地下空间开发交叉学科人才培养策略探讨

来源 :教育教学论坛 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaoya2001
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  [摘 要] 改革开放以来,我国社会主义现代化建设成就举世瞩目,国家基础建设也进入了高速發展阶段,地下空间开发建设日趋复杂,并逐渐走向数字化、信息化,急需机械、材料、计算机等学科的支撑和融合。国家建设对于地下空间开发相关人才需求的高层次化,给土木工程人才培养提出了新的挑战。通过分析目前地下空间开发和相关基础设施建设难题,列举人才培养模式中存在的问题,探讨土木工程交叉学科人才培养策略,为新形势下地下空间开发建设人才培养新模式,提出了科学可行的建议与措施。
  [关键词] 土木工程;地下空间开发;交叉学科;人才培养
  [基金项目] 2020年度国家自然科学基金青年项目“冲击扰动下深部岩体结构面剪切蠕变特性及时滞失稳滑移判据研究”(42002266)
  [作者简介] 王 振(1987—),男,河南商丘人,工学博士,南京理工大学讲师,主要从事防护工程研究。
  [中图分类号] C229.29     [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324(2021)41-0165-04    [收稿日期] 2021-06-10
   一、问题研究背景
   伴随着我国城镇人口的急剧增加,国家建设和人民生活对于地下空间的需求越来越大。地下空间涉及人防、建设、市政、环保、电力、交通、水利、国防等诸多方面[1,2]。地下空间承载着地下公用设施、交通基础设施、服务和工业设施甚至国防工程设施,科学综合地规划开发地下空间是未来发展的关键。地铁建设既是城市交通建设的需要,也是人防工程的重要组成部分,截至2020年12月31日,上海已建成轨道交通总里程729km,在建里程217.5km[3]。目前建设地下隧道的主要方式盾构法本身就是土木工程、机械工程及其自动化、计算机科学与技术等多个学科集成的产物。近年来,由于盾构施工中物联网技术与BIM、GIS等多数据融合,海量的数据来源和高速的数据更新频率引起了研究者的兴趣,利用数据挖掘等技术预测盾构掘进过程中的地表沉降、突涌水等风险已经成为研究的热点。盾构挖掘建设中产生的工程渣土方量巨大,仅南京拟建的线路的渣土出土量可达千万方,而目前用于堆放渣土的渣土场几近饱和,工程渣土已成为影响轨道交通建设进度以及城市环境的重要因素,急需向材料科学、化学工程、建筑科学等学科求助寻找工程渣土资源化利用的新途径。此外,目前的特殊国际形势和世界范围内的反恐怖主义浪潮,城市人防、电力、交通的人防设施在极端荷载作用下的安全和防灾减灾,也成为城市建设者急需关注的热点,而这些设计或科研任务的完成需要拥有爆炸力学、材料力学、结构动力学以及人防或者国防相关学科学习背景的专业技术人员。
   随着国家基础建设大力开展,深长隧道在水利工程、高速铁路等工程中层出不穷,地下储气工程、地下核废料处置工程正在不断的研究和进行方案论证。高原地区的深长隧道建设是川藏铁路建设的重要组成部分[4],面对高原、高寒、高海拔、板块运动强烈以及高地温的建设条件[5],很多传统的建设设备和建设方法无法直接应用,如传统的TBM需考虑高海拔对设备降效的影响,应搭载地质预报设备,配备适用性强的超前加固系统和及时支护系统,这种改变需要地质工程、机械设备、材料科学、计算机科学等多个学科的配合才能完成。随着国际环境的变化,我国边境冲突不断加剧,边境地区的基础设施建设也成为建设的重点,地下空间的利用和相关建设是该类基础设施建设的重要组成部分。例如中印边境地区,研发轻质、高强、易拼装的建筑材料,提升建设装配的环境适应能力,发展装配式快速建造技术可快速形成基本保障设施和防护屏障。这些建筑材料和建设技术的突破少不了材料科学、土木工程技术以及机械自动化等多学科的融合。目前,关于地下储气库以及地下核废料处置库已经开展了多项研究,并且研究人员已经得到了一大批研究成果[6,7]。在已有的文献中发现核废料处置库和地下储气库的建设和相关科研活动与新材料、特种机械和设备以及特种施工方法密切相关,必定需要大量的复合型人才贡献自己的智慧和成果。目前地下空间开发问题逐渐从以前的粗放型活动转变为集约型、精细型的活动,所需知识不仅涵盖传统的土木、机械、化工等学科,计算机、人工智能也逐渐成为解决地下空间问题的有力手段。因此,培养交叉学科的人才对于加快地下空间开发建设,提升地下空间开发水平具有重要的意义。
