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安全学科是理、工、文、法、管、医等学科的新兴、综合、交叉学科,土木工程也涵盖了建筑工程、交通土建、地下工程等近十个专业。因而,土木安全技术与工程要求学生应掌握的专业基础知识非常广泛,不但要求学生具备传统安全工程专业教学培养模式中最基本的“懂技术、会管理”,而且要求具备土木安全工程的实践技能,即综合性强、专业性强、实践性强的安全技术人才。由此可见,土木安全工程专业培养过程中实践的重要性,必须贯彻以实践教学为核心的办学理念。
伴随着现代化实践教学方法在高等院校专业教学领域中日渐广泛的运用,安全工程专业实践教学模式也开始萌生、发育与发展,并显示出强大的生命力,在土木安全工程人才培养方面发挥了不可替代的作用。
一、实践教学的特色办学理念
实践教学是指在整个教学过程中,学生通过参加一定的实践活动,把知识运用于实践的教学环节。通常,实践教学是为配合理论教学培养学生分析和解决问题的能力,加强专业训练和锻炼学生实践能力而设置的教学环节。
在高等教育强调重基础、淡专业、宽口径的培养模式下,安全工程的教学培养体系中,学生四年中大部分时间在学习公共基础课、人文社科类课程。同时,安全专业要求必须开设的安全类基础课和平台课也需要大量理论学时,由于受到本科教育年限和总学时的限制,特色专业技术类课程学时安排非常紧张,很多对于学生毕业后在实际工作中非常实用和现场特别紧缺的技术课程无法开设,课程设置困难,顾此失彼,课时捉襟见肘。
安全科学的交叉性造成了学生需要几乎所有科学的相关知识基础。在教学课时极为有限的条件下,专业课程设置受到限制,而且相应的专业基础、技术基础、实践环节、课程设计等内容无法跟上,违反了教学规律,学生学习后达不到希望的效果。[3]
为了解决这一问题,在土木安全工程培养模式中,确立了以实践教学为特色的办学理念。将实践教学模式贯穿课堂、专业课程实验、专业课程设计、实习环节、毕业论文以及课外活动之中。在教学中培养学生的实践能力,加大实践教学比重,抓基础、重实践,理论与实践相结合,以实践促进对理论的学习兴趣和学习效率。通过实践教学,在学习中对学生的科学思维方法、工程实践能力和创新意识进行实战性演习。
二、实践教学模式的建设与应用
如何在利用好学校现有资源的基础上,加大对土木安全工程专业的实践教学的改革与实践,建立更为“接近土木施工现场安全”的实践教学培养模式,是摆在我校安全工程系面前的一个亟待解决的客观问题。而且只有改革实践教学环节,才能更好地适应国家高等教育体制改革,才能办出特色,专业才能得以更好地生存与发展。经过不断探索,总结出以实践为特色的土木安全工程教学模式的建立,需要重点抓好课堂教学实践、课程设计实践、实习环节实践和毕业设计实践四个关键模块。
1.课堂教学以实践为导向
贯彻实践教学特色理念,首先是把以实践教学为核心的办学思想融入课堂教学。安全工程通过生产活动中各种事故分析为途径,应用自然科学技术和管理科学知识,识别和预测生产生活中存在的不安全因素,分析事故发生的原因和机理,并采取有效控制措施防止事故发生,这一科学技术知识体系是一门实践性、经验性非常强的工程学科。
在教学中,结合安全工程专业“安全管理学”、“安全学原理”等部分较为抽象的课程,教师采用计算机辅助教学,运用多媒体电子课件、图文影像纪录片、事故案例分析教学、事故情境模拟等方式进行授课,引导学生通过对事故分析、企业安全管理方法学习和考察等实践性活动,加强对事故理论和现代安全管理思想理念的掌握,建立和运用实践教学思想,吸引学生将精力集中到课堂教学内容之中,有效克服安全工程专业理论教学枯燥脱离实际、泛泛空谈、学而无用的被动局面。此外,鼓励学生自导自演DV小品,加强安全意识和安全文化的宣传教育。
在“土木安全工程”、“安全事故分析与处理”、“爆炸安全技术”、“灾害防治理论与技术”等课程中,教师采取动画演示、网络互动视频教学、事故案例分析教学,增加学生对理论学习的感官刺激,培养学习兴趣,引导学生通过对事故分析的实践性活动,加强对土木施工和工程灾害发生的原因、规律和基本原理的消化理解,运用启发式教学,使学生主动式、自主式学习,强调教学的引导与互动,培养学生灵活运用理论知识去观察、分析、解决安全生产问题,从而提高教学效果。
2.课程设计以实践为检验
课程设计是工科学生完成某一课程理论学习之后进行的一次知识综合应用,是课堂学习的一种实践性延伸。在以实践教学为特色的土木安全工程专业培养模式中是一个最基本的集中实践环节。开设安全类及直接相关课程设计的课程包括“安全人机工程”、“安全系统工程”、“土木安全工程”、“应急结构工程”、“消防安全工程”等。
