以學生為主體的城市軌道交通地下結構設計與施工教學新模式探索

于麗 王明年 劉大剛 郭春

[摘 要]城市軌道交通地下結構設計與施工是城市軌道交通專業(yè)的一門專業(yè)必修課。該課程的傳統(tǒng)教學模式是以教為主，輔以工程實例幫助學生理解掌握專業(yè)知識。但隨著城市軌道交通建設的大量開展，如何讓學生從教學的被動接受到在生活中主動地發(fā)現(xiàn)問題并進行探索求知，是目前城市軌道交通建設時期需要解決的關鍵問題。文章從課程教學實踐出發(fā)，以期提出一種結合工程實踐、以學生為主體的城市軌道交通地下結構設計與施工教學新模式。

[關鍵詞]教學模式；教學實踐；學生為主體；城市軌道交通專業(yè)

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2019）01-0034-03

城市軌道交通地下結構設計與施工這門課程是城市軌道交通專業(yè)的一門專業(yè)必修課，也是城市軌道交通課群體系中唯一一門和地下結構相關的課程。該課程要求學生在已具備材料力學、結構力學、土力學、基礎工程、工程地質等知識的基礎上，進一步掌握城市軌道交通地下結構的組成、結構形式、基本設計原理和施工方法、技術標準以及運營維護管理等知識，培養(yǎng)學生綜合分析與解決工程實際問題的能力，初步具備城市軌道交通地下結構的設計能力，使學生經過本課程的學習之后具備從事與軌道交通有關的技術和研究工作的基本素質和能力 [1-2]。城市軌道交通的地下結構有別于一般的山嶺隧道（洞），也有別于城市的其他地下空間，如停車場、商業(yè)街等。所以，在課程教學內容的設計中既要保留地下結構在設計與施工中的傳統(tǒng)方法，同時又要結合城市軌道交通中的地下結構展開。

在諸多城市軌道交通類型中，以地下鐵道的地下結構占比最高，而地下鐵道的土建結構的組成主要包括三個部分即車站結構、區(qū)間結構、風道和連接通道等附屬結構。

在地下鐵道建設之前，本課程的講授主要以傳統(tǒng)的教學模式為主，即教師講授，學生被動接受。但自進入21世紀以來，中國地鐵建設開始駛入“快車道”。截至2017年末，中國內地共有62座城市獲準建設城市軌道交通，規(guī)劃線路總長7424公里。其中有34座城市開通運營地鐵線路，運營總里程達到5033公里[3]。

絕大多數(shù)學生對城市軌道交通并不陌生，而隨著交通的發(fā)展，學生走出去的機會也比以前明顯增多?！吨腥A人民共和國高等教育法》明確規(guī)定本科教育的目標是讓學生“不僅要掌握扎實的基礎知識，還要具有學習新知識的能力、創(chuàng)新能力和實踐能力”[4]。當城市軌道交通的地下結構已不再只是存在于想象時，如何結合學生身邊的工程實例，充分發(fā)揮學生善于發(fā)現(xiàn)的特長，積極推動學生走到現(xiàn)實的軌道交通中去，使得學生能夠主動地從生活中發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，并通過所學知識解決問題，不僅是成為培養(yǎng)未來工程師的一個重要抓手，也是促進學生深入學習的一個重要手段。

一、目前教學模式存在的主要問題

作為一門和工程實際結合緊密的專業(yè)課程，當前我校的城市軌道交通地下結構設計與施工課程存在著一定的不足，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

一是教材的內容和當前應用的技術存在一定的脫節(jié)，教材的更新跟不上新技術的發(fā)展。本課程配備的教材以科學出版社的《城市軌道交通地下車站設計與施工》為主，輔以現(xiàn)行規(guī)范和標準。在教材的內容上包含了大量的工程實例，引用了大量的規(guī)范和條文等。但是在授課過程中存在著規(guī)范修訂的可能，所以教材和現(xiàn)行規(guī)范標準等相比存在著一定的滯后性。

