与工程实践相结合的地下工程课程教学模式
刘陕南+石嵘+汪磊
[摘 要]地下工程课程具有专业跨度大、实践性强、发展迅速等特点。与工程实践相结合的地下工程课程教学模式，要求教学团队对课程体系、教学目标、教学内容、教学模式等全面进行调整和完善，课程的设置更面向工程实际，为卓越工程师培养奠定基础。
[关键词]地下工程教学；与工程实践相结合；教学模式
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）07-0138-02
一、引言
地下工程是指深入地面以下为开发利用地下空间资源所建造的地下土木工程。它包括地下房屋和地下构筑物，如地下室、地下铁道、公路隧道、越江隧道、地下市政设施等。
以往的地下工程类教学与教材，更多地聚焦于各类地下工程荷载和衬砌、支护结构的计算理论讲授，忽略了该课程实践性强的特点，造成课程实践性不足。笔者在教学过程中，对这一问题的认识不断深入，在教学中有意识地结合工程实际，强调与工程实践相结合的教学模式。
二、地下工程课程实践性分析
地下工程是一门横向跨度很大的课程，需要扎实的工程地质、土力学与岩土力学、材料力学、结构力学以及结构设计等方面的基础知识，综合性强、实践性强，这对学生学习能力和教师的知识体系都提出了很高的要求。
21世纪地下工程的蓬勃发展，例如城市地铁、大型地下交通枢纽、地下管廊、地下商业甚至是大规模地下综合体的建设，为地下工程的教学提供了丰富的实践案例，也对原有的教学模式和教材提出了更高的要求。
深入分析，可以看出地下工程的实践性主要体现在以下三个方面。
（一）区域性地质条件差异很大
地下工程的建设总是建立在特定的地质条件之上，山区、沿海软土、黄土高原等，不同的地质条件所选用的地下工程的形式、施工工法、设计计算要点差异很大，因此正确地认识和评价区域地质条件是学生们学好地下工程的基础，能培养学生走上工作岗位后正确处理工程实际问题。
（二）区域环境条件与经济特点
地下工程施工形式多种多样，不同施工方法的选用除了取决于工程规模、使用用途外，更多地与工程周边的环境条件和当地的经济条件有关。在人口众多、建筑物密集的城区和在空旷的郊外，在经济发达地区和在一般性的中小城镇，施工工法选用的出发点会完全不同。
（三）设计施工技术水平的发展
近年来，新的施工工法、施工机械不断涌现，如SMW工法、TRD工法、旋挖机、铣槽机等。新施工工法的集中出现，表明施工机械的迅猛发展。这些新工法与新设备在已有的教材中往往都没有体现，而学生工作后却可能马上面对。这些都要求我们的教学工作和教师本身及时调整，以适应工程建设发展的要求。
三、加强地下工程实践性教学的措施
地下工程教学的准备与安排，必须立足于这些实际工程特点，这样才可能让学生对工程实践有正确的思考与判断，而不仅仅局限于书本理论知识。对这样一门实践性很强的课程教学，书本内容仅仅只是教学内容的一部分，而远不是全部。
（一）教师观念的变革
在所有的与教学相关的变革中，观念的变革是第一位的。所谓与实践相结合的课程教学，并不仅仅指增加实践课程、增加实践环节等。它应当是教育者去明了这门课程在实际工程中所承担的作用、需要解决的问题、具体实施的步骤，甚至还包括它在实际中的局限与不足，学科的历史以及目前实践的发展。学校所能给予学生的始终只是一种暂时的引领，更多的内容有赖于学生今后的不断学习。有鉴于此，在一开始给学生一种正确的、全面的工程判断的概念更重于具体公式和理论的计算。在地下工程这样一门实践性很强而理论并不完备的学科中，正确的判断比精细的计算更为重要。
（二）结合工程实践发展进行课程体系建设
我们在原有课程基础上增设了工程地质专业选修课，增设了地铁车站课程设计。以往工程地质基础知识是在土力学、地下工程等课程中简略介绍，但限于时间，往往讲不深、讲不透，学生感觉似懂非懂。通过增加工程地质，系统讲解与工程建设紧密相关的地质构造、第四纪土层、地下水、地震、不良地质现象等，为学生打下良好的工程地质基础。地铁车站课程设计通过地铁车站设计的全过程，让学生掌握设计步骤、荷载计算、常用软件使用、图纸绘制、设计方案编写的基本知识，加深对理论知识的理解。
（三）面向工程实践要求，确定课程目标
笔者所教授的对象是交通工程系三年级或四年级的学生，他们毕业后所从事的职业主要是与交通工程（尤其是轨道交通）、土木工程等有关的设计、施工、监测、管理、监理等工作。
因此，结合学生的就业方向和知识需求，笔者将本课程的教学的目标设定为以下五个方面。[1]
