基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的城市地下空間工程專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革

張丙強(qiáng)，王啟云，臧萬軍，陳軍浩

為適應(yīng)日益增長(zhǎng)的城市地下空間工程專業(yè)技術(shù)人才需求，2014年9月福建工程學(xué)院在福建省內(nèi)率先開設(shè)了城市地下空間工程專業(yè)。城市地下空間工程是實(shí)踐性非常強(qiáng)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是該專業(yè)人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)[1,2]。根據(jù)福建工程學(xué)院應(yīng)用型技術(shù)辦學(xué)定位，城市地下空間工程專業(yè)開設(shè)之初，借鑒福建工程學(xué)院土木工程專業(yè)和其它院校城市地下空間工程專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，將部分專業(yè)課程中的綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行了整合，開設(shè)了一門獨(dú)立的專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)課程，旨在提高學(xué)生分析和解決實(shí)際問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神。時(shí)間設(shè)置為二周，安排在專業(yè)骨干課程修完之后進(jìn)行。

2017年4月8日，教育部在天津大學(xué)召開新工科建設(shè)研討會(huì)，認(rèn)為培養(yǎng)造就創(chuàng)新型卓越工程科技人才是當(dāng)務(wù)之急，也是長(zhǎng)遠(yuǎn)之策[3]。新工科時(shí)代更多注重實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的培養(yǎng)，對(duì)高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出了更高的要求[4]。為了適應(yīng)新形勢(shì)下教育發(fā)展的規(guī)律及社會(huì)對(duì)各類專門人才的需求，本文以福建工程學(xué)院城市地下空間工程專業(yè)為例，旨在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的同時(shí)，促進(jìn)學(xué)生的知識(shí)、技能向科學(xué)研究轉(zhuǎn)變、向社會(huì)需求轉(zhuǎn)變[5]，構(gòu)建“應(yīng)用性、綜合性、創(chuàng)新性”一體化的專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，采用學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主、教師實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)為輔的開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，建立一套以教師評(píng)價(jià)和學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)考核相結(jié)合的多元化考評(píng)體系，為同類院校城市地下空間工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供參考。

一 現(xiàn)狀分析

（一）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

福建工程學(xué)院城市地下空間工程專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革之前，課程的具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目如表1所示，存在以下幾點(diǎn)不足。

（1）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目大都沿用或參照土木工程專業(yè)各門專業(yè)課程的綜合實(shí)驗(yàn)，不符合城市地下空間工程專業(yè)的特色；而且實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方法相對(duì)陳舊，沒有更新新技術(shù)和新方法，跟不上現(xiàn)代科技發(fā)展和社會(huì)需求。

（2）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置不科學(xué)，選題偏向教師化，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目多而雜，缺少層次性和綜合性，沒有形成系統(tǒng)的能力培訓(xùn)及知識(shí)運(yùn)用架構(gòu)，難以實(shí)現(xiàn)鍛煉學(xué)生綜合運(yùn)用理論知識(shí)的能力。

（3）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目大都是驗(yàn)證性的，偏重于基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能的訓(xùn)練，缺少主動(dòng)性和創(chuàng)新性，難以起到提高學(xué)生分析和解決問題的能力，特別是對(duì)創(chuàng)新精神培養(yǎng)和科研思維能力的促進(jìn)作用。

（二）教學(xué)方法

課程實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)與教學(xué)管理歸屬于實(shí)驗(yàn)教輔人員，采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)方法[6]。首先根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和方法；接著由實(shí)驗(yàn)室老師根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，講解儀器基本操作；然后分批分組進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，采集和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；最后指導(dǎo)學(xué)生撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這種教學(xué)方法雖然較傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)方法有所改進(jìn)，但仍然存在以下兩點(diǎn)不足。

表1 訓(xùn)練的內(nèi)容和時(shí)間安排

（1）以班級(jí)為單位集體上課，教學(xué)過程仍然以教師、知識(shí)體系為中心，學(xué)生被動(dòng)跟著老師學(xué)習(xí)，缺少教師與學(xué)生交流互動(dòng)環(huán)節(jié)，學(xué)生沒有真正做到自主學(xué)習(xí)的模式，不利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和增加其主觀能動(dòng)性。

（2）實(shí)驗(yàn)教師往往缺乏一定的專業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和工程背景，難以給學(xué)生提供創(chuàng)新性指導(dǎo)，而且實(shí)驗(yàn)教師不參與教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)，缺乏教學(xué)熱情，這些在一定程度上制約了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的提高。

