以学生为主体的城市轨道交通地下结构设计与施工教学新模式探索

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　　[摘 要]城市轨道交通地下结构设计与施工是城市轨道交通专业的一门专业必修课。该课程的传统教学模式是以教为主，辅以工程实例帮助学生理解掌握专业知识。但随着城市轨道交通建设的大量开展，如何让学生从教学的被动接受到在生活中主动地发现问题并进行探索求知，是目前城市轨道交通建设时期需要解决的关键问题。文章从课程教学实践出发，以期提出一种结合工程实践、以学生为主体的城市轨道交通地下结构设计与施工教学新模式。
　　[关键词]教学模式；教学实践；学生为主体；城市轨道交通专业
　　[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2019）01-0034-03
　　城市轨道交通地下结构设计与施工这门课程是城市轨道交通专业的一门专业必修课，也是城市轨道交通课群体系中唯一一门和地下结构相关的课程。该课程要求学生在已具备材料力学、结构力学、土力学、基础工程、工程地质等知识的基础上，进一步掌握城市轨道交通地下结构的组成、结构形式、基本设计原理和施工方法、技术标准以及运营维护管理等知识，培养学生综合分析与解决工程实际问题的能力，初步具备城市轨道交通地下结构的设计能力，使学生经过本课程的学习之后具备从事与轨道交通有关的技术和研究工作的基本素质和能力 [1-2]。城市轨道交通的地下结构有别于一般的山岭隧道（洞），也有别于城市的其他地下空间，如停车场、商业街等。所以，在课程教学内容的设计中既要保留地下结构在设计与施工中的传统方法，同时又要结合城市轨道交通中的地下结构展开。
　　在诸多城市轨道交通类型中，以地下铁道的地下结构占比最高，而地下铁道的土建结构的组成主要包括三个部分即车站结构、区间结构、风道和连接通道等附属结构。
　　在地下铁道建设之前，本课程的讲授主要以传统的教学模式为主，即教师讲授，学生被动接受。但自进入21世纪以来，中国地铁建设开始驶入“快车道”。截至2017年末，中国内地共有62座城市获准建设城市轨道交通，规划线路总长7424公里。其中有34座城市开通运营地铁线路，运营总里程达到5033公里[3]。
　　绝大多数学生对城市轨道交通并不陌生，而随着交通的发展，学生走出去的机会也比以前明显增多。《中华人民共和国高等教育法》明确规定本科教育的目标是让学生“不仅要掌握扎实的基础知识，还要具有学习新知识的能力、创新能力和实践能力”[4]。当城市轨道交通的地下结构已不再只是存在于想象时，如何结合学生身边的工程实例，充分发挥学生善于发现的特长，积极推动学生走到现实的轨道交通中去，使得学生能够主动地从生活中发现问题、提出问题，并通过所学知识解决问题，不仅是成为培养未来工程师的一个重要抓手，也是促进学生深入学习的一个重要手段。
　　一、目前教学模式存在的主要问题
　　作为一门和工程实际结合紧密的专业课程，当前我校的城市轨道交通地下结构設计与施工课程存在着一定的不足，主要表现在以下几个方面。
　　一是教材的内容和当前应用的技术存在一定的脱节，教材的更新跟不上新技术的发展。本课程配备的教材以科学出版社的《城市轨道交通地下车站设计与施工》为主，辅以现行规范和标准。在教材的内容上包含了大量的工程实例，引用了大量的规范和条文等。但是在授课过程中存在着规范修订的可能，所以教材和现行规范标准等相比存在着一定的滞后性。
