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关键词:毕业设计;创新思维;岩土工程;毕业选题
现代社会发展、特别是信息技术的发展对教育提出了新的、更高的要求。要构建适应信息社会发展的高等教育体系,必须在教育体制、教育方式、教学方法等诸多方面有创新性发展,培养创新性人才,为“大众创业,万众创新”的战略提供人才和知识支持。本科毕业阶段的实践环节,即毕业设计(论文)是教学过程的最后阶段,通过该阶段训练能使学生综合应用所学的各种理论知识和技能,进行全面、系统、严格的技术及基本能力的练习,对培养学生创新思维,提高综合素质有重要作用,也是高等工程教育教学改革的重点和难点之一。近年来,许多高校进行了毕业设计阶段的改革与探索,从毕业设计教学创新体系建设、立题和过程管理、毕业设计全过程考核评价体系建设、创新能力培养等方面取得了丰富成果[1-3]。
一、对大学生创新能力的认识
创新思维不同于常规的模仿思维,具有跳跃性、发散性、独创性等特征。它主要利用已有认识和知识为基本素材,采用非常规思维来认识未知世界。新的科学原理的发现、市场欢迎的产品的研发、优秀艺术作品的创作、有效的企业管理模式都是创新思维的结果。所以,从学校教学教育入手,培养学生创新思维,对学生走向社会后的发展会产生重要影响[4]。创新的关键在一个“新”字,从工程学科角度看,所谓新,既包括基本原理和基本理论的创新,也包括工程方法、手段的创新。所以,应该针对学生学习成绩、兴趣等,有不同的要求,更要允许学生大胆突破传统,在已有基本概念基础上开拓思维、发展新理论,创新新方法。而对于绝大部分学生来说,他们未来主要从事实际工程问题,应以解决工程问题为目的,在解决问题的过程中从工艺、设备等角度进行改进、创新,这样日积月累,也可以产生大的理论创新。以岩土工程为例,由于岩土体的特性,虽然主要理论体系已形成,但其中许多理论和工程实践仍带有很大的经验性,在工程实践中需要综合判断。这种现状为该学科理论创新提供了很大空间,比如非饱和土的有效应力及有效应力原理、土的本构理论等,远没有达到理论完善,工程应用中往往将计算结果做为参考,而经验判断仍然十分重要。在目前岩土工程中常见的基坑支护及基坑稳定性、高填方工程工后沉降及稳定性等方面,不管是理论基础还是工程方法都有许多问题需要解决。这些说明,创新的空间存在于学科任何知识点,关键是在平时课堂教学和实践教学中如何提高学生对学科和未知世界的兴趣,继而培养学生创新意识和创新能力。
二、毕业设计方式创新
毕业设计是本科教学最后一个环节,也是对整个教学效果的检验和综合应用。毕业方式创新包括选题环节、设计过程环节、评价环节等的创新。从选题环节看,目前工科专业本科毕业设计大都采用指导教师指定设计题目、学生按照毕业设计指导书进行设计、指导教师定期或不定期进行辅导或检查,最后进行毕业答辩的过程。目前存在的主要问题是,没有注重启发学生发现问题这个环节,而是直接给学生某一问题让他去解决,而这个问题本身可能并没有多少科学价值,毕业设计方式也显得单一[5]。要创新,首先要能发现问题,不能发现问题也就不可能有发明创造。目前,学生选题都流于形式,由指导教师直接指定,这是由于目前大学教育评价方式决定的。重科研轻教学,老师没有时间、也不愿意在这方面耗费精力。毕业设计阶段应留有一定时间让学生自己通过调研、查阅资料、和老师交流等方式,发现需要解决的科学问题,形成解决问题的科学思路和方法。这个时间段甚至可以更早些,可提前数周就让学生准备。当然,这个过程需要教师细心指导,多沟通,最终也不是每个学生都能通过这个方式进行选题的,但这个过程毫无疑问对学生是个锻炼和培养。有些虽形不成科学问题或没有形成解决的具体方法,但可能成为以后发现或解决科学问题的基础。创新的基础是思维创新,需要轻松的环境,也需要有一定的压力。所谓环境轻松,主要是要给学生思考的自由,敢于挑战现有理论和权威,要有和老师进行自由讨论、辩论的环境,而这是我们的教育最缺乏的。对于敢于提出问题的学生要给予鼓励和奖励,对通过自己思考发现了重要科学问题并选择毕业设计题目或方向的学生,其结果不一定是圆满的,或者有可能在有限的时间中没有得到预期的结果。对于这种情况,应该在教学规定上给予指导教师一定灵活度,比如延长毕业设计时间,或者达到某一程度也可认为达到毕业要求等。给学生压力也是必要的,由于社会大环境的影响,部分学生学习兴趣不大,不专注于毕业设计。因此,指导教师应严要求、勤检查,对学生和社会负责,没达到毕业要求的学生严格按照规定处理。在毕业设计过程中培养创新。创新首先是思维创新,要从基本概念上下功夫。在某一学科的创新是一个逐渐形成、完善的过程。在毕业设计阶段,学生可以在具体、细节的某一点进行改进、创新,如计算方法、应用原理、设备或工艺、程序方法等的改进。为此,指导教师要让学生首先理解毕业设计中遇到的现有规范、手册、教材中各种规定或方法的原理、机理。在此基础上,鼓励学生发现其中不完善、甚至错误的东西,通过小组讨论提高对问题的认识,把年轻人的活跃思维充分调动起来,让学生敢于思考、敢于提出问题和解决问题的办法。对学生的不同观点和认识,老师要以科学的态度对待,通过分析、讨论达到共识,若达不到统一认识,可留待以后继续研究。此外,我们强调培养学生创新思维,并不是要求每个学生在毕业生设计中一定要有创新性成果。每个学生基础知识水平不同、长期形成的思维模式不同、个性不同,毕业设计水平自然不同。对大部分学生,首先是培养一种创新意识,对以后工作和人生起到良好作用。毕业设计中能满足正常任务要求,达到工程设计等目的就是合格的。
