城市地下空間工程專業(yè)實驗教學(xué)與實驗中心建設(shè)探索

韓現(xiàn)民，王紅霞，賈曉云

(1.石家莊鐵道大學(xué) 土木工程學(xué)院，河北 石家莊 050043；2.河北工程大學(xué) 校辦，河北 邯鄲 056038)

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城市地下空間工程專業(yè)實驗教學(xué)與實驗中心建設(shè)探索

韓現(xiàn)民1，王紅霞2，賈曉云1

(1.石家莊鐵道大學(xué) 土木工程學(xué)院，河北 石家莊 050043；2.河北工程大學(xué) 校辦，河北 邯鄲 056038)

“城市地下空間工程”作為新設(shè)的國家特色專業(yè)，具有較強(qiáng)的實踐性。石家莊鐵道大學(xué)根據(jù)專業(yè)特點制定了實驗教學(xué)理念與目標(biāo)，構(gòu)建起了三平臺、四層次、五模塊的實驗教學(xué)體系，創(chuàng)新了實驗教學(xué)方法，通過對實驗室人員和儀器的優(yōu)化配置、積極進(jìn)行教材編撰和完善實驗室運行管理制度，實驗教學(xué)取得了良好成效。

城市地下空間工程；實驗教學(xué)；實驗室建設(shè)

地下空間是指地下各種用途的人工建筑物，聯(lián)合國自然資源委員會于1981年5月把地下空間確定為重要的自然資源。1991年在東京召開的城市地下空間利用國際學(xué)術(shù)會議通過了《東京宣言》，提出21世紀(jì)是人類地下空間開發(fā)利用的世紀(jì)。國外城市地下空間大規(guī)模開發(fā)利用起步早，已經(jīng)歷大約150多年的發(fā)展歷程，經(jīng)驗比較成熟，而我國的城市地下空間開發(fā)利用還處于起步階段。近年來，隨著我國人口的增長，城市交通、住房壓力越來越大，人們把目光轉(zhuǎn)入了地下空間的開發(fā)，充分利用地下空間已逐漸成為土木工程發(fā)展的新趨勢。石家莊鐵道大學(xué)為適應(yīng)時代發(fā)展和國家需求，經(jīng)過前期全面的調(diào)研和評估，緊隨中南大學(xué)、山東大學(xué)之后，不失時機(jī)地于2011年設(shè)置了“城市地下空間工程”專業(yè)，致力為河北省乃至全國輸送地下空間規(guī)劃、設(shè)計、施工和管理的高級專門人才。

城市地下空間工程專業(yè)作為國家新設(shè)置的特色專業(yè)，其專業(yè)建設(shè)、培養(yǎng)計劃、人才培養(yǎng)目標(biāo)、課程規(guī)劃、實踐與實驗教學(xué)等方面仍在完善之中，部分院校也一直在進(jìn)行相關(guān)研究和探索。中南大學(xué)[1]根據(jù)專業(yè)建設(shè)特點提出了以教師隊伍建設(shè)為重點的專業(yè)建設(shè)思路和具體措施，山東大學(xué)[2]對專業(yè)定位、專業(yè)特色、課程體系和實踐環(huán)節(jié)等專業(yè)建設(shè)內(nèi)容進(jìn)行了有益探索，鄭州大學(xué)[3]根據(jù)該專業(yè)在人才培養(yǎng)教學(xué)實踐環(huán)節(jié)存在的不足，提出了構(gòu)建基于校企協(xié)同的專業(yè)創(chuàng)新性人才培養(yǎng)機(jī)制新思路，中南林業(yè)科技大學(xué)[4]、山東科技大學(xué)[5]從人才培養(yǎng)方案、教材體系建設(shè)、實踐教學(xué)體系與師資隊伍建設(shè)等幾個方面分析了存在的問題，并提出了相應(yīng)改革措施，長春建筑學(xué)院[6]建立了以實踐教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)為核心的專業(yè)實踐教學(xué)體系，取得了較好的效果。實驗教學(xué)作為工程類專業(yè)教學(xué)的一個重點環(huán)節(jié)，對提高學(xué)生動手能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)起著至關(guān)重要的作用，文章結(jié)合石家莊鐵道大學(xué)城市地下空間工程專業(yè)建設(shè)歷程，重點介紹了在實驗教學(xué)和實驗中心建設(shè)方面的經(jīng)驗，可為其他院校專業(yè)建設(shè)提供一定的參考和借鑒。

1 城市地下空間工程專業(yè)特點

城市地下空間工程專業(yè)有別于傳統(tǒng)的土木工程專業(yè)，涵蓋地下工程的面更廣，包含地下鐵道、地下道路、地下停車場、地下儲藏、地下商業(yè)和人防工程等城市地下各種用途的人工建筑工程。