　　二是教学内容中包含大量的设计与施工，其中大部分内容和基础工程、土力学以及土木工程施工等课程存在一定的重复，而学生在掌握既有知识方面存在差异。该课程的开课时间是大学三年级的第二学期，而在该课程之前并无相关地下工程相关课程的学习，学生对一些基本概念不明确，没有相关的基础知识，对地下工程的认识存在一定的缺失。
　　三是受课时影响，课内缺乏相关设计内容的训练。该课程共3个学分，每学期按1周3节设置。但学生学习课程设计需要大量的训练和练习才能有更加深刻的领会和掌握，而且需要在实际的设计过程中学习相关规范和标准的使用。但受课时限制，课内时间无法做到这一点。
　　四是在教学模式上，以教师授课为主，上课时主要用PPT+板书的讲授方式，辅以课内讨论。但作为一门实践性要求很高的课程，学生通过课堂展示的视频和图片，仍无法获得最直观的认识，导致其主动参与机会的缺乏，这对其学习兴趣影响较大，且受所学知识限制，学生的主观能动性不足。
　　五是缺少现代的计算工具，导致学生只见树木不见森林，无法获得比较系统的城市轨道交通地下结构设计步骤与流程的训练，缺乏运用计算机辅助分析设计工具进行设计的训练[5]。
　　以上问题对教学质量都会造成一定的影响。
　　二、从“要我学”到“我要学”的转换
　　这门课程目前还在使用常规的教学方法和教学手段，这也是学生缺乏教学参与度的重要原因[6]。作为实践性很强的一门专业课程，必须要有第一手的现场资料和感受作为支撑，才有可能真正掌握好。但目前的人才培养方案体系大都重理论轻实践，没有很好地结合土木行业需求的知识体系，造成部分所学与所需脱节。学生认为“学无所用”，即使重视实践教学，仅体现在学分比例的提高和实习时间上的延长，而忽略能力内涵的培养，导致学生的工程实践能力低下[7]。要在教学中体现“以学生为主体”的教育思想，重点是引领学生从坐在教室听变为在轨道交通地下结构中去开展现场教学，突出学生的主体地位，加强学生主动学习能力、独立思考能力、解决实际问题能力及创造性思维能力的培养，提高学生的学习兴趣，也就是要实现传统大学课堂里学生的“要我学”到“我要学”身份的转换。但是，课程实施的难点在于要学生学什么、怎么学。在城市轨道交通地下结构设计与施工这门课程中，除了讲授结构设计与施工的知识外，还包括讲地下车站建筑设计的内容。这部分内容可视性强，容易引起学生的兴趣，也容易找到教学的重点，因此笔者在课程教学中结合地下车站的建筑设计有针对性地尝试了一堂“今天我来带你坐地铁”的课程内容。 　　笔者考虑到成都目前已经开通的6条地铁线路可对本次教学内容的完成提供可能，因此笔者在布置学习内容的时候提出了以下要求：（1）选择一条或多条线路，针对其中的一个或几个车站特别是地下车站开展实地调查。（2）对调查内容进行汇总和分类，给出所调研车站的设置条件。（3）查找相关规范，和实际设计内容进行对比。（4）通过文献查阅的方式，给出所调研车站在建筑设计方面的优点以及不足。在调研之前，学生还需要通过课堂学习了解以下内容：（1）城市轨道交通线路设置的一般要求。（2）城市轨道交通地下车站的用途。（3）城市轨道交通地下车站的建筑特点。（4）城市轨道交通地下车站的建筑布局。（5）城市轨道交通地下车站的建筑设计要点。（6）未来城市轨道交通地下车站建筑设计的发展方向。
