探究新工科背景下地下工程專業實踐教學改革

[摘 要] 基于新工科背景，探討了當前地下工程專業實踐教學存在的問題，提出了改革途徑。分析認為，當前地下工程專業實踐教學主要存在對實踐教學重視不足、缺少實踐實習經費、師資隊伍力量相對薄弱、校外實習效果不佳四個問題，提出了通過提升實踐教學地位、調整課程設計方案、建立校內外實習基地、靈活合理安排實習時間、引入先進信息技術、明確人才所需能力等途徑，有效推動地下工程專業實踐教學的改革與創新發展，為學生創造更多實踐的機會與平臺，鍛煉學生將理論應用到工程實際的能力，從而實現學生實踐能力與專業水平的有效提升。

[關鍵詞] 地下工程專業;實踐教學;教學改革

[基金項目] 2020年度北京交通大學教學教改項目“土木工程國家級一流本科專業建設”（130038522011）

[作者簡介] 侯艷娟（1982—），女，內蒙古赤峰人，博士，北京交通大學土木建筑工程學院副教授，主要從事隧道與地下工程研究。

[中圖分類號] G642.0[文獻標識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）22-0065-04[收稿日期] 2022-01-18

引言

為積極應對新一輪科技革命及產業變革，同時對服務創新驅動發展提供支持與保障，在中國制造2025等一系列國家戰略背景下，我國主動布局新興工科專業建設，旨在培養高質量、大批量且多層次的新工科人才。從2017年2月開始，教育部開始推進新工科建設，全力探索領跑全球工程教育的中國模式。在此背景下，地下工程專業教學也要與時俱進，致力于開展實踐教學改革，不斷創新地下工程專業實踐教學的活動方式，進一步發展學生的創新思維、創造能力及創業意識，強化學生的實踐能力與專業水平，促使理論與實踐和諧統一，以使學生更好地適應新時代的人才需求。本文通過分析梳理地下工程專業實踐教學存在的問題，由此積極探索新工科背景下高校地下工程專業實踐教學改革的途徑。

一、當前地下工程專業實踐教學存在的問題

在當前的地下工程專業實踐教學中不難發現，工科學生普遍缺失一定的實踐能力，阻礙了學生專業技能的發揮與施展，往往導致用人單位對新入職畢業生的評價較低，這樣不僅會打擊學生的自信心，也會影響學生的個人職業發展。學生實踐能力的缺失，既有學校實踐教學與培養的因素，也有家庭教育、社會環境的因素，主要體現在以下四方面。

（一）學校對實踐教學重視不足

高校地下工程專業的實踐教學主要包括實驗、課程設計、實習及畢業設計等，從人才培養政策上看，實踐課程所占的比例較大，但實際的教學效果卻不理想。究其原因在于長期受傳統教學觀念影響，高等教育歷來重視對學生的理論教學，有時會由于種種操作層面的原因將實踐課轉為理論課，甚至將實踐教學片面地理解為職業教育，導致教師普遍缺乏對實踐教學的重視，造成實踐教學往往流于形式[1]。以地下工程專業的課程設計來說，雖然學院會單獨設置課程設計這門課程，但本質上僅僅相當于設置一道具有一定難度的習題，且大多為虛擬題目，學生練習的題目都非常類似，這顯然與工程實踐結合較差，所要求提交的成果也與工程實際相差較大，同時也不利于杜絕學生之間相互抄襲的現象。這些都將導致學生參與課程設計的積極性和主動性不高，實踐流于形式。

（二）實踐實習經費有限

在地下工程專業的實踐教學方式中，組織學生參加集中的現場實習是主要的實踐環節之一，在現場實習中學生跟隨帶隊教師前往各個工程現場進行觀摩實踐，系統了解淺埋暗挖PBA、盾構隧道施工、暗挖區間隧道施工等工法和流程。但隨著近幾年城市的發展，一些大城市如北京城區內合適的實習地點距離學校越來越遠，這便在一定程度上提升了實習的成本，但是地下工程專業的實習經費并沒有隨之提升，所以在有限的經費條件下，學校選擇理想的實習地點就存在較多困難，比如一些地點工法特征不夠典型，或施工進度較慢或主要環節已基本完成，不是很適合學生實地參觀學習，造成學生的實習效果不盡如人意。