三、毕业设计选题创新
除了前述让学生参与或自主选题的要求外,毕业设计题目本身对毕业设计的效果十分重要[6]。毕业设计所包含内容可以覆盖较多知识体系,也可以集中在某一点。在岩土工程专业或方向毕业设计中,可以完成建筑工程的结构设计,包括上部结构和岩土工程部分,后者可以是地基基础、基坑支护、边坡支护等;也可以全部进行岩土工程的内容。具体选择可根据学生兴趣、特长,对已确定工作单位的学生,还可以依据可能的工作性质等确定。从毕业设计内容上看,我们在近几年实践中,岩土工程方向毕业设计主要包括以下内容:1.岩土工程勘察。岩土工程勘察是岩土工程的基础,通过该内容毕业设计,可使学生具体掌握岩土工程勘察的方法、步骤、内容,增强对岩土体的认识,让学生充分理解土的物理性质和力学性质指标的获取方法、用途和相互关系,学会从勘察的角度对建筑场地和地基进行评价,认识工程勘察与工程设计、施工之间的关系。进行岩土工程勘察毕业设计对学生以后工作和学生在岩土工程学科进行创新有非常重要的作用。由于岩土体性质的不确定性非常突出,因此,对其认识方法、手段和评价显得非常重要,而目前的工程和科研实际存在许多不足之处。正确认识这些问题,有利于学科创新。岩土工程勘察是一个系统的过程,但由于条件和时间限制,完成整个过程的勘察是不现实的。为此,我们将毕业实习和毕业设计相结合,比如,现场描述和土类命名主要通过正在进行的工程的实习完成,由现场技术人员讲解。毕业设计任务中提供的现场描述和室内试验、原位测试数据都是实际工程原始数据。学生根据原现场描述和土工试验对土进行分层,然后进行各分层土性指标的统计和评价等工作。2.地基基础设计。根据我校地处西部特点,主要进行黄土场地地基基础设计,包括湿陷性黄土地基处理、CFG地基处理、桩基础等。上部结构的结构形式、传至基础顶面的荷载等都是由设计院提供的实际工程案例。学生根据自己完成的岩土工程勘察数据或者指导教师提供的土层工程特性指标和相应的规范进行相关设计。进行地基基础设计时,地基基础选型是很重要一环,既要满足安全要求,还要经济可行。比如高层建筑的CFG桩复合地基、桩基础和与筏板基础之间的选择,要通过承载力、变形和经济指标的比较才能确定,既涉及到岩土工程特性指标的合理选择、地基基础基本概念的正确理解,也与工程实践中施工、造价等有关。通过多环节分析、设计,既可提高学生对本专业的兴趣和认识水平,也有利于学生发现问题,为学科提高和创新发展创造条件。3.基坑工程设计。在岩土工程方向课程设计中已进行过基坑支护设计,但其基坑深度较浅,通过土钉墙或单排锚索+排桩即可达到支护目的。毕业设计中完成的基坑工程深度较深,设计计算明显复杂。学生可完成基坑支护或基坑降水设计。前者通常为3~4排锚索+排桩支护,后者为井点降水。4.边坡治理。设计任务书中,建筑场地位于边坡底或顶部,要求学生完成边坡的安全性评价和加固处理设计。以上几部分内容之间可组合为一个完整的毕业设计。而以下内容可分别单独为一个毕业设计。5.地下结构设计。一般为地下车库、商场、地铁车站等,因为此部分设计包括功能要求,所以需配备建筑学专业的指导教师。该设计内容包括了建筑学、结构工程和岩土工程。6.动力机器基础设计。对于大型机器设备,如发电机组等,其不同于一般建筑物地基基础,基础设计有其特殊性。设计题目取自于设计院的实际工程,通常设计内容包括动力荷载计算、动力基础框架结构设计和桩基础设计等。7.隧道设计。对取自实际隧道工程的题目,让学生完成隧道围岩分级、围岩压力、围岩支护设计与施工等。8.其他。除了以上内容外,根据实际情况,我们还有学生依托老师的科研或生产项目进行试验、计算、理论分析等,完成毕业论文。结语在毕业设计中培养创新思维,是一项需要长期探索的系统工程。通过这些年的实践,我们初步建立了一套既能满足正常专业培养要求,又能在一定程度上有所提高、有所创新的毕业设计模式,以针对具体情况,适应不同学生的要求。但为了适应未来形势的要求,还必须与时俱进,继续探索,以使工科学生毕业设计不断创新,使学生创新能力不断提高。
参考文献:
[1]高琪,李位星,廖晓钟.工科专业本科毕业设计全过程考核评价体系研究[J].实验室研究与探索,2013,11(32):393—397.
[2]彭秀英.立题和过程管理是提高毕业设计质量的保证[J].中国大学教学,2012(3):75—76.
[3]童乐为,罗烈,刘沈如,等.土木工程专业毕业设计教学创新体系建设探讨[J].高等建筑教育,2010,2(19):111—114.
[4]蒋太岩.培养创造性人才应具备的基本条件与对策[J].中国高教研究,2000(4):40—41.
[5]姚直书,宋海清.提高岩土工程专业方向毕业设计质量的有效措施[J].安徽建筑工业学院学报(自然科学版),2009,4(17):43—45.