1.学生应掌握地下工程的特点、与水土体以及周围环境复杂的相互制约、相互影响的原理，树立地下工程的环境影响是与工程安全同等重要的理念。
2.学生应学会结合不同地质条件、环境条件进行不同类型地下工程的比较，进行正确的方案选型。
3.学生应掌握基坑工程（包括土方开挖和降水）、盾构隧道、钻爆法隧道这三类主要地下工程的设计计算和施工要点。
4.学生应定性了解其他地下工程施工形式（顶管、沉井、沉管等）的施工流程和设计要点。
5.学生应了解地下工程监测和地下工程防水的主要原则、施工方法和要点。
（四）围绕工程实践要求确定课程内容
在我校，本课程作为交通工程重要的专业课之一，重点讲述地下工程的特点、地下工程各种施工工法（如盾构隧道、沉管隧道、基坑工程、顶管、钻爆法隧道、沉井等）的主要设计施工要点以及它们在实际工程应用中的优势与局限性、地下工程对环境的影响与控制措施、地下工程的防水。最后将结合实际工程介绍地下工程在交通工程中的大量应用实例。课程知识框架简图如图1所示。
（五）安排工程参观，了解工程实际
目前，地下工程工程实践比较多，地铁隧道、越江隧道、地铁车站等，依托教师横向课题和相关企业的积极支持，可以为学生进入工地现场参观实际施工创造条件（图2）。
（六）运用多种手段，加强实践教学
在地下工程教学中，除了采用PPT课件、工程视频、室内试验等教学形式以外，还采用三维打印机打印基坑支护结构的模型，激发学生的好奇心理。今后，还拟采用BIM技术进行施工模拟教学软件开发，将一个工程项目的全过程融合起来，全方位地展示施工流程[2]，让学生能像网络游戏一样置身于地下工程的施工现场，既有趣又生动，让学生深入了解各种施工机械、施工工艺。
四、结语
地下工程具有专业跨度大、实践性强、发展迅速等特点。结合实践性强的特点，笔者及所在教学团队对于课程体系、教学目标、教学内容、教学模式等全面进行了调整和完善，希望课程的设置更面向工程实际，为卓越工程师培养奠定基础。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 刘陕南，石嵘.主动式教学在地下工程课程教学中的实践与思考[J].文教资料，2014（29）.
[2] 濮仕坤.基于BIM技术的地下工程施工技术课程教学设计[J].中国建设教育，2015（2）.
[责任编辑：陈 明]
[摘 要]地下工程课程具有专业跨度大、实践性强、发展迅速等特点。与工程实践相结合的地下工程课程教学模式，要求教学团队对课程体系、教学目标、教学内容、教学模式等全面进行调整和完善，课程的设置更面向工程实际，为卓越工程师培养奠定基础。
[关键词]地下工程教学；与工程实践相结合；教学模式
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）07-0138-02
一、引言
地下工程是指深入地面以下为开发利用地下空间资源所建造的地下土木工程。它包括地下房屋和地下构筑物，如地下室、地下铁道、公路隧道、越江隧道、地下市政设施等。
以往的地下工程类教学与教材，更多地聚焦于各类地下工程荷载和衬砌、支护结构的计算理论讲授，忽略了该课程实践性强的特点，造成课程实践性不足。笔者在教学过程中，对这一问题的认识不断深入，在教学中有意识地结合工程实际，强调与工程实践相结合的教学模式。
二、地下工程课程实践性分析
地下工程是一门横向跨度很大的课程，需要扎实的工程地质、土力学与岩土力学、材料力学、结构力学以及结构设计等方面的基础知识，综合性强、实践性强，这对学生学习能力和教师的知识体系都提出了很高的要求。
21世纪地下工程的蓬勃发展，例如城市地铁、大型地下交通枢纽、地下管廊、地下商业甚至是大规模地下综合体的建设，为地下工程的教学提供了丰富的实践案例，也对原有的教学模式和教材提出了更高的要求。
深入分析，可以看出地下工程的实践性主要体现在以下三个方面。
（一）区域性地质条件差异很大
地下工程的建设总是建立在特定的地质条件之上，山区、沿海软土、黄土高原等，不同的地质条件所选用的地下工程的形式、施工工法、设计计算要点差异很大，因此正确地认识和评价区域地质条件是学生们学好地下工程的基础，能培养学生走上工作岗位后正确处理工程实际问题。
（二）区域环境条件与经济特点
地下工程施工形式多种多样，不同施工方法的选用除了取决于工程规模、使用用途外，更多地与工程周边的环境条件和当地的经济条件有关。在人口众多、建筑物密集的城区和在空旷的郊外，在经济发达地区和在一般性的中小城镇，施工工法选用的出发点会完全不同。
（三）设计施工技术水平的发展
