渐精粹精准。

图1 课程知识点系统性

表2 汇总了该门课程主要教学内容及其教学策略。教师将该门课程这些特点告之学生，与学生一起共同探讨每种特征知识点的学习方法，学生能够高效率地学习该门课程。该门课程以线网总体规划为主线，随着线路条数增加，线网结构逐渐复杂，为使系统整体效率最高，需要考虑地铁系统各组成部分，比如线网结构、车辆基地规划、供电站设置、车辆选型、联络线设置等，这体现了该门课程跨学科特点，要求学生宽基础，学生按照表1 内容进行课后自学即可实现上述目的。具体某条线路上的车站建筑设计、结构设计、区间线路设计、线路之间的换乘车站设计是该门课程的主体和重点内容，应结合具体工程实例给学生讲解这部分知识，这体现了该门课程系统整体性特点和工程实践性强特点。从地铁系统规划、设计、施工与运营维护的整个周期看，施工是中心；从学生就业去向看，从事施工的学生比例最高，所以施工技术部分是这门课程教学中心，这部分内容具有交叉重复性特点和工程实践性强特点。

表2 课程主要教学内容及教学策略

3 专题设计实践

本课程实践性强，设计计算内容多，主要有线路设计、车站建筑设计、车站结构设计、施工过程仿真计算与施工组织设计等。实践性操作缺失或者不到位，很多内容和概念只能勉强接受，无法实现从感性认识到理性认识的飞跃；然而要求学生全部操作这门课程涉及的所有实践内容，从时间、精力到技术难度上讲，都是不现实的。根据这门课程知识点交叉重复性特点：线路勘测设计课程已锻炼线路设计能力，房屋建筑学课程已锻炼车站建筑设计能力，土木工程施工课程已锻炼施工组织设计能力，本门课程应专注于车站结构设计、施工过程仿真计算两部分内容。实现上述目的，可供选择通用软件种类较多，软件选择的合理性直接决定了实践锻炼目标能否实现。在软件选择过程中，既要考虑学生的知识基础与时间精力，又要兼顾主流知识载体行业背景，本文选择FLAC3d 软件进行上述两部分内容的实践锻炼，主要原因如下：该软件自带的很多例题资源与上述实践内容接近，本科生在教师指导下，将例题资源稍加改进便可实现上述实践意图，这对于研究能力尚未得到锻炼的本科生来言是可行的；再者学生课后阅读的期刊案例文献主要都是采用FLAC3d 软件进行施工仿真分析，学生掌握了该软件的基本操作功能后，对期刊文献记载的工程结果的理解能力快速提高，形成了一个畅通的学习知识到运用知识到再学习知识到再运用知识的良性闭路循环。学生不仅可以自己操作简单理想化的工程实例，更可以接受大量的专业人士操作的复杂真实的工程实例的研究成果。

专题设计实践环节历来是该门课程薄弱环节，该环节处于该门课程知识运用阶段，其质量得到保证之后，该门课程的教学目的才能真正实现。

4 结语

以学生为中心教学就是教师为学生更高效地学习提供服务，针对知识点的跨学科特点、系统整体性特点，要求土木工程专业学生掌握该系统所有知识点没有必要也不现实，为了使学生学好地铁系统中土建部分设计与施工知识点，对该系统进行全面学习又十分必要，这就出现了矛盾问题。解决问题策略是采用自建课程资源库,学生根据个体实际情况选择性自学,学生对地铁系统粗略全面了解后，再对与土建设计与施工密切相关知识点进行重点学习。

针对与其他课程知识点存在交叉重复性特点，既要教师避免做重复教学的无用功，又要学生避免出现懈怠思想，对这部分知识点要进行相似点归纳，找出差异，完善特征教学，讲出这些知识点地铁与轻轨的课程特色。

针对课程实践性强特点，采用FLAC3d 软件对课程特有的车站结构设计、施工过程仿真计算进行实践，达到学生不仅可以自己操作简单理想化的工程实例，更可以接受大量的专业人士操作的复杂真实的工程实例的研究成果。