李濤 劉波 陳慧嫻 常雅儒

摘? 要：地下空間工程專業(yè)是根據(jù)我國城市發(fā)展的趨勢和當(dāng)前城市地下工程人才匱乏的實(shí)際情況設(shè)立的新工科專業(yè)。基于人工智能與機(jī)器人技術(shù)，發(fā)揮原有礦山建設(shè)學(xué)科優(yōu)勢，面向城市地下工程領(lǐng)域的多學(xué)科交叉復(fù)合需要的專業(yè)升級改造勢在必行。實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是培養(yǎng)優(yōu)秀工科本科生的重要組成部分。結(jié)合新工科建設(shè)對卓越工程技術(shù)人才素質(zhì)的要求，提出地下空間工程新工科專業(yè)升級改造思路和舉措，并針對實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)提出具體改革措施。

關(guān)鍵詞：地下空間工程;新工科;實(shí)踐教學(xué)

中圖分類號：G642? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2021）09-0092-04

Abstract： Basing on the development trend of Chinese city and the lack of underground engineering talents， underground space engineering major is established. The major reforming is so imperative， which is based on the artificial intelligence and robotics， giving play to the advantage of original subject， and considering the requirement of interdisciplinarity. Practice teaching is very important when training engineering undergraduates. Ideas of major reforming is given， on account of? the request of quality of engineering talents during emerging engineering education construction， and measures about practice teaching are proposed.

Keywords： underground space engineering; emerging engineering; practice teaching

新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革下，工程科技進(jìn)步和創(chuàng)新成為世界各國關(guān)注的重點(diǎn)，而人才培養(yǎng)更是其中的重中之重[1]。基于此，教育部召開了新工科建設(shè)研討會，指明了新工科建設(shè)發(fā)展方向。大專院校與科研院所作為培養(yǎng)科技創(chuàng)新人才的主體，探索多樣化和個性化的人才培養(yǎng)模式，培養(yǎng)具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、與新經(jīng)濟(jì)發(fā)展相適應(yīng)的復(fù)合型工程技術(shù)人才便是大家面臨的一個重要課題[1-4]。中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地下空間工程專業(yè)，脫胎于學(xué)校原有的礦山建設(shè)工程國家重點(diǎn)學(xué)科，隨著1998年我國高等教育專業(yè)改革需要，礦山建設(shè)工程專業(yè)合并到了土木工程專業(yè)。面對人工智能與機(jī)器人技術(shù)等新興技術(shù)，需要抓住專業(yè)改造升級機(jī)遇，發(fā)揮原有土木工程、礦山建設(shè)工程等學(xué)科優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)城市地下空間工程的再次升級。實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是地下空間工程專業(yè)建設(shè)的主要組成部分，如何進(jìn)行改革以適應(yīng)國家與社會對科技創(chuàng)新人才的要求，這是本文研究探討的主旨所在。

一、地下空間工程新工科建設(shè)對工程人才素質(zhì)的要求

面對新一輪的產(chǎn)業(yè)變革，國家和社會期待學(xué)科進(jìn)步對社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展承擔(dān)更大使命，成為國家新經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要支撐。從這個意義上講，人才培養(yǎng)是發(fā)展壯大新經(jīng)濟(jì)的首要資源，同時也是新工科建設(shè)和發(fā)展的主要著力點(diǎn)[2，4]。因此，高等院校應(yīng)積極探索培養(yǎng)適應(yīng)未來科技變化的卓越工程技術(shù)人才的新模式、新體系。