近年来，新的施工工法、施工机械不断涌现，如SMW工法、TRD工法、旋挖机、铣槽机等。新施工工法的集中出现，表明施工机械的迅猛发展。这些新工法与新设备在已有的教材中往往都没有体现，而学生工作后却可能马上面对。这些都要求我们的教学工作和教师本身及时调整，以适应工程建设发展的要求。
三、加强地下工程实践性教学的措施
地下工程教学的准备与安排，必须立足于这些实际工程特点，这样才可能让学生对工程实践有正确的思考与判断，而不仅仅局限于书本理论知识。对这样一门实践性很强的课程教学，书本内容仅仅只是教学内容的一部分，而远不是全部。
（一）教师观念的变革
在所有的与教学相关的变革中，观念的变革是第一位的。所谓与实践相结合的课程教学，并不仅仅指增加实践课程、增加实践环节等。它应当是教育者去明了这门课程在实际工程中所承担的作用、需要解决的问题、具体实施的步骤，甚至还包括它在实际中的局限与不足，学科的历史以及目前实践的发展。学校所能给予学生的始终只是一种暂时的引领，更多的内容有赖于学生今后的不断学习。有鉴于此，在一开始给学生一种正确的、全面的工程判断的概念更重于具体公式和理论的计算。在地下工程这样一门实践性很强而理论并不完备的学科中，正确的判断比精细的计算更为重要。
（二）结合工程实践发展进行课程体系建设
我们在原有课程基础上增设了工程地质专业选修课，增设了地铁车站课程设计。以往工程地质基础知识是在土力学、地下工程等课程中简略介绍，但限于时间，往往讲不深、讲不透，学生感觉似懂非懂。通过增加工程地质，系统讲解与工程建设紧密相关的地质构造、第四纪土层、地下水、地震、不良地质现象等，为学生打下良好的工程地质基础。地铁车站课程设计通过地铁车站设计的全过程，让学生掌握设计步骤、荷载计算、常用软件使用、图纸绘制、设计方案编写的基本知识，加深对理论知识的理解。
（三）面向工程实践要求，确定课程目标
笔者所教授的对象是交通工程系三年级或四年级的学生，他们毕业后所从事的职业主要是与交通工程（尤其是轨道交通）、土木工程等有关的设计、施工、监测、管理、监理等工作。
因此，结合学生的就业方向和知识需求，笔者将本课程的教学的目标设定为以下五个方面。[1]
1.学生应掌握地下工程的特点、与水土体以及周围环境复杂的相互制约、相互影响的原理，树立地下工程的环境影响是与工程安全同等重要的理念。
2.学生应学会结合不同地质条件、环境条件进行不同类型地下工程的比较，进行正确的方案选型。
3.学生应掌握基坑工程（包括土方开挖和降水）、盾构隧道、钻爆法隧道这三类主要地下工程的设计计算和施工要点。
4.学生应定性了解其他地下工程施工形式（顶管、沉井、沉管等）的施工流程和设计要点。
5.学生应了解地下工程监测和地下工程防水的主要原则、施工方法和要点。
（四）围绕工程实践要求确定课程内容
在我校，本课程作为交通工程重要的专业课之一，重点讲述地下工程的特点、地下工程各种施工工法（如盾构隧道、沉管隧道、基坑工程、顶管、钻爆法隧道、沉井等）的主要设计施工要点以及它们在实际工程应用中的优势与局限性、地下工程对环境的影响与控制措施、地下工程的防水。最后将结合实际工程介绍地下工程在交通工程中的大量应用实例。课程知识框架简图如图1所示。
（五）安排工程参观，了解工程实际
目前，地下工程工程实践比较多，地铁隧道、越江隧道、地铁车站等，依托教师横向课题和相关企业的积极支持，可以为学生进入工地现场参观实际施工创造条件（图2）。
（六）运用多种手段，加强实践教学
在地下工程教学中，除了采用PPT课件、工程视频、室内试验等教学形式以外，还采用三维打印机打印基坑支护结构的模型，激发学生的好奇心理。今后，还拟采用BIM技术进行施工模拟教学软件开发，将一个工程项目的全过程融合起来，全方位地展示施工流程[2]，让学生能像网络游戏一样置身于地下工程的施工现场，既有趣又生动，让学生深入了解各种施工机械、施工工艺。
四、结语
地下工程具有专业跨度大、实践性强、发展迅速等特点。结合实践性强的特点，笔者及所在教学团队对于课程体系、教学目标、教学内容、教学模式等全面进行了调整和完善，希望课程的设置更面向工程实际，为卓越工程师培养奠定基础。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 刘陕南，石嵘.主动式教学在地下工程课程教学中的实践与思考[J].文教资料，2014（29）.
[2] 濮仕坤.基于BIM技术的地下工程施工技术课程教学设计[J].中国建设教育，2015（2）.
[责任编辑：陈 明]
