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【关键词】CDIO 模具设计与制造 实践教学
【课题项目】2010年度河北省高等教育教学改革研究项目:“材料成型与控制专业应用型本科人才培养与市场需求探索”,基金号:10304。
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2013)09-0226-02
一、引言
CDIO( Conceive-Design-Implement-Oper-ate),即“构想―设计―实施―操作”。这4个过程来源于产品/系统的生命周期过程,涵盖了绝大多数的工程师必要的专业活动[1]。它以产品研发到产品运行的生命周期为载体,让学生以主动的、实践的、 课程之间有机联系的方式学习工程。CDIO培养大纲将工程毕业生的能力分为工程基础知识、 个人能力、 人际团队能力和工程系统能力四个层面,大纲要求以综合的培养方式使学生在这四个层面达到预定目标。
组织学生参加大学生创新性实验计划项目、学科竞赛等各种科技创新活动,不断扩大项目资助范围与资助强度,并建立省级校外实践教学基地。国内外的经验都表明CDIO“做中学”的理念和方法是先进可行的,适合工科教育教学过程各个环节的改革。
二、应用型本科院校模具设计与制造专业实践教学环节现状
1.“重理论,轻实践”的陈旧观念
模具设计与制造专业是一个实践性较强的专业,由于受传统观念的影响,相当一部分人认为实践教学附属于理论教学,如果加强实践教学就等于把本科教育与高职教育混为一谈。这种观念扭曲了工程应用型本科人才的培养目标,也扭曲了理论教学与实践教学相互依存、相互促进的辨证关系。
2.实践教学投入不足,管理有待完善
新建工程应用型本科院校大多存在财力不足的现象,导致实验、实训达不到教学大纲的要求。实习基地不够完善,工厂受效益、安全等因素的制约,不愿接受高校实习的学生。另外,新建本科院校青年教师较多,实践经验不足,导致在一些实习、实训环节上出现“走马观花”的现象,难以保证实践教学环节的质量。
3.实践型教师队伍有待加强
目前,高校教师都是硕士、博士毕业,大多是从学校到学校,理论教学无疑能满足要求,但是实践教学经验困乏。基于这种现状,对教师队伍提出了更高的要求,要求组建双师型的教师队伍迫在眉睫。
4.实践环节内容陈旧
新建工程类本科院校实践环节教学课时少,内容陈旧。多为基础性实践,缺少综合性创新性实验。在教学方法上以被动型、灌输型占主导地位,学生很难发挥自身的主观能动性,开发创造性思维[2]。
基于以上现状,有必要引入CDIO理念对模具设计与制造方向的应用型人才实践教学体系进行改革,以增强工程实践意识,培养目前市场需求的人才。
三、基于CDIO工程教育理念的模具设计与制造方向实践教学改革
工程教育模式可以在课堂上有效建立互动式、启发式和探究式的学习方式,能引导学生提出问题,解决问题的方法。实践教学课程的教学改革,既要遵循该课程的传统理论知识,又要符合CDIO工程教育模式对项目支撑课程的要求[3]。
1.CDIO工程教育理念激发学习兴趣
兴趣是最好的老师,兴趣是创造一个欢乐和光明的教学环境的主要途径之一。实践证明,激发学习兴趣的首要前提是学生积极主动地进行创新思维。CDIO的工程教育理念,在一开始,就给学生一个系统的概念,让他们知道要实现这个系统,就要先搞清楚系统中各个模块的相关知识。而各个模块在各个实践环节进行详细讲解,从而激发学生对“做中学”的渴望。在培养学生的学习兴趣,提高学生的实践能力的教学模式中起着重要的作用。围绕模具应用型人才培养目标,制造情景教学环境,采用合理的适合现代学生认知水平的教学方法,最大限度的激发学生求知欲望,因材施教,充分利用应用型本科院校的校内实训机构的优势,把企业的实际项目带进实践教学环节,大力提倡产、学、研相结合的模式。
2.项目的分级与设计
工程实践的精髓是设计,CDIO的理念是基于项目教育和“做中学”的体现,也是强化模具专业学生实践环节的重要手段。改革目标是通过注重培养学生系统工程技术能力,尤其是项目的构思、设计、开发和实施能力,以及较强的自学能力、组织沟通能力和协调能力,吸收世界先进的工程教育理念,建立符合国际工程教育共识的实践课程体系。
在借鉴CDIO工程教育理念,利用项目教学优势,充分发挥学生的主观能动性,培养过程如图1所示[3]。通过广泛调研及企业对毕业生要求“零对接”的状况,设置三级项目来达到CDIO理念要求的专业基本能力和专业核心能力。一级项目是通过学生的毕业设计来强化构思、设计、开发和实施能力,锻炼学生综合解决实际问题的能力。有若干个二级项目培养学生专业技能,在大三、大四时完成,还有几个三级项目,主要培养学生机械类专业的基本技能,在大一、大二时完成。
3.项目的实施与保障
如图1培养过程流程图所示,一级项目毕业实习及毕业设计,这是对学生大学四年学习成果和能力的检验。最好是选择企业的实际题目来做且与模具设计与制造专业密切相关,这样就能够体现CDIO的教学理念。一个较大的题目由一个项目组来完成,毕业实习必须针对各自的题目进行,一个项目组有一个组长,制定该项目的总体方案,其他成员完成各自的分支部分。在此过程中项目组成员要团结协作,以项目为核心,圆满完成该项目的各项指标。对模具设计与制造方向的学生,要求每一个学生利用以色列Cimatron E公司的Cimatron E软件完成产品的测绘和三维造型、快速分模、生成凹模电极、浇注系统模具三维造型及装配、凸、凹模加工代码的生成及仿真。二级项目实施主要强调学生对专业知识的应用能力,对于模具方向的学生主要训练模具设计、制造能力以及在此过程中CAD/CAM、数控加工技术的应用能力。在这一环节中提前布置设计任务,塑料模具课程设计选择小型的塑料制品、饰品,冲压模具课程设计应选用小型冲压件,设计完成后最好能加工成型。三级项目主要是机械类学生必备的技能,包括制图、识图能力、电工、电子实训、机械原理、机械零件项目设计。这是作为工程技术人员必备的素质,也是最基本、最重要的环节,这种能力培养不好,就好像空中楼阁一样,遥遥欲坠,因此要打好坚实基础。一级项目中还有一个更重要的环节,就是金工实习。这是专业基础实习,是工程技术人员必须经过的训练,经过对企业调研,普遍反映应加强这方面的实训,增加金属工艺学的课时,深入了解冷加工、热加工和金属材料及热处理原理。另外低年级的学生实行导师制,设立课外兴趣小组,并与一些设计单位合作,经过查阅资料,设计一些实用模具。
为了保障各级项目的顺利实施,必须有一支实践经验丰富、责任心强的指导教师队伍,注重双师型教师的培养,在安排课程时留出兼职教师的位置,选用企业工程技术人员进行以上三级项目的实施,特别是一级、二级项目指导。确保学生理解实践生产过程,掌握项目的构思、设计、开发、实施的能力。
除了以上保障条件外,学校保证必要的实践教学硬件和所需经费,近年来我校为了营造应用型本科院校条件,投入大量的资金购进了三坐标测量仪、电火花线切割机床、电火花线成型机床、加工中心数控铣床等一系列模具制造所需设备,还配备了模具CAD/CAM/CAE软件,为学生各级项目的实施提供了有力的保障。
四、结束语
我校机电工程系模具设计与制造方向实践环节,基于CDIO理念的工程教育模式,以三级项目为实践流程,充分调动了学生的积极性和主动性,实现了CDIO模式中的做中学的理念,提高了学生CDIOD的能力,以适应社会的需求。