地下空間工程新工科工程技術(shù)人才應(yīng)具有家國情懷和高尚品德。培養(yǎng)的學(xué)生應(yīng)不僅是卓越的工程技術(shù)人才，還具有家國意識、法治意識、社會責(zé)任意識;地下空間工程新工科工程技術(shù)人才應(yīng)具有扎實(shí)的專業(yè)技術(shù)和寬廣的知識體系。國家推行“一帶一路”倡議、“中國制造2025”、互聯(lián)網(wǎng)和智能制造等以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，推動產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，促使各種不同工科技術(shù)的深度融合、學(xué)科知識的交叉、滲透、拓展[3-5]。地下空間工程專業(yè)建設(shè)發(fā)展中既需要培養(yǎng)滿足產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級需求的人才，也更要根據(jù)科技未來發(fā)展方向，提前謀劃適合未來發(fā)展需要的新的課程體系;地下空間工程新工科工程技術(shù)人才應(yīng)具有創(chuàng)新精神和創(chuàng)業(yè)能力。二者相輔相成，在技術(shù)上敢于突破原來理念，運(yùn)用新的思維方式和一定的技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)突破，方能在未來世界創(chuàng)新體系中占據(jù)戰(zhàn)略制高點(diǎn);地下空間工程新工科工程技術(shù)人才應(yīng)具有國際視野和社會能力?？萍嫉母偁幨鞘澜缧缘模瑖彝七M(jìn)“一帶一路”基礎(chǔ)建設(shè)、高鐵建設(shè)、核電建設(shè)等項(xiàng)目都要求企業(yè)走出去進(jìn)行國際合作。另一方面，由于工程項(xiàng)目的特殊性，需要一次完成并取得成功，沒有彌補(bǔ)錯誤的機(jī)會，為確保項(xiàng)目的順利完成，需要不同行業(yè)人員協(xié)商合作，這就要求工程技術(shù)人才具有有效溝通、團(tuán)隊(duì)協(xié)作等社會能力[6]。

二、地下空間工程專業(yè)升級改造思路和舉措

在國家實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展、“一帶一路”倡議、“互聯(lián)網(wǎng)+”等背景下，研究分析城市地下空間工程的發(fā)展需求，設(shè)置基于人工智能與機(jī)器人技術(shù)的城市地下空間工程專業(yè)的課程體系，通過師資隊(duì)伍建設(shè)、建設(shè)工程培養(yǎng)平臺、搭建校外實(shí)踐平臺、完善人才培養(yǎng)質(zhì)量保障體系等方式，促進(jìn)專業(yè)改造升級，培養(yǎng)造就一批具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、跨界整合能力、高素質(zhì)的各類交叉復(fù)合型卓越工程科技人才。

（一）研究契合國家和產(chǎn)業(yè)在未來城市地下空間工程的需求

目前，國際上已提出把“二十一世紀(jì)作為人類開發(fā)利用地下空間的年代”。中國也開始重視地下空間利用的立法工作，各地區(qū)已開始進(jìn)行地下空間的開發(fā)規(guī)劃。隨著海綿城市、地下綜合管廊、地下鐵路、地下停車場、地下倉庫等項(xiàng)目的大規(guī)模開展與實(shí)施，人工智能與機(jī)器人技術(shù)的運(yùn)用便成為可能。結(jié)合目前人工智能與機(jī)器人技術(shù)在結(jié)構(gòu)監(jiān)測、工程安全分析、信息化施工等方面的應(yīng)用現(xiàn)狀，調(diào)研分析人工智能與機(jī)器人對城市地下空間工程轉(zhuǎn)型升級的作用，為探索基于人工智能與機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行專業(yè)改造升級的培養(yǎng)方案和課程體系提供依據(jù)。

（二）轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，構(gòu)建以學(xué)生為主體的教學(xué)模式

師生互動，改革教學(xué)方法和考核方式，引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)、主動實(shí)踐，鼓勵學(xué)生問道、尋道、悟道，啟發(fā)學(xué)生求是、求真、求業(yè);煥發(fā)學(xué)生更大的自主學(xué)習(xí)激情與內(nèi)生動力，讓學(xué)生更好地成為自己，各個培養(yǎng)環(huán)節(jié)的設(shè)置均以學(xué)生為基本出發(fā)點(diǎn)，考慮學(xué)生能力提升需求，從而培養(yǎng)人工智能與機(jī)器人背景知識體系下的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才。

（三）推進(jìn)信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合

通過融通線下與線上兩個空間，對原有專業(yè)培養(yǎng)模式改造升級，形成新課程體系與原有知識體系的融合，實(shí)現(xiàn)“以教為主”向“以學(xué)為主”轉(zhuǎn)變、“以課堂為主”向“課內(nèi)外結(jié)合”轉(zhuǎn)變及“以結(jié)果評價為主”向“結(jié)果過程結(jié)合”轉(zhuǎn)變，在傳統(tǒng)知識框架上，建構(gòu)包含人工智能與機(jī)器人等新技術(shù)的知識結(jié)構(gòu)。探索建立與學(xué)分制相適應(yīng)的課程設(shè)置、質(zhì)量監(jiān)控、考核評價等教學(xué)管理制度，加強(qiáng)教學(xué)方法和教學(xué)手段的改革，將精心組織的教學(xué)資源、教學(xué)過程以在線課程的形式呈現(xiàn)出來。根據(jù)課程要求，學(xué)生掌握學(xué)習(xí)的主動權(quán)，自主選擇在線學(xué)習(xí)的時間和地點(diǎn)，控制學(xué)習(xí)內(nèi)容與進(jìn)度，建立學(xué)生跨專業(yè)跨學(xué)校進(jìn)行學(xué)分認(rèn)定與轉(zhuǎn)換的機(jī)制。探索“高足弟子傳授”的教學(xué)方式，依托本科生全程導(dǎo)師制，突出教師主導(dǎo)的同時實(shí)現(xiàn)學(xué)生個性化學(xué)習(xí)需要，為創(chuàng)新教育提供必要的知識儲備。

