基于创新能力培养的城市地下空间工程专业综合实验教学模式改革

张丙强，王启云，臧万军，陈军浩

为适应日益增长的城市地下空间工程专业技术人才需求，2014年9月福建工程学院在福建省内率先开设了城市地下空间工程专业。城市地下空间工程是实践性非常强的学科，实验教学是该专业人才培养的重要环节[1,2]。根据福建工程学院应用型技术办学定位，城市地下空间工程专业开设之初，借鉴福建工程学院土木工程专业和其它院校城市地下空间工程专业的实践教学经验，将部分专业课程中的综合实验项目进行了整合，开设了一门独立的专业综合实验课程，旨在提高学生分析和解决实际问题的能力，培养学生的实践能力和创新精神。时间设置为二周，安排在专业骨干课程修完之后进行。

2017年4月8日，教育部在天津大学召开新工科建设研讨会，认为培养造就创新型卓越工程科技人才是当务之急，也是长远之策[3]。新工科时代更多注重实践能力、创新能力和国际竞争力的培养，对高校实验教学提出了更高的要求[4]。为了适应新形势下教育发展的规律及社会对各类专门人才的需求，本文以福建工程学院城市地下空间工程专业为例，旨在培养学生创新意识和创新能力的同时，促进学生的知识、技能向科学研究转变、向社会需求转变[5]，构建“应用性、综合性、创新性”一体化的专业综合实验项目，采用学生自主学习为主、教师实验指导为辅的开放式实验教学方法，建立一套以教师评价和学习团队考核相结合的多元化考评体系，为同类院校城市地下空间工程专业实验教学提供参考。

一 现状分析

（一）实验内容

福建工程学院城市地下空间工程专业综合实验教学改革之前，课程的具体实验项目如表1所示，存在以下几点不足。

（1）实验项目大都沿用或参照土木工程专业各门专业课程的综合实验，不符合城市地下空间工程专业的特色；而且实验内容和方法相对陈旧，没有更新新技术和新方法，跟不上现代科技发展和社会需求。

（2）实验项目设置不科学，选题偏向教师化，实验项目多而杂，缺少层次性和综合性，没有形成系统的能力培训及知识运用架构，难以实现锻炼学生综合运用理论知识的能力。

（3）实验项目大都是验证性的，偏重于基础知识和基本技能的训练，缺少主动性和创新性，难以起到提高学生分析和解决问题的能力，特别是对创新精神培养和科研思维能力的促进作用。

（二）教学方法

课程实验指导与教学管理归属于实验教辅人员，采用任务驱动教学方法[6]。首先根据实验目标，指导学生设计实验方案和方法；接着由实验室老师根据实验项目，搭建实验平台，讲解仪器基本操作；然后分批分组进行现场实验，采集和分析实验数据；最后指导学生撰写实验报告。这种教学方法虽然较传统的填鸭式教学方法有所改进，但仍然存在以下两点不足。

表1 训练的内容和时间安排

（1）以班级为单位集体上课，教学过程仍然以教师、知识体系为中心，学生被动跟着老师学习，缺少教师与学生交流互动环节，学生没有真正做到自主学习的模式，不利于激发学生的学习兴趣和增加其主观能动性。

（2）实验教师往往缺乏一定的专业实践经验和工程背景，难以给学生提供创新性指导，而且实验教师不参与教学质量评价，缺乏教学热情，这些在一定程度上制约了实验教学质量的提高。

（三）考评体系

课程考核通过综合考查的方法进行评定，主要由平时成绩和报告成绩两部分组成的，其中平时成绩占40%，报告成绩占60%。平时成绩主要包括学生个人考勤、学习态度（课堂情绪、合作度、创新度），报告成绩主要包括实验方案设计、实验数据分析，实验结论及建议。这种考评体系虽然在考核内容和方式上有所进步，仍然存在以下两点不足。

（1）平时成绩评定以指导教师评价为主，学生处于被动地位，忽略学生个体在实验过程的动手能力与参与度，平时成绩主观性大。

（2）综合成绩评定注重实验报告，但报告成绩不能 体现学生的个性、优点、主观能动性和积极性，也不利于个性化人才的培养。

二 具体改革措施

（一）实验项目创新

为落实新工科背景下创新型卓越工程人才培养理念，福建工程学院对城市地下空间工程专业综合实验项目进行了重新规划，构建了“应用性、创新性、科研性”一体化的专业综合实验项目，既考虑相关理论专业基础知识的综合运用，又通过实验中培养学生实践和创新能力，使学生初步具备自主创新的能力和科研思维。