为了使课程设计形成体系,规范实践教学内容和过程,提高教学质量,课程设计大纲中拟定了指导性设计题目和设计方向。在课程设计过程中,学生可以依照自身的兴趣特长,运用所学的知识,自己动手,结合真实或虚拟、简化的生产现场实际,独立地展开设计工作。
“安全人机工程”课程设计让学生就土木工程现场简单施工机械工具和设备的安全可靠性进行分析,按照人机工程学要求对工具结构、尺寸、形状、不同工作环境下使用的安全性、便捷性、作业效率等进行改进和优化,设计、加装、改装安全保护设施、防止事故的报警装置等,培养了学生理论与实践相结合的开拓创新精神,动手能力有了很大提高。
“土木安全工程”课程设计结合路基、桥梁、隧道、轨道结构及施工技术进行,如进行高填深挖路基、深大基坑、岩质高边坡、桥梁加固、隧道支护结构等进行安全稳定分析、对施工提出安全专项方案,还可结合特殊不良地质、病害工程结构物、既有结构改扩建等进行设计。
“应急结构工程”课程设计以我校原铁道兵时期形成并保留下来的国防交通应急工程学科前沿为导向,结合战时铁路和桥梁抢修、抢建及军事交通保障设施、抢险救灾、重载运输、大件吊装、桥梁架设等急难险重工程中的部分简单构件和结构进行简单化、虚拟化、验证性课程设计。
“消防安全工程”课程设计主要对高层民用建筑、地铁、长达隧道等重要结构进行消防设计,包括消火栓、自动喷水灭火、高压给水、消防安全门、紧急电话等设施,提出设计方案及防火安全措施,使学生从设计实践中加深消防安全基础理论知识掌握,提升应用技能。
为了体现土木安全工程实践教学体系中“加强基础,拓宽专业,注重实际,提高素质”的总体思路,加大安全专业学生接触土木工程基础理论知识的深度,除了开设安全工程专业课程外,将土木工程与安全工程部分专业基础课程模块实行交叉,土木工程专业方向的专业基础课程开设给安全工程专业,一方面体现淡化专业方向,使学生的专业适应能力更强,专业口径更宽;另一方面也利用土木工程实践性、综合性、专业性的特点和办学优势条件锻炼强化学生的实践能力,使学生更快掌握和了解土木施工现场最新技术,更好的结合安全专业特点真刀真枪实干,开阔视野、活跃思维,挖掘创造力。
3.实习环节以实践为主线
土木安全工程的实习环节由专业认识实习、生产实习、毕业实习构成,尤其是生产实习和毕业实习对于安全工程专业来说是非常关键的实践训练环节,是学生面向土木施工现场的集中训练和全方位锻炼。目前不少高校由于学生扩招等多方面原因,联系实习单位较为困难,使实习流于形式,严重影响到学生实践能力的培养,然而土木安全工程专业学生由于采取小班招生培养,加上我校与中铁建、中交、中航、等大型企业紧密联系的优势,管理制度上建立了严格的实习环节质量监控措施,学生认识实习、生产实习和毕业实习质量能够得到扎实开展,取得显著的实习效果。
专业认识实习借助石家庄周边条件和工、矿企业建立长期合作的实习基地,内容包括危化、矿山、土木、铁路、电力、消防等方面,使学生对本专业性质、内容及其重要地位有所认识。如深入河北卫星化工厂雷管生产车间,学习参观危险化学品、爆炸器材生产、重大危险源监控、危险有害因素,炸药雷管等火工品库的主要防雷和防静电措施等;参观井陉、元氏等周边矿山企业,了解矿山开采、危险有害因素,通风系统、排水系统、供电系统、提升运输系统的危险有害因素的辨识,以及各种安全管理措施、各种安全规章制度。结合石太、京石、石武等周边项目参观土木施工现场,初步使学生了解土木施工安全技术、文化、管理制度、职业卫生等土木安全的有关知识,了解土木施工工地存在的主要危险有害因素、防护措施等。
土木安全工程专业生产实习是在修完专业技术基础课与大部分主干专业课的基础上进行的,是安全技术理论与实际相结合,巩固、加深所学知识,提高生产安全技术应用技能和管理能力的重要环节,实习过程中学生吃住在施工现场,跟班生产实践。为了挖掘学生用脑思维、用眼观察、动手操作的潜力,我们提出目标-调研-发现-讨论-论证“1+4”实践教学模式。
由于施工现场安全是复杂的系统,人员、机械、设备、作业场所等均处于不断流动变化中,交叉作业多,临时工程多,安全隐患多,包括生产和施工技术安全、加工机具安全、供配电及临时用电安全,施工现场布置和材料加工堆放安全、企业安全生产管理组织结构和管理制度、企业安全文化宣传和职工安全教育培训、环境与职业安全健康管理体系及工伤保险等,为了提高实习针对性和深入程度,参加实习的学生自愿报名,按照特点和兴趣划分实习小组,划定生产实习中主要考察、学习、研究的主要方向,帮助施工单位发现问题、分析原因,提出切实可行的安全生产解决方案建议。
