城市地下空間工程專業實踐教學體系的構建與創新

李富榮

一、引言

2002年，中南大學首先開設城市地下空間工程專業，該專業是教育部為適應新時期城市建設人才特殊需求而設置的新興專業，簡稱特設專業，目前已有30余所高校開設了城市地下空間工程專業。然而，由于高校背景不一，涉及礦業、核能、交通、建筑、水利、鐵道等不同行業，辦學特色鮮明，雖然課程理論教學基本都可以滿足要求，但作為培養和提高學生綜合素質能力的實踐教學環節卻給高校帶來了難題，同時該專業尚未成立教學指導委員會，專業建設缺乏統一指導，使得城市地下空間工程專業建設與發展難度較大，這點在實踐教學環節尤為明顯。目前，城市地下空間工程專業大多是依托巖土工程專業，但該專業已經超出巖土工程專業的范疇，要建設好城市地下空間工程專業尚需城市規劃、結構工程等專業的支撐。鹽城工學院（以下簡稱“我院”）在新辦城市地下空間工程專業過程中，以培養卓越地下工程師為目標，對城市地下空間工程專業實踐教學體系進行了有益的探索與創新。

二、城市地下空間工程專業實踐教學體系的構建

1.構建原則。目前，在開設城市地下空間工程專業的高校中，該專業招生人數較少，大多每屆招生1個班，30人左右，專業開設較好的中南大學、山東大學、南京工業大學等，每屆也僅招生2個班，60人左右。在大力提倡改革與創新高校教學體系的背景下，城市地下空間工程專業實踐教學體系的構建要求、方法、原則可以表現出與土木工程等專業不盡相同的特點，使之具有自身特色。構建城市地下空間工程專業實踐教學體系的原則是綜合性、整體性、獨立性、科學性。其中，綜合性指城市地下空間工程綜合了城市規劃、結構工程和巖土工程等專業內容；整體性原則要體現教學上實踐與理論相結合的整體功能；由于班級規模較小，學生可以獨立完成大多實踐教學環節，即學生具有較多的獨立實踐機會，體現了較好的獨立性；科學性是要求實踐教學環節的構建與實施要循序漸進，科學合理。

2.構建方案。城市地下空間工程專業實踐教學體系是由實踐教學活動各個要素構成的有機聯系整體，作為特設專業，城市地下空間工程專業實踐教學體系要具有前瞻性和系統性，創新實踐教學內容，緊密聯系城市規劃與建設，積極創新工程設計與施工技術，培養符合專業要求且滿足社會需求的卓越地下工程師。為此，根據城市地下空間工程專業的培養方案，我們構建了城市地下空間工程專業實踐教學體系（見圖1），給學生創造各種獨立的實踐機會，使知識、能力、素質融為一體，增強了學生獨立完成工作的能力。

圖1 實踐教學體系構成

三、城市地下空間工程專業實踐教學體系的創新

圖2 實驗教學層次與模塊

1.實驗教學。城市地下空間工程專業實驗教學環節由基礎實驗、專業實驗、創新實驗等多種實驗構成（見圖2），體現了人才培養多層次、模塊化、系統化和科學性的統一。其中，由學科基礎實驗和力學實驗構成的基礎實驗平臺，不僅訓練了學生的基本技能和素質，還為開展專業實驗、培養學生系統設計和綜合實踐能力打下了基礎。以“土力學與基礎工程”課程為例，該課程是土木工程專業的主干課程、城市地下空間工程專業的核心主干課程，包括土力學和基礎工程兩部分，設有土力學實驗和基礎工程課程設計兩個實踐環節，兼具理論性、專業性和實踐性等特點，是培養卓越地下工程師基本專業素質的基礎。為此，在課程實驗中，將土力學實驗學時調整為16學時，增設土體滲透、擊實、孔隙水壓力及土壓力測試等實驗項目，確保學生充分掌握土地工程地質性質、物理力學性質等土力學基本理論，提高學生的實踐能力，同時對開展后續專業實驗也有很大的益處。專業實驗是更高層次和系統地訓練學生的實驗技術和技能，包括大綱中專業課程實驗和設計性、綜合性實驗。為此，對相關實驗內容進行有機整合和改進，設置了土體與巖石力學對比實驗，實驗內容為采用幾種常規實驗（如壓縮、直剪、三軸）方法，對比分析土體和巖石在物理指標、力學性質、工程應用等方面的異同，由學生自主設計實驗方案（包括實驗目的、方法、步驟、儀器、要求），并向實驗室教師申請實驗時間，經批準后在實驗教師指導下，獨立完成實驗報告。最后，結合學生實驗能力，根據實驗過程、實驗結果綜合評定實驗成績。在設計性、綜合性實驗環節中，根據教學大綱設置了原位測試技術訓練、工程結構測試技術訓練、地下工程設計軟件訓練，以進一步訓練學生的實驗能力，使學生學會從實驗數據中分析實驗現象、得出實驗結論，培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力。創新實驗是為了充分開發學生的潛能，激發學生對專業知識的興趣而設置的，可以通過教師的縱橫向課題、學生自主申報大學生實踐創新訓練項目以及參加學科競賽等方式開展。

