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【关键词】工程地质学;工程实践;教学改革
【Abstract】Practical teaching will be reinforced in higher school.And cultivating practical talents will be the key direction.“Engineering geology”is just the course which needs reinforcing the practical teaching.According to the engineering case,this paper has analysed the importance of practical teaching of“Engineering geology”in the modern engineering construction field.And the thinking of practical teaching has been summarized.
【Key words】Engineering geology;Engineering practice;Educational reform
根据我国2010-2020年中长期教育改革和发展规划纲要,全国高等学校结合专业和人才培养要求,加强实践教学环节,向应用型人才的培养方向转变。应用型本科人才培养的目标突出表现为培养具备继续学习能力的高素质应用型、技术技能型、复合型人才。而《工程地质学》正是在这一背景下的需要加强实践型教学的课程。在工程建设领域,无论是建筑工程、道路工程,还是水利水运工程和矿业工程,大量成功或失败工程案例都表明只有充分重视建(构)筑物所处的地质环境,协调人、工程与环境的关系,才可能得到自然的尊重,创造人类历史的文明。正是认识到这一点,各大院校中相关专业开设有《工程地质学》这门课程,也足以显示了该课程的专业基础性和重要性。
1 工程地质学在应用型本科教学中的定位
《工程地质学》是研究和解决与工程建设相关的地质问题,为工程建设服务的一门学科,是工程地质专业的一门重要专业课,也是岩土工程、矿业工程等其他非地质专业的专业基础课[3],与工程建设活动紧密的结合在一起。各种大型工程活动都在一定的地质环境中才能进行,研究工程建设与地质环境之间的相互制约、相互影响就是工程地质学的主要内容。因此,《工程地质学》运用地质学理论和方法研究地质环境,查明地质灾害的规律和防治对策,以确保工程建设安全、经济和正常运行。工程地质学的主要内容包括多个方面,如岩土体的属性、地壳的动力地质作用、工程稳定性等等。工程地质学的研究方法也是多种多样的,有地质学方法、室内实验和现场测试方法、计算和模拟方法等等。按照以“建设工程中的工程地质问题”为目标,课程所构建的框架和内容如图1。
2 工程建设中的地质问题
《工程地质学》这门课程实践性较强[4-5],涉及到的工程地质问题非常广泛,如与生产建设紧密相关的建筑工程、采矿工程、水利水电工程、交通运输工程等都与工程地质问题紧密联系(图2)。
发生的地质问题主要有区域稳定问题,如活断层、地震、水库诱发地震、砂土液化和地面沉降等等。搞清楚这些地质问题发育的规律性,对于工程建设选址具有重要意义。另外还有岩土体稳定性问题,如斜坡稳定、洞室稳定、地基岩土体稳定的成因、发展史和力学机制的分析等,这些用于具体场地稳定性评价具有重要意义。工程地质问题还包括与地下渗流有关的岩溶渗漏分析和渗透变形分析;与侵蚀堆积有关的河流侵蚀堆积和海湖边岸磨蚀堆积等等问题。工程建设过程中工程地质问题时刻都在发生,影响和改变着我们的生活。下面以实例说明工程地质问题在生活中的体现。
甘肃舟曲县于2010年8月突发特大泥石流灾害,人员损失惨重。据地质专家分析此次灾害的发生与该区的地理环境以及该区的气候特点相关。该区地势西北高、东南低,垂直高差大,气候垂直变化显著,而且灾害发生前突降暴雨,正是这些地质条件的变化促发泥石流的发生。因此工程地质问题中斜坡稳定性问题的专项研究对于减少或预防地质灾害具有指导意义。