“1+4”实践教学模式的“1”即是指实习指导教师在生产实习开始提出实习目标,“4”即结合选定方向深入项目部和施工现场展开调研,针对发现的安全隐患和问题进行小组讨论。实习结束前,在教师指导下进行小组答辩,实习学生对问题和解决方案的可行性展开论证。这种实习模式在实际应用中取得了学生和单位的一致认可,能够以具体的实战演练代替抽象的理论说教,学生普遍感到安全专业知识实用性强,改变了以往那种对安全专业内容空洞乏味、泛泛空谈的偏见和错误看法,同时也受到了施工企业的普遍欢迎,收到了良好的实践效果和社会效益。
毕业实习在毕业设计(论文)的阶段,收集、调研与毕业设计有关的现场数据资料,为毕业设计顺利进行做好基础性准备工作。主要是结合具体指导教师的毕业设计(论文)方向安排,多数结合教师科研项目。如隧道施工安全监测、施工安全评价,土石方工程爆破振动控制测试与监控等进行安排。
4.毕业设计以实践为核心
毕业设计是高等教育培养计划方案中最后一个重要的实践教学环节。在实践教学体系中,我们将毕业设计的选题贴近土木施工安全生产工作实际,学生通过自己的分析、思辨、实践,在走向工作岗位之前进行一次安全工程专业知识的综合应用与业务能力的全面凝练提升。
毕业设计题目设置要求每位指导教师尽可能结合科研课题、合作项目以及技术服务项目进行题目申报,教学虚拟题目必须由具有原型依托的企事业单位安排毕业实习,由系主任和学院对题目进行审批和把关,侧重以实践为核心。毕业设计环节已经连续完成4届,每年更新毕业设计题目,基本方向涵盖了土石方工程爆破安全设计、高速铁路路基施工危险源辨识与监测、预应力混凝土连续梁桥施工安全设计与风险管理、隧道施工安全监控、深基坑工程施工风险分析、施工现场安全管理、职业安全卫生体系、人工神经网络与模糊综合安全评价、特殊地质隧道施工安全技术、地铁盾构隧道施工安全与质量控制、病害隧道安全状态评估与整治、高层建筑消防安全设计、施工现场应急响应与救援等方面。
在每届毕业生开始毕业设计的前一学期,通过讲座方式,组织每一位指导教师向学生介绍所指导的毕业设计题目、选题要求和特色,让学生做好正式选题前的准备工作。所有题目网上申报,网上选题系统可以实现学生和指导教师的双向选择,有利于充分发挥每个学生的个性特征和兴趣爱好,同时也鼓励土木工程专业学生跨专业选报,以实现学生知识结构体系的优势互补。
毕业设计过程中,学生在指导教师安排下,协调实习企业单位展开毕业设计工作。如将隧道施工安全分析小组的学生派驻天衡山隧道工程现场,对在建隧道进行施工过程跟踪和安全监测,现场调研施工危险源并提出解决措施和对策。机电设备安全管理分析小组的学生走进英科特(宁波)机电设备有限公司进行驻厂考察,对企业生产工艺、危险化学品和安全管理进行现状评价等。
以实践为核心,校企联合的新型指导模式是土木安全工程实践教学的大胆改革与创新。新举措推行的过程中,我们意识到培养土木安全工程领域高级应用型人才,必须强调与工程一线和生产一线的实际相结合,促使指导教师真正在指导学生毕业设计上下工夫,炼内功。无形中给每位指导教师施加了压力,增强了责任,提升了毕业设计质量,锻炼了学生扎实的实践技能。
三、实践教学软环境
实践教学的软环境,包括实践教学理念、教学方法和手段、实践教学管理制度改革、教材建设、课程建设、教学与科研等,是保障实践教学模式顺利推进实施的基本切入点。
安全工程系将实验课程教学作为人才培养过程中十分重要的实践教学环节,以“工程教育回归工程”的教育理念,构建了突出安全工程技术技能培养的完善实践教学体系。高度重视实验教学的地位,将狠抓实践教学、提高人才培养质量列入专业发展规划。
在实践教学中加大投入,通过引进现代化的实验手段和实验技术,实现实验手段的现代化。建立网络教学平台,实现实验教学的网络化。全面开放实验室,建立以学生为中心的开放式实验教学模式和以自主式、合作式、研究式为主的学习模式。对开设的实验课程进行整合,对整合后的实验教学修订教学计划,制定新的教学大纲,理论教学与实验教学统筹协调,建立与理论教学有机结合,以能力培养为核心,规划合理、适用性强,效果良好的实验教学新体系。改革实验考试考核的方法,充分发挥实验考试考核对教学质量的双向调控作用,提高学生自主实验的能力。
加快土木安全工程系列教材建设,从安全工程专业特色出发,开发适合我校特色的专业课程教材或讲义,制定了五年发展规划,编写了《土木施工安全技术》、《爆炸安全技术》、《隧道施工安全技术与评价》、《安全检测控制原理及应用》、《工程结构安全检测实验指导》等教材,满足了理论和实验教学的需要,下一步重点抓好修订和出版工作。