（三）師資隊伍力量相對薄弱

地下工程專業實踐教學有時需要開展室內基本土性試驗和相似模型試驗等教學指導。作為實踐教學的組織者與指導者，擔任實驗課的教師需要進行室內實驗方案的設計、說明、演示、考核等各個環節，工作繁雜且需要耐心細致。但相對來說，與其他教學科研并重型的教師相比，實驗教師的學歷、待遇稍低，且晉升的空間相對有限，這樣導致實驗課的師資隊伍不夠穩定，促使教師的教學積極性與工作熱情低下[2]。而教學科研并重型的教師，多數是從高校畢業后引進而來，缺乏足夠的社會實踐經驗，雖然具有扎實的理論知識，但較少參與實際的工程實踐，所以在課程設計、實習方面的指導水平有限。

（四）校外實習效果不夠理想

隨著社會經濟的迅速發展及政策的出臺，工科院校的校內實訓基地開始改為獨立經營的企業化實體，基本上分離于校本部，由此專門為教學服務的宗旨隨之發生變化。在當今的市場經濟環境下，社會各企業單位更關注經濟指標的完成，而接納實習生這類活動不僅無法直接產生實際的經濟效益，而且對正常的生產秩序也有一定程度的影響。加之地下工程行業本身就具有較高的風險性，施工現場環境復雜，大規模的現場實習無疑是一項高風險的活動，很多企業對實習生進入現場實習十分謹慎[3]。此外，學生現場生產實習通常安排在寒暑假內或小學期進行，時間較短，而地下工程建設周期長，學生難以在集中的短時間內了解現場施工全過程，同時地下工程屬于隱蔽性工程，學生即使在現場也較難真正接觸到工程一線，難以了解施工空間全貌，實際工程更無法接受學生實操實驗、試錯交互，等等。以上原因都一定程度造成學生實習實踐走馬觀花，難以獲得真正的實踐訓練，達不到預期的實習效果。

二、地下工程專業實踐教學改革的有效策略

（一）明確人才所需能力71017D22-5E0E-468A-AB2F-A4DDF023E9BF

近幾年隨著社會的不斷變化與發展，逐漸明確工科人才要由“專”與“通”能力要素構成，同時結合國家對地下工程專業人才的素質需求，提出新工科背景下，地下工程專業人才要以知識體系與專業技能為載體，具備四項核心能力。其一，工程技術創新能力，為應對地下工程行業面對的嚴峻挑戰，需要掌握與應用地下工程新材料、新技術及新工藝。其二，解決復雜工程問題的能力，能夠運用專業的理論知識、交叉學科知識及相關的工具，分析、評價并提出解決復雜的工程問題的方案，具有地下工程規劃、設計、施工與養護等能力[3]。其三，工程適應與管理能力，主要是指適應復雜的國際工程環境，以此科學、高效地組織工程項目，確保工程項目有序實施，具備管理工程項目并且保證其持續運行的能力。其四，工程科學應用能力，即要求工程專業人員要熟練地應用數理化等科學知識、相關工具，能有效解決地下工程技術問題。

為此，新工科背景下的地下工程專業教學，要在對學生進行理論教學的基礎上，注重理論與實踐的交融，確保理論與實踐的“研行”一致，為學生創造更多的實踐機會，緊緊圍繞四項工程核心能力，加強實踐教學改革，著重從畢業設計、課程設計、實習實訓、課程實驗與綜合試驗等實踐課程入手，不斷探索實踐類課程的內容，對實踐教學的課時、學分比重、實踐基地的建設等進行積極的改革與創新，由此實現對實踐教學環節的精準跟蹤與指導，進一步激發學生對地下工程專業的學習興趣，從而最終促進學生地下工程專業知識水平與實踐能力的同步提升。