新的专业综合实验项目结合城市地下空间工程特点，基于学科竞赛创新项目校企合作实践项目的科研问题展开，实验项目涉及多学科知识，包括以下三类，具体如表2所示。依托土木工程虚拟仿真实验教学中心（福建工程学院）教学平台，结合实际工程条件，研发地下工程设计、施工管理集成一体的虚实结合实践项目；通过对历届城市地下空间工程专业大学生模型设计竞赛的题目进行适度拓展和延伸，设计出创新、设计集成一体的综合性实践项目；组织城市地下空间工程专业教师结合本人科研成果提炼出实验项目，降低难度后形成探索、应用、专业一体化的科研性实验项目。

表2 训练的内容

（二）教学方法改革

为克服传统实验教学的弊端，立足于学生的主体性需要，采用“启发、互动、探究式”的开放式实验教学方法[7]，强调以学生自主学习为主、教师实验指导为辅，使教师的导学与学生的自学相结合，增强学生学习的积极性。借助智能移动终端、校友邦在线实验教学管理平台，建立交互式的学习环境，进行个性化教学，以开发学生创新和科研潜能。具体包括如下几个环节。

（1）教学环节：学生自由选择实验项目、自组团队；然后根据实验指导书，查阅相关文献，设计出初步实验方案，通过网络平台与同学、指导教师讨论确定最终方案；进行理论分析推导，优化实验设计方案。

（2）实验环节：督促并协助学生创造实验条件与实施完成，鼓励学生之间团结、协作；实验过程中仔细观察实验现象，善于发现问题、解决问题。

（3）报告环节：按照科研论文的格式写出来，对实验数据和实验结果进行分析与总结。

（4）答辩环节：以小组为单位进行，以PPT形式现场汇报实验方案的选择、实验过程的设计、实验实施的情况，并接受同学和指导教师的提问。

（三）考评体系优化

为建立与教学方法相配套的考评体系，全方位地、科学合理地评价学生实验全过程的表现，重点考查学生的实践能力和创新能力，福建工程学院城市地下空间工程专业将包括文献查阅、实验数据分析总结能力、实验方案创新点等多项体现基本科研能力的评价因素纳入考评体系，且团队合作、实验数据分析和答辩PPT制作等指标由各小组团队评分和指导教师评分两部分组成，建立了一套以教师评定和小组自评相结合的多角度、答辩评价一体化的全过程考评体系，具体如表3所示。

表3 课程考评系统表

三 改革初步成效

（一）搭建了开放式专业综合实验平台

对力学、结构、材料等实验室的实验资源进行整合，成立了城市地下空间工程专业综合实验开放实验中心，在时间、实验室资源方面对学生实行自由开放制度。架构了岩土与地下工程虚拟仿真实验教学体系，搭建了包括土木工程基础、设计、施工、管理、生产、创新等在内的六大模块的虚拟仿真操作平台。购置了一批大型精密仪器设备，引入“校友邦”网络平台量化管理实验成果，为实验操作和教学管理提供了硬件支持。

（二）构建了一体化的专业综合实验项目

结合城市地下空间工程专业特点，基于学科竞赛创新项目校企合作实践项目的科学问题展开新的专业综合实验项目。实验过程分析需要综合运用多学科前沿的理论知识，涉及到一些现代分析测试技术及仪器，具有综合性、应用性、创新性较强的特点，激发了学生的学习兴趣。

（三）优化了全过程考查的课程考评体系

建立以教师评定和小组团队考核相结合的综合考评体系，完善实验课程考评体系。丰富了综合成绩考核的具体形式，侧重考查学生在平常学习过程的评价和实验实施过程中的参与情况，保证了综合成绩的公正性。

（四）培养了一支专业综合实验教师队伍

由于专业综合实验项目具有应用性与探索性较强的特点，必须由具有实践经验的专业教师负责指导。近年来，福建工程学院非常注重培养既有理论水平又具有实践能力的“双师型”教师，通过鼓励校内指导教师深入企业挂职锻炼，同时定期邀请国内外知名企业员工进校开展专业知识培训，加强了实践教学的师资队伍建设。目前，城市地下空间专业现有专业教师11名，双师型教师比例达到100%，这为专业综合实验提供了强大的师资力量。

四 结语

针对目前城市地下空间工程专业综合实验教学与新工科背景下创新型卓越工程科技人才的教育理念的融合深度不足，构建以培养新工科卓越创新型人才为目标的专业综合试验教学模式。新的教学模式将增强学生对综合实验课程的学习兴趣，缩短学生就业的适应期，带动学科整体质量的提高，培养出符合新工科背景下城市地下空间工程专业人才。