（四）完善地下空間工程專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量保障體系

由質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系、組織機(jī)構(gòu)、保障主體和運(yùn)行機(jī)制四個方面構(gòu)成一個有機(jī)整體。研究人工智能與機(jī)器人背景下，地下空間工程面向未來和引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展目標(biāo)，提出具有多維度、多元化、包容性和開放性的培養(yǎng)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并以產(chǎn)業(yè)當(dāng)前需求和未來發(fā)展為導(dǎo)向，建立外部企業(yè)評價、行業(yè)評價驅(qū)動的質(zhì)量持續(xù)改進(jìn)機(jī)制。

三、地下空間工程新工科實(shí)踐教學(xué)改革探索與思考

新工科建設(shè)對卓越工程人才提出了新要求，也為新工科教育模式、教學(xué)體系的改革指明了方向。實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)作為新工科教育改革的重要組成部分，其改革的內(nèi)容和實(shí)施方式對人才培養(yǎng)質(zhì)量提升有著顯著影響。結(jié)合中國礦業(yè)大學(xué)（北京）在新工科建設(shè)背景下針對實(shí)踐教學(xué)所采取的具體措施，探討實(shí)踐教學(xué)改革的內(nèi)容和實(shí)現(xiàn)途徑。

（一）改革完善課程體系與實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容

目前我國工程教育發(fā)展建設(shè)中，存在的最大問題是課程體系與實(shí)踐教學(xué)體系結(jié)合不夠[7]，存在脫節(jié)情況，使得學(xué)生實(shí)踐能力不強(qiáng)，創(chuàng)新意愿不足。新工科建設(shè)的核心層次是重構(gòu)本科課程計(jì)劃[8]。制定地下空間工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案時，以通識教育、專業(yè)基礎(chǔ)、實(shí)踐教學(xué)、創(chuàng)新訓(xùn)練共同形成新工科工程教育的基本框架，以此構(gòu)建相應(yīng)的課程體系。課程體系改革中，加強(qiáng)了實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的內(nèi)容，對實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，均安排了專用實(shí)踐周。近年來，學(xué)校在改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件的同時，不斷整合更新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，增強(qiáng)綜合性，設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)并逐步提高比例。地下空間工程專業(yè)培養(yǎng)方案中實(shí)踐教學(xué)增加至43周次，其形式包含實(shí)習(xí)、社會實(shí)踐、課程設(shè)計(jì)、國際交流、研究報告、專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)等，并開設(shè)城市地下空間工程綜合實(shí)驗(yàn)，開拓實(shí)踐教學(xué)廣度和深度，突出在扎實(shí)學(xué)科專業(yè)知識的基礎(chǔ)上，注重培養(yǎng)學(xué)生的領(lǐng)導(dǎo)力、團(tuán)結(jié)協(xié)作意識和溝通能力。在社會實(shí)踐、專業(yè)調(diào)研過程中，以社會主義核心價值觀為引領(lǐng)，融入學(xué)習(xí)黨的新思想新理念，使學(xué)科專業(yè)培養(yǎng)方案與國家重大戰(zhàn)略相結(jié)合，培育學(xué)生家國情懷。