在课程建设中,借助申报《土木安全工程》省精品课的契机,以评促建,巩固加强实践特色模式在课堂教学的导向作用,同时抓好“两个结合”,即实践教学与工程实际应用紧密结合,实验教学与学生创新创业活动紧密结合:部分实验教学项目选题来源于科研工程实践活动,指导教师也利用实验教学平台,提升教学科研能力。学生通过实践活动从事创业研究、其中1人研究成果已获得专利,实践效果显著,成绩突出。
四、实践教学设施和基地建设
自专业筹建之初,针对如何强化学生的能力培养,如何构建一个完整、科学、合理的实践教学体系就成为重点考虑的问题。通过多方面调研,确立了“建设层次系统化、工程化、开放化实践教学体系”的指导思想。我校安全工程专业的建设目标是培养满足社会需求,能解决土木工程现场实际安全技术问题的人才。因此,实验室建设也围绕如何通过实验教学,使学生进一步加深对理论知识的理解,了解实际工程中可能存在的具体问题,并学会如何将所学的理论灵活应用于工程实践,逐渐培养自己解决实际问题的能力等。
近几年,我校为了夯实实践特色教学的基础,重点进行了实验室、校内、校外实习基地的建设。在隧道与岩土工程研究所、桥隧施工地质技术研究所、岩土与环境工程研究所、岩土与结构实验中心(省重点实验室)基础上,于2001年~2005年专门筹建爆破实验室、安全工程实验室,实验面积达到200平方米,设备经费为250万元,直接服务安全工程系本科实践教学。此外,学校还建立了仿真实验室,满足了开展安全事故模拟与仿真等课程实践教学的需要。目前,分院正继续努力发展和完善安全实验室的设备投入,加强实验室管理力度,力争使60%以上的专业课程开出相关实验,开出率达到90%以上。
为了拓宽学生接触学科前沿,开阔视野,参与工程技术实践,指导学生充分利用我校拥有的道路与铁道工程安全保障实验室、交通环境与安全工程研究所、大型结构健康诊断与控制研究所、振动与噪声控制实验室等的资源优势,为安全工程专业本科和研究生实践教学服务,形成了递阶层次系统化的实验教学平台。
在实习基地建设上,我们就学校周边条件建立认识实习点,包括石家庄市内高架桥、地道桥等市政建设工地、元氏煤矿、邢台煤矿、井陉矿区、市桥东污水处理厂、河北卫星化工厂、朔黄铁路、京广铁路、石家庄编组站、上安电厂等,生产实习和毕业实习紧跟国家大型基础设施建设,在北京地铁、天津地铁、京石客专、石武客专、石太客专等项目工地与北京城市轨道交通有限公司、中铁隧道局、中铁十二局、中铁十四局、中铁二十局等多家单位建立了实习场所,与房山桥梁厂、河北金安、河北英博等企业公司建立了良好的长期合作关系。保证了我校安全工程专业学生具有充足、优质的校外生产实习与毕业实习场所,为土木安全工程实践特色教学奠定了坚实的基础。
[作者简介]李富荣(1982- ),男,江苏盐城人,盐城工学院土木工程学院,讲师,硕士,主要从事岩土与城市地下工程等领域的教学与科研工作。(江苏 盐城 224051)
[基金项目]本文系江苏省教育科学“十二五”规划课题“地方本科院校土木工程专业应用型人才培养研究”(项目编号:C-c/2013/01/002)和2013年盐城工学院教改研究项目“城市地下空间工程专业实践教学体系的创新性研究”(项目编号:2013-52)的研究成果。
[中图分类号]G642 [文献标识码]A [文章编号]1004-3985(2014)05-0158-03
一、引言
2002年,中南大学首先开设城市地下空间工程专业,该专业是教育部为适应新时期城市建设人才特殊需求而设置的新兴专业,简称特设专业,目前已有30余所高校开设了城市地下空间工程专业。然而,由于高校背景不一,涉及矿业、核能、交通、建筑、水利、铁道等不同行业,办学特色鲜明,虽然课程理论教学基本都可以满足要求,但作为培养和提高学生综合素质能力的实践教学环节却给高校带来了难题,同时该专业尚未成立教学指导委员会,专业建设缺乏统一指导,使得城市地下空间工程专业建设与发展难度较大,这点在实践教学环节尤为明显。目前,城市地下空间工程专业大多是依托岩土工程专业,但该专业已经超出岩土工程专业的范畴,要建设好城市地下空间工程专业尚需城市规划、结构工程等专业的支撑。盐城工学院(以下简称“我院”)在新办城市地下空间工程专业过程中,以培养卓越地下工程师为目标,对城市地下空间工程专业实践教学体系进行了有益的探索与创新。
二、城市地下空间工程专业实践教学体系的构建