参考文献:
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作为一个跨专业的考博生,在这里,我从三大方面来介绍自己。
个人情况方面
1、个人道德修养
我是个善良开朗的人,诚实、热情,生活态度积极向上,乐于参加各项公益活动,有较强的社会责任感和正义感。尊敬师长,团结同学,对工作热情、吃苦耐劳、责任心强。
2、学第四纪地质学的志愿与恒心
我非常喜欢第四纪地质学。xx年考研的第一志愿就是古生物学与地层学,当时报考的是中国矿业大学地层学方向。考试成绩是第x名。做为一名地质学工作者。确切的说,我是怀着两年之后考地质学学博士的目标在矿大学习。这一天终于到来。
3、知识储备及英语水平
正因为考第四纪地质学的目标,所以读研期间来坚持通过各种途径来进行第四纪地质学的知识储备。(1)利用网络上的精品课程,自学了相关心理学的专业课程,并通过历年各校心理学考研题的练习,加深对学科知识的理解与掌握。(2) 阅读了相关的期刊,了解地质学界的研究动态及发展趋势。(3)阅读了相关的当代第四纪地质学国外译著。学生尽量广地涉猎学科基本知识,尽量深地了解所研究领域的方方面面、过去和现在;建立与完善自己的知识结构。研究生阶段着重加强了查阅专业外文文献和书面写作的训练,并取得了一定效果,有较好的阅读能力。口语水平尚可。
4、研究方法与技能方面与求学的经历
虽说所学专业并非第四纪地质学,但研究生阶段所受到导师细心指教,较为出色掌握了研究的方法,研究的过程与步骤。但研究生阶段重要的是一种研究思维的形成,问题意识(或者说研究素质)的培育、严谨务实学风的养成。读研时所受到的科研思维与方法的训练及教学实践都成为我有资质读第四纪地质学博士的有效证明。硕士研究生专业是农业工程,这其实已是一次跨专业学习。这一次跨专业的学习体会将对于我如何安排及进行第四纪地质学博士的学习会起到正性迁移作用。曲曲折折的求学之路、英文学习的悲悲喜喜、考研时无可奈何的挫败,这些都成为我个人宝贵的经验。
5、不足与可行性弥补
我不是第四纪地质学科班出身,也没有进行过专门的实践训练,这是我无法改变的事实。但是,世上无难事,只怕有心人。只要付出努力,我就可以弥补这些不足。我无法改变过去,却能把握和改变将来。测绘、水工的综合背景也可成为我的优势。半路出家,未必落后! 关于第四纪地质学实践的缺憾相信通过日后杨教授的指点及实践可以得到弥补与提高。
二、读博学习计划与研究设想
1、学习计划
第一学年注重于巩固专业知识基础与弥补实践的不足。专业知识基础包括两个方面内容,一方面是注重经典理论的新角度挖掘,另一方面则是第四纪地质学各个学科发展的最前沿。实践主要可通过以下途径来实现:(1)向有经验的师兄师姐们请教与学习;(2)申请在校外实习;(3)可参与师兄师姐们的课题研究,即可实践又可学习研究思路与方法
第二学年注重于涉猎其它学科与研究具体课题的探索。
第三学年则在导师指导进行课题研究,最终顺利完成课题。
2、研究设想
在导师的指导及其研究领域下进行研究,同时兼顾个人的兴趣,达到学校的毕业要求。
收稿日期:2012-11-16
作者简介:汪演强(1955-),男,广东石油化工学院建筑工程学院工程师,主要从事岩土工程勘察及工程地质学研究,(E-mail)。
摘要:工程地质学在土木工程专业中具有至关重要的学科地位。针对目前工程地质学课程存在的主要问题,对工程地质学课程建设及教学方法提出切实可行的改革措施。全方位培养学生理论联系实际能力、分析问题和解决问题的能力、创新能力和工程意识,培养具有较高素质的高级技术人才。
关键词:工程地质学;土木工程专业; 教学改革
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1005-2909(2013)03-0091-04 一、 工程地质学的学科地位
土木工程专业人才培养方案提出的培养目标是:毕业生能在房屋建筑、工程勘察、地基基础、地下建筑、道路、桥梁等设计、研究、施工、教育、管理、投资开发部门从事技术或管理工作。工程地质学是土木工程专业一门必修的专业基础课,一方面为土力学与基础工程学等专业课程的学习奠定基础,另一方面担负着与工程地质勘察有关的应用地质学基础理论知识学习及实践实习的重要任务,培养学生的实践能力及创新精神。工程地质学通过岩土工程勘察为工程建设服务。在工程建设中首先要查明建设地区或建筑场地的工程地质条件,分析、预测和评价可能存在和发生的工程地质问题,及其对建筑物和地质环境的影响和危害,提出防治不良地质作用的措施。可见必须要有扎实的工程地质学知识才能在实际工程建设中完成工程地质勘察任务。
工程地质问题,是涉及生命和财产安全的大问题,稍有疏忽即可酿成大祸。西安建筑科技大学旧图书馆、铁一局幼儿园教学楼以及西安化工六院某家属楼等,都是由于建筑场地地质条件没勘察清楚,刚好建在地裂缝上而遭到破坏。1976年7月28日唐山7.8级大地震,造成65万多间房屋坍塌,24万多人死亡,主要是建筑结构防震措施缺失及地基液化造成的房屋倒塌,原唐山矿冶学院的图书馆楼因地基液化下陷了一层半。委内瑞拉曾发生6.4级地震,致使楼房地基土液化下陷(图1),也属于地基处理方案不合理造成的工程地质问题。2009年6月27日上海“倒楼”工程事故, 13层楼房(7号楼)整体倒覆(图2),事故原因是施工方将楼房南侧开挖4.6 m深的地下室挖出的土方堆置在楼北侧,高度达10 m左右,加上雨水渗入诱发土体失稳,致使基础桩折断楼房失去支撑而倒覆。该工程事故属人工改变地质环境及雨水渗入诱发土体失稳的工程地质问题。从以上工程事故案例可以看出,天灾固然不可抗拒,但人祸可以避免,这就要求土木工程师熟练掌握工程地质学知识。可见工程地质学课程设置,在土木工程建设中具有举足轻重的学科地位。
图1 地基土液化楼房下陷
图2 上海倒楼事故现场
二、工程地质学课程存在的主要问题
据调查了解及结合学院的实际情况,目前土木工程专业工程地质学教学在师资、实践教学方面存在许多问题[1],而最突出的问题主要有以下两方面。
首先是课程授课学时少。土木工程专业工程地质学为30学时,实际授课课时为26学时。其他多数院校的课时设置为36学时[2]。而按新专业设置,工程地质学教学内容多,在教学内容安排上除了满足主要的工业与民用建筑专业方向外,还要兼顾道路与桥梁工程、岩土工程、地下工程等专业方向。地质基础知识是学科基础,必须牢固掌握,而工程岩土学、水文地质学基础、工程地质分析及岩土工程勘察是分析和解决工程地质问题的专业应用部分,这些知识更加重要。课时设置太少,教学深度难以达到人才培养方案中的培养目标。
其次,室内实验及野外实习少,个别院校没有开设实验实习。 因课时少,在课程设计中往往是首先减少实验实习,致使实践教学环节薄弱或缺失。同时,非地质院校开设的土木工程专业,基本上都没有地质基础方面的实验室,如矿物岩石实验室、地质构造模型室,以及野外地质实习基地。野外地质实习的师资力量也不足,一般非地质院校仅有1~2位工程地质学任课教师,不具备带领野外实习的条件,所以基本上都没有开设野外实习。学生在学习中缺少感性认识,纸上谈兵使这门实践性很强的课程教学大打折扣。
三、教学改革措施