城市地下空間工程專業(yè)在課程設(shè)置上需同時體現(xiàn)地下工程和地下建筑結(jié)構(gòu)的特點，專業(yè)主干課程體系包括地下空間規(guī)劃與設(shè)計、地下空間工程、隧道和地下空間結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工4個系列，涵蓋了各種地下空間工程的規(guī)劃、設(shè)計、施工和管理等內(nèi)容。

2 實驗教學(xué)體系及方法

2.1 實驗教學(xué)體系

為適應(yīng)地下空間工程的發(fā)展及其對人才知識、素質(zhì)和能力結(jié)構(gòu)的需求，實驗中心積極開展實驗教學(xué)體系的建設(shè)，以夯實學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)知識、培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新意識為主線，涵蓋地下空間工程圍巖特性、地下結(jié)構(gòu)構(gòu)件性能、地下結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工、地下機(jī)構(gòu)監(jiān)測與評價等內(nèi)容，構(gòu)建起了三平臺(專業(yè)基礎(chǔ)實驗平臺、專業(yè)實驗平臺、創(chuàng)新性實驗平臺)、四層次(基本型實驗、綜合設(shè)計型實驗、工程實踐型實驗、研究探索型實驗)、五模塊(巖石力學(xué)基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)構(gòu)件性能、地下結(jié)構(gòu)設(shè)計、地下結(jié)構(gòu)施工、地下工程監(jiān)測)的實驗教學(xué)體系。

2.1.1 實驗教學(xué)層次構(gòu)建

為培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力和創(chuàng)新意識，在明確人才培養(yǎng)定位的基礎(chǔ)上，優(yōu)化實驗課程體系，改革實驗教學(xué)內(nèi)容，形成了基本型、綜合設(shè)計型、工程實踐型、研究探索型四個層次的實驗教學(xué)課程體系，體現(xiàn)了理論教學(xué)與實驗教學(xué)相結(jié)合、基本訓(xùn)練與能力培養(yǎng)相結(jié)合、建筑結(jié)構(gòu)與地下地質(zhì)相結(jié)合、校內(nèi)實驗與校外訓(xùn)練相結(jié)合的四結(jié)合地下空間工程實驗教學(xué)的特點。

1)基本型實驗。基本型實驗主要面向城市地下空間專業(yè)、土木工程專業(yè)地下工程方向、勘查技術(shù)專業(yè)等學(xué)生開設(shè)的實驗課，開設(shè)《巖體力學(xué)》《工程爆破》《地下建筑結(jié)構(gòu)》《地下工程監(jiān)測與評價》《巖土工程測試技術(shù)》《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》等7門課程的29項基本型實驗，使學(xué)生鞏固基本知識、掌握巖石力學(xué)實驗、工程爆破基本實驗、建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件基本力學(xué)實驗及實驗地下工程監(jiān)測等基本技能。

2)綜合設(shè)計型實驗。綜合設(shè)計型實驗主要面向城市地下空間專業(yè)、土木工程專業(yè)地下工程方向、勘查技術(shù)專業(yè)等學(xué)生開設(shè)的實驗課，開設(shè)《巖體力學(xué)》《工程爆破》《地下建筑結(jié)構(gòu)》《建筑施工》《地下工程監(jiān)測與評價》《巖土工程測試技術(shù)》《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》《巖土工程勘察與測試技術(shù)》等9門課程的20項綜合設(shè)計型實驗，使學(xué)生獲得的不是零散的彼此孤立的知識或單一的方法、技能，而是一個有機(jī)整合的、彼此關(guān)聯(lián)的科學(xué)知識體系或綜合的方法、技能體系。

3)工程實踐型實驗。工程實踐型實驗面向工程實際，結(jié)合重大工程設(shè)置工程實踐型實驗，使得學(xué)生們所參與的實驗和實踐能處于社會發(fā)展的前沿，為選擇性實驗，涵蓋《工程爆破》《地下建筑結(jié)構(gòu)》《地下工程監(jiān)測與評價》《巖土工程測試技術(shù)》《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》等5門課程的11項工程實踐型實驗。

4)研究探索型實驗。研究探索型實驗是為了訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新思維，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，培育學(xué)生的創(chuàng)新成果，為選擇性實驗。涵蓋《地下工程監(jiān)測與評價》《巖土工程測試技術(shù)》等2門課程的4項研究探索型實驗

2.1.2 各種類型實驗項目的比重

“城市地下空間工程”實驗中心承擔(dān)了8門課程共61項實驗教學(xué)任務(wù)，實驗教學(xué)大綱中實驗項目的安排兼顧了基本型實驗28項(比例為45.90%)、綜合設(shè)計型20項(比例為32.79%)、工程實踐型9項(比例為14.75%)和研究探索型實驗4項(比例為6.56%)，而綜合設(shè)計型、工程實踐型和研究探索型實驗通過必做和選做進(jìn)行開放實驗。

