基于CDIO理念的地下空间规划与设计课程教学探索

摘要：作为一种新型国土资源，地下空间资源的开发和利用已成为国家经济建设和城市发展中的趋势，对相关专业领域的人才需求更为迫切、要求更高。地下空间规划与设计课程是城市地下空间工程方向的一门兼具实践性和应用性的专业课程，可为将来从事地下工程行业的学生打好专业地基。本文结合苏州科技大学地下空间规划与设计课程建设中的问题，基于CDIO理念从构思、设计、实施与运行四个环节进行该课程全过程的教学探索，旨在培养学生的主动学习精神、塑造创新思维并强化团队协作能力，以期适应地下工程开发对人才的需求。

关键词：CDIO理念；地下空间规划与设计；教学探索

一、概述

20世纪90年代初，城市地下空间国际学术会议通过的《东京宣言》曾强调“21世纪是人类开发利用地下空间的世纪”[1]。21世纪以来，向地下要空间、要资源成为众多国家的国家战略，并成为全球城市发展的主流趋势，地下空间被视为一种“新型国土资源”。2019年我国自然资源部提出要切实推进包括地下空间在内的“多规合一”，加强地上、地下空间资源的整体规划。《2022中国城市地下空间发展蓝皮书》的颁布，全景式展示了中国城市地下空间发展格局与产业发展的最新成就，助力实现人民对美好生活的向往[2]。为适应国家经济和社会发展对城市地下空间资源开发利用人才的需求，自2002年以来，我国在众多高校中设立城市地下空间工程本科专业。至今，全国已有超过80所高校正式开设该专业或是在土木工程专业中设立相关方向[3]。另一方面，我国自2016年正式成为《华盛顿协议》成员国以来，工程专业认证工作得到了大力推进，成为我国高等教育进入国际前列的重要标志。这也对城市地下空间工程相关专业的人才培养提出了更高更新的要求。因此，有必要在高效的教学模式或核心理念之下开展相应的专业课建设工作，培养优秀的专业人才。

地下空间规划与设计课程是城市地下空间工程方向的专业课程，具有实践性和应用性。若采用传统的工科教学方法很难达到预期的教学效果，也难以实现该专业的毕业要求或培养目标。本文将CDIO的理念引入到地下空间规划与设计课程中，开展该课程教学的探索，旨在达成课程目标、支撑毕业要求，并为学生将来从事地下工程行业奠定知识基础。

二、地下空间规划与设计的课程目标

苏州科技大学（以下简称“本校”）土木工程专业设置有岩土与地下空间工程方向（以下简称“本专业”），地下空间规划与设计是本专业的一门专业课程，涉及到城市地下空间开发利用中的基础理论、规划、编制、各类设施设计等内容。通过该课程的教与学，使学生能掌握城市地下空间规划的基本理论、各类地下设施的布局形态和设计方法，能应用相关理论和方法开展城市地下各类主要建筑的规划设计工作，培养学生分析与解决地下工程问题的能力，为从事相关的专业技术工作或进行科学研究打下基础。

三、地下空间规划与设计课程的教学建设问题

本校土木工程专业的学生在第四学期进行专业方向分流，地下空间规划与设计课程开设于第五学期，是学生选择本专业后接触到的第一门与本专业相关的专业教育课程。因为本专业为本校新增设专业方向，目前学科建设尚未完善，所以地下空间规划与设计课程的教学建设中尚面临以下几个问题。

第一，教材选择少，版本更新慢。一方面，由于我国城市地下空间工程专业开设高校不多、开设时间不长，目前图书市场上有关地下空间规划与设计的教材选择并不多[4]。教材的编写者往往来自开设城市地下空间工程专业的高校，在创作过程中往往更倾向于满足所在高校制定的培养目标。涉及到地下空间规划与设计的教材在内容上各有千秋，或是偏重于地下空间规划的编制体系，或是偏重于城市地下设施系统的布局设计。这些教材对理论知识和实践学习的重视程度也各有不同，从而使得很难找到完全适合的教材。另一方面，住房和城乡建设部自2019年10月1日起实施《城市地下空间规划标准[5]以来，城市地下空间规划和设计的相关标准和技术规范得到了进一步的修订和完善。与此同时，我国在土木、水利和建筑工程领域的技术水平目前也已达到了国际领先地位。因此，教材的编写也需要符合当前行业发展情况，特别是需要适应“十四五”规划中的地下空间利用。当前可供选择的教材大多未能体现最新的国家标准或规划体系，无法满足学生的专业发展和行业的人才需求。

第二，课程之间缺乏联系性，学生专业知识储备不足。地下空间规划与设计课程不仅与城市地下空间工程相关，还涉及土木工程、交通工程、环境工程、建筑学和城乡规划学等多个学科领域，是一门具有跨学科性质的课程。因此，学习该课程需要具备一定的知识储备。然而，对于本校本专业的学生，先修课程中仅有工程地质和环境科学基础两门与该课程紧密相关的专业课，其他已修的学科基础课和专业课与该课程之间缺乏必要的联系。尽管前四个学期的学习能够帮助本专业的学生积累数学、力学、制图、工程材料和地质等方面的专业知识，但与岩土或地下工程密切相关的专业知识仍有待补充。在专业课程方面，土力学和岩体力学两门课本可以为学生打下扎实的地基，但本校这两门课与地下空间规划与设计课程是同期开设的，无法形成有效的辅助效果。另外，在选修课程中，也缺乏与城市规划相关课程的设置，导致学生在规划方面的知识储备相对不足。

