以學生為中心土木工程專業(yè)地鐵與輕軌課程教學改革與實踐

謝立棟 朱炯 楊甜甜 馬晴晴

（徐州工程學院 江蘇徐州 221018）

地鐵與輕軌課程是土木工程專業(yè)的一門選修課，隨著大城市交通矛盾日漸突出，該門課程在培養(yǎng)計劃中的地位逐漸提高，但教學效果卻不理想，開展教學改革與實踐十分必要[1]。地鐵是一個系統(tǒng)工程，知識點涉及很多學科領(lǐng)域，比如交通量統(tǒng)計預(yù)測、車輛選型、通信信號、牽引供電等，上述知識點雖不是課程教學重點，但作為地鐵系統(tǒng)不可或缺重要組成部分，了解上述知識點是學會弄通土木部分知識點必備條件[2-3]。高波提倡課內(nèi)教學專注于線路規(guī)劃、車站建筑設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工三部分，其他內(nèi)容學生課外自學[4],歐爾峰對上述三部分內(nèi)容在理論教學之后，還進行專題設(shè)計[5]。劉衛(wèi)豐總結(jié)該門課程特點是基礎(chǔ)知識多、實踐性強、內(nèi)容的離散性和知識面的系統(tǒng)性，采用課前認知實習、課堂講授、課外實踐、中期小型設(shè)計的教學方式[6]。龍百畫分析了車輛選型對地鐵建設(shè)及運營影響[7]，顏喜林強調(diào)實踐教學應(yīng)包含地鐵系統(tǒng)的七大組成部分，不能僅限于建筑與線路部分[8]。在實踐教學部分，謝立棟采用學生熟悉的校園內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)比擬分析地鐵換乘車站建筑構(gòu)造[9]，采用“切香蕉”實驗展示地鐵曲線地段盾構(gòu)管片環(huán)構(gòu)造[10]，使得教學難點可操作化具體化。總結(jié)該門課程教學過程發(fā)現(xiàn)：對跨學科部分知識點重視不夠，不能將這部分知識點放在地鐵系統(tǒng)整體中進行講解；課程教學主線不夠清晰，教學重點，教學中心尚待明確；實踐教學部分欠缺，部分實踐教學內(nèi)容與其他課程存在重復性問題。

本文制作教學資源庫供學生自學跨學科部分知識點，總結(jié)該門課程知識點的四個特性；以線網(wǎng)規(guī)劃為主線，將課程全部知識點串聯(lián)起來；以線路設(shè)計、車站建筑設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計為教學重點，以施工技術(shù)為教學中心；以FLAC3d 有限差分軟件開展結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工仿真部分的實踐教學。其他院校可以嘗試本文教學方法，檢驗教學效果，為完善該教學方法提供經(jīng)驗積累。

1 課程知識資源庫

地鐵輕軌課程知識點數(shù)量多且跨學科，主體土木部分知識點僅占少部分，占絕大部分的跨學科知識點是為學習土木知識點提供輔助服務(wù)作用。以學生為中心的教學，教師要主動為學生提供學習素材，這些素材必需滿足專業(yè)性和淺顯性，學生課后能夠輕松學懂。土木專業(yè)學生通過自學資源庫對跨學科知識點掌握到能夠支撐學習土木部分知識點即滿足要求，不用達到很高的專業(yè)水平。通過教師和每級學生逐年積累，在每級學生學習過程中，不斷替換無效素材，增補有效素材，課程知識資源庫逐漸豐滿完善，資源庫見表1。

表1 課程知識資源庫

以前關(guān)于如何學習這部分跨學科知識群，一直沒有好的對策，而這部分知識群對輔助主體知識學習的作用又是不可欠缺的，對這部分知識點采用教師課堂講授，由于內(nèi)容非常淺顯且跨學科，耗費學時、性價比低沒有獲得感導致學生興趣不高，現(xiàn)在采用學生根據(jù)個體實際情況進行選擇性自學方式。本文提出的方法，供其他院校參考試行。

2 課程內(nèi)容剖析

地鐵與輕軌課程教學內(nèi)容存在下列特點：一是跨學科特點，涉及土木、交通、機械、電力、信號、環(huán)境等，這部分知識點多、雜，但要求不高，通過學生自學課程知識資源庫,問題即可解決。二是系統(tǒng)整體性特點，必須把某些知識點放在系統(tǒng)里來學習，才能真正掌握，如圖1 所示，脫離整體單獨講局部，教學效果很差。三是交叉重復性特點，很多知識點在其他課程中出現(xiàn)，學生對這部分知識容易出現(xiàn)懈怠思想，教師要避免做重復教學的無用功，對這部分知識點要找出差異，完善特征教學。比如列車類型、列車編組數(shù)量對線路各種設(shè)計參數(shù)的影響；牽引供電方式、施工方法等對限界的影響。四是工程實踐性特點，如果采用純粹的理論講解，枯燥且不深入；發(fā)動學生到期刊論文里找各知識點對應(yīng)的工程案例，同時再結(jié)合授課教師自己的工程背景，經(jīng)過多輪教學過程累積，實踐性案例會逐漸精粹精準。