　　笔者在充分了解了学生的专业知识背景后，在学生主动学习之前，就有针对性地介绍了地下车站设计和施工中关注的重点，在课堂上通过放映视频和展示PPT图片的方式，介绍了世界上一些有名的地铁车站，包括莫斯科地铁车站、瑞典斯德哥尔摩地铁车站、伦敦地铁车站、北京地铁车站、上海地铁车站以及成都地铁车站。这些车站的选取具有一定的代表性，从不同国家、地区、车站所在线路特征和地面环境等方面进行了对比，以期让学生在课堂上有一个初步的认识。通过粗略调查，本班学生中有近95%的学生已经有了乘坐城市轨道交通的经验，其中约60%的学生有在两个或两个以上城市乘坐城市轨道交通的经验，但说起乘坐的感受却各不相同，也提出了一些设计不合理或者不够人性化的地方，但问及哪里不合理、该如何解决时，却因为自己的专业知识有限而不能给出更好的解答。在这种情况下，学生的兴趣已经被激发出来，于是笔者提出本次“以学生为主体”的课程实施的主要内容即“今天我来带你坐地铁”，请学生以未来设计者的身份乘坐一次成都的地铁，对其中的某一座地下车站做深入调查，包括车站所在的线路、站位布置、出入口通道布局、车站类型、断面形式、换乘方式、建筑特色等，通过实地调查发现车站在设计和施工中存在的问题或不足，然后查阅相关规范、标准和文献，给出问题存在的原因及解决办法。全班学生都不同程度地参与到本次课程教学活动中，考核则是通过学生在课堂上用PPT汇报和展示学习成果的形式来完成。
　　三、以学生为主体的教学实施效果
　　从展示的成果来看，因为成都已开通了6条地铁线路，所以选点比较容易；内容设计难易程度适中，学生能相对比较容易地完成学习内容；而课堂上深入浅出的引导，容易让学生找准突破点，实现了身份的转换，变学为教，使得课程的设计内容能够按原计划实施教学。
　　所有学生都完成了成都市地铁车站建筑设计的调研，部分学生通过网络等手段并结合自身经验对国内其他地区如西安、沈阳、北京、杭州、南京和广州等地的地铁车站做了对比，对目前地下车站的建筑设计也提出了一些自己的看法。比如针对成都地铁1号线在天府广场车站换乘時存在的问题，特别是早晚高峰期客流量较大时站台略显拥挤，有学生提出了在换乘站设计按规范选取超高峰系数时应充分考虑到车站未来的发展和规划；有学生对地铁2号线的车站环控，特别是一些大型换乘车站的站内温度较高、舒适性较差问题提出了智能环控、实时控制的方法；有学生认为如果地铁7号线的车站全线采用春、夏、秋、冬四季分不同颜色为主题的设计，能够充分体现建筑的特色，特别是地铁车站“一站一景”的建筑风格，增强车站的易识别性。学生还在和其他城市进行对比时提出成都轨道交通在建筑设计和运营管理方面需要改进的地方。比如在购票方面，应在传统人工售票、售票机售票的基础上，借鉴杭州智能化购票的技术应用；在站内空间布置方面，应借鉴美国等国家和地区在站台层设置卫生间的做法；在驾驶方面，可考虑采用广州地下车站无人驾驶技术。学生同时对其他地区如沈阳地铁车站的环控设计、卫生管理等方面提出了需要完善和改进的建议。
　　笔者通过课堂上的汇报可以看到，当学生以主人翁的身份完成课程内容学习时，能够主动发现问题，而且能够根据自己发现的问题查阅相关文献，对现行的地铁车站规范和标准有一定的了解，对地下车站安全门的设计、自动扶梯的造型、人性化设计的绿植等都提出了自己的观点。这个学习过程不仅切实提高了学生的观察能力、表达能力、查阅相关技术规范与引用规范条款的能力，更重要的是提高了学生自主学习的能力，激发了学生对这门课程的学习兴趣和热情，特别是对自己所学专业的热爱。有的学生甚至深有感触地说：“在这之前，我从来没想过地下车站有这么多的学问，我也不知道自己学到的知识居然这么有用。”