基于工程地质学课程目前存在的主要问题及课程设置的重要性,在适当增加教学课时及工程地质实验实习资金投入的同时,依据多年教学经验,应从以下两方面着手改革。
(一)课程建设方面的改革
(1)相关课程的任课教师组成教学科研团队,开展相关的教学科研活动。由于工程地质学课程教学课时少,所以从事工程地质学教学的教师相对较少,不能形成强大的师资队伍。但工程地质学、土力学及基础工程学课程知识相关性较大,可以组成一个教学科研团队,开展相关的教学科研活动及设计性、综合性实验研究。对这些课程中相互交叉、重复的部分内容进行协商调整。如工程地质学中土的工程地质特性,包括土的物质组成、土的物理力学性质、土的分类与分级,以及地下水的径流状态等,在土力学中属于重点内容。房屋建筑工程地质问题及深基坑开挖工程地质问题,在基础工程学中有较详细讲授。这些内容在工程地质学中不宜重复授课。
(2) 充分利用实验室教学资源。 据调查了解,许多理工科院校在开办土木工程专业的同时,也开设有地理科学类专业,广东石油化工学院也开设了这两个专业。地理科学类专业开设的地质学也都需要进行地质基础实验。为充分利用实验室教学资源,节约实验室重复建设的资金投入,建议两个专业共同建设使用矿物岩石实验室、地质构造模型室,完善地质基础实验教学。开展常见造岩矿物及三大类岩石的认识、鉴定实验,增强学生对矿物、岩石的感性认识,开展地质构造模型实验,使学生理解并掌握地质构造的立体空间展布。
(3)开设岩土工程勘察综合性实验。在土木工程专业人才培养目标中可见,毕业生应能在工程勘察部门从事技术及管理工作。因此,在加强岩土工程勘察理论知识讲授的同时,有必要开设岩土工程勘察综合性实验。把工程地质学、土力学、基础工程学与工程测量等课程中简单、分散、独立的相关实验统一起来,组合成为岩土工程勘察综合性实验。实验内容包括对某一建筑场地测量定位、钻探、原位测试、采取岩土试样、鉴定描述、室内土工试验,综合分析评价,确定土岩层承载力特征值,建议建筑物的基础持力层及基础类型,提出与建筑场地、环境相关的岩土工程综合治理建议。综合性实验旨在把实验项目与生产实际联系起来,培养学生的动手能力、综合运用能力、创新能力。岩土工程勘察综合性实验应连续进行,独立设置课程,时间具有连续性,可以培养学生连续工作的毅力和能力,利于学生提前熟悉就业环境,增强工程意识,形成严谨的科学态度。岩土工程勘察综合性实验更贴近土木工程专业实际,体现大工程观的教育思想。
(4) 开设工程地质相关的专题讲座。 定期开设工程地质相关专题讲座,介绍工程地质与工程建设的依附关系,介绍工程建设、岩土工程治理等方面有关工程地质的典型案例和最新研究成果,提高学生对工程地质学的学习兴趣和日后工程建设设计施工时对工程地质条件的重视。介绍工程地质的新理论、新技术和新方法,拓宽学生的知识面,开阔视野,使学生更多地了解、接受最新的前沿科技成果,使学生能站在更高、更广的角度分析问题,为学生将来成为优秀的土木工程师打下扎实的基础。
(二) 教学方法改革
(1)首先要教会学生获取知识及创新的能力。 大学本科教学的核心并不是让学生去掌握某一种实验方法或某一个专业知识,而是让学生学会发现问题、解决问题的思路及方法,培养学生获取知识及创新的能力[3],实现青出于蓝而胜于蓝。根据专业特点,掌握地质学“将今论古、以古证今”的思维方式和研究方法,养成从地质演化角度分析工程地质条件的思维习惯。地球的内外力地质作用是永不停息的,无时无刻都在按地质演化规律发生着变化,特定的建筑工程与场地地质环境之间是有条件的、动态的平衡,一旦某一因素的变化超越了平衡极限,平衡被打破,工程地质条件就要发生变化,甚至危害建设工程,引发建设工程事故。学会分类、总结、归纳及演绎的逻辑思维方法,将复杂的地质现象(问题)简单化,将特殊的地质现象(问题)典型化,将一般的地质现象(问题)规律化[4]。提高学生自主获取知识的能力,拓展思维,使学生能在课堂授课时间以外,通过自学获得更多有关工程地质的知识,为日后的拓展学习奠定基础,增强创新意识,提升创新能力。
(2)重视学生对实物标本的接触观摩鉴定,实施全开放实验。为学生认识、鉴定常见造岩矿物及常见岩石创造条件,实施全开放实验。也就是在相应的内容讲授及实物标本鉴定演示后,把多套常见矿物岩石标本分组留给学生长时间保管。如图3所示,学生在宿舍利用课余时间做常见矿物岩石鉴定实验,学生在做鉴定实验时允许其刻划、敲打标本,让学生有较多机会接触、认识、鉴定实物标本,并相互交流讨论鉴定体会,反复识记常见造岩矿物及岩石的主要特征。填补部分院校没有地质基础实验室的缺陷,可以收到在实验室实验异曲同工的效果。在实际工作中常见的矿物主要有石英、长石、云母、方解石等,常见的岩石主要有花岗岩、闪长岩、玄武岩、砾岩、砂岩、泥岩、页岩、石灰岩、片麻岩、千枚岩等,这些矿物岩石标本比较容易采集。可利用野外实量采集这些常见的矿物岩石标本,或到地质勘察及地质矿产生产单位收集这些标本,个别难采集的标本应投入资金购买。正由于这些标本容易采集,可当作易耗品借给学生保管,课程结束后才回收标本,提高实验标本的利用率。
图3 学生利用课余时间鉴定矿物岩石标本
(3)重视地质理论与工程实践的密切联系。 地质是工程地质,不能脱离工程建设而单纯讲授地质理论。如讲授三大类岩石时,应结合工程实例分析其工程性质,介绍其作为建筑材料、地基、边坡与周围环境的工程性质。在讲授地下水对工程建设的影响、常见不良地质作用及其防治、不同工程类型常见工程地质问题等内容时,紧密结合较典型的实际工程案例讲授。如茂名市某单位办公楼建筑基础工程案例,建筑物设计有一层地下室,设计采用天然地基箱型基础,由于设计人员对地下水设防水位不重视,没有抗浮设计,在楼房建到地面时回填了基坑边坡,平整了室外地面。当建到第二层时,一场暴雨使整栋建筑物上浮,升高了38 cm,造成工程事故。通过具体工程案例,与学生共同分析、讨论,找出工程事故的工程地质原因,提出有关工程地质问题的防治措施,培养学生理论联系实际的能力,及分析问题、解决问题的能力。
(4)充分利用多媒体技术教学。 多媒体教学不仅可以扩大课堂教学的信息量,而更主要的是增强教学直观性,提高教学质量。如将各种地质现象、工程地质问题、不良地质作用及其防治措施,特别是由于地质原因造成的工程事故及处理措施,以图片的形式给学生演示,辅助教学。把地质构造、地层接触关系等地质演化形成过程制作成动画,使学生更容易理解并增强记忆。如背斜、向斜构造的形成过程及在地面出露的岩层新老关系特征,以动画展示各阶段的过程:地壳下降的同时沉积一套从下至上、由老到新的地层层序地层受水平运动挤压形成背斜、向斜褶皱构造显示背斜核部为老岩层,两翼为新岩层,向斜核部为新岩层,两翼为老岩层地壳上升的同时背斜、向斜上部地层被风化剥蚀削平或背斜成谷向斜成山从地表面显示中间为老岩层,两侧新岩层对称重复出现的为背斜;中间为新岩层,两侧老岩层对称重复出现的为向斜。利用录像设备将野外地质实习、岩土工程勘察施工(包括各种测试、钻探等)制作成电视录像片,在讲授相应的内容时播放,或放在网络教学平台,让学生随时下载观看。增强感性认识,为实践实习打好基础,也可以节省实践实习时间,或代替部分实践实习,填补部分院校没有开设实践实习教学的不足。生动、形象、直观的教学使学生更容易理解。
四、结语