圖1 課程知識點系統(tǒng)性

表2 匯總了該門課程主要教學內(nèi)容及其教學策略。教師將該門課程這些特點告之學生，與學生一起共同探討每種特征知識點的學習方法，學生能夠高效率地學習該門課程。該門課程以線網(wǎng)總體規(guī)劃為主線，隨著線路條數(shù)增加，線網(wǎng)結(jié)構(gòu)逐漸復雜，為使系統(tǒng)整體效率最高，需要考慮地鐵系統(tǒng)各組成部分，比如線網(wǎng)結(jié)構(gòu)、車輛基地規(guī)劃、供電站設(shè)置、車輛選型、聯(lián)絡(luò)線設(shè)置等，這體現(xiàn)了該門課程跨學科特點，要求學生寬基礎(chǔ)，學生按照表1 內(nèi)容進行課后自學即可實現(xiàn)上述目的。具體某條線路上的車站建筑設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、區(qū)間線路設(shè)計、線路之間的換乘車站設(shè)計是該門課程的主體和重點內(nèi)容，應(yīng)結(jié)合具體工程實例給學生講解這部分知識，這體現(xiàn)了該門課程系統(tǒng)整體性特點和工程實踐性強特點。從地鐵系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計、施工與運營維護的整個周期看，施工是中心；從學生就業(yè)去向看，從事施工的學生比例最高，所以施工技術(shù)部分是這門課程教學中心，這部分內(nèi)容具有交叉重復性特點和工程實踐性強特點。

表2 課程主要教學內(nèi)容及教學策略

3 專題設(shè)計實踐

本課程實踐性強，設(shè)計計算內(nèi)容多，主要有線路設(shè)計、車站建筑設(shè)計、車站結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工過程仿真計算與施工組織設(shè)計等。實踐性操作缺失或者不到位，很多內(nèi)容和概念只能勉強接受，無法實現(xiàn)從感性認識到理性認識的飛躍；然而要求學生全部操作這門課程涉及的所有實踐內(nèi)容，從時間、精力到技術(shù)難度上講，都是不現(xiàn)實的。根據(jù)這門課程知識點交叉重復性特點：線路勘測設(shè)計課程已鍛煉線路設(shè)計能力，房屋建筑學課程已鍛煉車站建筑設(shè)計能力，土木工程施工課程已鍛煉施工組織設(shè)計能力，本門課程應(yīng)專注于車站結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工過程仿真計算兩部分內(nèi)容。實現(xiàn)上述目的，可供選擇通用軟件種類較多，軟件選擇的合理性直接決定了實踐鍛煉目標能否實現(xiàn)。在軟件選擇過程中，既要考慮學生的知識基礎(chǔ)與時間精力，又要兼顧主流知識載體行業(yè)背景，本文選擇FLAC3d 軟件進行上述兩部分內(nèi)容的實踐鍛煉，主要原因如下：該軟件自帶的很多例題資源與上述實踐內(nèi)容接近，本科生在教師指導下，將例題資源稍加改進便可實現(xiàn)上述實踐意圖，這對于研究能力尚未得到鍛煉的本科生來言是可行的；再者學生課后閱讀的期刊案例文獻主要都是采用FLAC3d 軟件進行施工仿真分析，學生掌握了該軟件的基本操作功能后，對期刊文獻記載的工程結(jié)果的理解能力快速提高，形成了一個暢通的學習知識到運用知識到再學習知識到再運用知識的良性閉路循環(huán)。學生不僅可以自己操作簡單理想化的工程實例，更可以接受大量的專業(yè)人士操作的復雜真實的工程實例的研究成果。

專題設(shè)計實踐環(huán)節(jié)歷來是該門課程薄弱環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)處于該門課程知識運用階段，其質(zhì)量得到保證之后，該門課程的教學目的才能真正實現(xiàn)。

4 結(jié)語

以學生為中心教學就是教師為學生更高效地學習提供服務(wù)，針對知識點的跨學科特點、系統(tǒng)整體性特點，要求土木工程專業(yè)學生掌握該系統(tǒng)所有知識點沒有必要也不現(xiàn)實，為了使學生學好地鐵系統(tǒng)中土建部分設(shè)計與施工知識點，對該系統(tǒng)進行全面學習又十分必要，這就出現(xiàn)了矛盾問題。解決問題策略是采用自建課程資源庫,學生根據(jù)個體實際情況選擇性自學,學生對地鐵系統(tǒng)粗略全面了解后，再對與土建設(shè)計與施工密切相關(guān)知識點進行重點學習。

針對與其他課程知識點存在交叉重復性特點，既要教師避免做重復教學的無用功，又要學生避免出現(xiàn)懈怠思想，對這部分知識點要進行相似點歸納，找出差異，完善特征教學，講出這些知識點地鐵與輕軌的課程特色。

針對課程實踐性強特點，采用FLAC3d 軟件對課程特有的車站結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工過程仿真計算進行實踐，達到學生不僅可以自己操作簡單理想化的工程實例，更可以接受大量的專業(yè)人士操作的復雜真實的工程實例的研究成果。