   二、目前地下空间相关人才培养存在的问题
   随着地下空间的开发和利用逐渐成为基础建设和城市建设的热点,具有土木工程教学和科研能力的高校在岩土工程及其相关专业的基础上相继建立了针对地下空间工程的本科专业,并设立地下建筑课程组,主要课程以理论力学、材料力学、土力学、工程地质学、地下空间规划设计、地下建筑结构结构、岩土地下工程施工等专业课为主。课程所学知识主要服务于隧道工程、地下管线、地下储库、地下商业与工业空间等工程的设计、施工、建立研究等技术或管理工作。然而,虽然许多学校已经开设了上述课程培养地下空间建设和开发相关的人才,但传统地下空间建设基础上,兼备计算机、机械工程以及管理、爆炸力学等扎实基础的人才仍然很少。目前,部分高校已经开始交叉学科人才培养方面的探索,如同济大学土木工程学科实行的土木工程+个性化人才培养模式,湖北工业大学王传辉等[8]也进行了校企协同创新体系下交叉学科人才培养模式方面的探索。但是,由于近年来所需地下空间建设相关人才的复合性越来越高,地下空间相关交叉学科的人才缺口仍然较大,需要大力探索地下空间开发所需的交叉学科的培养模式和培养方法,为地下空间开发建设培养更多交叉学科人才。就笔者对上述问题的认识,目前存在的问题主要有以下几点。
   1.培养课程应适应社会的发展。随着我国人防工作的改革和不断地推进,人防工程的设计和施工不断的社会化,人防设计、施工和管理等专业人才缺口逐渐扩大。人防工程大部分涉及地下工程建设和地下空间的利用,与地下空间开发和相关专业关系密切。然而,由于人防专业的特殊性,以前地方的人防相关业务相对较少,人防工程相关人才的需求量较小,开设人防专业的地方高校较少,而普通的地下空间相关专业极少涉及爆炸力学、结构动力学、目标易损性以及人防建筑及结构和设计的相关课程,导致人防建设和设计单位以及一些地方建设单位的涉军项目难以招聘到合适的人才,必须招聘相关专业。然而,这些人才对于人防专业基础知识的缺乏,需要花费大量的时间和经济成本对其进行培训。因此,对于与人防工程紧密相关的地下空间工程专业,应开设少量的基础通识课程和基础力学课程,介绍我国人防事业和人防工程建设的情况,使学生在本科学习时期就对人防工程就有一定的认知,降低就业后对人防工程相关项目的从业门槛和培训难度。同时,逐渐衍生与人防工程专业相近的专业培养体系,以期土木工程教育更适应社会的变革和发展。    2.具有扎实交叉学科基础的人才培养模式有待进一步探索。建设大数据分析、建设数据信息化管理、建设风险预测和评估、传感器与信息融合、智能机械与机器人、施工器械和设备的信息化和智能化等工作是智能建造的前端,也是建筑环境、建筑施工智能化的基础,需要计算机技术、机械及其自动化、传感器科学以及材料科学等多方面知识的支撑解决上述问题。虽然目前有部分学校已经开辟了智能建造相关的专业,但由于所学课程有限以及智能建造本身需要多个学科交叉融合,需要具有较广的基础知识以及对各个交叉学科较强的技术能力和较深的理解。同时,对于智能建造,社会和企业也处于不断的研究和探索阶段,技术更新较快并且信息量较大,需要学习的知识更多、需要更新知识的频率更高。上述学习过程需要花费大量的时间和精力,仅仅四年的本科学习时间,不可能以传统的教学方式将智能建造所需的课程全部一一学习和讲授。因此,对于上述人才的培养还处于探索期,以什么样的方式去培养,设计什么样的课程,需要进一步认真的思考,并建立高效率的培养模式。
   3.实践教學环节重视不够。对于人才培养而言,理论教学与实践教学紧密结合是十分重要的,尤其对于工程类专业的学习,实践环节尤为重要,不应该局限于对书本知识的掌握,学生的专业能力应该体现在实际操作中。例如隧道建设用的工程机械整体性能虽然有了较为明显的提升,但是适应上述环境还存在一定的缺陷,为使现有工程机械适应高寒、高海拔、高温等特殊环境下的施工需要,必须采取一些特殊手段和有效措施才能解决施工中的难题,而这些手段和措施使需要具有一定的处理现场问题和分析现场问题的能力,才能发现问题和解决问题。然而,在目前高校的人才培养模式下,重理论轻实践的现象十分普遍,实践教学环节形式单一,实践课程的安排不足,大多数学生对于实验仪器和实验过程的了解局限于书本,并且由于实验设备的缺乏和教学时间的限制,学生操作设备的机会不多,实践课变成了观摩课,导致学生的实际操作能力严重不足。
