劉勇健　梁文添　鄧滸標　魏建軍

[摘 要]本研究以廣東工業(yè)大學教學改革為例，探討在新時代背景下城市地下空間工程專業(yè)創(chuàng)新型實踐教學體系構(gòu)建的理念和措施。項目組以OBE工程教育理念為指導，以學生為中心，以成果為導向，結(jié)合專業(yè)特點和“粵港澳大灣區(qū)”建設對人才的新要求，加強實驗室建設和實習基地建設。將校內(nèi)工程模擬與校外實戰(zhàn)訓練相結(jié)合，構(gòu)建了具有地方特色的城市地下空間工程專業(yè)實踐教學體系和仿真教學平臺。仿真實踐平臺包括盾構(gòu)機施工仿真實訓系統(tǒng)、地下水模擬實驗系統(tǒng)和地下空間工程原位測試仿真系統(tǒng)。學校通過“三向融通”實踐教學平臺和虛實結(jié)合教學模式，開展 “實踐育人”，以滿足社會和行業(yè)發(fā)展的新要求。

[關鍵詞]城市地下空間工程; OBE工程教育模式;實踐教學體系;仿真平臺

[中圖分類號] TU94; G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2021）06-0068-03

進入21世紀，中國高等教育開始從精英教育向大眾教育轉(zhuǎn)化，我國已邁入世界高等工程教育大國行列。為建設創(chuàng)新型國家培養(yǎng)大批具有創(chuàng)新精神、實踐能力和創(chuàng)新能力的工程技術(shù)人才是當前高等工程教育的根本任務[1-2]。2016年我國正式加入《華盛頓協(xié)議》，實現(xiàn)了歷史性跨越，為我國高等工程教育實現(xiàn)與國際化接軌提供了重要契機，加速了工程教育教學改革的深化。近年來，為緩解城市壓力，加大開發(fā)利用城市地下綜合體，軌道交通、綜合管廊、地下商場等城市地下空間資源，實現(xiàn)我國城市可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，需要大批城市地下空間工程技術(shù)人才[3-4]。中南大學于2002 年率先開設了城市地下空間工程專業(yè)，隨后山東大學、南華大學等高校也開設了該專業(yè)。目前，全國已有76所高校開設了本專業(yè)，每年招生約3800人。 “一帶一路”倡議和“粵港澳大灣區(qū)”的開發(fā)，對城市地下空間工程專業(yè)的畢業(yè)生需求量增大，對人才培養(yǎng)提出了更高更新的要求 [5]。

在《普通高等學校本科專業(yè)目錄》（2012年）中，城市地下空間工程專業(yè)（081005T）為新增特設專業(yè)，于2019年1月在土木工程教學指導委員會下成立了城市地下空間專業(yè)教學指導小組。由于本專業(yè)開設時間短，各高校的人才培養(yǎng)模式和實踐性教學體系仍處于探索階段[6-7]。廣東工業(yè)大學作為廣東省第一所開設城市地下空間工程專業(yè)的高校，其依托國家級特色專業(yè)土木工程專業(yè)，經(jīng)專業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整后增設，于2013年開始招生。根據(jù)近3年來用人單位需求及畢業(yè)生調(diào)查，近70%的畢業(yè)生在企業(yè)從事地下空間工程技術(shù)工作，用人單位特別看重畢業(yè)生的實踐能力和創(chuàng)新能力。如何構(gòu)建新時代背景下城市地下空間工程專業(yè)創(chuàng)新型實踐教學體系，培養(yǎng)新工科人才？廣東工業(yè)大學（以下簡稱“我?！保┮劳小盎浉郯拇鬄硡^(qū)”城市軌道交通迅猛發(fā)展和區(qū)域經(jīng)濟快速增長的優(yōu)勢，構(gòu)建了具有地方特色的城市地下空間工程專業(yè)實踐教學體系和仿真教學平臺。