工程地质学是土木工程专业必修的专业基础课,是一门学时不多、内容丰富、教学难度较大、富有挑战性的课程。要培养基础理论知识充实,具有较强的实践能力和创新精神,综合素质高的优秀土木工程师,学校必须要加大对专业建设的投入:完善基础地质实验室并定期补充足够数量的实验标本,建立野外地质实习基地,确保相应的实践实习,包括工程地质勘察实习。任课教师更要加强学习,不断总结、改革教学方法,更新工程地质新技术、新方法,收集积累工程实践案例,从工程建设实际出发培养具有综合素质的高级工程技术人才。
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Teaching reform on engineering geology
WANG Yanqiang
(School of Civil Engineering, Guangdong University of Petrochemical Technology, Maoming 525000, P. R. China)
【关键词】普通地质学;教学改革;主要方向
0引言
《普通地质学》课程(该课程还有其他一些名称,例如《地球科学概论》、《物理地质学》、《动力地质学》)是地质类专业的学生最早接触到的专业基础课,是专业启蒙课程[1]。因此,该课程的教学质量和效果很可能会对后续多门专业课程的教学产生很大影响。鉴于此,教师们应该高度重视这门课程,应该确保其有很高的教学质量和很好的教学效果。
1主要内容和特点
1.1主要内容
《普通地质学》课程的主要内容包括地质学的研究对象、地质学的任务、地质学的研究内容、地质作用及其特点和研究方法、矿物、岩浆作用与火成岩、外力地质作用与沉积岩、变质作用与变质岩、地质年代、地震及地球内部构造、构造运动与地质构造、海底扩张与板块构造、风化作用、河流及其地质作用、冰川及其地质作用、地下水及其地质作用、海水的地质作用、湖泊及沼泽的地质作用、风的地质作用、块体运动、行星地质概述、地球的演化、人类社会与地质环境[2]。
1.2特點
《普通地质学》课程介绍了地球的物质组成、内力地质作用、外力地质作用、地球的历史等,内容很多,几乎涉及到了地质学所有的领域,因此,该课程是一门综合性和总括性的课程。通过这门课程,学生可以对地质学的几乎所有领域都有一定的了解。此外,作为地质类专业的入门课程,《普通地质学》可以看作其他专业课的基础,因此,基础性是该课程另一重要特征。再者,地质学是实践性很强的一门学科,《普通地质学》课程涉及到地质学的几乎所有领域,是一门实践性很强的课程。
2教学改革的主要方向
2.1教学内容和学时
《普通地质学》课程几乎涉及到了地质学的所有领域,内容很多,因此,在教学过程中要突出重点,合理安排学时。
该课程是地质类专业的入门课程,课程的重中之重是地质学的概念、研究内容和研究方法,这些内容可以让学生对地质学有一个初步的认识,为后续学习打下基础。因此,虽然这些内容在教材中所占篇幅很少,但应安排足够多的学时[2]。在这些内容当中,尤其重要的是地质学的研究方法,例如“将今论古”、“以古论今、论未来”等,要向学生详细讲述,还要举例说明,尽可能让所有的学生都能很好地理解和掌握,因为这些内容有助于培养学生的地质学思维和基本的地质能力[2-3]。
该课程中的地球的物质组成、内力地质作用、外力地质作用、地球的历史四个方面的内容在后续的专业课程中几乎都会有更详细的介绍,因此,在该课程中只需要对最关键的内容进行详细讲述,其他内容概述一下即可,没必要面面俱到。例如,在讲解地球的历史这方面的内容时,需要详细讲述地质年代的确定方法,即地层层序律、生物层序律、切割律、同位素年龄,而对于地球演化的整个过程,只需要概述一下即可。
对于这门实践性很强的地质入门课程来说,要重视实践教学,确保充足的实践学时数,而且应该是室内和野外实践教学相结合,这样一方面可以让学生对一些概念或原理有直观的认识,另一方面也能激发他们的专业兴趣。
2.2教学目标
《普通地质学》课程的教学目标之一是向学生传授地质学的入门知识,但更重要的目标是培养学生的地质学思维、基本的地质能力以及对地质学的兴趣[2-3]。如上文所述,该课程中的很多内容在后续课程中会有更详细的介绍,但是学生的地质学思维和基本的地质能力却主要是在这门课程中培养的[2-3]。另外,“兴趣是最好的老师”,如果一个学生对地质学感兴趣,那么他专业课的学习效果可能就会非常好,因此,如何培养大学生对地质学的兴趣是在学生刚进入专业课学习时就应该被探索的重要问题,该课程是地质类专业大学生第一门专业基础课,对激发大学生对地质学的兴趣起到了很重要的作用[3]。
2.3教学方法
不管是理论教学还是实践教学,都应该想方设法激发学生的兴趣、调动学生的积极性、让更多的学生参与课堂教学活动,还要采取一些措施让学生更容易地理解一些概念和原理,以改善教学效果。首先,课堂上教师可以经常提问或者组织学生进行讨论。再者,在教学过程中,教师要注意合理使用多媒体,例如,在讲到岩浆作用与火成岩时,可以放一些岩浆活动的照片或者视频,这样可以使学生更容易理解和掌握相关的概念和原理,也有助于学生专业兴趣的激发。此外,教师还要注意合理使用教学模具和计算机软件。例如,在讲到海底扩张和板块构造这部分内容时,教师可以用计算机软件制作一些动画,这样比单纯的讲述更直观,学生也更容易理解和掌握。
在课外,教师可以鼓励学生多读一些地质科普类或者启蒙类的读物,例如莱伊尔的《地质学原理》,还可以鼓励学生多读一些外文的普通地质学方面的著作。这样可以使他们开阔视野,增强对地质学的兴趣。当然,还可以鼓励学生根据自己的兴趣读一些专业性较强的文献。此外,可以让学生根据所读文献撰写读书报告,还可以让部分学生就所读内容进行课堂汇报。另外,教师可以鼓励学生根据《普通地质学》课程中所学知识就他们感兴趣的内容在课外开展地质方面的小型科研活动,并撰写研究报告或者论文,这样的活动有助于培养学生的地质学思维和基本的地质能力[2-3]。
2.4考核
这门课程的考核应该基于学生的平时表现和期末考试成绩,应该适当减少期末考试成绩所占比重,以鼓励学生平时积极参与教学活动。平时成绩的来源可以有多个方面,实践课成绩是很重要的一个方面,另外还可以包括读书报告、课堂汇报、课堂讨论、课外研究等。期末考试试题应能够很好地反映学生对重要概念和原理理解和掌握的情况。
3总结
《普通地质学》课程内容狠多,教學过程中要重点突出,合理安排学时。地质学的概念、研究内容和研究方法是非常重要的内容,应安排足够多的学时。此外,还要确保充足的实践学时数。该课程的教学目标之一是向学生传授地质学的入门知识,但更重要的目标是培养学生的地质学思维、基本的地质能力以及对地质学的兴趣[2-3]。不管是理论教学还是实践教学,都应该想方设法激发学生的兴趣、调动学生的积极性、让更多的学生参与课堂教学活动,还要采取一些措施让学生更容易地理解一些概念和原理,以改善教学效果。在课外,教师可以鼓励学生多读文献,还可以鼓励学生开展地质方面的小型科研活动。该课程的考核应该基于学生的平时表现和期末考试成绩,应该适当减少期末考试成绩所占比重,以鼓励学生平时积极参与教学活动,期末考试试题应能够很好地反映学生对重要概念和原理理解和掌握的情况。
【参考文献】
[1]舒良树,解国爱,王博,等. 新形势下普通地质学教学内容和课程体系建设的思考[J].高等理科教育,2012,(4):143-147.
[2]夏邦栋.普通地质学[M].北京:地质出版社,1995.