关键词:沉井垫木,刃脚,流砂,触变泥浆,井点降水
市政管网工程常常需要穿越各类障碍物,如道路、河流、建筑物和构筑物等,对此我们常使用地下顶管的方式以避免大开挖,
地下顶管工程由工作井、接收井、管道顶进三部分组成。工作井和接收井主要有以钢筋砼为主体的沉井、以水泥搅拌桩内插H型钢为结构的SMW工法井、钢板桩或拉森钢板桩井等,但对于深度比较大的顶管工程,常采用沉井,因为它结构稳定坚固。
2009年12月28日,随着挖掘机有力地挖下第一铲土,昆山市第二饮用水源(长江引水)工程顺利开工了,总投资19.8亿元,是昆山市历史上单项投资额最大的一项基础设施建设工程,其中顶管工程约20KM,,工作井主要为沉井。目前顶管工程已结束。沉井施工中常常会遇到以下问题:
一:沉井制作
1.井壁裂缝
原因分析:
1)沉井垫木设置不当或布置不均匀或间距过大,导致沉井早期受力不均,产生弯曲应力。
2)沉井垫木未对称拔除,导致井壁内部产生拉应力而出现裂纹。毕业论文,流砂。
3)模板拆除过早,混凝土强度不满足拔除垫木条件而出现裂纹。
4)沉井支设在软弱不均匀土层上或其它不良地基,混凝土浇筑后地基不均匀沉降而产生裂缝。
5)沉井井壁与内隔墙荷载相差太大,沉降不均,产生了较大的附加弯矩和剪应力造成裂缝,而洞口处截面削弱,强度较低,内力相对集中,所以洞口附近易出现裂纹。
预防措施:
1)刃脚处垫木设置应当合适,使地基受力均匀。垫木间距应计算求得,跨中与支点的拉应力应当相等。
2)沉井垫木应分区、分组、对称、同步拔除,模板拆除时沉井井壁强度应达到设计强度的80%以上。
3)遇到软弱不均匀土层应做砂垫层或采取其它措施保证受力均匀,荷载应在承载力范围之内。
4)沉井井壁与内隔墙支模应使地基受力基本均匀,沉井洞口四周要布置加强筋。
处理措施:
1)较细的表面裂缝可通过涂抹几遍环氧胶泥或人工抹水泥砂浆的方法来修补。
2)大于0.5mm的裂缝应根据可灌程度采取灌水泥浆或化学浆液的方法修补,或者采用灌浆和表面封闭相结合的方法。
3)如果裂缝很大,可能影响沉井结构带来安全隐患,则应该采取其它结构增强措施,或者直接返工。
2.井身歪斜
原因分析:
1)沉井一次下沉的高度太大,重心太高,容易产生倾斜。
2)沉井地基软弱或不均匀,制作前未处理地基,沉井下沉时产生了不均匀沉降。
3)沉井制作时刃脚与井壁不垂直,致使刃脚失去正确的导向功能。
预防措施:
1)沉井一次下沉高度控制在12米以内,以保持重心稳定。
2)沉井制作前先平整场地,遇到不良土质及时处理。毕业论文,流砂。
3)严格控制钢筋绑扎、模板安装、混凝土浇筑的质量,保证井壁光滑垂直,各环节偏差控制在规范范围内。
处理措施:
1)对刃脚高的地方多挖土以加快下沉,刃脚低的地方少挖或不挖土以减缓下沉速度,等井壁垂直后均匀挖土。毕业论文,流砂。
二:沉井下沉
1.下沉太慢
原因分析:
1)井壁表面过于粗糙,井壁与土之间的摩擦力太大。
2)沉井自重不够,不能很好地克服井壁与土体之间的摩擦力以及刃脚的迎面阻力。
3)下沉过程中遇到大的障碍物,致使下沉受阻。
4)正常下沉中因故停止时间过长,侧压力加大致使沉井无法正常下沉。
预防措施:
1)严格控制支模和混凝土浇筑质量,保证沉井井壁光滑度。
2)严格按图施工,井的实际尺寸,配筋,混凝土的用量当与设计图纸相符,严禁偷工减料。
3)对于下沉系数不大的沉井,应连续开挖、连续下沉,中间间歇时间不应过长。
4)在井壁上预埋射水管,下沉缓慢时向管水以减少井壁和土层之间的摩擦力。
5)向井壁周围空隙中填充触变泥浆,并采取防止泥浆流失的措施,以减小井壁与土层之间的摩擦力。
处理措施:
1)采用高压水枪向井壁四周射水以帮助下沉。
2)如条件允许,适当降水,减小沉井自身浮力,借以加重下沉。
3)检查刃脚四周,看是否有坚硬物在刃脚下,若有,则及时清除。
4)在沉井顶部安放大型铁块或其它重物,加大沉井下沉重力。
2.下沉太快
原因分析:
1)长时间抽水使得井壁与土层间摩擦力减弱,沉井下沉速度加快。
2)遇到软弱土层,地基承载力很弱,使沉井下沉速度大于挖土速度。毕业论文,流砂。
3)沉井外部土体出现液化,削弱沉井与土体的摩擦力。毕业论文,流砂。
预防措施:
1)停止降水,加大沉井自身浮力,以减缓沉井下沉速度。
2)改变挖土方式,刃脚一米范围内不要挖土,以加大土体对刃脚的阻力。
3)向井壁和土体空隙处填充粗糙材料或将空隙处夯实,以加大下沉阻力。
处理措施:
1)立刻用坚硬粗糙物填充井壁与土体之间的空隙,并马上夯实。
2)若井外侧出现土体液化,及时用沙填充夯实。
3)向井内回填干土,加大沉井下沉阻力。
3.下沉遇流砂
原因分析:
1)井内挖土过深,井壁外侧土从刃脚下方涌入井内。
2)井内排水后,外侧水压差加大,外侧土在水压作用下进入井内。
3)挖土深度超过地下水位0.5米以上。
预防措施:
1)采用排水法下沉,水头宜控制在1.5-2米。
2)避免掏挖刃脚处土方,防止外面流砂涌入井内。
3)穿越流砂层前做好充分准备,加快穿越速度,必要时在井体上部加荷载下沉。
处理措施:
1)遇到流砂时,向刃脚处填充石子,削弱水压力同时增加土压力。
2)改用深井降水或喷射井点降水,避免井内流淤,深井降水应布置在井外。
3)采用不排水法下沉,保持井内水位,阻止外侧流砂涌入井内。毕业论文,流砂。
4.邻近建筑物倾斜或出现裂缝
原因分析:
1)沉井距离建筑物太近,未采取加固或隔离措施。