（二）擴(kuò)大跨學(xué)科專業(yè)合作

目前基于專業(yè)課程目錄形成的教學(xué)內(nèi)容使得學(xué)生知識范圍較窄，不能適應(yīng)未來行業(yè)的發(fā)展需要，也與我國經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型和產(chǎn)業(yè)升級不相匹配[3，8]。因此，地下空間工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革需進(jìn)行跨學(xué)科專業(yè)的合作，擴(kuò)大學(xué)生知識領(lǐng)域，以滿足國家對未來卓越科學(xué)技術(shù)人才的要求。學(xué)校以實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)為依托，基于國家一流學(xué)科礦業(yè)工程、安全科學(xué)與工程兩專業(yè)，與地下空間工程、地質(zhì)工程、工程力學(xué)、土木工程、機(jī)械工程等相關(guān)專業(yè)通力合作，打破不同學(xué)科之間的界限，形成多學(xué)科交叉融合的合作模式。學(xué)校制定了促進(jìn)跨學(xué)院跨專業(yè)的合作政策，建立了相應(yīng)的評價體系。1. 學(xué)校積極鼓勵不同學(xué)院老師共同申報學(xué)科競賽課題，鼓勵跨學(xué)院學(xué)生共同組隊(duì)參賽，在學(xué)科競賽籌備過程中，參賽學(xué)生可充分利用本學(xué)科知識，多專業(yè)融合，團(tuán)結(jié)協(xié)作，在“跨界合作”中，最大程度實(shí)現(xiàn)知識的交叉運(yùn)用;2. 以學(xué)生興趣為出發(fā)點(diǎn)，支持學(xué)生跨專業(yè)甚至跨學(xué)院選擇創(chuàng)新訓(xùn)練課題，培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)研究的能力，激發(fā)學(xué)生求知欲和探索精神;3. 鼓勵專業(yè)任課老師開設(shè)面向全校各專業(yè)學(xué)生的通識教育選修課和專業(yè)選修課，對理工科學(xué)生的通識教育選修課從社會科學(xué)類、人文藝術(shù)類等學(xué)科進(jìn)行學(xué)分要求，使學(xué)生拓寬知識視野，全面了解各專業(yè)的學(xué)科發(fā)展前沿以及主要的科技水平;4. 進(jìn)行跨學(xué)科實(shí)踐教學(xué)的課程建設(shè)和教學(xué)改革立項(xiàng)，提供經(jīng)費(fèi)支持，促進(jìn)跨學(xué)科專業(yè)合作。

（三）推進(jìn)校企合作廣度和深度

目前我國企業(yè)還未能真正參與到工程人才培養(yǎng)中[3]，而高校的科研成果也未能真正在產(chǎn)業(yè)界得到很好的應(yīng)用，形成從科研成果到企業(yè)產(chǎn)品，再到推廣應(yīng)用，反過來，從應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)問題，再進(jìn)行改造和創(chuàng)新的良性循環(huán)。這制約了我國科技水平的發(fā)展。因此，為適應(yīng)新經(jīng)濟(jì)發(fā)展對科技水平的要求，提升新技術(shù)的轉(zhuǎn)化能力，進(jìn)行專業(yè)建設(shè)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展對接尤為重要[9]。為進(jìn)一步推進(jìn)校企合作的廣度和深度，提升學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力與社會能力，學(xué)校邀請專業(yè)相關(guān)知名企業(yè)專家參與培養(yǎng)方案制定、課程建設(shè)、實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)、教師掛職、生產(chǎn)實(shí)習(xí)指導(dǎo)等，學(xué)校也將相關(guān)研究成果應(yīng)用到企業(yè)實(shí)際工程中去，提高生產(chǎn)力，降低工程造價，從而提高企業(yè)的行業(yè)競爭力。例如我校力學(xué)與建筑工程學(xué)院邀請中建一局發(fā)展有限公司、北京城建集團(tuán)、北京住總集團(tuán)等行業(yè)知名企業(yè)專家共同制定地下空間工程專業(yè)培養(yǎng)方案;聯(lián)合北京住總集團(tuán)、北京市教委共建北京市校外人才培養(yǎng)基地;在神華集團(tuán)、潞安集團(tuán)、晉煤集團(tuán)等企業(yè)進(jìn)行教師掛職，學(xué)校培養(yǎng)企業(yè)員工的合作等實(shí)踐教學(xué)的深度交流。學(xué)校通過與行業(yè)內(nèi)的優(yōu)秀企業(yè)或科研院所進(jìn)行合作，掌握了行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r和未來發(fā)展需求，保證教學(xué)內(nèi)容的前沿性。我?，F(xiàn)有的實(shí)訓(xùn)基地如表1所示。