关键词:边坡工程;课程教学;岩石力学;采矿工程;滑坡
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)49-0133-02
一、引言
边坡是指自然或人工形成的斜坡,通常由力学性质不同的岩土材料构成,在漫长的地质构造作用下,逐渐形成了复杂的坡体结构和岩体结构。边坡失稳破坏会诱发滑坡、崩塌和泥石流等地质灾害,造成铁路公路阻塞、掩埋河道以及矿山停工等,带了较大的生命和财产损失。边坡工程是一门以边坡为研究对象的应用性课程,内容涉及土力学、岩石力学、工程地质学、弹塑性力学等多方面知识,具有综合性和实践性强的特点。岩土工程、采矿工程、工程地质等专业的重要专业课程就是边坡工程,国内大专院校开展课程时间并不长,同时由于教学过程中普遍存在理论与实践脱节的问题,往往存在学生学习兴趣差以及分析解决问题能力较差等问题。如何适应当前社会需要,培养理解基础好、动手能力强以及富有实践精神的复合型人才,是值得我们深入研究和探讨的科学问题。
二、边坡工程的课程特点
1.综合性强。边坡根据物质组成往往可以分为岩质边坡和土质边坡,由于岩土二者的物理力学性质差异较大,所以导致工程所关心的科学问题完全不同,对于土质边坡,其稳定性取决于土的变形和强度问题,这其中涉及了土力学方面的知识;对于岩质边坡,其稳定性取决于岩石的强度和结构面的空间分布等,这其中涉及工程地质和岩石力学方面的知识。边坡根据成因又可分为自然边坡和人工边坡,自然边坡是在复杂的地质作用下历经几百万年甚至几千万年演变而来,这就涉及到地质学等;自然状态下经过漫长地质年代作用的岩体一般处于稳定的自然状态。开挖后的人工边坡其平衡状态会遭到破坏,原因是岩体的开挖、地应力的释放等,这就涉及到材料力学、岩石力学等。此外,我们在分析计算时,往往需要用到弹塑性理论来分析边坡的应力和变形等。总之,一门边坡工程涉及土力学、岩石力学、工程地质学、弹塑性力学等多方面知识,课程综合性强。
2.复杂性强。边坡工程具有系统的复杂性,主要从以下两方面体现:①露采边坡是采矿工程大系统中的一个子系统,具有系统性,它属矿山生产的安全保障系统,矿山安全生产要求边坡保持稳定;②既定的工程地质条件和水文地质条件、地形地貌和新构造运动、人类的工程活动等因素都会影响或控制边坡自身的稳定性,而这些影响因素本身就具有复杂性跟不确定性,边坡的稳定性与这些因素综合作用有关,所以会受各相关因素之间的相互影响。因此,只有对这些因素进行全面的系统的分析,才能使边坡整体性能达到最佳状态。而且各因素对边坡稳定性的影响作用是不同的。所以边坡工程的课程教学也要求教师从系统上进行全面、多方位的教学,从而使课程复杂性增强。
3.理论性强。边坡工程中既涉及岩土的强度问题,又有变形问题和稳定问题,课程内容较多并且理论性强。研究边坡的强度问题时,需理解有效应力原理、达西定律、岩土的强度准则、岩土的本构模型、结构面的力学模型以及常规的室内外试验方法等;研究边坡的变形问题时,需掌握固结理论、分层总和法等内容;研究边坡的稳定问题时,需掌握强度折减法、赤平极射投影以及结构面配套分析方法等。此外,边坡问题不仅涉及静力问题,还包括动力问题,故边坡工程是一门理论性很强的课程。
4.应用性强。边坡工程所研究的问题来自于现场,同时服务于现场。学习的目的是能将实际工程问题进行简化,从而可以用所学的理论知识进行分析,最后达到解决实际工程问题的目的。边坡稳定问题等是工程所关心的热点问题,监测以及预警的手段和方法等直接服务应用于现场。
三、课程教学中存在的问题
1.教材选择困难。作为一门专业选修课,边坡工程方面的科研著作较多,教材偏少。边坡工程的教材普遍存在行业性强、内容体系不统一等问题。
2.授课对象理论基础偏弱。边坡工程课程主要面向已学过专业基础课的理工科大三学生。然而,笔者在授课过程中发现,部分专业的学生对土力学、岩石力学、工程地质学以及弹塑性力学的基本理论理解差,甚至不了解一些基本概念。这一方面与边坡工程自身综合性较强有关,另一方面反映出教学对象理论基础薄弱等问题,这无疑会影响教学质量和教学效果。
3.实践和试验环节薄弱。大部分授课老师缺乏实践经验,从理论到理论,现场经验严重缺乏,很难向学生传授具体的边坡工程实践常识,而学生通常很反感概念性的东西,空洞无物的讲解只会让学生兴致缺失,甚至产生厌学、抵触心理,不但达不到理想的教学效果,还会适得其反。
4.授课对象创新思维不足。现今,创新思维能力强弱已成为影响学生就业竞争力和科研能力的重要因素。但是,我们的学生长期处于中国传统模式教育下,学生的自主创新能力明显不足,这在社会生活和工作实践中已明显地表现了出来。
四、关于边坡工程教学的建议
1.丰富教材种类。由于在边坡工程教学中,边坡工程方面的科研著作较多,教材偏少,且教材普遍存在行业性强、内容体系不统一等问题。所以授课教师应在教学中总结经验,发现问题,以致能够探索、丰富并编辑出更多适合边坡工程课程教学类的教材。从而解决教材选择困难的问题。
2.优化教学内容设置。针对不同的专业方向,边坡工程的教学内容设置应有所不同,其侧重点应有所差异。比如水利工程方向,教学内容应侧重于高陡岩石边坡的地震响应、渗流变形以及坝坡稳定方面;公路和铁路工程方向,教学内容应侧重于边坡静力稳定、边坡加固以及滑坡防治等方面;工程地质方向,教学内容应侧重于边坡成因分析、坡体裂隙构造分析等的方面;而采矿工程方向,则应以边坡爆破、深部岩体力学、三维地质建模以及灾害预警方法为重点。同时,教学内容的设置应考虑授课对象的知识结构,避免课程内容与相关内容的交叉重复。
3.加强基础课程教学。针对学生对土力学、岩石力学、工程地质学以及弹塑性力学的基本理论理解差,甚至不了解一些基本概念的问题,课程教学中应加强基础理论的授予,增强学生的理论基础。
4.开放式互动教学。对于边坡工程课程的讲解,应以工程实例、工程实物、工程照片为主,采用开放式互动的教学方式,结合工程实例,将施工现场搬到教室,使抽象的理论概念具体化,让教学更加生动形象,将课堂知识与现场实际紧密联系起来针对具体问题进行讨论,激发学生的学习兴趣,改善教学效果。
5.理论性与方法性并重。边坡工程具有应用性强的特点,在讲授理论的同时,应重视对方法性的讲解。以边坡稳定性分析的讲授为例,首先向学生介绍各种边坡稳定性的计算方法,特别是讲解某些复杂方法的计算分析步骤,能让学生充分地理解理论的原理。同时,应强调边坡稳定性分析的方法是“定性分析,定量计算”,使学生懂得在边坡工程的详细勘察,室内外试验的基础上进行边坡稳定性的评价,深入认识边坡的变形机制和破坏模式才是边坡稳定性评价的根本。
6.课程教学与实践教学结合。边坡工程是应用型课程,培养学生应用能力和创新意识,开展素质教育的重要途径就是实践教学,通过实际工程的边坡勘察及试验资料,让学生应用所学的知识,对实际边坡进行稳定性评价并提出治理设计建议,使他们能深入理解和掌握边坡工程理论。在一些实际工程中,很多通过商业软件来计算分析边坡工程的稳定性评价,这样学生容易忽视各种分析方法的基础理论应用,只是单纯地成为软件操作员,对自己的计算结果盲目不能确定,这就成了从事岩土工程专业毕业生的危险因素。在这里我们要强调基本理论的重要性,同时要使课堂知识与实际工程紧密联系起来,激发学生的学习兴趣,提高学生探索和解决问题的综合能力。改善教学效果,满足高校人才培养注重服务社会的需求。
7.启发科研思路。边坡工程是工程建设中一个古老而常新的问题,边坡工程实践结果表明,边坡是一个复杂的物理系统,目前的理论水平较低。仍以边坡稳定性分析评价为例,边坡稳定的标准究竟是什么?是安全系数,还是边坡的变形量?大量的科学问题等待我们去挖掘。在教学过程中,建议授课教师将科研成果和最新研究动态与学生进行交流,以具体问题为例对学生进行科研思路的启发,使他们不仅掌握基础知识,还能了解学科的方向,形成独立的科研思路,培养其创新能力。
8.促进成果互享,增强创新能力。由于当代社会越来越注重对知识产权的保护,这给我们带来了知识利益保护,但也使学生不能像过去一样实现知识的共享。所以,我们应在课程教学注重研究成果的互享,共同拓展学生的创新能力。
五、结语
边坡工程的教学改革与工程实践的不断发展密切相关,是一个长期持续的过程。通过边坡工程教学工作者的不断努力,学生能够及时掌握有关边坡工程的理论和新方法。我们相信一定能够为工程领域培养出合格的创新型专业人才。
参考文献:
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李明慧,汉族,山东鱼台人。中国科学院青藏高原研究所副研究员。曾就读于山东科技大学(原山东矿业学院)、北京大学和中国地质科学院。2009~2010年在国家留学基金资助下在英国剑桥大学地球科学系访问研究。主要研究方向为湖泊沉积与环境矿物学,主要是利用湖泊沉积物中不同类型的矿物及晶体化学和同位素等,讨论湖泊沉积与环境变化、盐湖矿产资源的物质来源和形成演化,涉及的领域包括自然地理学、地质学、矿物学、地球化学、同位素地球化学、矿床学等多个学科。
在浩瀚的科学史上,曾有居里夫人、多萝西-霍奇金等多位女性科学家撷取诺贝尔奖。女性从深闺中走上世界的舞台,愈走愈远,愈飞愈高。地质科学是公认的“艰辛”科学,然而,在这一几乎是须眉一统的基础科学领域,却有着一位执着的女性。
行走于地质科学界这一片“男人的松林”,从“世界屋脊”青藏高原到“文化血脉”祁连山,都有她的身影。岁月之河穿越而过,她的青春、理想、坚持都赋予给了地质科学的发展。
这就是她,一位执著于地质科学的女性学者――李明慧。
上世纪90年代初,因机缘巧合进入地质专业的大门,从此开始了地质研究职业生涯。攻读硕士、博士,然后是博士后、出国留学,一路走下来,李明慧不断拓展了自己的研究领域。她利用矿物的自然属性讨论环境变化和矿产资源的物质来源及形成演化,涉及自然地理学、地质学、湖泊学、矿物学、地球化学、同位素学等。跨学科的研究需要跨学科的交流方能产生新思想,“青藏高原所的老师和同学们共同创造了团结互助、积极进取、友好和谐的学术氛围和高水平的研究平台,使我受益匪浅。”李明慧由衷地说道。
她秉承了山东女子的聪慧,十多年的努力小有收获,如,在国家自然科学基金委青年基金资助下,系统研究了纳木错的单水方解石分布、成因及环境意义,这项研究填补了高海拔地区单水方解石矿物学研究的空白,为湖泊的现代过程研究提供了矿物学方面的资料。又如,高精度地厘定了柴达木盆地西部千米钻孔280万年以来盐类矿物组成、演化序列及其环境意义,并在我国首次发现了硫酸盐矿物尤钠钙矾。
由此,获得了国家留学基金的资助,得以到世界一流学府英国剑桥大学留学,开展访问研究。这所拥有八百多年历史的大学处处洋溢着高贵和儒雅,除了先进的科学理念,李明慧得以观摩达尔文的手稿、驻足牛顿的苹果树、参观约翰・哈佛曾就读的学院、流连于徐志摩笔下的康桥……这里的一切,都满足了一位女性的浪漫想象和学子对知识的无限渴求。东西方文化在她身上相遇,使得李明慧对科研工作有了更深层次的理解、认识和思考。
2005年进入青藏高原研究所以来,李明慧从事环境矿物学、湖泊沉积与环境变化的研究,并逐渐形成了自己的研究思路,即利用矿物学、同位素和地球化学等手段,讨论湖泊沉积与环境变化、盐湖矿产资源的物质来源和形成演化,研究涉及的领域主要包括自然地理学、地质学、环境矿物学、地球化学、同位素地球化学、矿床学等。
李明慧的研究涉及的主要是盐类矿物和粘土矿物,特别是盐类矿物。盐类矿物是天然水体受蒸发而使某些组分达到饱和形成的化学沉积矿物,一般出现在海相和湖沼沉积以及干旱气候带的盐渍土中。所以,盐类矿物可以很好地反映干旱气候环境。如,随着蒸发作用的增强,碳酸钙的矿物方解石、文石等最先从水中析出,其次为硫酸钙矿物石膏,其余依次析出的矿物有石盐,硫酸钠镁盐矿物,钾镁盐矿物等。根据矿物的种类,可判断古代湖水的浓缩程度和气候环境的干旱情况。比如,在距今2.1千年左右,纳木错开始析出单水方解石,说明距今2.1千年左右纳木错湖水中盐度明显增加。又如,柴达木盆地硫酸盐矿物――尤钠钙矾的析出说明当时的水温很高,远高于室温。
目前,盐类矿物大约有200多种,硬度很低,化学成分比较简单,透明或半透明,大部分为白色、无色或灰色。除了具有环境意义外,盐类矿物还有重要的利用价值,如芒硝、石膏、钾盐、石盐、硼砂等,都是重要的矿产资源,广泛应用于生产和生活中。
“合作导师康世昌研究员和朱立平研究员给予各方面的大力支持,易朝路和方小敏两位研究员提供了稳定的空间和高水平的研究平台,得以安身立命、从事科研工作。这些老师们渊博的学识、严谨的治学精神使我受益匪浅。”李明慧由衷的说道。
地质学是一门特殊的科学,地质学家是把脑力劳动和艰苦的体力劳动相结合的特殊的职业者。有人这样形容地质人员的工作“上山背馒头,下山背石头”。“通常,野外工作的地方风景都很秀美,完全是大自然的造化,除了地质人员的敲打,很少有人工雕琢的痕迹。地质历史的深邃令人心胸开阔。”
谈着自己钟爱的事业,李明慧的眼睛闪烁着光芒,她说:地质工作是愉快的探险旅游。“比如,当我们站在玉门关下,面对一望无际的荒野,能更切实地体会什么是;‘春风不度玉门关’;工作中手脚并用的时候,才知道什么是‘爬山’,才知道上山容易下山有多难;的蓝天白云有多诱人,缺氧的高原反应就有多痛苦;很多历史书籍或历史剧中都会讴歌人类的伟大和不朽,但对地球历史的探索过程中,地质工作者感受到的是人类的渺小和无奈。”
地质工作虽然辛苦,也有很多乐趣。“新疆的一次野外工作结束后,两个学生去联系宾馆住宿,被服务人员拒绝了,理由是他们看起来不像好人:皮肤黝黑、粗糙,头发又长(好久没理发了)。这件事被大家当作笑谈。早年,藏北牧区的车少,牧民的狗见了汽车就会狂叫、还追车。一次,一条狗从山坡上叫着向下狂奔,但坡道陡峭,它奔跑的速度有点快,一下子滚了下来,倒把司机吓了一跳。”
关键词:土木工程;地下建筑工程;岩体力学;教学改革
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2013)35-0049-02
《岩体力学》是岩土工程、地质工程专业的专业基础课程之一,也是土木工程、水利工程等学科的主要专业课之一。岩体力学是近展起来的一门新兴学科和边缘学科,是一门应用性和实践性很强的应用基础学科。岩体力学是研究岩体在各种力场作用下变形与破坏规律的理论及其实际应用的科学,是一门应用型基础学科。岩体力学是一门认识和控制岩石系统的力学行为和工程功能的科学。因此,在岩体力学教学中必须加强教学内容改革和加强课程实践环节,体现岩体力学作为基础学科内容的完整性和土木工程专业基础的实践性,引导和推动学生积极地投身到该课程的学习中去。我校土木工程专业从成立时,一直将《岩体力学》课程作为主要专业基础课程,并已形成了良好的教学传统,教材及实验条件都十分充足;且该课程一直作为我岩土工程、地质工程硕士、博士入学考试的科目之一,经过多年的教学实践获得了较好的课程教学经验。但在我校也存在多个专业不同方向都沿用一套教材、一套大纲、一套讲义的教学现状问题,并未结合专业方向特色进行有针对性的改革;故此结合近几年对我校土木工程专业地下建筑专业方向本科生授课经验及感受,介绍面向地建专业方向的岩体力学课程安排和教学方法改革的相关措施及效果。
一、课程内容及教学安排
1.教材选择。目前国内岩体力学教材比较多,侧重点也有所不同,通过对国内其他兄弟院校授课教材调研发现,基本上都是采用本校权威教授所编的教材或者是国家规划教材。结合我校地质学专业特色及课程教学团队经验,采用我校刘佑荣教授所编的,由中国地质大学出版社出版的《岩体力学》教材;2009年又再次对教材进行了重新编审,由北京化工出版社出版了修订版的《岩体力学》教材,对部分章节进行了合并,并增加了目前国内外研究方面的成果,例如结构面网络模拟等内容。近2年授课则是以这本修编教材为主,但在部分章节的授课中也兼顾了蔡美峰主编的《岩石力学与工程》教材,供学生课后学习,以满足本专业学生对岩体力学知识的需求。
2.课程内容优化。结合教材的内容编排,主要从以下几方面的内容来进行重点讲解,包括岩体的地质特征,岩体的物理、地下洞室围岩应力重分布,边坡岩体稳定性分析等内容。在具体内容编排中也适当地增加了部分内容,如在岩体的地质特征章节,补充安排了工程岩体分类等内容;在岩体强度与变形性质方面,增加了地下工程岩体分级标准及体系的相关介绍;在内容编排上突出地下建筑方向的专业特点及需求。
3.教学学时安排。本课程的课时安排在第三学年的第五学期,总学时为40个学时,2.5个学分,其中课堂教学34个学时,实验课6个学时。本门课程是在系统学习完理论力学、材料力学等力学基础课后进行开设的。
二、课程教学方法改革
1.围绕专业工程实例展开授课。《岩体力学》课本身就是实践性特别强的一门课,在进行每一章节的授课时,可以多以工程实例来展开,尤其是国内外比较知名的工程实例,多多采用照片、录像等生动形象的方式,来增加学生的感性认识,使学生投入其中,增强学生学习的兴趣及热情。例如,在讲第五章地应力的时候,可以结合水利水电工程中,如锦屏电站的高地应力问题来说明地应力研究的重要性;在讲边坡工程,可以选用大量边坡地质灾害的图片。由问题入手,来追根溯源找到解决问题的源头。
