探究新工科背景下地下工程专业实践教学改革

[摘 要] 基于新工科背景，探讨了当前地下工程专业实践教学存在的問题，提出了改革途径。分析认为，当前地下工程专业实践教学主要存在对实践教学重视不足、缺少实践实习经费、师资队伍力量相对薄弱、校外实习效果不佳四个问题，提出了通过提升实践教学地位、调整课程设计方案、建立校内外实习基地、灵活合理安排实习时间、引入先进信息技术、明确人才所需能力等途径，有效推动地下工程专业实践教学的改革与创新发展，为学生创造更多实践的机会与平台，锻炼学生将理论应用到工程实际的能力，从而实现学生实践能力与专业水平的有效提升。

[关键词] 地下工程专业;实践教学;教学改革

[基金项目] 2020年度北京交通大学教学教改项目“土木工程国家级一流本科专业建设”（130038522011）

[作者简介] 侯艳娟（1982—），女，内蒙古赤峰人，博士，北京交通大学土木建筑工程学院副教授，主要从事隧道与地下工程研究。

[中图分类号] G642.0[文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2022）22-0065-04[收稿日期] 2022-01-18

引言

为积极应对新一轮科技革命及产业变革，同时对服务创新驱动发展提供支持与保障，在中国制造2025等一系列国家战略背景下，我国主动布局新兴工科专业建设，旨在培养高质量、大批量且多层次的新工科人才。从2017年2月开始，教育部开始推进新工科建设，全力探索领跑全球工程教育的中国模式。在此背景下，地下工程专业教学也要与时俱进，致力于开展实践教学改革，不断创新地下工程专业实践教学的活动方式，进一步发展学生的创新思维、创造能力及创业意识，强化学生的实践能力与专业水平，促使理论与实践和谐统一，以使学生更好地适应新时代的人才需求。本文通过分析梳理地下工程专业实践教学存在的问题，由此积极探索新工科背景下高校地下工程专业实践教学改革的途径。

一、当前地下工程专业实践教学存在的问题

在当前的地下工程专业实践教学中不难发现，工科学生普遍缺失一定的实践能力，阻碍了学生专业技能的发挥与施展，往往导致用人单位对新入职毕业生的评价较低，这样不仅会打击学生的自信心，也会影响学生的个人职业发展。学生实践能力的缺失，既有学校实践教学与培养的因素，也有家庭教育、社会环境的因素，主要体现在以下四方面。

（一）学校对实践教学重视不足

高校地下工程专业的实践教学主要包括实验、课程设计、实习及毕业设计等，从人才培养政策上看，实践课程所占的比例较大，但实际的教学效果却不理想。究其原因在于长期受传统教学观念影响，高等教育历来重视对学生的理论教学，有时会由于种种操作层面的原因将实践课转为理论课，甚至将实践教学片面地理解为职业教育，导致教师普遍缺乏对实践教学的重视，造成实践教学往往流于形式[1]。以地下工程专业的课程设计来说，虽然学院会单独设置课程设计这门课程，但本质上仅仅相当于设置一道具有一定难度的习题，且大多为虚拟题目，学生练习的题目都非常类似，这显然与工程实践结合较差，所要求提交的成果也与工程实际相差较大，同时也不利于杜绝学生之间相互抄袭的现象。这些都将导致学生参与课程设计的积极性和主动性不高，实践流于形式。

（二）实践实习经费有限

在地下工程专业的实践教学方式中，组织学生参加集中的现场实习是主要的实践环节之一，在现场实习中学生跟随带队教师前往各个工程现场进行观摩实践，系统了解浅埋暗挖PBA、盾构隧道施工、暗挖区间隧道施工等工法和流程。但随着近几年城市的发展，一些大城市如北京城区内合适的实习地点距离学校越来越远，这便在一定程度上提升了实习的成本，但是地下工程专业的实习经费并没有随之提升，所以在有限的经费条件下，学校选择理想的实习地点就存在较多困难，比如一些地点工法特征不够典型，或施工进度较慢或主要环节已基本完成，不是很适合学生实地参观学习，造成学生的实习效果不尽如人意。

（三）师资队伍力量相对薄弱

地下工程专业实践教学有时需要开展室内基本土性试验和相似模型试验等教学指导。作为实践教学的组织者与指导者，担任实验课的教师需要进行室内实验方案的设计、说明、演示、考核等各个环节，工作繁杂且需要耐心细致。但相对来说，与其他教学科研并重型的教师相比，实验教师的学历、待遇稍低，且晋升的空间相对有限，这样导致实验课的师资队伍不够稳定，促使教师的教学积极性与工作热情低下[2]。而教学科研并重型的教师，多数是从高校毕业后引进而来，缺乏足够的社会实践经验，虽然具有扎实的理论知识，但较少参与实际的工程实践，所以在课程设计、实习方面的指导水平有限。