一、OBE工程教育模式

OBE （Outcome-Based Education）教育理念是一種基于學習成果為導向的工程教育模式，最早應用于美國和澳大利亞的基礎教育，很快在世界各地高校中推廣開來。它強調(diào)以學生為中心，即以學生發(fā)展為中心、以學生學習為中心、以學習成效為中心，注重學生的能力培養(yǎng)和個性發(fā)展[8]。如圖1所示，OBE工程教育模式遵循“反向設計”原則，結(jié)合國家、行業(yè)和社會發(fā)展需求、學校辦學定位、專業(yè)特色和學生家長期望等多種因素，由培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求反向構(gòu)建專業(yè)課程體系、教學大綱、教學內(nèi)容及相關評價體系。可以通過考核環(huán)節(jié)，分析課程達程度，并制訂持續(xù)改進措施。OBE工程教育三個核心要義為：成果導向、以學生為中心和持續(xù)改進。在OBE專業(yè)認證體系中，特別重視實踐教學體系及教學效果的評價。

二、基于OBE理念的城市地下空間工程實踐教學體系

（一）明確“以學生為中心”的實踐教學目標

城市地下空間工程具有三大屬性：實踐性、綜合性和創(chuàng)新性。OBE工程教育模式適合城市地下空間工程應用型創(chuàng)新型工程技術(shù)人才培養(yǎng)。在此理念指導下，以學生為中心，以社會需求為導向，優(yōu)化人才培養(yǎng)方案，即畢業(yè)生適應社會經(jīng)濟發(fā)展的需要，反映學生畢業(yè)后5年左右在社會與專業(yè)領域的預期成就，能解決城市地下空間工程專業(yè)的復雜工程問題，能準確理解和評價工程實踐對社會、健康、安全、環(huán)境、可持續(xù)發(fā)展的影響。培養(yǎng)具備扎實的自然科學知識和良好的人文素養(yǎng)，獲得工程師基本訓練，掌握城市地下空間工程及相關學科的基礎知識、基本原理和BIM等前沿應用技術(shù)，具有基礎較扎實、專業(yè)知識面寬、實踐能力強、創(chuàng)新精神、團隊意識和可持續(xù)發(fā)展理念的應用型創(chuàng)新城市地下空間工程技術(shù)人才。我校先后制訂與修訂了2013版、2016版、2018版人才培養(yǎng)方案、教學大綱和課程體系，根據(jù)“粵港澳大灣區(qū)”城市地下空間發(fā)展對人才的新要求，明確“以學生為中心”的實踐教學目標，構(gòu)建新工科背景下實踐教學體系。

（二）以成果為導向，構(gòu)建基于OBE模式的實踐課程體系

實踐教學是培養(yǎng)學生實驗能力的重要環(huán)節(jié)。實踐教學以學生為本，以社會和行業(yè)對工程類人才的需求為導向，整合優(yōu)質(zhì)教學資源，加強實驗室建設和實習基地建設，將校內(nèi)工程模擬與校外實戰(zhàn)訓練相結(jié)合，構(gòu)建OBE模式下的實踐課程體系。實踐教學課程體系和教學內(nèi)容緊密圍繞城市地下空間工程產(chǎn)業(yè)變革及新工科建設要求，建立了“基礎實踐模塊+專業(yè)實踐模塊+科學實踐模塊”的多層次實踐教學體系，見表1。由于現(xiàn)代城市地下空間工程的復雜性和綜合性，其對人才的實踐能力和創(chuàng)新能力要求很高。在制訂人才培養(yǎng)方案時，我們堅持“理論與實踐并重”的原則，加強實踐環(huán)節(jié)，實踐教學環(huán)節(jié)有44.5學分。課程的實踐（實驗）教學、專業(yè)實訓、創(chuàng)新訓練和工程實踐，實現(xiàn)了理論教學與實踐教學的相互支撐，課內(nèi)外的相互補充，產(chǎn)學研有機結(jié)合，綜合培養(yǎng)學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力。以畢業(yè)要求達成為標桿，強化課程體系與畢業(yè)要求的匹配度，課程實驗的畢業(yè)要求，使各課程體系更好地支撐人才培養(yǎng)目標，并制訂各課程持續(xù)改進多項措施。