2.實習環節。城市地下空間工程專業的實習環節可分為課程實習（測量實習、工程地質實習）和專業綜合實習（認識實習、生產實習、畢業實習）兩個層次。其中，課程實習由指導教師統一安排、指導，與土木工程專業基本相同。在專業綜合實習環節中，實行全周期雙導師制，將5～6個學生分為一組，從大二到大四由同一指導教師負責指導，并配有企業兼職指導教師，原則上在校期間不再更換指導教師或企業教師。學生在實習期間，專業指導教師和企業兼職教師共同指導和管理學生，實習結束時，采用校企共同組織的公開答辯方式綜合評定實習成績，形成雙導師指導下的“學生自主實習實踐、教師有效監控指導”的實踐特色。全周期指導是指學生從大二認識實習開始即可與學校專業指導教師和企業兼職教師不間斷交流，除實習時間外，學生還可以有針對性地參與縱橫向課題、工程項目等，使大學實習間而不斷，貫穿始終，最大限度地培養了學生的實踐能力。

3.設計環節。一是課程設計。城市地下空間工程專業設計環節包括課程設計和畢業設計（論文）兩個環節。其中，課程設計除鋼筋混凝土結構和基礎工程課程設計外，還包括城市地下空間規劃與設計，地下建筑結構、隧道工程和地下工程施工組織設計等課程設計。從教學內容和教學體系上講，課程之間存在緊密的依存、制約關系，但傳統的課程設計均安排在課程理論教學完成后進行，且由該課程理論教學教師獨立設計課題、獨立編寫課程設計任務書和指導書、設定獨立的設計參數，各門專業課課程設計內容相對獨立。為此，在城市地下空間工程專業課程設計中，實施綜合性課程設計方案，編寫綜合性課程設計任務書和指導書，具體做法是，本著“真題習做，一題到底”的原則，每2～3個學生設置一個工程實例專題，每個工程實例專業均來源于典型實際工程，緊密結合實際應用。各課程內容及設計是相互關聯的，建立綜合性課程設計的基本思路，最終為畢業設計服務。在綜合性課程設計過程中，學生可以深刻體會到地下空間工程各個部分之間的因果關系和制約條件，初步認識工程的復雜性，鍛煉邏輯思維能力，加強對地下工程整體性概念認識，有助于學生完成畢業設計。在綜合性課程設計環節中，指導教師非常關鍵，要清楚綜合性課程設計的內容、要求、可能出現的問題以及前后課程設計之間的關聯要求，對學生給予正確合理的指導。二是畢業設計（論文）。城市地下空間工程專業學生數較少，便于采用校企合作的團隊指導畢業設計模式，聘請經驗豐富的企業導師參與畢業設計指導工作，有利于畢業設計的質量優化。采用團隊模式指導畢業設計，團隊有總指導教師，每位學生有各自的指導教師，由3～5個學生共同完成一個總項目課題，內容可以涉及城市地下空間規劃設計、地鐵車站設計、地鐵隧道設計、地鐵施工組織設計等，各子課題任務分工明確，研究內容有機聯系，設計選題整體性強，內在聯系緊密，在畢業設計過程中，團隊成員相互交流，團結協作，充分利用專業規范，掌握整個地下工程設計的內容、流程及方法，確保厚基礎、寬口徑走向社會。除了畢業設計外，也有部分學生選擇畢業論文，一般基于省部級以上科研課題項目，由項目主持人擔任課題組長，中級職稱以上教師擔任各子課題導師，也可由科研興趣或科研方向相近、不同專業背景的教師組成指導團隊，由科研素質高的教師擔任組長，其他教師有側重地負責子課題，做到教學與科研相統一。

4.大學生實踐和創新能力訓練。目前，教育部、教育廳及高校都十分注重學生實踐創新能力的培養，設立了各級大學生實踐創新項目，學生可以根據自己的興趣選題，自主選擇導師并申報各級大學生實踐創新項目，這些項目以學生為主體，在導師的指導下，培養了學生的創新意識，加強了學生自主創新的能力。同時，大學生實踐創新能力的培養還可以與教師科研及社會服務相結合，更加貼近工程實踐，從中發現問題、分析問題、解決問題，有利于學生創新思維的培養。為此，可與地方人防辦、城市規劃設計等部門、企業合作，設計一系列開放性、設計性課題，由指導教師負責將創新性實驗與社會服務結合起來，取得良好的社會效益。另外，積極鼓勵和協助學生參加學科競賽（如結構創新大賽、交通科技大賽等），培養學生的創新意識、合作精神和工程實踐能力。

四、結語

城市地下空間工程專業作為新興專業，實踐教學特別需要創新，以適應城市建設、社會發展、學科建設的新要求。通過城市地下空間工程專業實踐教學體系的構建與創新，優化了各實踐教學環節的教學內容、教學方式，提高了學生的獨立工作和科技創新能力。因此，必須以創新為主線，以培養卓越地下工程師為目標，充分利用校內外資源，調動社會、學校、教師、學生等的主動性、積極性，不斷改進、創新、實踐，全面提高學生的綜合實踐能力。