（二）提升實踐教學地位

當前，工科院校已開始逐漸認識到實踐教學對于地下工程專業人才培養的重要意義，但仍然未對實踐教學引起足夠的重視，當前實踐教學主要體現在人才培養方案的制定層面，在實際操作中仍對實踐教學的支持力度不足[4]。為此，新工科背景下，工科院校要想推進地下工程專業實踐教學改革，就需要提升實踐教學在教學中的比重及地位，促使其向理論教學看齊，在學時、學分、工作量、酬勞等方面提升比重，甚至在實踐教學中投入的經費、師資必要時應高于理論教學，由此才能為增強地下工程實踐教學效果創造良好條件。

（三）調整課程設計方案

由于目前的地下工程課程設計題目往往與實踐有所偏離，為此教師要注重對課程設計方案的調整，以實踐需求為導向，與時俱進，調整課程設計的出題方法，對某些杜撰題目加以摒棄，真正從實際工程入手，為學生凝練課程設計的題目，并根據工程行業的變化、相關的規范及技術的進步不斷更新，由此確保學生的地下工程專業實踐學習與現實工程行業相契合，逐漸提升學生參與的積極性、主動性與成就感，從而滿足新工科背景下的地下工程行業需求，為增強地下工程實踐教學效果奠定必要基礎[5]。

（四）建立校內外實習基地

在新工科背景下，工科院校可考慮在校內建設實訓基地，以便為實踐教學的隨時開展提供便利，創造有利條件[6]。學校可積極開拓利用校內現有的實驗室、工程訓練中心等，將其加以改建擴建，建設具有代表性的小型實訓基地，組織學生經常性地參與實訓活動，由此可大大提升學生實踐的參與度和便利性，不僅可促使學生更合理地利用課余時間，而且對學生的實踐能力與專業技術水平的提升都將具有很大的幫助。相比校內的小型實訓基地，開拓校外的實習基地是重中之重，可選擇一些專業對口、具有一定信譽度與知名度的企業，啟動校企合作機制，簽訂共建協議，建立校企聯合基地共育英才，為畢業生綜合素質的提升提供有力保障。借助企業施工現場讓學生零距離接觸工程實際，幫助學生積累工程經驗，同時還能為學生后續就業打下前期的互信基礎，有效助力學生順利走入社會。

（五）靈活合理安排實習時間

目前學生現場實習時間普遍較短，很容易出現在學生的實習期間，工程尚處于前期的準備工作階段，而當工程開始實施或實施到關鍵環節，學生的實習時間已結束，進而可能導致企業及用人單位拒收實習生等情況[7]。因此，工科院校可結合實習基地工程項目實施進度情況，靈活安排學生的實習時間，在工程項目實施到關鍵節點時，酌情讓學生前往現場開展實習，完成后回校。也可在保證學生安全的前提下，結合專業理論課程學習情況，讓學生去現場切實參與工程建設，將所學的理論知識靈活運用，解決實際問題，即使解決的問題很小很具體，也實實在在提升了學生的實踐能力。

北京交通大學地下工程系在2021年探索創新生產實習模式，在確定代表性實習基地后，將學生進行分組并分別配備指導教師，確保每組實習地點均包含地下工程不同施工工法（明挖、暗挖）和不同地鐵工程類型（區間、車站），在集中12天時間內，讓每組學生都能在本組工地現場持續深入學習了解工程項目，包括觀看圖紙、學習工程資料、深入施工現場參觀、聽取講解、掌握施工要點、深度交流討論等，給予了學生更充分的學習時間和思考空間，激發了學生求知的主動性和探索性。同時，開放線上專題講座，線上講座和線下實地參觀相結合，有助于學生發現知識盲點，加深對地下工程的理性認識，構建更系統化的專業知識體系。且由于采用分組指導的方式，教師參與面更廣、參與度更高。此次實習收獲了良好反饋，在提升學生實踐水平上取得顯著成效。