表1 校外實(shí)訓(xùn)基地

（四）加強(qiáng)國際合作交流深度

新工科背景下專業(yè)工程人才需具有國際視野和全球勝任力，這是由經(jīng)濟(jì)全球化與我國高等教育強(qiáng)國戰(zhàn)略所決定[4]。學(xué)校已與英國、美國、加拿大、澳大利亞、德國、法國、韓國等國家和地區(qū)的45所大學(xué)建立了合作關(guān)系，具體合作交流項(xiàng)目如表2所示。以“畢業(yè)設(shè)計(jì)交流項(xiàng)目”為例，我校選派若干名大三本科生于大四學(xué)年春季學(xué)期1月至5月赴合作院校進(jìn)行交流，在外方導(dǎo)師指導(dǎo)下完成本科畢業(yè)設(shè)計(jì)及論文后回我校進(jìn)行答辯，交流期間學(xué)費(fèi)全免，成績排名專業(yè)前30%者還有機(jī)會獲得國家留學(xué)基金委資助生活費(fèi)和往返機(jī)票。我校部分課程實(shí)行全英（或雙語）教學(xué)和考核，注重學(xué)生對專業(yè)外語的學(xué)習(xí)，為日后參與國際學(xué)術(shù)交流打好語言基礎(chǔ)。此外，聘請國外合作大學(xué)的教授及國際上享有聲譽(yù)的行業(yè)專家來我校進(jìn)行部分課程講授及公開講座，幫助學(xué)生了解本專業(yè)國際前沿課題和發(fā)展前景，一定程度上拓寬學(xué)生的國際視野。學(xué)校國際化協(xié)同育人初見成效，通過各種形式的國際交流合作，學(xué)生初具國際視野，思維也更加開闊。

（五）大力支持創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育

創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力是新工科專業(yè)人才需具備的至關(guān)重要的能力[4]。結(jié)合國家、北京市與學(xué)校各級別的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目，有針對性地將訓(xùn)練內(nèi)容融入到實(shí)踐教學(xué)體系中。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目的內(nèi)容需結(jié)合當(dāng)前工程實(shí)際問題進(jìn)行設(shè)計(jì)，學(xué)校提供經(jīng)費(fèi)支持，在提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識、技能和自主設(shè)計(jì)的能力，加深對本專業(yè)知識內(nèi)容認(rèn)知程度的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新開拓精神。另外，利用學(xué)校的國家級、省部級重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室平臺，以及創(chuàng)新實(shí)踐基地平臺，對學(xué)生參加創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)與自主實(shí)驗(yàn)進(jìn)行大力支持。創(chuàng)業(yè)教育方面，鼓勵有創(chuàng)業(yè)志向和創(chuàng)業(yè)潛力的本科生，將創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目落地實(shí)施，學(xué)校提供一定的經(jīng)費(fèi)支持，幫助他們通過充分利用所學(xué)知識儲備，發(fā)揚(yáng)探索和冒險精神，在機(jī)遇與挑戰(zhàn)中鍛煉和提升多方面能力，走向新的人生高度。此外，學(xué)校也組織和參與國家及北京市各級別的學(xué)科競賽，例如建筑設(shè)計(jì)大賽、測量大賽等，調(diào)動學(xué)生積極參與，建立評價激勵機(jī)制，將課程知識融入學(xué)科競賽中，從而進(jìn)一步提高學(xué)生創(chuàng)新精神與創(chuàng)業(yè)能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]鐘登華.新工科建設(shè)的內(nèi)涵與行動[J].高等工程教育研究，2017（3）：1-6.

[2]吳愛華，候永峰，楊秋波，等.加快發(fā)展和建設(shè)新工科，主動適應(yīng)和引領(lǐng)新經(jīng)濟(jì)[J].高等工程教育研究，2017（1）：1-9.

[3]陸國棟，李拓宇.新工科建設(shè)與發(fā)展的路徑思考[J].高等工程教育研究，2017（3）：20-26.

[4]林健.加快新工科建設(shè)，推進(jìn)工程教育改革創(chuàng)新[J].清華大學(xué)教育研究，2017，38（2）：26-35.

[5]李華，胡娜，游振聲.新工科：形態(tài)、內(nèi)涵與方向[J].高等工程教育研究，2017（4）：16-19.

[6]周開發(fā)，曾玉珍.新工科的核心能力與教學(xué)模式探索[J].重慶高教研究，2017，5（3）：22-35.

[7]陳慧，陳敏.關(guān)于綜合性大學(xué)培養(yǎng)新工科人才的思考與探索[J].高等工程教育研究，2017（2）：19-23.

[8]胡波，馮輝，韓偉力，等.加快新工科建設(shè)，推進(jìn)工程教育改革創(chuàng)新[J].復(fù)旦教育論壇，2017，15（2）：20-27.

[9]夏建國，趙軍.新工科建設(shè)背景下地方高校工程教育改革發(fā)展芻議[J].高等工程教育研究，2017（3）：15-19.