城市地下空间工程专业实践创新培养模式探索

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  [摘 要] 在建筑业产业转型升级的背景下,对城市地下空间工程专业学生的实践与创新综合能力提出了更高的要求。以福建工程学院为例,针对城市地下空间工程专业的实践创新能力培养模式,依托学校“大土木”学科优势,持续开展教学改革与实践,在培养机制、实践理念、实践环节、实践内容等方面积极探索与创新,构建了学生实践创新能力“3×3”培养模式,奠定了高素质专业人才培养基础。
  [关键词] 城市地下空间;实践与创新;实践教学;“3×3”培养模式
  [基金项目] 2020年度福建省教育科学“十三五”规划立项课题“应用型高校城市地下空间工程专业虚实结合实践教学体系探索”(FJJKCG20-073);2018年度福建省教育科学“十三五”规划立项课题“‘新工科’视阈下地方高校行业背景教师能力发挥与评价”(FJJKCG18-145);2017年度福建省本科高校一般教育教学改革研究项目“应用型高校城市地下空间工程专业实践教学体系改革研究”(FBJG20170095)
  [作者简介] 王启云(1986—),男,湖南祁阳人,博士,福建工程学院土木工程学院副教授,主要从事城市地下空间工程教学与研究。
  [中图分类号] TU984   [文献标识码] A   [文章编号] 1674-9324(2021)41-0117-04    [收稿日期] 2021-03-09
   21世纪以来,城市地下空间开发与利用持续推进,在不同地下空间开发的时间维度上,呈现独具“中国特色”的发展速度,这就需要大量的城市地下空间工程专业人才。2002年,中南大学首先开设城市地下空间工程专业,随后山东大学、西南交通大学也陆续开设,截止2021年初,全国已有80余所高校开设了该专业。城市地下空间工程专业人才的培养强调工程能力和创新能力“双能力”,其中实践教学是人才“双能力”培养的关键环节。由于专业开办时间较短,各高校在实践教学方面仍处于探索阶段,大多借鉴或参考相近专业的实践教学体系[1],以培养学生“双能力”为目的实践教学体系给高校带来了挑战。同时,在建筑业产业转型升级的背景下,对城市地下空间工程专业学生的实践与创新综合能力提出了更高的要求。
   城市地下空间工程专业作为国家新设置的特色专业,自开办以来各院校对创新实践教学一直在积极开展相关研究和探索。中南大学唐礼忠教授[2]认为狠抓学生实习和设计两个环节可以达到加强实践教学的目的。徐帮树等[3]探索了课程体系和实践环节等专业建设内容,实践教学的内容应包括实验课程、各类实习、课程设计、暑期学校、社会调查、毕业论文等。李富荣[4]从实验教学、实习环节、设计环节以及大学生实践和创新训练等方面,构建并创新了城市地下空间工程专业的实践教学体系。李晓乐[5]从人才培养目标定位和培养规格出发,构建了“一个核心,两个平台,三个模块,四个保证”的实践体系模式。赵延喜[6]指出城市地下空间工程专业在实践教学过程中存在的问题,学生普遍存在工程经验严重不足、动手实践能力较弱的缺点,并给出了相应建议。付贵海[7]从实践教育教学理念、实践课程体系、实践教学方法以及大学生创新训练等方面出发,提出了基于CDIO理念的城市地下空间工程专业多维实践教学模式。闫长斌[8]构建基于校企协同的城市地下空间工程专业创新型人才培养机制思路,并给出相应的实践教学体系。韩现民[9]等构建了三平台、四层次、五模块的实验教学体系,创新了实验教学方法,提高了学生动手能力、创新能力。杨慧等[ 10 ]从构建课内实践教学体系、教学资源建设、实践教学内容更新、创新实践教学环节管理方式与搭建课外实践平台等方面就学生实践与创新能力培养进行了探索。蒋雅君等[ 11 ]对专业实习体系的构建思路、实习内容设置进行了一系列探讨,梳理了专业实习所需的教学和管理文件体系。福建工程学院作为福建省首家开设城市地下空间工程专业的高校,于2014年开始招生。专业紧扣区域战略需求,不断强化城市地下空间专业能力培养,逐步实现由专业教育向创新创业教育的转变,全面提高专业服务区域经济、支撑产业转型升级、解决实际技术问题的能力,将学生实践能力与创新能力的培养始终贯穿大学全过程,知识学习、工程应用和创新实践并行,工程实践、科研训练和学科竞赛交互,对学生实践创新能力的培养模式进行了积极探索。