2)降水下沉时建筑物基础下土体因水份流失而结构发生变化,使建筑基础遭到破化。
3)下沉过程中刃脚处掏空太多,外侧大量土方或流砂进入井内,外侧土体出现空洞,建筑物出现裂缝或倾斜。
预防措施:
1)在沉井和建筑物之间打灌注桩或搅拌桩或压密注浆,以加固土体并隔离沉井与建筑物。
2)在沉井和建筑物之间设回灌井,以减少土体水份流失。
3)遇到粉砂层采用井点降水,控制水头差,避免出现流砂。
4)避免掏空刃脚处土方,尽量切土下沉,防止外侧土体结构破化。
5)向井壁外侧空隙处及时灌沙,并加水密实,使土体不被扰动。
处理措施:
及时妥善处理相关事宜,尽量不要停止沉井下沉。
如因外面流砂涌入井内,则改排水下沉为不排水下沉。
参考文献:1)《给水排水管道工程施工及验收规范》GB50268-2008
2)《岩土工程勘察规范》GB50021-2001
3)《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002
[关键词]城市地下空间工程 实践教学体系 构建 创新
[作者简介]李富荣(1982- ),男,江苏盐城人,盐城工学院土木工程学院,讲师,硕士,主要从事岩土与城市地下工程等领域的教学与科研工作。(江苏 盐城 224051)
[基金项目]本文系江苏省教育科学“十二五”规划课题“地方本科院校土木工程专业应用型人才培养研究”(项目编号:C-c/2013/01/002)和2013年盐城工学院教改研究项目“城市地下空间工程专业实践教学体系的创新性研究”(项目编号:2013-52)的研究成果。
[中图分类号]G642 [文献标识码]A [文章编号]1004-3985(2014)05-0158-03
一、引言
2002年,中南大学首先开设城市地下空间工程专业,该专业是教育部为适应新时期城市建设人才特殊需求而设置的新兴专业,简称特设专业,目前已有30余所高校开设了城市地下空间工程专业。然而,由于高校背景不一,涉及矿业、核能、交通、建筑、水利、铁道等不同行业,办学特色鲜明,虽然课程理论教学基本都可以满足要求,但作为培养和提高学生综合素质能力的实践教学环节却给高校带来了难题,同时该专业尚未成立教学指导委员会,专业建设缺乏统一指导,使得城市地下空间工程专业建设与发展难度较大,这点在实践教学环节尤为明显。目前,城市地下空间工程专业大多是依托岩土工程专业,但该专业已经超出岩土工程专业的范畴,要建设好城市地下空间工程专业尚需城市规划、结构工程等专业的支撑。盐城工学院(以下简称“我院”)在新办城市地下空间工程专业过程中,以培养卓越地下工程师为目标,对城市地下空间工程专业实践教学体系进行了有益的探索与创新。
二、城市地下空间工程专业实践教学体系的构建
1.构建原则。目前,在开设城市地下空间工程专业的高校中,该专业招生人数较少,大多每届招生1个班,30人左右,专业开设较好的中南大学、山东大学、南京工业大学等,每届也仅招生2个班,60人左右。在大力提倡改革与创新高校教学体系的背景下,城市地下空间工程专业实践教学体系的构建要求、方法、原则可以表现出与土木工程等专业不尽相同的特点,使之具有自身特色。构建城市地下空间工程专业实践教学体系的原则是综合性、整体性、独立性、科学性。其中,综合性指城市地下空间工程综合了城市规划、结构工程和岩土工程等专业内容;整体性原则要体现教学上实践与理论相结合的整体功能;由于班级规模较小,学生可以独立完成大多实践教学环节,即学生具有较多的独立实践机会,体现了较好的独立性;科学性是要求实践教学环节的构建与实施要循序渐进,科学合理。
2.构建方案。城市地下空间工程专业实践教学体系是由实践教学活动各个要素构成的有机联系整体,作为特设专业,城市地下空间工程专业实践教学体系要具有前瞻性和系统性,创新实践教学内容,紧密联系城市规划与建设,积极创新工程设计与施工技术,培养符合专业要求且满足社会需求的卓越地下工程师。为此,根据城市地下空间工程专业的培养方案,我们构建了城市地下空间工程专业实践教学体系(见图1),给学生创造各种独立的实践机会,使知识、能力、素质融为一体,增强了学生独立完成工作的能力。
三、城市地下空间工程专业实践教学体系的创新
1.实验教学。城市地下空间工程专业实验教学环节由基础实验、专业实验、创新实验等多种实验构成(见图2),体现了人才培养多层次、模块化、系统化和科学性的统一。其中,由学科基础实验和力学实验构成的基础实验平台,不仅训练了学生的基本技能和素质,还为开展专业实验、培养学生系统设计和综合实践能力打下了基础。以“土力学与基础工程”课程为例,该课程是土木工程专业的主干课程、城市地下空间工程专业的核心主干课程,包括土力学和基础工程两部分,设有土力学实验和基础工程课程设计两个实践环节,兼具理论性、专业性和实践性等特点,是培养卓越地下工程师基本专业素质的基础。为此,在课程实验中,将土力学实验学时调整为16学时,增设土体渗透、击实、孔隙水压力及土压力测试等实验项目,确保学生充分掌握土地工程地质性质、物理力学性质等土力学基本理论,提高学生的实践能力,同时对开展后续专业实验也有很大的益处。专业实验是更高层次和系统地训练学生的实验技术和技能,包括大纲中专业课程实验和设计性、综合性实验。为此,对相关实验内容进行有机整合和改进,设置了土体与岩石力学对比实验,实验内容为采用几种常规实验(如压缩、直剪、三轴)方法,对比分析土体和岩石在物理指标、力学性质、工程应用等方面的异同,由学生自主设计实验方案(包括实验目的、方法、步骤、仪器、要求),并向实验室教师申请实验时间,经批准后在实验教师指导下,独立完成实验报告。最后,结合学生实验能力,根据实验过程、实验结果综合评定实验成绩。在设计性、综合性实验环节中,根据教学大纲设置了原位测试技术训练、工程结构测试技术训练、地下工程设计软件训练,以进一步训练学生的实验能力,使学生学会从实验数据中分析实验现象、得出实验结论,培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。创新实验是为了充分开发学生的潜能,激发学生对专业知识的兴趣而设置的,可以通过教师的纵横向课题、学生自主申报大学生实践创新训练项目以及参加学科竞赛等方式开展。