實踐是檢驗真理的唯一標準，更是工科專業人才成長的必經途徑，只有合理安排、充分把握好每一次實習時間，增強實踐教學的靈活性與適應性，才能真正為地下工程專業實踐教學的有效改革提供助力。

（六）引入先進信息技術

如今現代化信息技術的發展日新月異，先進信息技術在地下工程專業實踐教學中具有廣闊的應用前景。因此，要積極引入先進的信息技術，比如VR多媒體技術，創設較為真實的實習場景，為學生多個角度講解每個工序、每道工藝，尤其是對于地下工程施工中重大風險源的了解實踐可通過VR完成[8];或者利用有限元精細化數值模擬技術，結合工程案例進行多種工況的三維結構分析，如開展基坑開挖與支護、單洞三臺階七步開挖法、雙連拱隧道開挖施工等典型施工方法的教學實踐，從而確保學生更深刻地理解隧道與地下工程施工特點。71017D22-5E0E-468A-AB2F-A4DDF023E9BF

北京交通大學地下工程系研發了隧道典型施工工法虛擬仿真平臺并投入使用，真實再現了鉆爆法隧道施工現場的作業場景，模擬實際工程中所涉及的施工步序、主要施工技術參數，讓學生通過對施工方案的不斷校驗與試錯互動，完成鉆爆法隧道26道關鍵施工步序的學習模塊和考核模塊，深刻理解圍巖穩定性、支護-圍巖關系、隧道安全性變形控制等核心問題，解決了基礎理論知識和實際工程之間的銜接。通過實操，充分調動了學生學習的積極性和創造性，使學生能夠深入鉆研鉆爆法隧道開挖、支護等關鍵技術，深刻理解注漿、錨桿、噴射混凝土、格柵鋼架等對隧道施工安全性的影響，從而提高學生解決地層加固、開挖、支護等復雜施工安全風險問題的能力。虛擬仿真平臺開創了信息技術與實驗教學相結合的新模式，今后將持續優化，為地下工程實踐教學改革提供更高平臺[9]。

結語

新工科背景下，工科院校要加強對地下工程專業實踐教學的重視，不斷創新實踐教學方式，為學生創造更多實踐機會，讓學生能夠將理論與實踐有機融合，并在深化學生專業知識的同時，不斷提升學生的實踐能力與理論應用工程實際的能力，由此幫助學生積累豐富的實踐經驗，將學生培養成為高素質、高水平、高技術的地下工程行業骨干，為社會源源不斷輸送大批的優秀工程技術和科研人才。

參考文獻

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[9]胡秋媛，董大偉，楊建磊，等.新工科背景下應用型高校資源勘查工程人才培養模式改革與探索[J].科技風，2021（29）：154-156.

Exploration on the Practical Teaching Reform of Underground Engineering Specialty under the Background of Emerging Engineering Education

HOU Yan-juan

（School of Civil Engineering， Beijing Jiaotong University， Beijing 100044， China）

Abstract： Based on the background of Emerging Engineering Education， this paper discusses the problems existing in the practical teaching of underground engineering specialty， and puts forward the ways of reform. The analysis shows that the current practical teaching of underground engineering specialty mainly has four problems： insufficient attention to practical teaching， lack of practical practice funds， relatively weak strength of teachers and poor effect of off campus practice. This paper proposes to improve the status of practical teaching， adjust the curriculum design scheme， establish on campus and off campus practice base， flexibly and reasonably arrange practice time， and introduce advanced information technology. These measures are expected to effectively promote the reform and innovative development of practical teaching of underground engineering specialty， create more practical opportunities and platforms for students， and exercise students ability to apply theory to engineering practice， so as to realize the effective improvement of students practical ability and professional level.

Key words： underground engineering; practical teaching; teaching reform71017D22-5E0E-468A-AB2F-A4DDF023E9BF