（三）構(gòu)建“三向融通”實踐教學平臺，開展 “實踐育人”

廣東工業(yè)大學與中山環(huán)宇實業(yè)有限公司（國家級工程實踐中心）、廣州工程總承包集團有限公司（廣東省大學生實踐教育基地）、中天建設集團有限公司、廣州市盾建地下工程公司等37家企業(yè)單位簽訂了校外實習基地。本著“共建教學資源、共享合作成果”的原則，建立了集教學、科研、人才培養(yǎng)“三向融通”的城市地下空間工程實踐教學平臺，進行項目合作和“協(xié)同育人”。整合校內(nèi)外教學資源，綜合應用各類實驗室和校內(nèi)外實習基地，以項目為載體，實施“實踐育人”，培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新能力。畢業(yè)設計實行“雙導師”制和“一人一題”制，以實際工程為背景，解決工程實際問題，注重培養(yǎng)學生的工程素質(zhì)、實踐能力和創(chuàng)新能力。通過校企深度合作，人才聯(lián)合培養(yǎng)，實現(xiàn)專業(yè)人才與用人單位的無縫對接。

三、城市地下工程仿真實踐教學平臺建設

城市地下工程具有體量巨大、施工周期長、參與方多、綜合性強、隱蔽性高、危險性大等特點，實驗難度大。為了給學生創(chuàng)造更多的實踐機會，拓展實驗教學，我們加強了校內(nèi)工程模擬訓練。結(jié)合實際工程背景，利用專業(yè)的仿真模型和軟件，構(gòu)建了城市地下空間工程仿真平臺，包括盾構(gòu)機施工仿真實訓系統(tǒng)、地下水模擬實驗系統(tǒng)和地下空間工程原位測試仿真系統(tǒng);建設了地下工程原位測試校內(nèi)實訓基地，開展虛實結(jié)合的實踐教學模式。

（一）盾構(gòu)機施工仿真實訓系統(tǒng)

盾構(gòu)機仿真模擬實訓裝置在教學實踐中的應用，突出強化實踐教學在學生基本技能和創(chuàng)新能力培養(yǎng)中的作用。盾構(gòu)施工是一種重要的地下空間工程施工方法，要盡可能在不擾動圍巖的前提下完成施工，從而最大限度地減少對地面建筑物及地基內(nèi)埋設物的影響。長沙儒林儀器設備有限公司和我校專業(yè)教師共同研發(fā)了盾構(gòu)機施工仿真系統(tǒng)V3.0，該盾構(gòu)機仿真系統(tǒng)選用泥水式盾構(gòu)機原型作為制作藍本，按比例設計加工制作，在外觀、尺寸、參數(shù)性能上較前期制作的仿真系統(tǒng)有較大改進。盾構(gòu)機施工仿真實訓系統(tǒng)集實訓教學、數(shù)據(jù)采集模擬、三維虛擬仿真、考核培訓系統(tǒng)于一體，實現(xiàn)了仿真模擬通過計算機操控演示得到各系統(tǒng)設備運行參數(shù)、運行控制、實時數(shù)據(jù)模擬等功能。盾構(gòu)機通過布局多處測點位置，安裝儀表、傳感器等儀器設備與計算機連接，計算機軟件界面顯示不同時間段數(shù)值信號。通過模型操作，學生可以了解盾構(gòu)機的結(jié)構(gòu)和工作原理，利用動畫演示盾構(gòu)刀盤切削、渣土輸送、管片拼裝等系列過程，可以提升學生對盾構(gòu)掘進力學機理和施工技術(shù)的理解。

該“教、學、訓”一體化仿真系統(tǒng)可實現(xiàn)電腦操控下或手動操作下的仿真模型系統(tǒng)參數(shù)和各種運行狀況分析;操作訓練安全、直觀，符合現(xiàn)場工況的仿真，充分保證了學生、學員能獲得足夠的時間進行高質(zhì)量“真刀真槍”的實際職能崗位動手技能訓練，從而實現(xiàn)與工程實踐的“零距離”接觸。這在訓練學生從事隧道施工設備領域的研究、規(guī)劃、設計、施工和管理等方面工作基本技能的同時，還可以讓學生獲得多種故障識辨與處理的鍛煉，提高解決實際問題的能力。