   三、地下空间开发交叉学科人才培养的策略
   由于现代地下空间探索、开发和建设的复杂性,其建设过程和使用过程的技术和管理问题的解决不再是单一土木工程学科所能完成的,需要机械、化工、材料、计算机、城市规划和设计以及管理等多个学科进行融合,学科间的而边界逐渐淡化,学科交叉成为学科发展的必要趋势。现代化地下空间的开发与建设需要以土木工程基础知识为基础,并对现场出现的分属于各种学科的问题有着敏锐观察力和解决问题的能力,在除本学科以外的一个学科和多个学科有着扎实基础和深刻理解的交叉学科人才。针对地下空间开发交叉学科的人才培养,应从几个方面进行调整。
   (一)政策和技术发展前沿学习
   我国经济的高速发展的过程中,基础建设的发展尤为突出,特别是近些年来“深地、深海、深空”战略提出以来[9],各种概念层出不穷,各种新技术的更新速度较以前也有了显著的提高。然而,社会上这些新技术的发展不能及时的传回校园,校园内除了基础课外的课程设置陈旧。同时,我国始终处于不同变革和探索过程中,基础设施建设相关的政策不断地改变,也改变着基础设施建设的模式,进而影响行业对人才的需求。因此,作为高校教师,应深入政策和技术发展前沿,及时接收社会变革和技术变革信息,认真学习新知识、新政策,将社会和技术发展前沿带到课堂上来,从而开阔学生视野,引起学生的学习兴趣,为培养适应社会发展的交叉学科人才贡献力量。
   (二)师资队伍建设和专业教材建设
   一方面,应抽调专业骨干教师及时把握社会发展和技术发展前沿,将信息及时传递给其他教师,并形成一支整体结构合理、信息传达顺畅、并具有较好学习能力、适应当代发展的师资队伍。另一方面,改变许多高校教材陈旧,跟不上政策和社会发展前沿的问题,积极组织教师编写高水平的专业教材,将已经发展成熟的新技术写到教材中,将社会上的一些已经萌发并得到一定发展的新技术和新理论作为讨论资料,供青年学子讨论,拓展学生的知识面,增强学生发现问题和解决问题的能力,以适应进入社会后各种新技术的“袭击”。
   (三)实验室和产学研基地建设
   实验室是锻炼学生动手能力、解决问题能力和探索新知识能力的重要场所。同时,产学研基地是高校与社会的重要通道,也是学生接触社会和接触新技术的重要途径。校办企业是产学研中的重要的一环,也是学校与市场沟通的重要桥梁。许多校办企业拥有强大的技术和广阔的市场,能够清晰地把握专业发展动向,科学预测该学科发展趋势,并可根据实践经验对该专业人才培养定位、课程设置、教材建设等学科建设问题提出意见和建议。目前很多学校拥有自己的校办企业,但是缺乏有效整合,服务于学生的教育的功能没有发挥。因此,应该花大力气将学校和企业、研究所等生产单位联系起来,加强二者之间的信息交流,不断的修正培养方案以适应社会的高速发展。
   (四)学生个性化培养
   土木工程学科作为一门传统学科,目前的“热度”已经不如10年前,学生报考的意愿也降低了很多。同时,社会对传统土木学科的需求也逐渐减少,取而代之的是复合型土木工程学科人才,特别是地下空间开发与利用的专业方向,这种需求尤为突出。由于学科交叉日益增多,地下空间开发与利用的交叉学科涉及了多个方向,如空间规划、智慧管理、智能化、法务、数理、力学、创新创业等,学习的头绪较多,将所有交叉学科完全的学习是不可能的。因此,根据社会对人才需求的个性化和学生的个性化,寻找二者之间的兴趣点,进行个性化培养,既可适应社会的发展,又可继续引起学生的兴趣,保持学科的生命力和活力。
   四、结论
   随着社会经济的发展,地下空间的开发和利用对土木工程人才的培养提出了更高的要求,复合型人才是社会发展的必然要求。在基础设施建设快速发展的背景下,遵循人才培养的客观规律,统筹协调好人才培养各项工作之间的关系,充分与相近学科和所需学科融合,相互促进,共同发展,为我国的地下空间开发与建设培养更多的优秀人才。   參考文献
  [1]雷升祥,申艳军,肖清华,等.城市地下空间开发利用现状及未来发展理念[J].地下空间与工程学报,2019,15(4):965-979.