2.实习环节。城市地下空间工程专业的实习环节可分为课程实习(测量实习、工程地质实习)和专业综合实习(认识实习、生产实习、毕业实习)两个层次。其中,课程实习由指导教师统一安排、指导,与土木工程专业基本相同。在专业综合实习环节中,实行全周期双导师制,将5~6个学生分为一组,从大二到大四由同一指导教师负责指导,并配有企业兼职指导教师,原则上在校期间不再更换指导教师或企业教师。学生在实习期间,专业指导教师和企业兼职教师共同指导和管理学生,实习结束时,采用校企共同组织的公开答辩方式综合评定实习成绩,形成双导师指导下的“学生自主实习实践、教师有效监控指导”的实践特色。全周期指导是指学生从大二认识实习开始即可与学校专业指导教师和企业兼职教师不间断交流,除实习时间外,学生还可以有针对性地参与纵横向课题、工程项目等,使大学实习间而不断,贯穿始终,最大限度地培养了学生的实践能力。
3.设计环节。一是课程设计。城市地下空间工程专业设计环节包括课程设计和毕业设计(论文)两个环节。其中,课程设计除钢筋混凝土结构和基础工程课程设计外,还包括城市地下空间规划与设计,地下建筑结构、隧道工程和地下工程施工组织设计等课程设计。从教学内容和教学体系上讲,课程之间存在紧密的依存、制约关系,但传统的课程设计均安排在课程理论教学完成后进行,且由该课程理论教学教师独立设计课题、独立编写课程设计任务书和指导书、设定独立的设计参数,各门专业课课程设计内容相对独立。为此,在城市地下空间工程专业课程设计中,实施综合性课程设计方案,编写综合性课程设计任务书和指导书,具体做法是,本着“真题习做,一题到底”的原则,每2~3个学生设置一个工程实例专题,每个工程实例专业均来源于典型实际工程,紧密结合实际应用。各课程内容及设计是相互关联的,建立综合性课程设计的基本思路,最终为毕业设计服务。在综合性课程设计过程中,学生可以深刻体会到地下空间工程各个部分之间的因果关系和制约条件,初步认识工程的复杂性,锻炼逻辑思维能力,加强对地下工程整体性概念认识,有助于学生完成毕业设计。在综合性课程设计环节中,指导教师非常关键,要清楚综合性课程设计的内容、要求、可能出现的问题以及前后课程设计之间的关联要求,对学生给予正确合理的指导。二是毕业设计(论文)。城市地下空间工程专业学生数较少,便于采用校企合作的团队指导毕业设计模式,聘请经验丰富的企业导师参与毕业设计指导工作,有利于毕业设计的质量优化。采用团队模式指导毕业设计,团队有总指导教师,每位学生有各自的指导教师,由3~5个学生共同完成一个总项目课题,内容可以涉及城市地下空间规划设计、地铁车站设计、地铁隧道设计、地铁施工组织设计等,各子课题任务分工明确,研究内容有机联系,设计选题整体性强,内在联系紧密,在毕业设计过程中,团队成员相互交流,团结协作,充分利用专业规范,掌握整个地下工程设计的内容、流程及方法,确保厚基础、宽口径走向社会。除了毕业设计外,也有部分学生选择毕业论文,一般基于省部级以上科研课题项目,由项目主持人担任课题组长,中级职称以上教师担任各子课题导师,也可由科研兴趣或科研方向相近、不同专业背景的教师组成指导团队,由科研素质高的教师担任组长,其他教师有侧重地负责子课题,做到教学与科研相统一。
4.大学生实践和创新能力训练。目前,教育部、教育厅及高校都十分注重学生实践创新能力的培养,设立了各级大学生实践创新项目,学生可以根据自己的兴趣选题,自主选择导师并申报各级大学生实践创新项目,这些项目以学生为主体,在导师的指导下,培养了学生的创新意识,加强了学生自主创新的能力。同时,大学生实践创新能力的培养还可以与教师科研及社会服务相结合,更加贴近工程实践,从中发现问题、分析问题、解决问题,有利于学生创新思维的培养。为此,可与地方人防办、城市规划设计等部门、企业合作,设计一系列开放性、设计性课题,由指导教师负责将创新性实验与社会服务结合起来,取得良好的社会效益。另外,积极鼓励和协助学生参加学科竞赛(如结构创新大赛、交通科技大赛等),培养学生的创新意识、合作精神和工程实践能力。
四、结语
城市地下空间工程专业作为新兴专业,实践教学特别需要创新,以适应城市建设、社会发展、学科建设的新要求。通过城市地下空间工程专业实践教学体系的构建与创新,优化了各实践教学环节的教学内容、教学方式,提高了学生的独立工作和科技创新能力。因此,必须以创新为主线,以培养卓越地下工程师为目标,充分利用校内外资源,调动社会、学校、教师、学生等的主动性、积极性,不断改进、创新、实践,全面提高学生的综合实践能力。
[参考文献]
[1]周莉.土木工程专业实践性教学体系的研究与实践[J].黑龙江高教研究,2005(1).