2.结合专业方向特色来授课。岩体力学作为土木工程、地质工程、采矿工程等诸多工程的主干专业课,面对的专业层次不尽相同,在授课的时候尽量能结合专业背景展开。针对地下建筑工程方向的学生,要从学生的专业方向特色及专业需求来阐述。作为土木工程地下建筑方向的本科生,《岩体力学》这门学科的发展都与地下工程的发展是密不可分的。从本质来讲,纵观岩体力学发展的几个重要阶段,从19世纪末~20世纪初的初始阶段诞生的静水压力理论、侧压系数,到20世纪初~20世纪30年代的经验理论阶段出现的普氏理论、太沙基理论,然后在20世纪30年代~20世纪60年代产生的围岩和支护共同作用理论及地质结构理论,这些重大理论及思想的诞生过程就是对地下工程认识实践不断深入的过程,并促进了岩体力学学科向前发展。在授课时,可以将这一发展脉络讲述给学生,并贯穿到后续的课程教学中,不仅大大地培养了学生对自己专业的自豪感,也加深了对自己专业的认识。
3.结合教师科研工作来授课。讲授这门课的老师,不仅有科研经历丰富的教授博导,也有刚走出校园的博士年轻教师,他们在长期的工作和求学中,完成和参与了大量的科研项目,也取得了一定科研沉淀。在授课时,可以将这些科研成果进行整理,在每章结束时,抽出专门的时间,做个与授课内容相关的小型专题讲座,丰富学生的专业眼界的同时,也可将岩体力学最新的研究方法、手段和技术介绍给学生。例如,在讲地应力一章,就曾经将参与过的地应力测试及地应力反演分析的课题成果向学生进行介绍;讲地下洞室稳定性时,就将参与的软岩隧道科研项目成果进行介绍;上课时的反响很热烈,大大激发了学生科研的热情,建立了专业教师和学生之间一座良好的沟通桥梁。尤其是对那些希望继续攻读研究生的学生,也为他们开启了一扇科研的窗户;此外,也让学生了解授课老师及其团队的专业方向及特长,为后续研究生报考提供了便利条件。
4.结合学生实践课来展开。我校《岩体力学》课程是安排在大三上学期,上这门课的学生仅仅经历的与此相关的实践环节就是大二结束时的地质学专业教学实习。虽然是地质实习,但也是与这门课的研究对象——各类岩体在打交道,例如各种岩石、结构面。在上课时,不妨将课程中提到的各种岩块、结构面等内容与实习中能看到的种类联系起来,使学生的认识更为深刻。例如,在谈岩块、结构面和岩体的地质特征时,便可列举实习线路中各类成因、不同类型、不同特征的结构面及岩石;在讲结构面的强度及变形性质时,可以将实习中遇到的各种断层、软弱结构面等现象作为实例来分析其性质上的差异。这些实例学生在实习中都亲自参与过,已经有了部分感性上的认识,重新回到课堂上学习其相关的知识,认识和教学效果也会更好。
《岩体力学》课程内容丰富,更要求我们在教学时进行一定的教学改革,要结合所教学生专业方向的特点以及未来需求,多采用先进的教学手段和方法,注重加强理论基础联系工程实际的教学模式,提高学生认识问题深度和广度,培养学生良好的工程专业素养和专业精神,为学生后续的发展奠定良好的基础。
参考文献:
[1]刘佑荣,唐辉明.岩体力学[M].武汉:中国地质大学出版社,1999.
[2]刘佑荣,唐辉明.岩体力学[M].北京:化学工业出版社,2009.
[关键词] 专业建设;地球化学;人才培养
Abstract: The optimization of geochemical professional personnel training programs, perfect geochemical curriculum system, strengthening of laboratory and practical bases, relying on the background of graduate teaching, drawing on the graduate training model, strengthen the construction of professional teachers, to strengthen the educational reform, promote the construction of teaching materials strengthen the geochemistry professional building tasks.[Key words] :professional building; geochemistry; personnel training
中图分类号:P59文献标识码:A 文章编号:
地球化学是地质学科领域的重要分支。其基础是地质学,但涉及化学、物理学等基础学科,是研究地球乃至宇宙中化学元素分布、存在形式、共生组合、集中分散及迁移循环规律的科学。因此培养大量的适合形势发展的、高水平的地球化学高级专门人才就成为必须和急需。
一、地球化学专业人才培养的重要性
1.地球化学专业需要大量的理论研究人才
地球化学在资源、环境、生命与健康领域的研究显示出勃勃生机。在国内,国家自然科学基金委员会地球科学部专门列有地球化学学科。根据郭进义对2006年度地球化学领域项目评审与成果分析,地球化学学科每年基金受理350项左右(2006年度364项),涉及学术单位119个。从国内外学科发展趋势及所涉及的大量用人单位来看,必然需要大量的地球化学理论研究人才。
2.国家重点资源能源发展需要大量的地球化学应用型人才
资源安全是国家经济可持续发展的保障。中国人均资源量很少,随着经济规模的迅速扩大,资源压力日益显著,形成了经济发展的瓶颈。国家需要加大勘查和开发矿产资源力度,必然需要大量地球化学高级专门人才充实各地质部门及地质队,此外,国家安全必须保证一定数量的核威慑力。无论是核电还是核军工都需要大量的铀矿资源作为后盾。因此培养大量的适合形势发展的铀矿地球化学高级专门人才就成为必须和急需。
3.环境友好战略的需要
随着科技发展和人民生活水平的日益提高,环境问题越来越受到高度重视,环境保护已经深入到城市、矿山、农业、生态等各个领域,科学地开发利用资源是落实科学发展观,实施可持续发展战略的内在要求。因此,培养适应新形势下的环境保护研究和工作人才是社会经济发展的需要。
二、提高地球化学专业建设的建议
1.优化地球化学专业人才培养方案
地球化学系根据社会需求,结合专业自身的特点,确定了地球化学专业的定位和培养目标。专业定位:瞄准地球化学学科发展国际国内前沿,以矿床地球化学和环境地球化学为主要专业方向,继承放射性地质学科专业优势,注重地球化学新理论、新技术、新方法的结合,培养理科为主、理工结合的创新型高级专门人才。培养目标:培养具备地球化学和地质学的基本理论和基本技能,受到基础研究、应用基础研究和技术开发的基本训练,具有较高的科学素养及初步的教学、科研、开发和管理能力,能在科研机构、学校从事地球化学研究或教学工作,在资源、能源、材料、环境、基础工程等方面从事生产、测试、管理等工作的创新型高级专门人才。
2.完善地球化学专业课程体系
(1)理论教学体系的构建。建立扎实的数理化知识体系;有机融合化学与地质学,通过对地球化学、环境地球化学和有机地球化学课程的学习,对化学和地质学内容融会贯通,真正理解如何用化学的方法和手段解决地质问题;设立并加强特色课程的建设,石油既是我们的特色,也是我们的强项,因此在理论课程中加大与油气的关联度,加大有机地球化学和油气地质学课程设置力度;
(2)实践教学体系的构建。改善实验教学条件、完善实验室功能,向学生开放;组织学生自主开展综合性、设计性、创新性实验,设置“资源与环境论坛”,开展“大学生学术论文报告会”、“定向越野大赛”等课外活动,注重培养学生的创新精神和实践能力。
(3)研究生培养模式的借鉴。借鉴研究生培养模式,实行“导师制”精英式培养;毕业设计、课程设计真材实料、真题真做,年年不重复,极大地促进了学生综合素质和创新能力的提高;将最新的科学研究成果融入教学,开设国内外著名专家学者参与的油气地球化学及环境地球化学论坛,开阔了学生视野,提高了学生的综合素质。
3. 加强专业教师队伍建设
建设好一个专业,需要高水平的师资。专业建设要靠教师去完成,有了一支好的师资队伍,教学才有保障;有了一支高水平的师资队伍,还必须要有一个学术造诣深、管理民主及富有感召力的学科专业带头人。学科专业带头人的水平代表着学校在某学科专业的水平,是学校声誉和教学质量的标志。
4. 加强教育教学改革