2.2 實驗教學(xué)方法

在實驗教學(xué)方法上，除采用教師 “多示范、多啟發(fā)、多指導(dǎo)”、學(xué)生 “善觀察、多提問、勤練習(xí)”的教學(xué)方法外，還積極開展了個性化、網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)。

一是建立實驗預(yù)習(xí)與小結(jié)制度，促使學(xué)生主動思考，帶著問題完成實驗，充分調(diào)動學(xué)生的主動性和積極性；二是通過教師示范實驗過程，引導(dǎo)學(xué)生善于觀察實驗過程中出現(xiàn)的各種現(xiàn)象；三是教師在實驗準(zhǔn)備和實驗過程中多啟發(fā)學(xué)生對實驗原理的思考，采用“啟發(fā)-引導(dǎo)-討論”模式，對各實驗項目的操作要領(lǐng)多提問、多引導(dǎo)、討論；四是教師多指導(dǎo)、學(xué)生多練習(xí)。在此基礎(chǔ)上形成完整系統(tǒng)的講授與討論相結(jié)合、學(xué)習(xí)與實踐相結(jié)合的實驗教學(xué)方法體系；五是實施個性化實驗教學(xué)方法。既滿足了個性化的需求，又激發(fā)了學(xué)習(xí)的主動性，提高了學(xué)生的科學(xué)實驗素質(zhì)：六是利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)完善實驗教學(xué)。

此外，積極鼓勵學(xué)生參加教師科研項目，讓學(xué)生從實際工程實踐中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，更加有利于學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。同時，積極鼓勵和協(xié)助學(xué)生參加學(xué)科競賽(如結(jié)構(gòu)創(chuàng)新大賽、建筑材料試驗大賽等)，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新意識與合作精神。

3 實驗中心資源建設(shè)

3.1 人員組成

實驗中心由管理、實驗教學(xué)及儀器維護(hù)人員組成，設(shè)實驗中心主任1名、副主任2名，實驗教學(xué)人員14名、儀器維護(hù)保養(yǎng)人員3名，共20人；人員分專職與兼職兩種，其中專職6人、兼職14人；職稱配置為教授9人、副教授6人、教授級高工1人、高級實驗師1人、講師3人。

3.2 儀器配置

實驗中心設(shè)備涵蓋巖石力學(xué)、建筑結(jié)構(gòu)、地下結(jié)構(gòu)檢測和工程爆破等多個領(lǐng)域，設(shè)備臺(套)數(shù)112，設(shè)備資產(chǎn)額達(dá)2 167萬元，設(shè)備完好率98%。教學(xué)儀器設(shè)備利用率100%，科研儀器設(shè)備利用率達(dá)98%。近3年來，土木工程實驗教學(xué)中心儀器設(shè)備更新率85%。新購置的主要大型儀器有：15000kN預(yù)應(yīng)力技術(shù)研究實驗系統(tǒng)、YAJ-10000kN電液伺服壓剪實驗系統(tǒng)、1000kN三維多點協(xié)調(diào)電液伺服動態(tài)加載實驗系統(tǒng)、管線探測儀、隧道斷面儀、混合料動態(tài)疲勞實驗機(jī)、瀝青混合料性能實驗儀、SHRP旋轉(zhuǎn)壓實儀、動態(tài)剪切流變儀、彎曲梁流變儀、軌道形位檢測儀、風(fēng)洞洞體及附屬設(shè)備等。

為了提高實驗教學(xué)水平，實驗中心教師對原有實驗儀器和設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，自主研發(fā)的實驗裝置有隧道襯砌質(zhì)量檢測實驗?zāi)Ｐ汀⒐芫€探測實驗?zāi)Ｐ汀⑺淼缹嶓w監(jiān)測模型、水位監(jiān)測與雷達(dá)零點標(biāo)定模型等13種。

3.3 教材編纂

近5年來自編相關(guān)教材7部，主要有國家精品教材、十一五規(guī)劃教材《隧道工程》、十一五規(guī)劃教材《工程爆破》，國家十二五規(guī)劃教材《地下鐵道》與《房屋建筑工程》等。主要自編實驗類講義4本，為《結(jié)構(gòu)實驗指導(dǎo)書》《地下工程測試技術(shù)實驗指導(dǎo)書》《爆破實驗指導(dǎo)書》和《防火防爆實驗指導(dǎo)書》。