二是教學內容中包含大量的設計與施工，其中大部分內容和基礎工程、土力學以及土木工程施工等課程存在一定的重復，而學生在掌握既有知識方面存在差異。該課程的開課時間是大學三年級的第二學期，而在該課程之前并無相關地下工程相關課程的學習，學生對一些基本概念不明確，沒有相關的基礎知識，對地下工程的認識存在一定的缺失。

三是受課時影響，課內缺乏相關設計內容的訓練。該課程共3個學分，每學期按1周3節(jié)設置。但學生學習課程設計需要大量的訓練和練習才能有更加深刻的領會和掌握，而且需要在實際的設計過程中學習相關規(guī)范和標準的使用。但受課時限制，課內時間無法做到這一點。

四是在教學模式上，以教師授課為主，上課時主要用PPT+板書的講授方式，輔以課內討論。但作為一門實踐性要求很高的課程，學生通過課堂展示的視頻和圖片，仍無法獲得最直觀的認識，導致其主動參與機會的缺乏，這對其學習興趣影響較大，且受所學知識限制，學生的主觀能動性不足。

五是缺少現(xiàn)代的計算工具，導致學生只見樹木不見森林，無法獲得比較系統(tǒng)的城市軌道交通地下結構設計步驟與流程的訓練，缺乏運用計算機輔助分析設計工具進行設計的訓練[5]。

以上問題對教學質量都會造成一定的影響。

二、從“要我學”到“我要學”的轉換

這門課程目前還在使用常規(guī)的教學方法和教學手段，這也是學生缺乏教學參與度的重要原因[6]。作為實踐性很強的一門專業(yè)課程，必須要有第一手的現(xiàn)場資料和感受作為支撐，才有可能真正掌握好。但目前的人才培養(yǎng)方案體系大都重理論輕實踐，沒有很好地結合土木行業(yè)需求的知識體系，造成部分所學與所需脫節(jié)。學生認為“學無所用”，即使重視實踐教學，僅體現(xiàn)在學分比例的提高和實習時間上的延長，而忽略能力內涵的培養(yǎng)，導致學生的工程實踐能力低下[7]。要在教學中體現(xiàn)“以學生為主體”的教育思想，重點是引領學生從坐在教室聽變?yōu)樵谲壍澜煌ǖ叵陆Y構中去開展現(xiàn)場教學，突出學生的主體地位，加強學生主動學習能力、獨立思考能力、解決實際問題能力及創(chuàng)造性思維能力的培養(yǎng)，提高學生的學習興趣，也就是要實現(xiàn)傳統(tǒng)大學課堂里學生的“要我學”到“我要學”身份的轉換。但是，課程實施的難點在于要學生學什么、怎么學。在城市軌道交通地下結構設計與施工這門課程中，除了講授結構設計與施工的知識外，還包括講地下車站建筑設計的內容。這部分內容可視性強，容易引起學生的興趣，也容易找到教學的重點，因此筆者在課程教學中結合地下車站的建筑設計有針對性地嘗試了一堂“今天我來帶你坐地鐵”的課程內容。

筆者考慮到成都目前已經開通的6條地鐵線路可對本次教學內容的完成提供可能，因此筆者在布置學習內容的時候提出了以下要求：（1）選擇一條或多條線路，針對其中的一個或幾個車站特別是地下車站開展實地調查。（2）對調查內容進行匯總和分類，給出所調研車站的設置條件。（3）查找相關規(guī)范，和實際設計內容進行對比。（4）通過文獻查閱的方式，給出所調研車站在建筑設計方面的優(yōu)點以及不足。在調研之前，學生還需要通過課堂學習了解以下內容：（1）城市軌道交通線路設置的一般要求。（2）城市軌道交通地下車站的用途。（3）城市軌道交通地下車站的建筑特點。（4）城市軌道交通地下車站的建筑布局。（5）城市軌道交通地下車站的建筑設計要點。（6）未來城市軌道交通地下車站建筑設計的發(fā)展方向。