   一、创新实践教学中存在的主要问题
   近年来,国内众多高校围绕城市地下空间工程专业的实践教学内容、实践模式、课程设置等方面进行研究和探索,提出了实践教学的改革思路,取得了一定成果。但该专业在实践教学过程中仍存在以下几个问题。
   1.课程与实践教学模块化,学生与校内外指导教师之间、校内外指导教师之间缺乏沟通,学生缺少实践创新全过程引领。
   2.校企合作表面化,实践基地空泛化,复杂工程问题转化为教学案例不及时,导致实践教学脱离工程实际,内容更新滞后。
   3.前沿科研項目、最新工程实例凝练不足,未能有效融入课程设计、毕业设计等实践性教学环节,导致课程内容来源单一且创新不足。
   4.实践教学环节缺乏连续合理规划,各环节未能有机结合,激发学生主观能动性动能不足。
   二、培养模式探索
   (一)班导师、学术导师、企业导师联合指导,构建“三导师”协同指导机制
   高校选派具有坚定的政治方向、责任心强、热心学生教育工作的教师作为班导师,选派具备相关专业背景、学术水平较高的骨干教师作为学术导师,共建实践教学基地的企业中选聘工程经验丰富、业务能力强的高级技术人员作为企业导师,组建班导师、学术导师、企业导师联合指导团队。以学生为中心,学术导师为主体,其他导师协同,在思辨能力、工程能力、科研能力、创新能力等方面全方位引领和指导。与企业合作开发实践与创新管理平台,学生与导师、导师之间互通,随时解决各种难题,提高指导工作的实际效果。    班导师、学术导师、企业导师作为学生指导教师,内外合力、校企合作构建人才培养模式,建立全过程、多层面的本科生“3导师”产学协同育人机制。有机地将学生与企业、学生与校内外导师、校内导师与企业串联起来,达到各个实践教学环节深度交融,有效促进学生实践创新能力双提升,同时也提升了校内导师的实践能力,实现导师实践能力反哺实践教学。
   (二)深化校政企合作,搭建校内外多层次创新实践教学平台
   专门成立产学研教学指导委员会,发挥委员会在学校与企事业单位之间的桥梁纽带作用,促进校企深度合作,搭建产学研合作平台,保障产学合作的持续性。与福建省住房和城乡建设厅政校合作共建了校内1∶1桩基与工程物探实践教学基地,与中铁二十四局集团校企共建1∶1隧道与轨道工程实践教学基地。校内实践教学基地可以满足认识实习、课程实验、工艺技能训练、专业综合实验等分阶段的实践教学要求;与福建省建筑科学研究院、福建铁建工程质量检测有限公司等企业合作,共建校外实践基地,为工程地质实习、生产实习、毕业实习等环节提供可持续平台,保证实习质量。依托实践教学基地,紧密对接城市地下空间产业发展和岩土与地下工程技术进步,校政企共同制订以实验方案创新设计、实验操作动手能力培养为导向的专业实践项目。企业工程案例引入实践教学,校企合作开发实验项目,构建“真题”“真做”“真应用”渐进训练实践环节。学生现场实验实训,每项实践指导教师或团队相对固定,共同承担专业的实践教学任务,构建“全程参与,深度融合”校企协同育人实践教学模式,实践成果真实应用于工程实体。利用校外基地,实现真题真做真应用,例如在福建铁建工程质量检测有限公司开展工艺技能训练项目[ 12 ],学生亲手对工程上采用的土工集料、防水材料等分组进行检测,开展的实验均为工程实践中的内容,其测试结果也应用于工程实践。
   (三)大学生科创项目+工程案例+教师科研项目融入实践课程,丰富选题内涵
   基于“三导师”全程服务掌握的学生个性需求,设置基坑边坡、山岭隧道、地铁盾构、软基处理等多个类型,根据学生兴趣及专业特长,采取“导师引导、学生自愿”的双向选题办法,量身定做毕业设计内容。将“互联网+”大学生创新创业大赛、大学生创新训练项目、全国高校斯维尔杯BIM软件建筑信息模型大赛等科创项目提升后转化为课程设计、综合实验、毕业设计内容;例如将第三届全国城市地下空间工程专业大学生模型竞赛项目“深基坑支护模型(排桩墙+内支撑)的设计、计算、制作和加载实验”引入到地下工程综合实验中,结合建筑信息模型(BIM),构建了BIM+学科竞赛+综合实验的实践教学模式,使科创项目多元化。将科创项目与地下工程综合实验结合的模式,让每位学生都能接觸到科创项目,实现了科创项目的大众化,提升学生的动手能力和创新能力;学生3~4人组成团队合作开展综合实验,培养了团队合作意识。学生综合实验结果如图1所示。