4 實驗中心運行模式

實驗中心實行預(yù)約式全開放式教學(xué)，包括內(nèi)容開放、時間開放、空間開放，面向全校學(xué)生(包括本科生和研究生)。

1)實驗內(nèi)容以學(xué)生為主體開放。實驗內(nèi)容除基本型和部分綜合型實驗為課程內(nèi)必做實驗外，其它實驗內(nèi)容可因人而異、也可自行設(shè)計、可以選做同類實驗的不同項目等，只需修夠?qū)W時或?qū)W分即可。

2)實驗時間實行全天候預(yù)約式開放。既有效利用資源，又能保證安全的情況下實現(xiàn)以人為本的管理理念。專業(yè)基礎(chǔ)實驗室和專業(yè)實驗室實行每天8小時正常開放、其余時間預(yù)約式全天候開放，研究實驗中心根據(jù)實驗設(shè)備的狀態(tài)實行每年度分時、分內(nèi)容部分開放。

3)實驗空間實行專業(yè)基礎(chǔ)、專業(yè)實驗室和實驗研究中心根據(jù)實驗項目開放，綜合實驗大廳和創(chuàng)新實驗室全部開放。3個實驗平臺中開設(shè)的實驗項目(不管是基本型，還是綜合設(shè)計型、工程實踐型及研究探索型)均根據(jù)預(yù)約要求開放相應(yīng)實驗室。建立以結(jié)構(gòu)實驗室為主的綜合實驗大廳和以工程力學(xué)實驗室為主的創(chuàng)新實驗室實行空間的全部開放。

5 建設(shè)成效

實驗教學(xué)中心支持大學(xué)生科技創(chuàng)新活動，對學(xué)生全面開放，鼓勵學(xué)生進(jìn)實驗室參加教師的科研活動，讓學(xué)生的個性得到充分的拓展，促進(jìn)創(chuàng)新精神的形成與創(chuàng)新能力的提高。由一批經(jīng)驗豐富的教師指導(dǎo)學(xué)生開展科學(xué)研究，學(xué)生科研工作取得了優(yōu)異成績。

近4年來，通過中心提供的資源參加結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽、混凝土材料設(shè)計大賽等，以2015屆城市地下空間工程專業(yè)(34名學(xué)生)為例，取得省級制圖與構(gòu)型能力設(shè)計大賽三等獎2人次、校級結(jié)構(gòu)大賽6人次、混凝土材料設(shè)計大賽4人次等，獲得校優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計8項。該屆學(xué)生就業(yè)率(含考研上線)為94%。

6 結(jié)語

城市地下空間工程作為國家一個新設(shè)的特色專業(yè)，適應(yīng)了地下工程發(fā)展趨勢，但在課程優(yōu)化設(shè)置、教材編寫、教學(xué)方法等許多方面都處于探索之中。根據(jù)該專業(yè)實踐性較強(qiáng)的特點，應(yīng)積極進(jìn)行工程實踐教學(xué)平臺建設(shè)，重視教材建設(shè)和教學(xué)方法的創(chuàng)新，通過優(yōu)化實驗教學(xué)資源的配置和建立完善的實驗教學(xué)運行管理制度，為培養(yǎng)社會需要的高層次創(chuàng)新型城市地下空間工程人才構(gòu)建長效保障體系。

[1] 蔣沖,唐禮忠,蔣青青,等.城市地下空間工程專業(yè)建設(shè)的思考——以中南大學(xué)為例[J]，高等建筑教育，2013,22(6)：29-32.

[2] 徐幫樹,劉健,王清標(biāo).城市地下空間工程專業(yè)建設(shè)探析[J].當(dāng)代教育理論與實踐，2012,4(10)：107-108.

[3] 閆長斌.城市地下空間工程專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)機(jī)制探析[J].高等建筑教育，2015,24(4)：29-34.

[4] 江學(xué)良,楊慧,肖宏斌,等.城市地下空間工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案的構(gòu)建與實施[J].創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)教育，2015,6(1)：12-16.

[5] 趙景偉,張曉瑋.城市地下空間規(guī)劃與設(shè)計人才培養(yǎng)的思考[J].高等建筑教育，2014,23(5)：35-40.

[6] 李曉樂，鄭訓(xùn)臻.城市地下空間專業(yè)實踐教學(xué)體系的構(gòu)建[J].現(xiàn)代交際，2015(11)：10.

(責(zé)任校對 龍四清)

10.13582/j.cnki.1674-5884.2016.11.010

20160707

河北省高等教育教學(xué)改革研究與實踐項目(2015GJJG093)；石家莊鐵道大學(xué)課堂教學(xué)改革項目

韓現(xiàn)民(1970- )，男，河北邢臺人，副教授，博士，主要從事隧道及地下工程方面的教學(xué)、科研工作。

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1674-5884(2016)11-0030-04