筆者在充分了解了學生的專業(yè)知識背景后，在學生主動學習之前，就有針對性地介紹了地下車站設計和施工中關注的重點，在課堂上通過放映視頻和展示PPT圖片的方式，介紹了世界上一些有名的地鐵車站，包括莫斯科地鐵車站、瑞典斯德哥爾摩地鐵車站、倫敦地鐵車站、北京地鐵車站、上海地鐵車站以及成都地鐵車站。這些車站的選取具有一定的代表性，從不同國家、地區(qū)、車站所在線路特征和地面環(huán)境等方面進行了對比，以期讓學生在課堂上有一個初步的認識。通過粗略調查，本班學生中有近95%的學生已經有了乘坐城市軌道交通的經驗，其中約60%的學生有在兩個或兩個以上城市乘坐城市軌道交通的經驗，但說起乘坐的感受卻各不相同，也提出了一些設計不合理或者不夠人性化的地方，但問及哪里不合理、該如何解決時，卻因為自己的專業(yè)知識有限而不能給出更好的解答。在這種情況下，學生的興趣已經被激發(fā)出來，于是筆者提出本次“以學生為主體”的課程實施的主要內容即“今天我來帶你坐地鐵”，請學生以未來設計者的身份乘坐一次成都的地鐵，對其中的某一座地下車站做深入調查，包括車站所在的線路、站位布置、出入口通道布局、車站類型、斷面形式、換乘方式、建筑特色等，通過實地調查發(fā)現(xiàn)車站在設計和施工中存在的問題或不足，然后查閱相關規(guī)范、標準和文獻，給出問題存在的原因及解決辦法。全班學生都不同程度地參與到本次課程教學活動中，考核則是通過學生在課堂上用PPT匯報和展示學習成果的形式來完成。

三、以學生為主體的教學實施效果

從展示的成果來看，因為成都已開通了6條地鐵線路，所以選點比較容易；內容設計難易程度適中，學生能相對比較容易地完成學習內容；而課堂上深入淺出的引導，容易讓學生找準突破點，實現(xiàn)了身份的轉換，變學為教，使得課程的設計內容能夠按原計劃實施教學。

所有學生都完成了成都市地鐵車站建筑設計的調研，部分學生通過網絡等手段并結合自身經驗對國內其他地區(qū)如西安、沈陽、北京、杭州、南京和廣州等地的地鐵車站做了對比，對目前地下車站的建筑設計也提出了一些自己的看法。比如針對成都地鐵1號線在天府廣場車站換乘時存在的問題，特別是早晚高峰期客流量較大時站臺略顯擁擠，有學生提出了在換乘站設計按規(guī)范選取超高峰系數(shù)時應充分考慮到車站未來的發(fā)展和規(guī)劃；有學生對地鐵2號線的車站環(huán)控，特別是一些大型換乘車站的站內溫度較高、舒適性較差問題提出了智能環(huán)控、實時控制的方法；有學生認為如果地鐵7號線的車站全線采用春、夏、秋、冬四季分不同顏色為主題的設計，能夠充分體現(xiàn)建筑的特色，特別是地鐵車站“一站一景”的建筑風格，增強車站的易識別性。學生還在和其他城市進行對比時提出成都軌道交通在建筑設計和運營管理方面需要改進的地方。比如在購票方面，應在傳統(tǒng)人工售票、售票機售票的基礎上，借鑒杭州智能化購票的技術應用；在站內空間布置方面，應借鑒美國等國家和地區(qū)在站臺層設置衛(wèi)生間的做法；在駕駛方面，可考慮采用廣州地下車站無人駕駛技術。學生同時對其他地區(qū)如沈陽地鐵車站的環(huán)控設計、衛(wèi)生管理等方面提出了需要完善和改進的建議。