  [2]程光华,王睿,赵牧华,等.国内城市地下空间开发利用现状与发展趋势[J].地学前缘,2019,26(3):39-47.
  [3]罗沛鹏.上海地铁运营里程增至729公里[EB/OL].新华网,(2020-12-26)[2021-05-01].http://sh.xinhuanet.com/
  2020-12/26/c_139619860.htm.
  [4]郭长宝,张永双,蒋良文,等.川藏铁路沿线及邻区环境工程地质问题概论[J].现代地质,2017,31(5):877-889.
  [5]彭建兵,崔鹏,庄建琦.川藏铁路对工程地质提出的挑战[J].岩石力学与工程学报,2020,39(12):2377-2389.
  [6]周学深.有效的天然气调峰储气技术——地下储气库[J].天然气工业,2013,33(10):95-99.
  [7]赵亮,刘平,焦大丁,等.高放废物处置库缓冲回填材料热—水—力耦合研究进展[J].甘肃科技,2019,35(20):59-62.
  [8]王传辉,秦景燕,贺行洋.校企协同创新体系下交叉学科人才培养模式研究——以湖北工业大学土木工程专业防水方向为例[J].高等建筑教育,2015,24(6):10-13.
  [9]赵京燕.创新科技,向深空深海深地挺进[J].国土资源,2016(10):8-11.
  Discussion on the Cultivation Strategy of Interdisciplinary Talents of Underground Space Exploitation
  WANG Zhena, GU Lin-linb, Gao Feia, Yao Jiana
  (a. School of Mechanical Engineering; b. Department of Civil Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing, Jiangsu 210094, China)
   Abstract: Since the reform and opening up, the achievements of China’s socialist modernization construction have attracted worldwide attention. China’s infrastructure has also entered a stage of rapid development. The development and construction of underground space is becoming more and more complex, and it is gradually changing toward digitization and informatization, which urgently need the support and integration of machinery, materials, computer and other disciplines. The high level demand for underground space exploitation talents has posed new challenges to the cultivation of civil engineering talents. By analyzing the current problems in underground space development and related infrastructure construction, listing the problems existing in the talent training model, discussing the talent training strategies of civil engineering, we put forward scientific and feasible suggestions and measures for the new talent training model in the development and construction of underground space under the new situation.
   Key words: civil engineering; underground space exploitation; inter-discipline; talent cultivation
其他文献
讲授法被视为一种基本的、传统的教学方法,也是一种备受批判的教学方法.在教育教学活动从线下向线上转移的过程中,讲授法凭借可行性、有效性、生成性等理性基础成为教师开展线上教学的首要选择.在未来“线上+线下”的教育新常态中,我们更需要对讲授法保持清醒的认识,明确它的合理性,认同它的合法性,不断在教学实践中探索其有效运用,提高其科学化水平.