（四）校外实习效果不够理想

随着社会经济的迅速发展及政策的出台，工科院校的校内实训基地开始改为独立经营的企业化实体，基本上分离于校本部，由此专门为教学服务的宗旨随之发生变化。在当今的市场经济环境下，社会各企业单位更关注经济指标的完成，而接纳实习生这类活动不仅无法直接产生实际的经济效益，而且对正常的生产秩序也有一定程度的影响。加之地下工程行业本身就具有较高的风险性，施工现场环境复杂，大规模的现场实习无疑是一项高风险的活动，很多企业对实习生进入现场实习十分谨慎[3]。此外，学生现场生产实习通常安排在寒暑假内或小学期进行，时间较短，而地下工程建设周期长，学生难以在集中的短时间内了解现场施工全过程，同时地下工程属于隐蔽性工程，学生即使在现场也较难真正接触到工程一线，难以了解施工空间全貌，实际工程更无法接受学生实操实验、试错交互，等等。以上原因都一定程度造成学生实习实践走马观花，难以获得真正的实践训练，达不到预期的实习效果。

二、地下工程专业实践教学改革的有效策略

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

近几年随着社会的不断变化与发展，逐渐明确工科人才要由“专”与“通”能力要素構成，同时结合国家对地下工程专业人才的素质需求，提出新工科背景下，地下工程专业人才要以知识体系与专业技能为载体，具备四项核心能力。其一，工程技术创新能力，为应对地下工程行业面对的严峻挑战，需要掌握与应用地下工程新材料、新技术及新工艺。其二，解决复杂工程问题的能力，能够运用专业的理论知识、交叉学科知识及相关的工具，分析、评价并提出解决复杂的工程问题的方案，具有地下工程规划、设计、施工与养护等能力[3]。其三，工程适应与管理能力，主要是指适应复杂的国际工程环境，以此科学、高效地组织工程项目，确保工程项目有序实施，具备管理工程项目并且保证其持续运行的能力。其四，工程科学应用能力，即要求工程专业人员要熟练地应用数理化等科学知识、相关工具，能有效解决地下工程技术问题。

为此，新工科背景下的地下工程专业教学，要在对学生进行理论教学的基础上，注重理论与实践的交融，确保理论与实践的“研行”一致，为学生创造更多的实践机会，紧紧围绕四项工程核心能力，加强实践教学改革，着重从毕业设计、课程设计、实习实训、课程实验与综合试验等实践课程入手，不断探索实践类课程的内容，对实践教学的课时、学分比重、实践基地的建设等进行积极的改革与创新，由此实现对实践教学环节的精准跟踪与指导，进一步激发学生对地下工程专业的学习兴趣，从而最终促进学生地下工程专业知识水平与实践能力的同步提升。

（二）提升实践教学地位

当前，工科院校已开始逐渐认识到实践教学对于地下工程专业人才培养的重要意义，但仍然未对实践教学引起足够的重视，当前实践教学主要体现在人才培养方案的制定层面，在实际操作中仍对实践教学的支持力度不足[4]。为此，新工科背景下，工科院校要想推进地下工程专业实践教学改革，就需要提升实践教学在教学中的比重及地位，促使其向理论教学看齐，在学时、学分、工作量、酬劳等方面提升比重，甚至在实践教学中投入的经费、师资必要时应高于理论教学，由此才能为增强地下工程实践教学效果创造良好条件。

（三）调整课程设计方案

由于目前的地下工程课程设计题目往往与实践有所偏离，为此教师要注重对课程设计方案的调整，以实践需求为导向，与时俱进，调整课程设计的出题方法，对某些杜撰题目加以摒弃，真正从实际工程入手，为学生凝练课程设计的题目，并根据工程行业的变化、相关的规范及技术的进步不断更新，由此确保学生的地下工程专业实践学习与现实工程行业相契合，逐渐提升学生参与的积极性、主动性与成就感，从而满足新工科背景下的地下工程行业需求，为增强地下工程实践教学效果奠定必要基础[5]。

（四）建立校内外实习基地

在新工科背景下，工科院校可考虑在校内建设实训基地，以便为实践教学的随时开展提供便利，创造有利条件[6]。学校可积极开拓利用校内现有的实验室、工程训练中心等，将其加以改建扩建，建设具有代表性的小型实训基地，组织学生经常性地参与实训活动，由此可大大提升学生实践的参与度和便利性，不仅可促使学生更合理地利用课余时间，而且对学生的实践能力与专业技术水平的提升都将具有很大的帮助。相比校内的小型实训基地，开拓校外的实习基地是重中之重，可选择一些专业对口、具有一定信誉度与知名度的企业，启动校企合作机制，签订共建协议，建立校企联合基地共育英才，为毕业生综合素质的提升提供有力保障。借助企业施工现场让学生零距离接触工程实际，帮助学生积累工程经验，同时还能为学生后续就业打下前期的互信基础，有效助力学生顺利走入社会。

（五）灵活合理安排实习时间

目前学生现场实习时间普遍较短，很容易出现在学生的实习期间，工程尚处于前期的准备工作阶段，而当工程开始实施或实施到关键环节，学生的实习时间已结束，进而可能导致企业及用人单位拒收实习生等情况[7]。因此，工科院校可结合实习基地工程项目实施进度情况，灵活安排学生的实习时间，在工程项目实施到关键节点时，酌情让学生前往现场开展实习，完成后回校。也可在保证学生安全的前提下，结合专业理论课程学习情况，让学生去现场切实参与工程建设，将所学的理论知识灵活运用，解决实际问题，即使解决的问题很小很具体，也实实在在提升了学生的实践能力。