[2]潘睿.构建土木工程专业实践教学新体系的研究[J].高等建筑教育,2008(3).
[3]康俊涛.国家特色专业实践教学改革研究――以土木工程专业为例[J].黑龙江高教研究,2013(4).
[4]陈奕柏,杨东全,韩建刚,等.地方高校土木工程专业实验教学内容体系改革实践[J].高等建筑教育,2013,22(1).
[5]吴萱,董俊,张鸿儒.土木工程专业实践教学体系的研究[J].高等建筑教育,2008, 17(2).
[6]康爱红.土木工程专业道路工程课程群课程设计改革与实践[J].淮海工学院学报:人文社会科学版,2012(15).
[7]董倩,刘东燕,黄林青.卓越土木工程师实践教学体系构建[J].中国大学教学,2012(1).
关键词:实验室建设;实验教学管理改革;促进教学科研
土力学、土力学与地基基础、土质学与土力学、工程地质与土力学是土木工程、水利水电工程、交通工程等专业的重要技术基础课程。这些课程主要是研究地表及一定深度范围内岩石和土的物理化学指标、工程力学特性的,工程建成以后对作为地基岩石和土的应力、应变、强度、稳定性、渗透性的影响变化及力学性能,为各类构筑物、建筑物的规划设计、建设施工提供力学理论计算依据,确保各类构筑物、建筑物不发生倾斜、开裂、基础断裂、地基滑动、不均匀沉陷、地基液化失效、坡面滑动等各种地基基础工程事故,使其在设计年限内安全可靠地正常使用。土工实验是上述几门课程的重要组成部分,它是通过仪器设备按规范测试确定岩石和土的物理和力学指标。实践性教学环节与课程理论教学并重对于教学是重要的,对于生产和科研更是关键技术环节。
我校水利土木学院已有58年的办学历史,办学初期就设置了水利水电工程专业、土木工程专业、道路与桥梁专业,并建立了土工实验室。50多年来为山东省乃至全国培养了数万名水利土木类专业技术人才,为国家和社会做出了应有的贡献。近10年来,随着国民经济持续发展和GDP稳步增长,土木、水利、交通等工程也伴随社会发展呈现迅猛发展的态势。全国大部分高等院校设置了土木类专业,以满足社会对土木类专业人才的需求。这对土工类高等教育发展既是机遇也是挑战,也对土工实验室扩建及仪器设备更新和实验室教学管理改革提出了新的要求。
1 加强实验室建设
1.1 实验室原有状况
我校原有土工实验室面积小、仪器设备种类少、同类型仪器设备台件数也少,仪器设备仅有69台套,实验室面积仅有100平方米,可摆放的仪器设备有限,教师备课只能挤在一个角落里。因此学生没有同时动手做实验的机会,基本是学生轮流做或部分学生做、部分学生看。一些必须开设的实验项目经常是用1~2台仪器做演示,大部分学生围着看。简陋的条件很难培养学生对土力学的兴趣,更谈不上对土力学理论的深刻理解和操作技能的训练,也就适应不了社会对应用型人才需求和学术型人才培养的要求。
1.2 扩面积和增设备
为适应社会发展需求,学校进行了以理论联系实际、强化学生操作技能训练、促进科研水平提高为目标的实验教学改革。十几年来学校投入1 000余万元,首先扩大实验室面积,1998~1999年由原来100平方米扩大到200平方米;淘汰了陈旧落后的仪器设备,更新增添了新的实验设备种类和数量共130余台套,同种类仪器设备由原来的3~4台增加到15~20台。每班学生人数约30人,最多35人,这样一个班全体学生在做实验时可2人合用1台仪器,2人1组既可商量讨论互相配合又有动手操作的机会。
2007~2012年实验室面积又从200平方米扩大到600平方米,新购置了土工实验土工微机数据采集处理系统30台套,MC-3型核子密度湿度仪3台,SDT-10型微机控制电液伺服土动三轴实验机2套,USD-10微机控制非饱和土三轴实验机2套,有力地促进了土力学理论及实验教学适应社会需求,支撑了教师科研和研究生的培养以及对土力学学科发展的跟踪。
2 实验教学及管理改革措施
我校土木、水利和交通3个专业的学生实验课只有6~10个学时(总学时一般为36~54个),周末及节假日实验室仪器设备处于闲置状态。为此实验室报请学校领导同意,在确保教学大纲规定的实验教学学时不变前提下实验室对外开放,承担设计院所送检勘探土样的测试。同时要求学生以土力学课程实习的形式参与其中的实验测试工作,规定每个学生累积参与时间不少于20小时,参与实验工作的业绩计入土工实验课成绩。
实验室鼓励有热情有兴趣的学生和有勤工俭学需求的学生申请参与对外承担的土样测试工作。参与形式多样化:可以寒暑假参与,可以在学期间的周日和晚上参与,也可以课余零星时间参与。从参与的学生中选出责任心强的作为组长和副组长,负责参与学生的考勤、工作分派、津贴发放和向责任教师沟通汇报等。
所有土力学教师除在教研室备课、上课外,平时均在实验室工作。身兼数职:课堂及实验室教学、科研实验测试、对外技术服务等。
实验室设备数量及完好情况、水电及门窗等安全责任人为实验中心主任,直接负责人为专职实验教师。实验室内及门口均装有视频监控,记录保存每天实验室监控画面,硬盘容量可存半年图像数据资料。教师都有实验室钥匙,学生仅组长和副组长有钥匙,以方便进出和加班,实验室实行24小时开放。