（二）地下水模擬實驗系統(tǒng)

地下工程設計與施工必須掌握工程場地的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件，以確保設計的合理、施工的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟合理。工程地質(zhì)與水文地質(zhì)課程開設了地下水模擬實驗。地下水模擬系統(tǒng)包括承壓水模擬系統(tǒng)和潛水模擬系統(tǒng)。在實驗過程中，可以通過抬高河水的水位來補給承壓水，同時以泉、集水廊道和井的形式進行排泄，分析承壓水運移規(guī)律，讓學生更直觀地了解承壓水。通過測量泉流量，學生可以更清楚地了解天然條件下泉流量的衰減曲線。學生通過實際承壓水模擬系統(tǒng)，測繪測壓水位線，平均水力梯度與泉流量關系，測繪泉流量隨時間變化的衰減曲線，用于分析承壓含水層補給與排泄的關系、觀測天然條件下泉流量的衰減曲線。學生通過地下水模擬系統(tǒng)，熟悉承壓水和潛水模擬系統(tǒng)及其功能，測繪測壓水位線，測繪平均水力梯度與泉流量關系曲線，測定泉流量及單井抽水量，測繪泉流量隨時間的衰減曲線。

（三）地下工程原位測試模擬系統(tǒng)

原位測試是指在工程現(xiàn)場，在不破壞、不擾動或少擾動巖土體天然結(jié)構(gòu)與狀態(tài)的情況下，測定特定的物理量，進而評價被測試對象的性能和狀態(tài)。由于地下工程的隱蔽性、巖土體分布不均勻性與工程性質(zhì)復雜性，原位測試技術(shù)在工程設計和施工中具有極其重要的作用。常用的原位測試方法有平板載荷試驗、動力觸探試驗、標準貫入試驗、樁基的高應變和低應變測試等。我校在臨近巖土工程實驗室的區(qū)域，建立了校內(nèi)地下工程原位測試基地，可開展包括樁基測試、地基平板載荷試驗、動力觸探試驗、靜力觸探和Evd試驗等。我校綜合利用校內(nèi)實習基地和原位測試模擬系統(tǒng)，開展校內(nèi)工程模擬與校外實戰(zhàn)訓練，讓學生掌握地下工程原位測試與監(jiān)測技術(shù)，通過虛實結(jié)合的實踐教學，來強化實踐能力和工程素養(yǎng)培養(yǎng)。

四、結(jié)語

在城市地下空間工程迅猛發(fā)展時期，如何順應社會與行業(yè)發(fā)展新要求，培養(yǎng)應用型創(chuàng)新人才是我們面臨的重要任務。通過對實踐教學體系的改革與實踐，我們得出如下結(jié)論。1.以學生為中心，以學習成果為導向，基于OBE模式構(gòu)建了具有地方特色的實踐教學體系和仿真平臺，將校內(nèi)工程模擬與校外實戰(zhàn)訓練相結(jié)合，有效開展 “實踐育人”。2.“三向融通”實踐教學平臺很好地服務于城市地下空間工程教學和科研。近年來，我校學生在國家級、省、校、院創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練和競賽中成績明顯提升，獲得國家級獎2項、省級獎5項，發(fā)明專利36項，發(fā)表科技論文18篇，實踐能力和創(chuàng)新能力有極大提升。通過“三向融通”實踐教學平臺和虛實結(jié)合教學模式，通過校企深度合作和人才聯(lián)合培養(yǎng)，我們實現(xiàn)了人才與用人單位的無縫對接。3.實踐教學平臺對實踐教學和人才培養(yǎng)發(fā)揮了積極作用。虛實結(jié)合的實踐資源建設，促進了城市地下空間工程核心課程群的建設。近年來，城市地下空間新專業(yè)已建成了4門省級精品資源共享課和3門在線資源課，有效提升了教學效果和人才培養(yǎng)質(zhì)量。

[ 參 考 文 獻 ]

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[責任編輯：陳 明]