北京交通大学地下工程系在2021年探索创新生产实习模式，在确定代表性实习基地后，将学生进行分组并分别配备指导教师，确保每组实习地点均包含地下工程不同施工工法（明挖、暗挖）和不同地铁工程类型（区间、车站），在集中12天时间内，让每组学生都能在本组工地现场持续深入学习了解工程项目，包括观看图纸、学习工程资料、深入施工现场参观、听取讲解、掌握施工要点、深度交流讨论等，给予了学生更充分的学习时间和思考空间，激发了学生求知的主动性和探索性。同时，开放线上专题讲座，线上讲座和线下实地参观相结合，有助于学生发现知识盲点，加深对地下工程的理性认识，构建更系统化的专业知识体系。且由于采用分组指导的方式，教师参与面更广、参与度更高。此次实习收获了良好反馈，在提升学生实践水平上取得显著成效。

实践是检验真理的唯一标准，更是工科专业人才成长的必经途径，只有合理安排、充分把握好每一次实习时间，增强实践教学的灵活性与适应性，才能真正为地下工程专业实践教学的有效改革提供助力。

（六）引入先进信息技术

如今现代化信息技术的发展日新月异，先进信息技术在地下工程专业实践教学中具有广阔的应用前景。因此，要积极引入先进的信息技术，比如VR多媒体技术，创设较为真实的实习场景，为学生多个角度讲解每个工序、每道工艺，尤其是对于地下工程施工中重大风险源的了解实践可通过VR完成[8];或者利用有限元精细化数值模拟技术，结合工程案例进行多种工况的三维结构分析，如开展基坑开挖与支护、单洞三台阶七步开挖法、双连拱隧道开挖施工等典型施工方法的教学实践，从而确保学生更深刻地理解隧道与地下工程施工特点。71017D22-5E0E-468A-AB2F-A4DDF023E9BF

北京交通大学地下工程系研发了隧道典型施工工法虚拟仿真平台并投入使用，真实再现了钻爆法隧道施工现场的作业场景，模拟实际工程中所涉及的施工步序、主要施工技术参数，让学生通过对施工方案的不断校验与试错互动，完成钻爆法隧道26道关键施工步序的学习模块和考核模块，深刻理解围岩稳定性、支护-围岩关系、隧道安全性变形控制等核心问题，解决了基础理论知识和实际工程之间的衔接。通过实操，充分调动了学生学习的积极性和创造性，使学生能够深入钻研钻爆法隧道开挖、支护等关键技术，深刻理解注浆、锚杆、喷射混凝土、格栅钢架等对隧道施工安全性的影响，从而提高学生解决地层加固、开挖、支护等复杂施工安全风险问题的能力。虚拟仿真平台开创了信息技术与实验教学相结合的新模式，今后将持续优化，为地下工程实践教学改革提供更高平台[9]。

结语

新工科背景下，工科院校要加强对地下工程专业实践教学的重视，不断创新实践教学方式，为学生创造更多实践机会，让学生能够将理论与实践有机融合，并在深化学生专业知识的同时，不断提升学生的实践能力与理论应用工程实际的能力，由此帮助学生积累丰富的实践经验，将学生培养成为高素质、高水平、高技术的地下工程行业骨干，为社会源源不断输送大批的优秀工程技术和科研人才。

参考文献

[1]尹泉，胡达，梁小强.新工科背景下城市地下工程专业实践教学改革探索[C]//2020年课堂教学教育改革专题研讨会，2020.

[2]张彬，贾丽，陈亮，等.新工科背景下环境工程专业实践教学改革探索[J].广州化工，2020，48（7）：166-168.

[3]陈雪辉，俞传阳，景甜甜，等.新工科背景下机械类专业实践教学改革研究[J].山东农业工程学院学报，2019，36（7）：189-192.

[4]康志强，王葆华，付伟，等.新工科背景下资源勘查工程专业实践教学体系的构建——以桂林理工大学为例[J].中国地质教育，2020，29（3）：85-88.

[5]李晓乐.新工科背景下地方高校课程改革研究——以《地下工程勘察技术》为例[J].建材与装饰，2020（17）：114-115.

[6]张琢，杨诚.新工科背景下土地整治工程专业实践教学方法改革的思考[J].教育教学论坛，2021（12）：81-84.

[7]崔光耀，宋志飛，姚海波.新工科背景下《隧道与地下工程施工》课程教学改革的思考和分析[J].科学咨询（科技·管理），2020（3）：31-32.

[8]邢砾云，周振雄，董胜，等.新工科背景下以专业认证为导向的工科教学实践改革研究[J].科技资讯，2019，17（34）：173-174.

[9]胡秋媛，董大伟，杨建磊，等.新工科背景下应用型高校资源勘查工程人才培养模式改革与探索[J].科技风，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