3 促进了教学科研提高
3.1 教学效果突出
实验室物质条件的改善和管理上的对外开放,使学生感受到原来普通泥巴砂砾石块蕴含那么多的知识学问,从而提高了学习兴趣,强化了动手能力,使学生由原来枯燥的被动学习变为积极主动地学习,对土力学理论普遍掌握得扎实,学习成绩也大幅提高,同时对土力学及土工实验的重要性认识更加深刻;对外承担一定量的土工实验,开创了学生课程实习条件,提供了勤工俭学和兴趣学习岗位,增加了学校师生与外部同行业的联系机会,也了解到行业需求和学科发展的趋势。
据统计,10年来有30余名学生因在土工实验室参与过实验工作,认识了土力学学科意义,培养了兴趣,先后考取“211”院校岩土方向的硕士及博士研究生;还有几十名有土工实验室工作经历的本科毕业生就业于地质勘探和土建施工单位,很快适应工作并成为业务骨干。
3.2 科研成绩显著
3.2.1 构建新的土工实验教学内容体系
从土工实验的工程应用性入手,减少验证性实验,增加设计性、综合性实验。如在做土的液限和塑限实验时,如果液限较高,就要考虑它有可能是膨胀土。《岩土工程基本术语标准》(CB/T 50279-98)对膨胀土定义为:富含亲水矿物并具有显著的吸水膨胀和失水收缩特性的高液限黏土。一般情况下,膨胀土的承载力较高,但浸水承载力衰减较大,具有吸水膨胀、失水收缩和反复胀缩变形、干缩裂隙发育等特性,性质极不稳定,对工程安全影响特别大。对膨胀土就要增加胀缩性指标的测定,包括自由膨胀率实验、膨胀率实验、膨胀力实验、收缩实验等。实习学生特别是研究生参与该项测试工作意义很大,有的研究生在教师指导下,深入查阅膨胀土文献资料,增加实验内容和实验次数,较好地完成了硕士毕业论文。
3.2.2 积极利用新型综合性仪器设备开展教学与科研工作
如新添置的土工实验微机数据采集处理系统,集数据采集和处理于一体,可进行常规实验、部分综合性实验和设计性实验,只需通过计算机操作就能完成实验测试、图表曲线绘制、实验报告编制等。
新进的MC-3型核子密度湿度仪,可快速准确地测量各种土、沥青混凝土等建筑材料的密度和含水量。还可测沥青混凝土空隙率,仪器内设有微处理器,一般情况下只需输入测量计数时间(或测量要求的精度)和被测材料室内实验的最大密度,按启动键即可很快测量读出测量深度、日期、计数时间和测量结果:湿容重、水分重、干密度、百分含水率、百分压实率、百分孔隙率等。
新进的SDT-10型微机控制电液伺服土动三轴实验机,主要用于岩石、砂土、岩浆的轴向压力和侧向压力的强度实验、土动力学实验,还可用于测定细粒土和砂土的总抗剪强度和有效抗剪强度参数的实验。还可根据排水条件的不同完成不固结不排水剪实验、固结不排水剪实验、固结排水剪实验。内置实验软件在WindowsXP/2000中文环境下工作,具有强大的数据处理功能,实验条件和实验数据结果自动存盘,显示并打印符合国家相关标准规范的实验曲线、表格和报告等。USD-10微机控制非饱和土三轴实验机,是通过3~4个圆柱形试样分别在不同的恒定周围压力(即小主应力 3)下,施加轴向压力〔即主应力差( 1- 3)〕,进行剪切直至破坏,测定土的抗剪强度,然后根据摩尔-库仑理论,求得抗剪强度参数,对细粒土和砂土求得总抗剪强度和有效抗剪强度参数等。
这些新仪器设备的投入使用,为教师承担横向课题和申报纵向课题搭建了较高的科研技术平台,如承接的国家电网泰山蓄能电站地基勘探土样测试、京沪高速公路泰安段路基勘探土样测试和济南许多高层建筑地基勘探土样测试等,委托方正是看到学校教师严谨求实的工作作风和先进综合的仪器设备才来委托的。教师通过这些实验项目再加上一些自己的研究思路,可很好地指导研究生做课题论文和进行科学研究,使本科和研究生教学、科学研究和对外技术服务互相促进、相得益彰。
近10年来笔者积极参与工作,获益匪浅,先后与其他教师20余篇,编写土力学及土工实验指导教材2部,申请科研经费120余万元。科研成果获山东省科技进步二等奖2次,三等奖1次。
4 结束语
十余年来,学校在土工实验室的持续投入,搭建了较高的科研技术平台,又进行了有效的实验室教学管理改革,极大促进了学生兴趣培养和技能训练,提高了应用型人才和学术型人才的教学培养水平;同时也极大促进了教师技术服务能力和科研创新水平的提高,通过努力也取得了一些成绩。实践启示我们,伴随社会经济的不断发展,教学仪器设备的硬件和教学管理改革的软件也要同步发展。
参考文献
[1] 和学新,张利钧.关于创新及创新人才标准的探讨[J].上海教育科研,2007(11):12-14.
[2] 张新跃.本科应用型创新人才培养模式的思考[J].教育发展研究,2008(34):122-124.
[3] 李勇.实验室管理机制的创新[J].中国电力教育,2010(5):194-195.
[4] 张卫军.构建土工试验创新教学模式探索[J].实验室科学,2005(1):34-35.
