隧道工程课程教学改革思路

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一、“隧道工程”课程教学特点及存在问题

1.“隧道工程”课程特点

(1)“隧道工程”课程内容繁杂而又有较强的独立性。该课程涵盖的知识面广泛,要想学好隧道工程,不但要掌握岩石力学、土力学、工程地质学、结构设计理论等方面的专业知识,而且必须理解隧道自身的理论体系和具体的施工工艺。如隧道新奥法的施工理念、原则和实施流程等。

(2)“隧道工程”课程与工程实践密不可分。在实际设计与施工中,必须遵循行业内的各种规范和规程。在课堂教学中,也必须将这些规范、规程中的核心内容贯穿于教学过程中。因此,该课程与国家制定的行业规范、规程紧密联系。不同行业的地下工程由于其面临的工程地质条件和研究对象不同,导致其设计理论和施工方法差别很大。在本课程的教学过程中,要坚持以各种行业规范为指导方向。同时由于行业规范众多,如同是隧道设计,高速公路隧道设计依据《公路隧道设计规范》(JTGD70-2004),铁路隧道设计则依据《铁路隧道设计规范》(TB10003-2005),城市交通隧道设计则依据《地铁设计规范》(GB50157-2003),相应的施工规范有公路隧道施工技术规范、铁路隧道施工规范、轨道交通工程施工规范等。因此,该课程在学习过程中要以工程规范为指导方向,掌握隧道设计与施工方面的基本概念、基本原理,又要重视对工程实践经验的积累,授课时不能过度依赖于规范。所以,在教学过程中要以基本理论、基本概念以及基本的设计计算方法作为基石,通过接触工程实例,逐渐掌握乃至以理解工程规范的内容和内涵。

(3)“隧道工程”是一门工程实践学科,是从工程中逐渐发展而来。隧道是一种埋置于地层中的工程建筑物,它是由围岩紧紧包裹的,围岩对隧道结构产生作用,又是主要承载结构之一。围岩与隧道结构存在相互作用,且由于隧道施工过程中遇到的工程地质条件和水文地质条件复杂多变,现有的理论体系还不能较好地解释实际工程问题,当前隧道工程中的许多施工新方法、新技术等不断诞生,但这些都需要从理论上提升对其认识水平。因此,“隧道工程”这门课是一门理论和实践紧密结合的课程,在授课过程中,只有将书本上的理论知识和工程实践紧密结合,方能取得良好的教学效果。

2.“隧道工程”课程存在的问题

(1)教学课时减少与教学内容增多的矛盾。随着隧道工程学科的发展,许多新理论、新方法、新工艺不断涌现,隧道工程课程内容越来越多,而随着高校教育改革的实施,各课程课时精简势在必行,“隧道工程”课时压缩幅度较大,要满足该课程的基本教学内容要求非常紧张,满堂灌现象普遍,学生对该课程内容的掌握和应用难度较大。

(2)课程教学内容的更新与学科发展相比明显滞后。现在隧道工程方面的教材或著作很多,但可作为参考的却为数不多,很多教材或著作知识更新过慢、大同小异。各种教材阐述的重点存在差异,缺乏规范的编写机制,所涵盖的内容也不够完善,尤其隧道的最新施工技术、施工工艺及支护设计理论未能及时更新,大多是泛泛而谈,介绍最新研究成果的内容不多。很多目前应用广泛的新技术在隧道工程教材中并未加入,如光纤监测技术已在隧道工程监控量测中得到较好应用,但在现有的教材中却较少提及。

(3)教学模式比较单一,学生学习积极性差。教学方法或教学模式应紧扣教学大纲,针对不同章节的教学内容,选取合理有效的教学手段,只有这样才能提高本门课的教学质量。现在高校中采用的仍然是传统的注入式教学模式,启发式、讨论式模式较少,学生大多被动接受课程内容,缺乏积极性和主动性知识,加上课外作业过多、负担过重,教学效率很难得到进一步提高,这在一定程度上也影响到高校本科生的专业能力培养。

(4)课堂教学与工程实践脱节严重。“隧道工程”,顾名思义只有与工程紧密联系才能讲好这门课,这就要求授课教师必须做到理论与实践相结合。但由于隧道现场施工时,经常会使用炸药、雷管和一些大型的机械设备,且施工作业面狭窄、洞内环境差,学生的现场安全难以得到保证,很多施工单位也不愿意接受学生去实习或参观。因此,学生只能靠想象,不能对隧道整个施工过程有深刻的理解,难以形成系统的、全面的知识体系。

二、隧道工程案例教改思路

(1)文献检索。利用互联网搜索,查阅国内外隧道工程相关研究及教改最新文献,学习前人的教改思路与经验,了解隧道工程课程教学改革现状与发展趋势,对具有代表性、典型性的工程案例进行收集、整理,然后根据授课内容中的知识点进行类型划分。

(2)现场调研。针对当前隧道工程各种重大灾害,如塌方、失稳、冲击地压、突水突泥等,进行野外调研,获取第一手现场资料。通过平时带领学生实习或参与课题组科研项目的过程中,搜集不同领域的隧道工程案例,如大型水利工程、长大交通隧道工程、深部煤矿工程的文字、图纸、现场照片和录像等相关资料,并运用隧道工程的相关理论对具体工程及灾害进行深入剖析。

(3)课前案例教学准备。对案例进行合理的筛选与设计,首先要将教学内容融入案例之中,将多媒体教学与案例教学相融合;其次根据教学内容和学生特点,选取和设计有针对性的案例,突出关键知识点,拟将工程案例分为课堂引导类、课堂讨论类、课外思考类三类进行分别设计;最后通过对案例进行深入剖析,设置案例思考题,并提出一系列解决方案或思路。

(4)课内案例教学的组织与实施。设计合理的教学过程,通过案例引入、案例分析和讨论、概括总结、布置作业四个环节,调动学生的积极性和创造性,实现工程案例教学的目标,让学生能够通过课堂学习,实现举一反三,触类旁通的效果。

(5)课后案例教学的改进与完善。一方面虚心向教学经验丰富的教师请教、咨询;另一方面积极与学生沟通、交流,探讨工程案例教学效果,认真思考总结各教学环节,找出存在的不足,对案例中所涉及的问题进行必要的补充,从案例的设计和实施方案上不断完善。

(6)典型工程案例库的开发与网上实现。构建隧道工程案例专题库,并基于Web技术实现案例资源信息的整合与共享,建立基于网络的隧道工程案例教学资源平台。将课堂讨论及分析案例在网上予以更新,便于学生对所学知识进行课下复习和及时巩固,通过网络的交互功能,增强学生的学习积极性,提高学习效率和学习质量。

三、小结

综上所述,笔者结合在中国矿业大学多次为本科生讲授“隧道工程”课程的实践经验,提出了课堂教学中存在的问题,探索了基于工程案例库的教学方法,并提出了具体实施思路。案例教学方法不侧重传授具体的理论知识,而是注重培养学生的学习、分析和解决问题的思路、方法和能力,把“隧道工程”课堂教学内容的讲解融于工程背景之中,从而发生教学迁移。从教学实践看,学生的学习积极性大大提高,课堂教学取得了良好效果。

作者：王迎超 靖洪文 耿凡 单位：中国矿业大学力学与建筑工程学院 中国矿业大学电力工程学院