（三）考評(píng)體系

課程考核通過綜合考查的方法進(jìn)行評(píng)定，主要由平時(shí)成績(jī)和報(bào)告成績(jī)兩部分組成的，其中平時(shí)成績(jī)占40%，報(bào)告成績(jī)占60%。平時(shí)成績(jī)主要包括學(xué)生個(gè)人考勤、學(xué)習(xí)態(tài)度（課堂情緒、合作度、創(chuàng)新度），報(bào)告成績(jī)主要包括實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)論及建議。這種考評(píng)體系雖然在考核內(nèi)容和方式上有所進(jìn)步，仍然存在以下兩點(diǎn)不足。

（1）平時(shí)成績(jī)?cè)u(píng)定以指導(dǎo)教師評(píng)價(jià)為主，學(xué)生處于被動(dòng)地位，忽略學(xué)生個(gè)體在實(shí)驗(yàn)過程的動(dòng)手能力與參與度，平時(shí)成績(jī)主觀性大。

（2）綜合成績(jī)?cè)u(píng)定注重實(shí)驗(yàn)報(bào)告，但報(bào)告成績(jī)不能 體現(xiàn)學(xué)生的個(gè)性、優(yōu)點(diǎn)、主觀能動(dòng)性和積極性，也不利于個(gè)性化人才的培養(yǎng)。

二 具體改革措施

（一）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目創(chuàng)新

為落實(shí)新工科背景下創(chuàng)新型卓越工程人才培養(yǎng)理念，福建工程學(xué)院對(duì)城市地下空間工程專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行了重新規(guī)劃，構(gòu)建了“應(yīng)用性、創(chuàng)新性、科研性”一體化的專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，既考慮相關(guān)理論專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的綜合運(yùn)用，又通過實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新能力，使學(xué)生初步具備自主創(chuàng)新的能力和科研思維。

新的專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目結(jié)合城市地下空間工程特點(diǎn)，基于學(xué)科競(jìng)賽創(chuàng)新項(xiàng)目校企合作實(shí)踐項(xiàng)目的科研問題展開，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目涉及多學(xué)科知識(shí)，包括以下三類，具體如表2所示。依托土木工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心（福建工程學(xué)院）教學(xué)平臺(tái)，結(jié)合實(shí)際工程條件，研發(fā)地下工程設(shè)計(jì)、施工管理集成一體的虛實(shí)結(jié)合實(shí)踐項(xiàng)目；通過對(duì)歷屆城市地下空間工程專業(yè)大學(xué)生模型設(shè)計(jì)競(jìng)賽的題目進(jìn)行適度拓展和延伸，設(shè)計(jì)出創(chuàng)新、設(shè)計(jì)集成一體的綜合性實(shí)踐項(xiàng)目；組織城市地下空間工程專業(yè)教師結(jié)合本人科研成果提煉出實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，降低難度后形成探索、應(yīng)用、專業(yè)一體化的科研性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

表2 訓(xùn)練的內(nèi)容

（二）教學(xué)方法改革

為克服傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的弊端，立足于學(xué)生的主體性需要，采用“啟發(fā)、互動(dòng)、探究式”的開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法[7]，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主、教師實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)為輔，使教師的導(dǎo)學(xué)與學(xué)生的自學(xué)相結(jié)合，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。借助智能移動(dòng)終端、校友邦在線實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺(tái)，建立交互式的學(xué)習(xí)環(huán)境，進(jìn)行個(gè)性化教學(xué)，以開發(fā)學(xué)生創(chuàng)新和科研潛能。具體包括如下幾個(gè)環(huán)節(jié)。

（1）教學(xué)環(huán)節(jié)：學(xué)生自由選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、自組團(tuán)隊(duì)；然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，查閱相關(guān)文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)出初步實(shí)驗(yàn)方案，通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)與同學(xué)、指導(dǎo)教師討論確定最終方案；進(jìn)行理論分析推導(dǎo)，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案。

（2）實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)：督促并協(xié)助學(xué)生創(chuàng)造實(shí)驗(yàn)條件與實(shí)施完成，鼓勵(lì)學(xué)生之間團(tuán)結(jié)、協(xié)作；實(shí)驗(yàn)過程中仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，善于發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。

（3）報(bào)告環(huán)節(jié)：按照科研論文的格式寫出來，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析與總結(jié)。

（4）答辯環(huán)節(jié)：以小組為單位進(jìn)行，以PPT形式現(xiàn)場(chǎng)匯報(bào)實(shí)驗(yàn)方案的選擇、實(shí)驗(yàn)過程的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)實(shí)施的情況，并接受同學(xué)和指導(dǎo)教師的提問。