1.构建原则。目前,在开设城市地下空间工程专业的高校中,该专业招生人数较少,大多每届招生1个班,30人左右,专业开设较好的中南大学、山东大学、南京工业大学等,每届也仅招生2个班,60人左右。在大力提倡改革与创新高校教学体系的背景下,城市地下空间工程专业实践教学体系的构建要求、方法、原则可以表现出与土木工程等专业不尽相同的特点,使之具有自身特色。构建城市地下空间工程专业实践教学体系的原则是综合性、整体性、独立性、科学性。其中,综合性指城市地下空间工程综合了城市规划、结构工程和岩土工程等专业内容;整体性原则要体现教学上实践与理论相结合的整体功能;由于班级规模较小,学生可以独立完成大多实践教学环节,即学生具有较多的独立实践机会,体现了较好的独立性;科学性是要求实践教学环节的构建与实施要循序渐进,科学合理。
2.构建方案。城市地下空间工程专业实践教学体系是由实践教学活动各个要素构成的有机联系整体,作为特设专业,城市地下空间工程专业实践教学体系要具有前瞻性和系统性,创新实践教学内容,紧密联系城市规划与建设,积极创新工程设计与施工技术,培养符合专业要求且满足社会需求的卓越地下工程师。为此,根据城市地下空间工程专业的培养方案,我们构建了城市地下空间工程专业实践教学体系(见图1),给学生创造各种独立的实践机会,使知识、能力、素质融为一体,增强了学生独立完成工作的能力。
三、城市地下空间工程专业实践教学体系的创新
1.实验教学。城市地下空间工程专业实验教学环节由基础实验、专业实验、创新实验等多种实验构成(见图2),体现了人才培养多层次、模块化、系统化和科学性的统一。其中,由学科基础实验和力学实验构成的基础实验平台,不仅训练了学生的基本技能和素质,还为开展专业实验、培养学生系统设计和综合实践能力打下了基础。以“土力学与基础工程”课程为例,该课程是土木工程专业的主干课程、城市地下空间工程专业的核心主干课程,包括土力学和基础工程两部分,设有土力学实验和基础工程课程设计两个实践环节,兼具理论性、专业性和实践性等特点,是培养卓越地下工程师基本专业素质的基础。为此,在课程实验中,将土力学实验学时调整为16学时,增设土体渗透、击实、孔隙水压力及土压力测试等实验项目,确保学生充分掌握土地工程地质性质、物理力学性质等土力学基本理论,提高学生的实践能力,同时对开展后续专业实验也有很大的益处。专业实验是更高层次和系统地训练学生的实验技术和技能,包括大纲中专业课程实验和设计性、综合性实验。为此,对相关实验内容进行有机整合和改进,设置了土体与岩石力学对比实验,实验内容为采用几种常规实验(如压缩、直剪、三轴)方法,对比分析土体和岩石在物理指标、力学性质、工程应用等方面的异同,由学生自主设计实验方案(包括实验目的、方法、步骤、仪器、要求),并向实验室教师申请实验时间,经批准后在实验教师指导下,独立完成实验报告。最后,结合学生实验能力,根据实验过程、实验结果综合评定实验成绩。在设计性、综合性实验环节中,根据教学大纲设置了原位测试技术训练、工程结构测试技术训练、地下工程设计软件训练,以进一步训练学生的实验能力,使学生学会从实验数据中分析实验现象、得出实验结论,培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。创新实验是为了充分开发学生的潜能,激发学生对专业知识的兴趣而设置的,可以通过教师的纵横向课题、学生自主申报大学生实践创新训练项目以及参加学科竞赛等方式开展。
2.实习环节。城市地下空间工程专业的实习环节可分为课程实习(测量实习、工程地质实习)和专业综合实习(认识实习、生产实习、毕业实习)两个层次。其中,课程实习由指导教师统一安排、指导,与土木工程专业基本相同。在专业综合实习环节中,实行全周期双导师制,将5~6个学生分为一组,从大二到大四由同一指导教师负责指导,并配有企业兼职指导教师,原则上在校期间不再更换指导教师或企业教师。学生在实习期间,专业指导教师和企业兼职教师共同指导和管理学生,实习结束时,采用校企共同组织的公开答辩方式综合评定实习成绩,形成双导师指导下的“学生自主实习实践、教师有效监控指导”的实践特色。全周期指导是指学生从大二认识实习开始即可与学校专业指导教师和企业兼职教师不间断交流,除实习时间外,学生还可以有针对性地参与纵横向课题、工程项目等,使大学实习间而不断,贯穿始终,最大限度地培养了学生的实践能力。