　　学生的学习反馈表明，在新的教育背景下，充分利用身边的资源对城市轨道交通专业的学生实施“以学生为主体”、促进学生从“要我学”到“我要学”的教育教学，是进一步提升学生学习热情的有效途径，也是促进学生掌握专业知识的有效手段。实践性课程教学的教师如果仍然只是将书本内容简单地“搬入”课堂，显然很难激发学生的学习兴趣，学生在学习中通常感到所学内容比较枯燥。再者，城市轨道交通建设发展迅猛，新的理论、新的研究成果日新月异，而教材建设与新技术相比难免滞后，要想将学生培养成为未来的工程师，必须要采取切实可行的手段，让学生能及时地走出课堂，从工程实例中了解当前建设的重点和热点，对自己所学专业保持热爱。而对于城市轨道交通地下结构设计与施工这门课来讲，最重要的是引导学生根据课堂上所学，带着问题去找答案，并且增设必要的课程实践环节。但对于这个环节来说，内容的设置、问题对应点的选取至关重要，这些需要在课程内容及课程方法的设计上进行安排，统一考虑课程内容的学时和学分设置。要保证学生在掌握了基础知识和基本技能的基础上成为学习的主体，以达到专业课学习的最佳效果。只有这样，学生才不仅可以加深对基本理论、基本技能的掌握，也知道怎样应用新技术、新方法去分析和处理新的技术难题，从而培养学生的工程思维、创新精神，同时让学生可以了解本专业、本学科的发展前沿以及生产单位关注的实际问题。
　　四、结语 　　传统教学中，教学资源以纸质材料为主，教学方式以PPT的讲授为主，评价依据由平时成绩和期末考试成绩组成，且以考试为主。然而，随着城市建设的发展，特别是城市轨道交通建设的发展，很多知识由抽象和想象到具体，如何创造条件，让课堂教学不再局限于课堂的45 分钟，不再局限于教室，在课堂内外均可开展讨论、咨询、教学互动等活动，这有利于教学成果的巩固与加强[8-10]。此外，互联网的飞速发展也改变了今天的学习方式，未来的课堂应该以学生为中心，把学习的主动权交还给学生，“先学后教”，由学生发现问题，提出需求，教师再给予适当引导和帮助。“互联网+”时代，可以将传统课堂、网络课堂教学以及实践教学中的优势有机地结合起来[11]，“互联网+”教育将有利于提高学生的学习兴趣，培养学生的自主学习能力，从而有利于培养创新型人才。
　　[ 参 考 文 献 ]
　　[1] 孙明磊，朱正国.“隧道工程课程”教学改革与实践[J].教师，2009（20）：60-61.
　　[2] 韩现民，高新强.国家精品课“隧道工程”教学方法与手段的探索[J].中国电力教育，2011（14）：98-99.
　　[3] 中国城市轨道交通协会.2017年统计报告[EB/OL].（2018-04-19）[2018-05-06].http：//www.camet.org.cn/index.php？m=content&c=index&a=show&catid=18&id=13532.
　　[4] 嚴善春，曹传旺，姜中珠.加强科研促进教学，努力提升本科生创新能力[J].继续教育研究，2008（12） ： 109-110.
　　[5] 边宇枢，杨洋，郭卫东.机械设计综合实践课教学改革探索与实践[J].大学教育，2018（1）：44-46.
　　[6] 张红兵.应用型大学教学与科研“相长”的对策研究[J].大学教育，2008（3）：1-3.
　　[7] 林涛，雷鸣.基于工程实践能力培养的土木工程专业实践教学体系研究[J].当代教育实践与教学研究，2018（3）：42-43.
　　[8] 周亮，谢习华.互联网时代工程图学教学模式创新探究[J].大学教育，2018（1）：47-49.
　　[9] 许志刚，刘智敏，字富庭.大学生课外科研训练的探索与实践[J].大学教育，2013（18）：20-21.
　　[10] 曾玉彬.指导“国家大学生创新训练项目”的实践与思考[J].大学教育，2017（2）：136-138.
　　[11] 陈静，井思媛.“互联网+”时代“工程制图”课程的翻转课堂教学初探[J].科技文汇，2015（35）：51-53.
　　[责任编辑：庞丹丹]
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