第三，课堂教学模式传统，学生主动性和积极性难以调动。传统的课堂教学模式过于强调教师的“教”，忽视学生在学习过程中的主体地位，缺乏足够的互动和启发式教学。本校地下空间规划与设计课程只设置了32个学时，灌输式的教学方法看似能够在学时不足的情况下讲授所有理论知识，但实际上却只能让学生机械地接受知识，无法真正理解和掌握。此外，还会导致课堂气氛沉闷，缺乏师生间的有效沟通和反馈，学生的学习热情和主动性难以激发。

四、地下空间规划与设计课程的教学建设

鉴于以上问题，亟需引入新的教学模式或核心理念来改进地下空间规划与设计课程的教学体系。CDIO理念（其中，C代表Conceive构思、D代表Design设计、I代表Implementing实施、O代表Operate运行），提倡学生参与具体工程项目的开发、设计、实施、运营和维护全过程，重点培养学生的主动学习精神、创新意识和团队合作能力，以满足工程建设对人才的需求[6]。因此，笔者结合本校本专业的教学现状，基于CDIO理念开展地下空间规划与设计课程的教学探索与建设。

（一）构思

首先是地下空间规划与设计课程教学的构思环节。CDIO理念中的“构思”是指明确需求，考虑技术、战略和制度等因素，不断优化计划。在这个环节强调的是地下空间行业对专业人才的需求。本校根据《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》[7]，结合行业现状和国家需求，制定的本专业人才培养目标为：面向未来基础设施建设和土木建筑行业转型升级的国家建设需要，立足长三角一体化发展示范区，发挥校企协同、产教融合优势，秉承德智体美劳“五育融通”育人理念，培养具有扎实的自然科学基础知识，掌握土木工程领域的基本理论、专业知识和专业技能；具备土木工程师的技术能力和创新意识；践行社会主义核心价值观，遵守职业道德规范，具有良好的科学和人文素养；拥有良好的团队合作精神；具有持续学习能力和国际交流能力，能够在岩土与地下空间领域从事勘察、设计、施工、管理、技术开发、科学研究等工作的应用创新型技术或管理人才。该人才培养目标的制定既响应了国家行业的发展趋势，又与区域发展的需求相呼应。

对于这门课程来说，与之对应的环节是编写课程大纲。我们需要根据专业培养目标和毕业要求制定课程目标，同时还要改进教学内容、与其他课程的联系、参考书目等具体内容。为了满足专业培养目标，需要关注学生对各类地下空间的规划原则、布局形态和设计方法的掌握程度。学生掌握这些知识后，能应用相关理论和方法开展城市地下各类主要建筑的规划设计工作，能够支撑毕业要求中的工程知识、问题分析能力和设计（开发）解决方案能力中的具体指标。在编写教学内容时，安排更多的学时讲解各类地下设施，而规划理论方面的知识点相对枯燥乏味，可以穿插到各个地下设施的章节中，结合具体的规划设计讲解。此外，可以增加案例讲解的学时，特别是涉及一些著名的地下空间开发和地下设施建设的典型案例。在与其他课程的联系上，将工程地质和土力学这两门专业课程作为先修课程非常重要，可以为学生的知识体系打下坚实的基础；将城市规划相关课程作为学生的选修课程，可以帮助学生消除专业壁垒，达到更好的教学效果。在选择参考书目时，应尽量选择近几年出版的教材或参考书，以确保学生能够了解和掌握最新的地下空间工程技术、技术标准和行业规范，从而强化学生的工程规范意识。

（二）设计

其次是地下空间规划与设计课程教学的设计环节。CDIO理念中的“设计”是指制订所需的各种计划、图纸和算法。这个环节强调的是对教学进度的把握和教学方法的合理安排。在传统的土木工程教学设计中，注重的是知识点的铺陈和板书或课件的制作等方面。这些固然重要，但却难以达到理想的教学效果。对于该课程I3SWd1De/jhnFD+roLoeohlmG/SAJUES9BXdSRR+PoM=来说，此环节对应的是课程进度表的制定和课程资料的收集。根据教学大纲中的教学内容，需要在有限的学时内合理地安排每节课的重点内容，而不能仅仅根据教材各章节的内容多少来决定。此外，课后作业也应当在进度表中具体体现，每个学时对应的各个知识点应当通过多种题型来帮助学生巩固所学知识。教师可以在超星平台上先建立好题库，再定期发放。在线平台答题可以督促学生按时保质保量地完成作业。通过打乱题目顺序，也可以防止部分抄袭现象。教师批阅后可以更直观地了解学生对各知识点的掌握程度以及每个学生的学习效果。在制定进度表时，还要考虑到翻转课堂的时间安排，引导学生积极参与教学过程，例如通过分组对精选案例进行评述。这些案例需要教师提前收集国内外，特别是本校所在的长三角地区的一些典型案例。除了文字和图片，还需要大量视频和动画素材，以形成一个丰富多样、符合专业特色的课程案例库。所以在本课程教学设计中，要突破传统的教师“教”-学生“学”的单向体系，鼓励学生积极参与“教”的过程，以提高学生的课堂参与度和团队协作能力。