为了提高学生的国际竞争能力、专业教学与国际接轨的程度,加大对专业课程进行双语教学改革。建设多媒体课件,教学模式采用英文原版教材、全英文课件、板书,外语和汉语交错讲授。在教学方法上,努力探索研究型教学方法的有效实施方式,因地制宜地采用引导启发式、问题研究式、课题参与式教学方法。建设数字课程资源,合理使用网络教学、多媒体教学等现代教学手段,不断改进教学效果。对课程考核方式进行大胆改革。
5. 推进教材建设
根据学校的定位、特色及专业自身培养目标,地球化学专业结合学校“十二五”本科专业规划建设,进一步围绕教材建设开展工作:加强地球化学专业主干课程教材建设的计划与实施,主干课程配套教材建设的计划与实施;加强地球化学专业特色课程教材建设的实施,特色课程配套教材建设的计划与实施;加强地球化学专业课程配套题库建设的计划与实施;组织编写具有自身特色的相关教材和参考书;组织编写以现场案例分析和习题为主的辅助教材。
三、结论
综上,只有不断提升办学思想、办学理念,不断完善实习基地和实验室配套设施的建设,不断健全各项规章制度和评价体系,才能使实践教学体系与时俱进,开花结果。希望这些经验也能对于理工科其他专业的实践教学具有借鉴意义。
[ 参 考 文 献 ]
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关键词:地质学;标准化;实践教学;改革
作者简介:王佳,博士,重庆科技学院石油与天然气国家级实验教学示范中心实验师。研究方向:沉积地质专业教学及科研工作;谭先锋,重庆科技学院石油与天然气国家级实验教学示范中心;陈青,重庆科技学院石油与天然气国家级实验教学示范中心。(重庆401331)
基金项目:本文系重庆市教学研究改革项目“应用技术型高校资源勘查工程实践创新能力培养研究与实践”(编号:153149)和“‘构造地质’课程群一体化实践教学资源建设研究与实践”(编号:173150)的研究成果。
中图分类号:G642.0文献标识码:A文章编号:1671-0568(2018)05-0012-02
教学标准化是推行教学又好又快发展的重要手段。基于地质学专业实践教学具有较强的实践性,在推行教育部新一轮应用型人才培养改革道路上,地质学专业在实践教学改革实践过程中面临诸多问题,很难采用虚拟仿真教学来实现学生实践环节,大部分实验需要学生在课堂中接触到真实的岩石、矿物等标本才能有效进行,但为了提升地质学专业学生的实践动手能力,只有加快地质学专业实践教学标准化的推进,在实践教学环节中最大限度地发挥学生的动手能力和创新性,才能在提升实践教学效率的同时保障实践教学质量和学生的学习效果。实践教学标准化的实施是一个循序渐进的过程,需要不断总结经验,不断改善和改进,才能寻找到最贴切、最有效的地质学专业实践教学方法。
一、实践教学标准化改革的背景
地质学专业实验课程以专业基础实验为主,需要学生亲自认识观察实验标本,才能加深和巩固对地下各类岩石、矿物和地质现象的认识。以重庆科技学院地质学专业为例,该专业为校级特色专业,隶属于地质学与地质工程校级重点学科,人才培养方案要求本科4年修完180学分,其中实践学时49.5学分,占总学分27.5%,实践课程主要包含专业基础实验、课程设计、专业技能培训以及毕业设计,而在专业基础实验课程教学过程中,限于实验条件或资源的制约,还将面临实验分批进行等问题,因此地质学专业实践教学标准化改革势在必行。通过改变教学模式,让学生成为实验课堂的主体,能使学生应用实践能力和创新能力得到更好的提升。
二、实践教学标准化的实施
对不同的实验类型,需要选择不同的教学方式,因此该教学标准化的实施需要“分模块”“分阶段”地进行,针对地质学专业人才培养方案的设置,主要分为以下三类实践课程类型:专业基础实验、课程设计(实践专周)、毕业设计。
1.专业基础实验。专业基础实验是学生进行地质专业认识与实践的主体实验课程,在学生学习专业知识的同时,还要让学生从实验过程中学到专业背景和必备的专业技能。在该类教学中必须含有实验预习考核、实验方法和内容、实验结果考核三大环节,然而在常规实验过程中常常忽略了实验预习考核,学生对矿物或岩石标本等实验对象没有宏观的认识,因此在实验过程中教师在课堂导入环节做得不够充分。只有加强学生实验预习考核,讓学生对实验对象有充分的认识,实验预习重视,才能更好更快地进入矿物和岩石标本的微观现象观察与描述。当然,在学生实验过程中,教师要采用“问答式”“抽查式”的方式了解学生对难点和重点的掌握情况。对于实验结果的考核,应该考虑到学生的预习和实验完成过程情况,实验态度不端正、存在抄袭的学生要重新进行实验学习,实验结果的考核必须有清晰、合理的考核方式,而且要在实验开始前进行专门的讲解和说明。只有将教案和考核方式联系起来,才能促进实践教学质量的提升。
2.认知实习。就重庆科技学院地质学专业来讲,认知实习以野外实习为主导,但会在实习环节中灌输专业要求,让学生开始接触地质工作要领。野外实习是地质学专业学生必须经历的一个环节,主要以野外地质现象认识为主,培养学生用书本知识解释多样的地质现象的能力。教师在实验教学环节中要注重引导学生掌握地质认识方法,才能让学生在今后的学习中有主动性。当然,虽然在培养过程中以熟悉地质行业背景为主,但对于地质的学习的专业特点,如野外工作的艰辛、地质工作的严谨等,必须培养学生吃苦耐劳、做事精益求精的专业精神,对于野外地质实验教学环节教师必须以身作则、言传身教,给予初次接触到专业领域的学生一个积极的榜样,当然这样的教学模式也会起到事半功倍的效果,让学生通过生产实习很好地认识地质专业的同时,在今后专业课程的学习中能够具有良好的继承性学习模式。
3.课程设计。大学课程设计是针对某一课程的综合性实践教学环节,对于重庆科技学院地质学专业而言,这样的课程在大学应用型能力培养中占有重要的地位,可该类课程设计的教学环节中往往缺乏新意,没有发挥课程设计应该有的培养效果和作用。一般而言,课程设计是综合多门相关课程知识,选择专业技术方法来解决生产过程中某一常见的问题,因此在课程设计教学中必须采用“引导式”“自主性”教学方式为主线,教学中减少技术方法的论述,让学生综合相关专业知识,分组进行讨论,在实行正式课程设计前,需要通过教师针对技术方法的考核或论证,进行课程设计内容。课程设计的考核要体现解决问题的创新性和多解性,主要重点放在学生提出的解决方案,即使问题没有得到解决,但“发现问题-解决问题-思考问题”的学习模式才是课程设计考核要求的重点。
4.生产实习。重庆科技学院地质学专业生产实习一般是与学校签订人才培养合作的协作单位共同完成,以重庆周边地区地质队为主,此环节的教师是生产单位具有良好生产经验的员工,教师在此环节中主要是协调学生野外学习和野外安全工作,给学生一个舒适的学习环境。在此工程中,虽然教师的角色发生转变,但仍主要是培养学生接触单位、接触生产,使学生快速走上岗位,快速上手工作。以前学生实习一般均是以专业知识的学习为主,生产实习主要是教会学生如何将前期专业知识更好的和生产环节相适应,能够把地质学理论知识运用到矿产资源勘探或区域地质调查等工作中去。
5.毕业设计。重庆科技学院地质学专业针对本科毕业设计进行了探索性改革,首先毕业论文的内容选定加大实践环节的比例,对于一些采用实验、实践方式解决科学问题的论文择优通过初选;其次,增加学生在毕业论文实施过程中实践环节的抽查和质量把控,在毕业答辩环节中必须体现实践环节的实施和完成;在毕业设计推优时,对于论文课题具有实践意义的给予一定程度的偏向,突出应用型人才培养。
三、实践教学标准化实施效果评价
通过对近三年毕业的地质专业学生的问卷调查和学校教学质量评估办给予的结果显示,地质专业学生的实践教学效果获得大幅度提升。对196名毕业学生(2014届67人,2015届64人,2016届65人)进行问卷调查的结果显示,184人对实践教学现状感到满意,2016届较2015届、2014届满意度高,平均绩点也逐年呈增长趋势。学校质量评估办反馈显示学生认为实践教学的改革大大提升了自身专业知识学习的自主性和自觉性,对专业知识掌握得更加牢固,同时校企合作单位近两年毕业学生的评价反映学生能够更快地适应单位企业工作环境和要求,人才培养能够真正意义上的实现“下得去、上得来”。
重庆科技学院地球科学系通过不断的改革和创新,注重学生实践动手能力的培养,以应用型人才培养为指导思想,以建立标准化教学体系为抓手,努力推行教学指南、教案、考核方式等要素的标准化,不断寻求高质、高效的教学方法。通过一系列反复的改革,提升了地质学专业人才培养质量,获得学生、学校以及企业单位的一致好评,为国家地质勘探源源不断地输入高质量人才。
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