筆者通過課堂上的匯報可以看到，當學生以主人翁的身份完成課程內容學習時，能夠主動發(fā)現(xiàn)問題，而且能夠根據(jù)自己發(fā)現(xiàn)的問題查閱相關文獻，對現(xiàn)行的地鐵車站規(guī)范和標準有一定的了解，對地下車站安全門的設計、自動扶梯的造型、人性化設計的綠植等都提出了自己的觀點。這個學習過程不僅切實提高了學生的觀察能力、表達能力、查閱相關技術規(guī)范與引用規(guī)范條款的能力，更重要的是提高了學生自主學習的能力，激發(fā)了學生對這門課程的學習興趣和熱情，特別是對自己所學專業(yè)的熱愛。有的學生甚至深有感觸地說：“在這之前，我從來沒想過地下車站有這么多的學問，我也不知道自己學到的知識居然這么有用。”

學生的學習反饋表明，在新的教育背景下，充分利用身邊的資源對城市軌道交通專業(yè)的學生實施“以學生為主體”、促進學生從“要我學”到“我要學”的教育教學，是進一步提升學生學習熱情的有效途徑，也是促進學生掌握專業(yè)知識的有效手段。實踐性課程教學的教師如果仍然只是將書本內容簡單地“搬入”課堂，顯然很難激發(fā)學生的學習興趣，學生在學習中通常感到所學內容比較枯燥。再者，城市軌道交通建設發(fā)展迅猛，新的理論、新的研究成果日新月異，而教材建設與新技術相比難免滯后，要想將學生培養(yǎng)成為未來的工程師，必須要采取切實可行的手段，讓學生能及時地走出課堂，從工程實例中了解當前建設的重點和熱點，對自己所學專業(yè)保持熱愛。而對于城市軌道交通地下結構設計與施工這門課來講，最重要的是引導學生根據(jù)課堂上所學，帶著問題去找答案，并且增設必要的課程實踐環(huán)節(jié)。但對于這個環(huán)節(jié)來說，內容的設置、問題對應點的選取至關重要，這些需要在課程內容及課程方法的設計上進行安排，統(tǒng)一考慮課程內容的學時和學分設置。要保證學生在掌握了基礎知識和基本技能的基礎上成為學習的主體，以達到專業(yè)課學習的最佳效果。只有這樣，學生才不僅可以加深對基本理論、基本技能的掌握，也知道怎樣應用新技術、新方法去分析和處理新的技術難題，從而培養(yǎng)學生的工程思維、創(chuàng)新精神，同時讓學生可以了解本專業(yè)、本學科的發(fā)展前沿以及生產單位關注的實際問題。

四、結語

傳統(tǒng)教學中，教學資源以紙質材料為主，教學方式以PPT的講授為主，評價依據(jù)由平時成績和期末考試成績組成，且以考試為主。然而，隨著城市建設的發(fā)展，特別是城市軌道交通建設的發(fā)展，很多知識由抽象和想象到具體，如何創(chuàng)造條件，讓課堂教學不再局限于課堂的45 分鐘，不再局限于教室，在課堂內外均可開展討論、咨詢、教學互動等活動，這有利于教學成果的鞏固與加強[8-10]。此外，互聯(lián)網的飛速發(fā)展也改變了今天的學習方式，未來的課堂應該以學生為中心，把學習的主動權交還給學生，“先學后教”，由學生發(fā)現(xiàn)問題，提出需求，教師再給予適當引導和幫助?！盎ヂ?lián)網+”時代，可以將傳統(tǒng)課堂、網絡課堂教學以及實踐教學中的優(yōu)勢有機地結合起來[11]，“互聯(lián)網+”教育將有利于提高學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的自主學習能力，從而有利于培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。

[ 參 考 文 獻 ]

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[4] 嚴善春，曹傳旺，姜中珠.加強科研促進教學，努力提升本科生創(chuàng)新能力[J].繼續(xù)教育研究，2008（12） ： 109-110.

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[9] 許志剛，劉智敏，字富庭.大學生課外科研訓練的探索與實踐[J].大學教育，2013（18）：20-21.

[10] 曾玉彬.指導“國家大學生創(chuàng)新訓練項目”的實踐與思考[J].大學教育，2017（2）：136-138.

[11] 陳靜，井思媛.“互聯(lián)網+”時代“工程制圖”課程的翻轉課堂教學初探[J].科技文匯，2015（35）：51-53.

[責任編輯：龐丹丹]