（三）实施

接下来是地下空间规划与设计课程教学的实施环节。CDIO理念中的“实施”是指把制造、编程、测试、检查和验证的过程，在教学实践中则体现为课堂教学与实践教学相结合。该课程的传统的教学观念是“以教师为中心，向学生灌输知识”，而基于CDIO理念的则是“以学生为中心，指导学生怎么用”，强调的是学生的自主学习和及时反馈。比如说，在讲述完“地下空间需求预测”后，拟定一个规划区，给出人口规模、各分项因素影响范围和开发深度，让学生尝试去计算该地块的可合理开发和可有效利用的地下空间资源总量，并预测地下空间开发需求。这个问题不仅可以引导学生主动思考和开展讨论，还可以培养他们实际操作、分析解决问题的能力，同时也能加深他们对所学知识的理解和巩固。另外，本专业在该课程结课后还设置了一门实践类后续课程《地下空间规划课程设计》，课程设计时间为1周。为了确保学生能出色地完成课程设计任务，可以在地下各类设施的课堂教学过程中融入相关的设计任务，让学生提前熟悉设计的流程以及分项工程设计的注意事项。此外，还可以安排学生分组对周边的地下工程进行调研，形成分析报告，并在课堂上进行调研成果展示，接受教师和其他小组的共同点评。本专业学生第5学期的课业相对较轻松，调研活动不仅不会干扰到学习或休息时间，反而能够帮助他们更好地掌握课程知识，为后续实践课程奠定基础，同时也有助于培养学生的创新、实践、合作、沟通和表达等多方面的能力。

（四）运行

最后是地下空间规划与设计课程教学的运行环节。CDIO理念中的“运行”是指后期的维护和优化等，对应的是教学效果的评价与总结。本校开设的该课程的考核目前是按照平时成绩占60%、期末成绩占40%的比例规定。后者由期末的卷面成绩决定，能反映出学生掌握这门课程的程度。虽然考核比例是固定的，但是占比相对较大的平时成绩应该从多个方面来考核，例如平时表现、课后作业、调研报告等，这样才能更合理地反映教学效果：通过观察学生的平时课堂表现，调整和改善教学过程；根据超星平台布置的课后作业的完成情况分析，及时帮助巩固所学重点内容；调研报告的撰写和课堂汇报可以检验学生的综合能力。结合平时和期末的综合评价，可以为后续的课程设计以及下一个学年的课程教学任务提供有益的参考和推动。

结语

地下空间规划与设计是城市地下空间工程专业或方向的核心课程，具有极强的实践性和应用性。传统的工科教学模式难以满足国家和行业对城市地下空间工程专业人才的培养需求，因此需要探索更加适应实际需求的新型教学模式。本文结合苏州科技大学地下空间规划与设计的课程教学建设现状，引入CDIO理念指导课程教学全过程的探索，从构思、设计、实施与运行四个环节来解决课程建设中遇到的问题，从而激发学生兴趣、促进学生对知识的掌握。基于CDIO理念的地下空间规划与设计课程的教学模式来重点培养本专业学生的主动学习精神、创新意识和团队合作能力，契合地下空间工程建设中对人才的需求。

参考文献：

[1]谭永杰，郭明强，王鹏，等.“透明”地下空间构建技术与应用［J］.测绘科学，2022，47（08）：18-24+35.

[2]中国工程院战略咨询中心，中国岩石力学与工程学会地下空间分会，中国城市规划学会.2022中国城市地下空间发展蓝皮书[R].北京，2023.

[3]蒋雅君，郭春，金虎，等.工程教育认证背景下城市地下空间规划与设计课程教学设计[J].高等建筑教育，2023，32（04）：103-111.

[4]杨兰兰， 王登峰，刘文化，等.“新工科”建设背景下城市地下空间规划与设计课程教学探索[J].教育现代化，2021，8（94）：65-68.

[5]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB/T51358-2019城市地下空间规划标准[S].北京：中国计划出版社，2019.

[6]杨庆光，刘峰，刘杰，等.基于CDIO教育模式的基坑与边坡工程课程教学改革研究[J].大学教育，2023（4）：85-87.

[7]教育部高等学校教学指导委员会.普通高等学校本科专业类教学质量国家标准[M].北京：高等教育出版社，2018.

基金号：江苏省人民政府江苏高校优势学科建设工程三期项目“土木工程”（167-0814-C）；国家自然科学基金51978434

作者简介：陈欣（1992—），男，汉族，江苏泰州人，博士，讲师，研究方向：土动力学与岩土地震工程。