新工科视域下地下工程施工技术课程教学改革探索①

［摘要］以地下工程施工技术课程为对象，基于新工科课程建设标准，以工程教育专业认证为契机，明确教学目标、重构教学内容、创新教学方法，探索以学生为中心的模块化教学模式，引导学生积极思考，培养其工程意识和创新思维，塑造精益求精、追求卓越的职业工匠精神，以实现土木工程应用型创新人才的培养目标。

［关键词］新工科；土木工程；地下工程施工技术；模块化教学；工程意识

［中图分类号］G642［文献标志码］A［文章编号］2096-0603（2025）06-0１０9-04

一、引言

在21世纪这个被普遍认为是地下空间资源大规模开发利用的新时代，土木工程专业，尤其是地下工程施工技术方向的人才培养，正面临着前所未有的变革与挑战[1]。随着城市化进程的加速，以及对可持续发展和环境保护意识的增强，地下工程在城市立体化建设、交通网络优化、清洁能源利用、水资源管理与环境保护等领域发挥着不可替代的作用[2]。这些工程不仅要求更高的技术标准和安全性能，还对参与其中的工程师提出了更全面、更深层次的能力要求，包括创新思维、跨学科知识整合、复杂问题解决能力以及对新技术的快速适应能力。

地下工程施工技术作为土木工程专业地下方向的核心课程，其传统的课程教学模式已无法满足新工科建设人才培养的要求。针对地下工程施工技术课程的教学改革，相关教学研究人员已分别从教学模式、考核方式和教学手段等方面进行了有益的探索与讨论[3-5]。曲萍等针对该课程在土木工程专业地下方向的教学模式，阐述改变传统的“填鸭式”学习，丰富多样化教学，培养学生兴趣[6]。张强等针对传统教学资料库匮乏和教学手段有限的问题，提出了通过多种途径收集和编辑课程中四类常用施工方法的设备模型和施工视频，以丰富课程资料库内容，并组织学生进行现场参观和分组讨论教学内容[7]。王炳军等结合工程教育专业认证，以学生为本、能力导向和持续改进等基本要求和地下工程施工技术的课程特点，分别就以激发学生兴趣为出发点的教学手段和教学模式、实践能力培养目标实现、过程考核评价方式和教学质量持续改进四个方面进行了改革探索[8]。赵传海对地下工程施工技术的课程教学进行分析，总结课程的教学特点和教学改革存在的问题，以此展开探讨，提高地下工程施工技术的教学效率与质量[9]。濮仕坤等针对该课程教学的特点，提出基于认识实践、操作实践、虚拟实践、生产实践的“四维实践教学模式”[10]。

近年来，地下工程施工技术课程改革的研究虽已取得显著进展，但是在新工科建设的背景下，如何深化该课程教学改进的研究仍较为不足。新工科作为应对国家战略新需求、国际竞争新态势以及立德树人新要求的工程教育改革方向，正为土木工程专业的地下工程方向提出了新的挑战与机遇。因此，探索新的地下工程施工技术课程教学模式，提升该学科的教育质量，增强学科竞争力，已成为新工科土木工程专业课程教学创新的核心议题。本文围绕土木工程专业学生的专业能力培养，构建地下工程施工技术模块教学体系，形成一整套的课程教学改革探索总体思路，以期对现有的教学方法进行有效改进，提高教学质量，培养学生的综合素质。

二、地下工程施工技术课程内容与特点

地下工程施工技术作为土木工程专业的重要课程，涵盖多个层面的教学内容。通过该课程的学习，学生将深入了解地下工程施工的基本原理和方法，培养其实践能力，具备从事地下工程施工及管理的基本技能，从而能胜任简单的地下工程施工和管理工作。具体教学内容包括以下方面：（1）基坑工程。涉及基坑的开挖、支护、降水及监测等技术，是地下工程施工的基础。（2）盖挖法。一种在地面有交通或其他需要而不能全断面施工的情况下，采用先修建临时路面或结构顶板，在其下方进行土方开挖与主体结构施工的方法。（3）盾构法。主要用于地铁隧道等地下工程，利用盾构机在地层中推进，同时进行开挖、衬砌等作业。（4）顶管法。利用顶进设备将预制管道按设计线路顶入土层中，适用于管道穿越公路、铁路等障碍物的施工。（5）新奥法。以喷射混凝土和锚杆为主要支护手段，充分利用围岩自承能力进行隧道施工。此外，地下工程施工技术还包括施工组织设计、施工管理等方面的内容，要求学生掌握施工计划的制订、施工资源的调配、施工进度的控制等技能。