关键词:采矿工程;人才培养;卓越工程师;教学体系
作者简介:郭惟嘉(1957-),男,山东济南人,山东科技大学资源与环境工程学院院长,教授;刘音(1973-),女,陕西杨凌人,山东科技大学资源与环境工程学院博士研究生。(山东 青岛 266590)
中图分类号:G642?????文献标识码:A?????文章编号:1007-0079(2012)36-0045-01
山东科技大学采矿专业已有60余年的办学历史,通过近年来对采矿工程专业人才需求的调研和煤矿企业对毕业生质量的反馈,近年来山东科技大学(以下简称“我校”)采矿工程专业毕业生在实践能力和创新能力方面有明显弱化的现象,由此反映出目前传统的教学环节已不能满足卓越采矿工程师人才培养的需要。结合教育部实施“卓越工程师计划”,探索如何通过改革采矿工程专业教学体系,提高学生教学效果,培养出具有创新精神和实践能力相结合的卓越工程师,是采矿卓越工程师人才培养教学体系研究重点。
一、采矿工程专业教学体系目前存在的主要问题
采矿工程专业教学体系目前存在的主要问题包括:人才培养模式单一,适应性不足;培养目标不清楚,学术化倾向严重;课程体系与产业结构调整不适应;工程性缺失和实践环节薄弱;教师队伍缺乏工程经历;产学研合作教育不到位。
二、卓越采矿工程师教学体系的要求与设计
我校卓越采矿工程师的培养计划依据“卓越工程师教育培养计划”,旨在培养工程实践能力强、具备创新精神、适应经济社会发展需要的高素质煤矿行业工程技术人才。针对目前采矿工程专业教学体系存在的问题,卓越采矿工程师培养体系重点放在三个方面:一是要求煤矿行业企业深度参与培养过程;二是学校按照煤矿行业标准培养工程人才;三是强化采矿工程专业学生的创新能力和工程实践能力。由此看出,采矿卓越工程师培养教学体系的关键不仅在于校内实践,更在于在煤矿企业综合实践的实施效果。
为满足以上要求,我校采矿工程专业将卓越工程师人才培养方案与以前的“3+1”定单式人才培养方案相结合,实施校企对接,实行“3+1”培养模式,让企业纳入整个人才培养过程。学生三年在校重点学习数理基础、人文管理和专业知识,第四年到签约单位进行工程实践、毕业实习与毕业设计。这一培养模式既为煤矿企业培养了急需的人才,又可有效解决就业问题,突出了对学生的工程实践和创新能力培养。
三、卓越工程师教学体系改革研究
构建突出特色、强实践、重创新的人才培养体系。采矿工程专业依托专业丰富优质的教学科研资源,并将工程实践能力与创新能力培养贯穿整个四年的教学过程中,构建了横向上相互关联、纵向上相互贯通的人才培养体系。该人才培养体系主要包括系统的教学体系和强有力的保障体系,其中教学体系是核心,主要包含理论教学体系、实践教学体系以及创新能力培养体系(见图1)。
理论体系改革中根据培养目标的要求,注意整体优化,突出特色,主要从三个方面做起:
第一,确定能充分体现采矿工程专业的主干课程。主要有以下7门课程组成:“岩石力学”、“煤矿开采学”、“井巷工程”、“矿井设计”、“矿井通风与安全”、“矿山压力与岩层控制”、“矿井特殊开采”。通过主干课程体系和课程内容的改革使采矿专业课程体系趋于合理,教学内容和教材选用也将进一步优化。
第二,精炼教学内容,实现七个“结合”:着眼于专业的拓展,实现煤矿开采与非煤固体矿床开采相结合、地下开采与露天开采相结合;满足采矿技术发展的需要,实现采矿与机电相结合、采矿与信息技术结合;体现多学科的相互渗透,实现采矿与岩土工程相结合;满足企业发展需要,实现采矿与计算机应用相结合、采矿与环境工程相结合。
第三,加强精品课程和特色教材建设。我校采矿工程专业在矿山压力与控制、矿井特殊开采等方向具有优势和特色,科研成果突出。将优秀科研成果引入教学全过程,教学成果突出,建设了“开采损害与环境保护”、“矿井通风与安全”国家精品课程2门、“矿山压力与控制”校精品课程1门;出版特色教材5本,其中《矿山压力与控制》获省优秀教材一等奖,《开采损害与环境保护》、《矿井通风与安全》获省优秀教材二等奖,实现了科研与教学有机融合。
实践教学体系改革。根据“卓越计划”培养目标,进一步加强实验室和实习基地建设。利用国家级重点实验室和省级实验示范中心平台,扩大实验室开放力度,提高实验室综合利用率;与煤矿企业加强合作,建立稳定的校内外实习基地,为学生的实习、设计、科研实践等创造良好的实践环境;引进煤矿企业的资源和设备,模拟现场工程环境,建立实习模拟矿井,既可节约实习经费也可让学生对矿井有全面的了解。
创建完善的创新能力培养体系。人才培养方案强调课程教学、工程实践与创新能力培养的有机融合,使创新能力培养贯穿整个教学环节,通过多环节训练使学生逐步树立工程意识,学会工程思维方法,不断提高综合素质。通过主干课程教学方式方法的改革、学生参与教师科研项目、开放国家重点实验室、鼓励学生参加各级各类科技竞赛等,学生的创新能力得到极大提高。
加强“双师型”师资队伍建设。首先完善校内专任教师到矿山企业、科研部门学习交流及矿山企业、科研部门高技能人才到校兼职授课的制度和机制。山东科技大学已与山东能源集团签订了全面合作培养采矿专业人才的协议,为教师的现场实践提供了可靠的基地;本专业每年将安排1~2名青年教师到煤矿企业工程岗位工作,或通过实际工程项目设计、科学研究等积累工程实践经验。其次,从煤矿企业、科研部门聘请工程实践经验丰富的工程技术人员担任兼职教师,承担部分专业课程的教学任务,或担任本科生的现场指导老师,承担指导毕业设计等任务。
改革传统的课堂和实践教学方法、考核方式,以适应采矿卓越工程师培养的需要。由于卓越工程师型的学生依据其培养方案有半年的毕业实习是在煤矿现场进行,学生的毕业实习成绩也将由现场实习指导教师和学校指导教师共同评定。学生的毕业论文由学校和煤矿企业的技术人员共同审核。审核合格可参加答辩;审核不合格须重做,来年进行答辩。毕业答辩委员会则由学校专业教师和签约单位的技术人员共同组成,共同参加学生的毕业答辩。认识实习、生产实习和课程设计的考核也可改变传统单一的笔试考核方式,通过笔试、现场答辩以及设计作业等方式综合考核学生的知识应用能力和创造性思维能力。