3.设计环节。一是课程设计。城市地下空间工程专业设计环节包括课程设计和毕业设计(论文)两个环节。其中,课程设计除钢筋混凝土结构和基础工程课程设计外,还包括城市地下空间规划与设计,地下建筑结构、隧道工程和地下工程施工组织设计等课程设计。从教学内容和教学体系上讲,课程之间存在紧密的依存、制约关系,但传统的课程设计均安排在课程理论教学完成后进行,且由该课程理论教学教师独立设计课题、独立编写课程设计任务书和指导书、设定独立的设计参数,各门专业课课程设计内容相对独立。为此,在城市地下空间工程专业课程设计中,实施综合性课程设计方案,编写综合性课程设计任务书和指导书,具体做法是,本着“真题习做,一题到底”的原则,每2~3个学生设置一个工程实例专题,每个工程实例专业均来源于典型实际工程,紧密结合实际应用。各课程内容及设计是相互关联的,建立综合性课程设计的基本思路,最终为毕业设计服务。在综合性课程设计过程中,学生可以深刻体会到地下空间工程各个部分之间的因果关系和制约条件,初步认识工程的复杂性,锻炼逻辑思维能力,加强对地下工程整体性概念认识,有助于学生完成毕业设计。在综合性课程设计环节中,指导教师非常关键,要清楚综合性课程设计的内容、要求、可能出现的问题以及前后课程设计之间的关联要求,对学生给予正确合理的指导。二是毕业设计(论文)。城市地下空间工程专业学生数较少,便于采用校企合作的团队指导毕业设计模式,聘请经验丰富的企业导师参与毕业设计指导工作,有利于毕业设计的质量优化。采用团队模式指导毕业设计,团队有总指导教师,每位学生有各自的指导教师,由3~5个学生共同完成一个总项目课题,内容可以涉及城市地下空间规划设计、地铁车站设计、地铁隧道设计、地铁施工组织设计等,各子课题任务分工明确,研究内容有机联系,设计选题整体性强,内在联系紧密,在毕业设计过程中,团队成员相互交流,团结协作,充分利用专业规范,掌握整个地下工程设计的内容、流程及方法,确保厚基础、宽口径走向社会。除了毕业设计外,也有部分学生选择毕业论文,一般基于省部级以上科研课题项目,由项目主持人担任课题组长,中级职称以上教师担任各子课题导师,也可由科研兴趣或科研方向相近、不同专业背景的教师组成指导团队,由科研素质高的教师担任组长,其他教师有侧重地负责子课题,做到教学与科研相统一。
4.大学生实践和创新能力训练。目前,教育部、教育厅及高校都十分注重学生实践创新能力的培养,设立了各级大学生实践创新项目,学生可以根据自己的兴趣选题,自主选择导师并申报各级大学生实践创新项目,这些项目以学生为主体,在导师的指导下,培养了学生的创新意识,加强了学生自主创新的能力。同时,大学生实践创新能力的培养还可以与教师科研及社会服务相结合,更加贴近工程实践,从中发现问题、分析问题、解决问题,有利于学生创新思维的培养。为此,可与地方人防办、城市规划设计等部门、企业合作,设计一系列开放性、设计性课题,由指导教师负责将创新性实验与社会服务结合起来,取得良好的社会效益。另外,积极鼓励和协助学生参加学科竞赛(如结构创新大赛、交通科技大赛等),培养学生的创新意识、合作精神和工程实践能力。
四、结语
城市地下空间工程专业作为新兴专业,实践教学特别需要创新,以适应城市建设、社会发展、学科建设的新要求。通过城市地下空间工程专业实践教学体系的构建与创新,优化了各实践教学环节的教学内容、教学方式,提高了学生的独立工作和科技创新能力。因此,必须以创新为主线,以培养卓越地下工程师为目标,充分利用校内外资源,调动社会、学校、教师、学生等的主动性、积极性,不断改进、创新、实践,全面提高学生的综合实践能力。
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[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437(2014)04-0073-03
一、前言
“研究性教学”理念,作为大学教学改革的新向度日益受到关注。教育部自2005年以来先后出台《关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见》(2005 年)、《教育部财政部关于实施高等学校本科教学质量与教学改革工程的意见》(2007 年)等文件,积极推动研究性教学,提高大学生的创新能力。传统的教学方式是通过老师的讲解和学生的学习,来构建知识结构网络,整个教学过程围绕知识的传授和获取而展开。而研究性教学,要求学生在教师指导下,能够进行自主学习、深入探究,主动获取知识、应用知识,并用来解决问题或有所创新。相对于传统的被动接受式学习,研究性学习更多强调主动探究,它对教师的教学设计和评价水平、学生主动学习的能力等都提出了更高的要求。