当前,普通高中学生综合素质评价的突出问题主要包括评价主体单一化、评价内容同质化、评价标准模糊化、评价方式粗陋化、评价监督缺位化等.由此,普通高中学生综合素质评价的各育表现为:德育层面拘泥于传统且浮于表面,智育层面着眼于分数且忽视育人,体育层面关注过场且测验简单,美育层面看重宣传且流于形式,劳育层面偏重于活动且意识零散.如此需要加以矫正:实施“日常考核制”,坚持立德树人,打破僵化思维;实施“科学计分制”,顾及多元因素,恪守以人为本;实施“阶段测验制”,调高测试标准,促进体育锻炼;实施“双向定级制”,强化过程
《义务教育课程标准》总目标指出:在语文学习过程中,要培养学生爱国主义感情、社会主义思想道德和健康的审美情趣,发展个性,培养合作精神,逐步形成积极的人生态度和正确的价值观.所以,在语文教学中,我们把培养学生高尚的道德情操和健康的审美情趣,形成正确的价值观和积极的人生态度作为重要内容.而在学生的这一系列价值观形成过程中,文本人物形象的重建是形成正确价值取向的关键.
期刊
魏晋时期“举贤良”作为对九品中正制的补充,通过皇帝降诏开科、举主选拔推荐、策试评定等第并分等授官的模式,面向各阶层选拔有政略文才的士人.贤良对策文风质朴、立场鲜明,以经义为本阐发军国要政;选拔标准强调唯才是举,并特别说明贤良的私德和风评不在选拔标准之列.魏晋二百年间共降诏“举贤良”至少18次(包括孙吴、十六国政权),体现出统治者对贤良科选拔“有文武器能,有益于时务”者参与政权的重视.
初中阶段的学生好奇心较重,在教学的过程中,教师需要将学生的好奇心转移到学习上,这样就可以有效提高教学的质量.生物知识的学习在初中属于启蒙阶段,所以在初始接触生物知识时,学生也是带有浓郁的好奇心,在这一期间,教师可以充分利用学生的好奇心,带领学生进入到生物的世界中,了解身边一些神奇的生物知识.初步的引导对于学生后续的学习来说十分重要,所以,教师可以在课堂教学之余,利用实验教学法,来加深学生对于生物知识的印象,通过自主化的实验,来提高学生对于知识的探索能力.
期刊
[案例背景]rn这是一节送教下乡的公开课.学校地处偏僻农村,学生相对来说知识面窄;平时他们活泼、好动,但面对新来的城里的老师会怎样?况且,来听课的有区进修学校老师、当地政府分管教育的领导,还有学校校长、教导主任及所有数学老师,这样的阵容他们一定是头一遭碰到,会是什么反应?能集中注意力听课吗?能畅所欲言吗?
期刊
运用CiteSpace知识图谱分析工具对1992年以来我国高考研究领域核心期刊论文进行可视化分析,形成关于高考研究领域内研究作者、研究机构、研究热点、研究前沿和研究趋势的知识图谱.研究发现,我国高考研究的热点聚焦于高考改革、高考试题和教育公平等领域,新高考、新高考改革、核心素养、学科核心素养和综合素质评价是当前及未来一段时期高考研究的前沿话题,尤其是考试科目设置、录取方式、志愿填报等方面的改革需在实践中反思改进.
对于大部分中职学生来说,化学学科难度有点儿大,很容易产生畏难情绪.如何激发学生学习化学的主动性就显得尤其重要.在教学实践中,笔者发现,如果能积极地创设教学情境,激发学生的学习热情,那么学生将可能更主动地参与到化学学习当中.rn一、情感调动,以情引情rn热爱学生是有效教学的必要条件.只有热爱学生,才能更了解学生的需求;才能靠近学生的心灵;才能用真情实感感染学生,与学生产生思想共鸣.按照心理学当中的“互悦机制”,只有喜欢一个人,才能使他更喜欢自己,亦即喜爱引发喜爱.在化学教学当中,师生互相欣赏则是成功教学的必
期刊
在数学教学中,创新性思维越来越受到重视,而批判性思维是创新性思维之一,也是创新性思维形成的前提.数学批判性思维是指在数学学习中,有目的地对学习的内容、形式和结果进行分析、判断、探究、评价,并在此过程中不断地自我反思,最终理解、明晰所学到的知识并能够熟练应用的认知活动.与发展学生核心素养的要求一致,如何在小学数学课堂教学中让创新真正落地,研究和探索学生数学批判性思维就具有十分重要的现实意义.
期刊
在新课改不断深入推行的教学背景下,小学语文教学以生为本的教学理念得到了更高程度的重视及更广泛运用,期望更大限度尊重和满足学生需求,调动学生快乐积极情绪,提高课堂教学效果.