地下工程施工技术是土木工程专业地下方向的核心课程，教学内容的广度与深度反映了这一领域的复杂性和挑战性，不仅需要学生掌握各类地下建筑的施工方法、工艺和技术，还需深入理解施工原理，能够独立完成工程施工组织设计，具备解决实际施工难题的能力。地下工程施工技术课程具有以下几个特点：（1）综合性高、实践性强。该课程高度融合了多种土木工程领域的知识，要求学生不仅掌握理论知识，还要具备实际操作和实践能力。（2）知识体系复杂。地下工程的地质条件、施工环境等因素的复杂性，使施工方法和技术手段具有多样性。地下工程施工技术涉及多个学科领域的知识，如力学、地质学、材料科学等，使其知识体系相对复杂。学生需要理解和掌握各种施工技术的原理、方法、工艺以及相关的技术标准，这要求学生具备扎实的专业知识和广泛的知识面。（3）内容枯燥但实用。地下工程施工技术的课程内容较为枯燥，因为涉及大量的技术细节和操作规程，但这些都是实际工作中必不可少的。尽管内容枯燥，但学生通过学习可以掌握解决实际施工难题的能力，这对于他们未来的职业发展具有重要意义。（4）知识更新迅速。随着科技的不断进步和工程技术的不断发展，地下工程施工技术也在不断更新和完善。该课程需要及时反映最新的施工技术和研究成果，使学生能够紧跟时代步伐，掌握最前沿的工程技术知识。（5）就业密切相关。地下工程施工技术课程的内容与土木工程专业的就业前景密切相关。通过学习该课程，学生不仅能掌握从事地下工程施工所需的各项技能和能力，还能为未来的职业发展奠定坚实的基础。

三、地下工程施工技术课程教学现状

目前，随着课程改革的不断深入，通过对课堂教学与实践教学的深入分析，发现地下工程施工技术课程教学主要存在以下几个问题。

（一）教学目标不明确

地下工程施工技术作为土木工程专业中的重要课程，其教学目标应当清晰、明确，旨在培养学生掌握地下工程的施工原理、方法和技术，并具备解决实际工程问题的能力。然而，在传统的教学模式中，往往缺乏明确的教学目标，导致学生在学习过程中缺乏方向性和针对性，难以全面掌握课程的核心内容。

（二）教学内容固化

随着地下工程施工技术的不断发展和更新，教学内容也应随之调整和优化。然而，在传统的教学模式中，教学内容往往过于固化，缺乏与最新技术动态的跟进和融合，导致学生所学与实际应用脱节，难以适应行业发展需求。

（三）教学方法单一

传统的教学方法往往侧重于理论知识的灌输，缺乏足够的实践环节和互动式教学。这种单一的教学方式不仅难以激发学生的学习兴趣和积极性，还限制了学生创新思维的发展和实践能力的培养。在地下工程施工技术课程中，应强化理论与实践结合，通过案例分析和模拟实训等形式，提升学生理解和掌握知识的能力。

（四）缺乏对学生主观意识的引导

在传统的教学模式中，教师往往处于主导地位，学生被动接收知识，这种教学方式限制了学生主观意识的发挥和创新能力的培养。在地下工程施工技术课程中，应注重引导学生积极思考、主动探索，培养他们的工程意识和创新思维。

四、地下工程施工技术课程教学改革探索

（一）课程教学目标革新

新工科建设的关键在于精准把握人才市场需求，合理制订培养方案和毕业要求，这包括对土木工程专业人才培养目标的全面审视和适时修订。地下工程施工技术课程的教学目标应聚焦于深度构建专业基础知识框架、系统培养工程思维、积极树立社会责任感和工匠精神。在此基础上，该课程应鼓励学生主动探索市场应用需求，促进多学科知识的交叉融合，帮助学生深入理解当前土木工程的发展趋势及行业动态，从而激发学生的专业兴趣和自主学习能力，为后续课程的学习和专业发展奠定坚实的基础。