（三）考評(píng)體系優(yōu)化

為建立與教學(xué)方法相配套的考評(píng)體系，全方位地、科學(xué)合理地評(píng)價(jià)學(xué)生實(shí)驗(yàn)全過程的表現(xiàn)，重點(diǎn)考查學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，福建工程學(xué)院城市地下空間工程專業(yè)將包括文獻(xiàn)查閱、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析總結(jié)能力、實(shí)驗(yàn)方案創(chuàng)新點(diǎn)等多項(xiàng)體現(xiàn)基本科研能力的評(píng)價(jià)因素納入考評(píng)體系，且團(tuán)隊(duì)合作、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和答辯PPT制作等指標(biāo)由各小組團(tuán)隊(duì)評(píng)分和指導(dǎo)教師評(píng)分兩部分組成，建立了一套以教師評(píng)定和小組自評(píng)相結(jié)合的多角度、答辯評(píng)價(jià)一體化的全過程考評(píng)體系，具體如表3所示。

表3 課程考評(píng)系統(tǒng)表

三 改革初步成效

（一）搭建了開放式專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

對(duì)力學(xué)、結(jié)構(gòu)、材料等實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)資源進(jìn)行整合，成立了城市地下空間工程專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)開放實(shí)驗(yàn)中心，在時(shí)間、實(shí)驗(yàn)室資源方面對(duì)學(xué)生實(shí)行自由開放制度。架構(gòu)了巖土與地下工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，搭建了包括土木工程基礎(chǔ)、設(shè)計(jì)、施工、管理、生產(chǎn)、創(chuàng)新等在內(nèi)的六大模塊的虛擬仿真操作平臺(tái)。購(gòu)置了一批大型精密儀器設(shè)備，引入“校友邦”網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)量化管理實(shí)驗(yàn)成果，為實(shí)驗(yàn)操作和教學(xué)管理提供了硬件支持。

（二）構(gòu)建了一體化的專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

結(jié)合城市地下空間工程專業(yè)特點(diǎn)，基于學(xué)科競(jìng)賽創(chuàng)新項(xiàng)目校企合作實(shí)踐項(xiàng)目的科學(xué)問題展開新的專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。實(shí)驗(yàn)過程分析需要綜合運(yùn)用多學(xué)科前沿的理論知識(shí)，涉及到一些現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)及儀器，具有綜合性、應(yīng)用性、創(chuàng)新性較強(qiáng)的特點(diǎn)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（三）優(yōu)化了全過程考查的課程考評(píng)體系

建立以教師評(píng)定和小組團(tuán)隊(duì)考核相結(jié)合的綜合考評(píng)體系，完善實(shí)驗(yàn)課程考評(píng)體系。豐富了綜合成績(jī)考核的具體形式，側(cè)重考查學(xué)生在平常學(xué)習(xí)過程的評(píng)價(jià)和實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程中的參與情況，保證了綜合成績(jī)的公正性。

（四）培養(yǎng)了一支專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍

由于專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目具有應(yīng)用性與探索性較強(qiáng)的特點(diǎn)，必須由具有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)教師負(fù)責(zé)指導(dǎo)。近年來，福建工程學(xué)院非常注重培養(yǎng)既有理論水平又具有實(shí)踐能力的“雙師型”教師，通過鼓勵(lì)校內(nèi)指導(dǎo)教師深入企業(yè)掛職鍛煉，同時(shí)定期邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)外知名企業(yè)員工進(jìn)校開展專業(yè)知識(shí)培訓(xùn)，加強(qiáng)了實(shí)踐教學(xué)的師資隊(duì)伍建設(shè)。目前，城市地下空間專業(yè)現(xiàn)有專業(yè)教師11名，雙師型教師比例達(dá)到100%，這為專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)提供了強(qiáng)大的師資力量。

四 結(jié)語

針對(duì)目前城市地下空間工程專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)與新工科背景下創(chuàng)新型卓越工程科技人才的教育理念的融合深度不足，構(gòu)建以培養(yǎng)新工科卓越創(chuàng)新型人才為目標(biāo)的專業(yè)綜合試驗(yàn)教學(xué)模式。新的教學(xué)模式將增強(qiáng)學(xué)生對(duì)綜合實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)興趣，縮短學(xué)生就業(yè)的適應(yīng)期，帶動(dòng)學(xué)科整體質(zhì)量的提高，培養(yǎng)出符合新工科背景下城市地下空間工程專業(yè)人才。