“卓越工程师教育培养计划”是教育部贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》和《国家中长期人才发展规划纲要(2010-2020年)》的重大改革项目,也是促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国的重大举措。其目的在于培养造就一大批具有一定的创新能力、适应经济社会发展需要的高质量工程技术人才,为我国的创新型国家建设和人才强国战略服务,对促进高等教育面向社会需求培养人才,全面提高工程教育人才培养质量具有十分重要的示范和引导作用。我校入选第二批试点学校。以前我院土木工程专业(交通土建方向)在探索校企合作、产学结合方面也做了许多工作以提高学生的实践能力和创新能力, “路桥实践性教学环节走产学结合之路的改革探索”曾获扬州大学教学成果一等奖;“毕业论文结合科研课题,创新实践催生应用成果”获江苏省教育厅教学成果二等奖。但对于 “卓越工程师教育培养计划”这样大规模、系统性地推进研究性、实践性教学则需要进一步的论证、探索和实践。目前,我院已确定本科层次的土木工程(交通土建方向)专业卓越工程师培养目标内涵和指标体系。
路基路面工程是土木工程(交通土建方向)专业的一门主干课,该课程所研究的对象是路基工程与路面工程,包括公路和城市道路的路基与路面工程的设计原理、设计标准、计算方法及施工方法。通过该课程的教学活动,学生能进行路基及路基稳定性、挡土墙、路基路面排水、沥青混凝土路面与水泥混凝土路面等内容设计与计算;能掌握路基路面工程的施工方法、质量控制及病害与防治等方面的知识,是学生就业或继续深造所需要的重要课程之一,对培养道路工程研究性和应用型人才起重要作用。该课程是一门理论和实践性都很强的课程,教学上根据我校学生的主要就业方向,重点讲解设计、计算与施工等内容,并辅以课程设计、课程实验和生产实习等环节进行强化和巩固,将理论与实践很好地统一。教学手段已采用多媒体,并增加了课程实验所需的仪器,安排了实习基地,保证了理论教学和实践教学的需要。在教学过程中探索采用研究性教学,并依托与本专业相关的工程单位或企业,建立卓越工程师校企联合培养模式和运行机制,进行学生实践能力的培养,形成一个兼具研究性教学特点、又能体现卓越工程师培养目标的课程教学和人才培养模式。在路基路面工程课程教学中,将研究性教学和卓越工程师培养这两大高等学校教育改革中重点关注的问题进行有效的结合是一个值得探讨的问题。
二、课程定位与教学目标
根据我院教学研究型学院的定位, 路基路面工程课程建设定位于教学与研究并重,考研深造与本科毕业就业并举, 引导和组织学生进行研究性学习 , 这是“卓越工程师教育培养计划”着力推行的教学组织形式和教学方式,关系到参与高校的卓越工程师培养目标的实现和培养标准的达到与否。要做好这一点,需将本科阶段的研究性教学与卓越工程师培养有机融合。
在卓越工程师培养方面,首先,增强学生的工程观念,培养学生的动手能力、创新能力和组织能力。实践教学环节,应选择具有较高技术含量的工艺性、设计性、综合性的实训项目,逐步形成工程基础实验、工程专业实验的操作技能、工程专业技术应用技能与工程综合实践能力、专业应用能力有机结合的实践教学体系。让学生自己动手进行设计和实验,使学生对典型道路工程的结构、设计和建设过程有一个全面完整的体验和认识,培养学生的工程意识,使学生对工程质量、安全、经济与组织管理等有深刻的理解,建立一个道路工程大系统的观念。其次,对于学有余力的同学以及想考研的同学,通过实际课题的参与,掌握科学的研究方法,学会进行合理的实验设计,为将来的科学研究工作打下坚实的基础。
在研究性教学方面,教学中采用与研究性教学理念相适应的授课方式、作业类型、实践训练和考核方式,建立“以学生为主体、以教师为主导”的基于探索和研究的教学模式,激励学生的好奇心、求知欲、创新和探索精神。结合路基路面工程的课程特点,通过研究性教学, 让学生牢固地掌握基础理论知识、基本实践技能,引导学生从记忆应考型向科学研究型与应用型转变,着力培养学生的搜索、筛选、运用资料的能力,提出问题、分析和解决问题的能力,以及良好的人际沟通和团体协作能力,并提高语言表达和撰写论文的能力,为其日后成为专门性研究人才或卓越工程师打下基础。
三、方法和措施
(一)提炼核心问题,讲授课程基本知识
在教学过程中,注重从课程内容中提炼问题。提出的问题可分为如下层次:基于课程内容主线的核心问题,基于知识模块群的综合问题,基于知识点的具体问题等。以问题为中心,进行分析探讨,理论联系实际,完成教学目的。学生在课堂学习过程中、在完成作业和习题的过程中也会发现问题,对学生提出的问题可选择有代表性的进行讨论和研究。通过关键问题,让学生掌握获取课程基本知识,通过查阅资料、提出观点、小组讨论、辩论提高逻辑思维能力和思辨能力。建立基于问题的研究式教学模式,能加强对学生探索精神的培养。而关键问题的选择,则要求教师对授课内容非常熟悉并全面透彻地把握。