   将国家自然科学基金、省市科技计划项目等纵向课题,企业委托的横向项目凝练提升后转化为课程设计、毕业设计内容。例如,将福州市科技局项目“福建沿海地铁车站基坑软弱地层加固关键技术研究”、福州地铁集团有限公司课题“福州市轨道交通2号线高风险联络通道工程人工冻结法关键技术研究”、福州市规划设计研究院科研项目“城市道路隧道拓宽改造关键技术研究与开发”等科研项目经过提升改造后,拓展为基坑工程、隧道工程、地铁工程相关课程设计及毕业设计内容,效果显著。同时,将毕业设计前的实践教学环节生产实习、综合实验、毕业实习纳入毕业设计过程管理,延伸毕业设计链,实现生产实习→综合实验→毕业实习→毕业设计的纵向过程融合,采用企业导师+固定的学术导师组成指导团队,对毕业设计链上的实践教学环节进行精准跟踪指导。近三年有9位学生的毕业设计获得校院优秀毕业设计荣誉。
   (四)四年全过程精准跟踪指导实践过程,激发并持续培养学生兴趣
   企业导师与固定的学术导师组成指导团队,大学四年全程动态跟踪学生专业发展,解决学生实践问题。发现并培养学生兴趣,依据学生兴趣及特长,提前规划认识实习、工艺技能训练、生产实习、综合实验、毕业实习、毕业设计以及科创竞赛等实践活动。大一阶段,通过认识实习环节,激发学习兴趣;大二阶段,通过专业课程实验,培养兴趣,训练学生的实践技能和动手能力;大三阶段,通过生产实习、综合实验,以及参加各种科技竞赛和教师科研项目,强化学生兴趣,训练学生的创新能力,并在导师引导下确定毕业设计选题,大学四年不断线,实现对实践教学环节进行精准跟踪指导。将学科竞赛、工程案例、科研项目横向交叉融入毕业设计内容,紧密对接工程前沿问题,把“知识传授”转为“知识探索”;生产实习、综合实验、毕业实习纵向拓展毕业设计过程,因材施教,变“固化指导”为“精准跟进”。
   三、人才培养成效
   福建工程学院作为地方应用型高校,在福建省内首家开设城市地下空间工程专业,依托“大土木、大机电”的学科优势,在实践创新教学过程中,做到科研与教学相互渗透,学校与企事业单位相互促进,有机地将校内、校外指导教师与学生,企业与学生串联起来。在教学过程中,城市地下空间工程专业持续开展教学改革与实践,在培养机制、实践理念、实践环节、实践内容等方面积极进行创新,取得了良好的效果,先后入选福建省首批高等学校创新创业教育改革试点专业、福建省首批高等学校服务产业特色专业、福建工程学院首批新工科专业,2020年顺利入选教育部首批省级一流本科专业建设点,目前拥有省级精品在线开放课程2门、教学案例库2门,教育部协同育人项目5项,立项省级教改课题7项,发表教研教改论文10余篇,获福建省教学成果特等奖1项,全国城市地下空间工程青年教师讲课比赛一等奖、二等奖各1项。目前,在校学生参加科创活动比率达到70%以上,立项省部级及以上大学生创新创业训练计划项目10余项,获全国城市地下空间工程专业大学生模型设计竞赛、结构设计大赛、数学建模、力学类竞赛等省部级以上奖项50余项,发表学术论文5篇,其中EI收录2篇,毕业生一次就业率超98%,考研升学率一直稳居学校前列,已毕业的三届学生中,均有学生获得全国高校城市地下空间工程专业优秀毕业生荣誉称号。    四、结语
   通过持续的教学研究与改革,福建工程学院城市地下空间工程专业开展“三导师”协同培养,为提高学生实践创新能力提供保障;进行“3真实”实践环节渐进训练,校企联动提升学生实践能力;利用“3融合”深化实践教学环节,双向驱动提升学生创新能力,最终构建了“3×3”模式的城市地下空间工程专业实践创新教学体系,有效促进了各个实践教学环节深度交融,实现学生实践创新能力双提升。在未来的城市建设中,城市地下空间工程专业将紧密对接地下工程产业发展需求,将符合产业需求的教学内容融入专业教学中,进一步增强创新与实践能力训练,不断提升人才培养质量。
  参考文献
  [1]王启云,陈军浩,臧万军,等.应用型大学城市地下空间工程专业实践教学体系探索[J].济源职业技术学院学报,2019,18(1):68-71.
  [2]唐礼忠.城市地下空间工程新专业的设置与建设[J].理工高教研究,2002(5):88-90.
  [3]徐帮树,刘健,王清标.城市地下空间工程专业建设探析[J].当代教育理论与实践,2012,4(10):107-108.