模块化教学模式在新工科背景下的运用，将以行业需求为导向，系统制订地下工程施工技术课程的教学目标，旨在从多个视角全面提升学生的综合素质。该模式侧重于培养和强化学生的创新意识，将其视为塑造工匠精神的重要环节。这种方式不仅能有效推动土木工程应用型创新人才的培养，还能促进新工科建设与课程思政建设的深度融合和协同发展，为培养具备创新精神和实践能力的土木工程专业人才提供坚实保障，最终实现教育与行业需求的无缝对接。

（二）基于课程模块化的教学内容解构与重构

为准确设定课程教学内容，依据既定课程教学大纲，深入考察并分析国内外高等院校同类学科的课程设置及教学内容，基于新工科建设目标的模块化教学模式，解构与重构课程教学内容，旨在丰富知识点、更新内容、突出重难点，以实现理论学习与工程实践的结合。地下工程施工技术课程的教学内容应紧密围绕教学目标展开，对各章节进行细化与重构，实行模块化设计，从而提升教学效果和实践应用。具体可分为如下八个内容模块：绪论、基坑工程施工技术、盖挖法施工技术、盾构法施工技术、顶管法施工技术、新奥法施工技术、地下管道的非开挖施工技术及地下工程防水施工。每个内容模块需与具体教学目标对齐，形成知识点与教学目标的关联矩阵，以确保地下工程施工技术课程教学目标的实现。完成教学内容并达成目标的关键在于构建一个有效的地下工程施工案例库，该案例库应能提升学生创新能力、培养工匠精神，并与各教学模块内容紧密结合。

（三）基于目标指向的模块化融合式教学设计

从教学分析入手，深入剖析理论知识讲授、技术验证实验和实践应用作业教学的现实需求，设计“知识+能力+素质”的课程目标体系和“理论+技术+应用”的课程内容体系，提出理论知识学导式、技术验证实验式和实践应用作业式的教学模式，设计目标指向的模块化融合式教学策略，旨在深化教学改革并提升教学质量。具体在模块化融合式教学设计中应采取相应的策略。如图3所示。

1.知识模块包含过多知识点

针对现有知识模块涵盖知识点过于的情况，应进一步对知识模块进行细化拆分，形成更为紧凑的知识单元，以降低学习单个独立知识模块时的难度，进而缓解学生在面对庞大知识体系时的畏难情绪。

2.知识模块仅包含一个或非常少量的知识点

基于该类知识点的独特性（如简单易懂、时效性强、趣味性高），应将其精心设计为能显著提升学生学习成就感的教学小专题，借助多媒体资源、案例研讨等多元教学手段，进一步激发学生的学习热情。

3.知识模块中知识点间关联性明显较低

结合前两项教学设计策略，对知识模块进行更细致的分割。若经过细分后的知识模块仍然显得过于微小，则可回归至第二类策略的运用，即根据其自身特点，将其定位为能有效激发学生的学习兴趣并提升其学习获得感的教学小专题。

（四）人才培养模式的创新

1.以学生为中心，校企合作，依托数字化学习平台

将传统的线下教学模式调整为线上线下混合教学模式，为学生提供了丰富多样的在线学习资源，培养学生独立学习能力。利用现代信息技术，与企业携手开发的定制化在线平台，旨在构建一个集“自主学习—即时互动—前沿探索”为一体的综合学习生态系统。

2.基于学生能力培养，引入企业真实生产任务，充实教学内容

近年来，地下工程施工领域新理念与新技术日新月异，教师若仅围绕传统书本内容展开教学，不仅会让学生感到枯燥，更与科技前沿相去甚远。为弥补这一缺憾，教学过程中引入如“世界最长的跨海沉管隧道”之于港珠澳大桥或“亚洲最大地下空间工程”之于南京江北新区等前沿项目，深度剖析其中的科研课题及成果。此举不仅让学生实时把握学科发展脉络与研究走势，更能启发其科研好奇心与创新能力的培养。此外，教学的舞台不应局限于教室的四壁之内，还需精心策划和设计课程的各个环节，以培养学生的施工组织与统筹能力。通过课程设计的实践环节，学生将有机会亲自动手，依据施工设计手册和相关规范进行计算、绘图和验算等操作，不仅使书本上的理论知识“活学活用”，更为学生未来踏入地下工程施工这一领域奠定坚固的专业基础。