(二)选择经典案例,提高分析能力
路基路面工程设计与施工中案例很多,实用性比较强,通过对案例的分析来学习和运用知识。将实际案例与学习连接在一起,更能吸引学生的注意力。在讲透基本概念、基本原理的基础上,结合工程案例介绍如何利用基础知识、基本原理来寻求解决工程中出现问题的方法和途径,结合工程案例中的经验教训开展课堂讨论,强调掌握基本概念、基本原理的重要性。使理论知识与实践知识有机结合,使讲授的理论知识内容更加具体、明晰,不仅大大活跃了课堂气氛,还增强了学生的学习积极性、主动性,有效地拓展了学生的视野,激发了学生的学习兴趣。
路面病害与防治是路基路面工程的主要内容之一。路面病害形式和形成的原因多种多样。在讲解路面病害的成因和防止措施时,先让学生对校园四周的道路病害进行调查,再归纳实际工程中预防和减少路面的技术措施及其机理,并探讨如何加以维修养护,让学生自己加以总结,极大地调动学生学习的热情,再通过必要的课堂教学辅导帮助学生深入理解,强化学生对路基路面从设计到施工、养护等各个环节知识点的掌握,以达到事半功倍的效果。实践教学与理论教学有机结合,既提高了学生的学习兴趣,又增强了学生的工程意识,并加深对本课程的理解。
(三)改革课程设计,加强自主创新能力培养
课程设计方案由学生自主确定,并结合中国建设教育协会立项教改课题《土木工程系列课程设计的优化与实践》,运用道路勘测设计的课程设计成果,进行挡土墙和路面结构的设计。同时根据路基路面工程课程知识,综合分析原成果的不足,在课堂教学中引入系统思维和创造性思维的概念;在各阶段实习和实践活动中,以及大学生创新实践课题中,强调系统思维和创新思维的重要性,在过程中培养创新意识,通过完成创新实践项目提高创新能力。
(四)鼓励参与课题,培养科研能力
传统的教学方式是以课本内容为基础,根据课程知识结构进行讲解,整个过程是以知识的获取过程为依托,通过实际运用达到能力的提高来达到教学目的。而研究性教学则把问题的呈现放在前面,以解决具体问题为教学的导入点,要求选择一些专题进行研究,学会运用开放性资源,需撰写研究报告,并开展课堂讨论。如果研究课题选择得当,则学生就会随着问题解决而更好地掌握知识,提高解决问题能力。在学生获取知识的过程中,通过教师的指导以及自己的思考和总结,学生就会在研究性学习的课题研究中和项目的设计中有更多的创造机会,就会在创造中感受成功的体验,在成功中感受到学习的乐趣。鼓励学生利用图书资源和网上资源,并提供了一些关于路基路面工程方面的研究选题,引导他们关注目前国内外先进的路基路面施工的新工艺、新材料和新技术,开展一些力所能及的研究工作,并通过科研小组活动,培养其获取知识、应用知识的能力和科技创新能力;通过课堂表达训练、课题成果展示和介绍,提高学生的口头与书面表达能力,从而提高竞争能力。
(五)重视生产实习,对接工程一线
按照培养目标、培养规格和需要达到的工程能力要求,选择交通工程企业作为实践教学基地。同时,聘请实践教学基地一定数量的经验丰富的工程师作为学生企业学习阶段的指导教师,对学生在企业的学习提供全面指导。在条件允许的情况下,实施企业和学校双导师指导,以交通领域相关工程实际项目为载体,深入企业参与实践和项目研究,挖掘学生的工程创新型潜质,切实提升学生的工程开发和技术创新能力,逐步形成系统的工程实践能力和管理能力,增强学生对社会的适应力和竞争力。
四、结语
在《路基路面工程》课程建设过程中,进行研究性教学实践和卓越工程师教育培养计划实施过程中,获得体会如下。
1.实施以研究性学习理念为指导的“研究性教学”,以小课题的探讨与研究等为教学的切入点,依附于路基路面工程课程教材,让学生在课题研究和项目的设计中有更多的创造机会, 有利于激发学生的学习激情、学习的潜能。
2.卓越工程师教育培养创立了高校与行业企业联合培养人才的新机制,遵循工程的集成与创新特征,强化了学生的工程实践能力、工程设计能力与工程创新能力,增强了学生对未来工作的适应性。
3.在路基路面课程教学中,将卓越工程师教育培养与研究性教学有机结合,取得了一定的效果。近年来,我院先后有多名同学考入同济大学、东南大学、长安大学等高校的道路与铁道工程学科攻读硕士研究生学位,而到工程一线就业的同学,在设计、施工单位都能很快进入角色,保持了我校学生动手能力较强的优良传统。
4.做好“卓越工程师教育培养计划”与研究性教学之间的融合,不仅不会使两者产生矛盾,而且还会使其相互促进,有利于整个教育事业的发展。而建设一支具有一定工程经历的高水平专、兼职教师队伍,是实现这一目标的重要前提。
[ 参 考 文 献 ]