  [4]李富荣.城市地下空间工程专业实践教学体系的构建与创新[J].教育与职业,2014(5):158-160.
  [5]李晓乐,郑训臻.城市地下空间专业实践教学体系的构建[J].现代交际,2015(11):250.
  [6]赵延喜.城市地下工程专业课程教学新方法研究[J].工程与建设,2015,29(5):718-720.
  [7]付贵海,邓宗伟,洪亮,等.城市地下空间工程专业多维实践教学研究[J].市场论坛,2015(9):94-95.
  [8]闫长斌.城市地下空间工程专业创新型人才培养机制探析[J].高等建筑教育,2015,24(4):29-34.
  [9]韓现民,王红霞,贾晓云.城市地下空间工程专业实验教学与实验中心建设探索[J].当代教育理论与实践,2016,8(11):30-33.
  [10]杨慧,江学良,孙广臣,等.基于实践与创新能力培养的城市地下空间工程专业实践教学体系的改革与实践[J].高校实验室工作研究,2016(2):3-5.
  [11]蒋雅君,周晓军,郭春,等.“城市地下空间工程”专业实习体系的构建与实践[J].中国建设教育,2018(5):37-
  41.
  [12]陈军浩,臧万军.应用技术型大学城市地下空间工程专业培养模式探究[J].高等建筑教育,2017,26(5):24-27.
  Exploration on the Practical and Innovative Training Model of Urban Underground Space Engineering Major
  WANG Qi-yun, ZANG Wan-jun, CHEN Jun-hao, ZHANG Bin-qiang
  (College of Civil Engineering, Fujian University of Technology, Fuzhou, Fujian 350118, China)
   Abstract: In the context of the transformation and upgrading of the construction industry, the society has put forward higher requirements for the practical and comprehensive innovation ability of students majoring in urban underground space engineering. Taking Fujian University of Technology as an example, and according to the practical and innovation ability training model of the urban underground space engineering major, we carry out teaching reform and practice continuously relying on the subject advantages of civil engineering major. We actively explore and innovate in the aspects of training mechanism, practice concept, practice link and practice content, construct the “3×3” training model of students’ practical and innovation ability, which lays the foundation for the cultivation of high-quality professional talents.
   Key words: urban underground space; practice and innovation; practice teaching; “3×3”training model
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