日本于2011年3月发生9级地震,地震引发了大规模海啸,造成重大人员伤亡。据美国地质勘探局分析,此次地震由太平洋板块和北美板块的运动所致。太平洋板块每年相对于北美板块向西运动数厘米,太平洋板块在日本海沟俯冲入日本下方,并向西侵入欧亚板块,此次大地震正是运动过程中积累的能量突然释放导致的结果。因此工程地质问题中区域稳定性的活断层问题的研究对于近些年频发的地震问题具有一定的工程意义。
另外北京地区2012年7月份遭受雨之后,多处路面出现规模较大的天坑,严重影响到市民的出行,天坑的出现同样属于工程地质灾害问题是本课程研究的内容之一。所以工程地质问题存在于人类建设的方方面面,当今学好《工程地质学》这门课程是解决此类问题的首要前提。
3 工程地质的教学实践思路
3.1 工程地质教学中所存在的问题
1)重理论轻实践方面。
2)按传统教学和思路进行,过于强调单一的地质学,未能与工程地质相结合,(换句话就是现在的教学仍按地质学专业的要求去教学,未与工程结合,这会导致课时不够,同时学生学的无趣)。
3)于课程的重视不够,认为工程地质与专业关联不大。
3.2 工程地质教学实践思路
1)轻地质重工程地质,突出与工程的相关性。
2)实践教学的实施。
针对周边环境遭受破坏的影响,目前大多学校找到典型的地质剖面较难。除了常规的地质体和地质现象实习,还应结合当地建设的特点,有针对性地进行地质实习,如与建设单位相联系,在揭开地表的时候看一些相关的地质现象;另一方面,与勘察单位相联系,正确认识地质体和岩土体。
3.3 教、学相长
要成为合格的工程地质工作者,一方面要具备较强的专业知识,同时还要有创新的思想和灵活的头脑[6],特别是在工程建设过程中,处理随机出现的各种地质问题,不仅需要有工程地质知识的灵活运用,还要有多学科理论的融合与提升的能力,因此,在《工程地质学》这门课程的教学过程中要重点培养学生做好这样几点:首先,做到基础地质知识要扎实;第二,是积累丰富的工程实践经验;第三,分析工程地质问题要思路周密,遇事沉稳且果断。因此要培养出优秀的工程地质人员应该从教与学两个方面入手:
1)教
(1)课堂
《工程地质学》是一门实践性很强的学科,所以不能脱离实际案例而单纯讲授抽象的理论知识。如讲授岩石的分类、结构和构造特征时,要结合实际现场讲解当其作为建筑材料、地基、边坡与洞室围岩时对工程性质的不同要求等。在讲授滑坡、崩塌、泥石流等现象对工程的影响时,更要结合实际案例进行具体的分析,让授课不再是抽象而空洞的理论。
(2)实验环节
学院为方便学生认识和鉴定常见造岩矿物及三大类岩石,投资购买全套的矿物和岩石标本,并全面开放实验室。让学生有较多机会接触、认识、鉴定标本,学生之间相互交流讨论实验体会,对常见造岩矿物及岩石的主要特征熟记于心。
(3)实践环节
工程地质实习地点选择地层出露比较完全,地质现象比较丰富、与课堂内容结合紧密的基础工程建设工地。通过实习使学生更加深入的理解课堂上讲授的抽象理论,并学会结合实际分析工程建设与地质条件的关系,熟悉工程建设中常见的地质条件并给以正确的评价和合理的处理方法。
2)学
学生既是教学的载体,更是学习的主人,只有调动起学生学习的主动性,才会培养出优秀的工程地质工作者。
(1)培养一名优秀工程地质工作者是一个长期的过程,所以在学习过程中要有耐心和信心。每一个人的成功都是从点点滴滴累积的。
(2)大脑中知识的增长是累进的过程,工程地质学是一门综合学科,因此与地质学科相关联的以及与工程建设相关的学科都应该打好基础,作为工程地质学课程的铺垫。
(3)不能忽略实践教学环节,让学生们在实践中加深对理论知识的理解。要意识到地质工作的复杂性和灵活多变性。
3)考核
本课程强调理论与实践的结合,教师结合实际的工程地质问题,强调互动性和问题实质的理解。每位同学的成绩由三部分综合构成,即:
(1)期末考试卷面成绩(50%);
(2)课堂讨论及考勤(20%);
(3)案例分析作业成绩(30%)。
成绩分为五个等级:优秀(90分以上)、良好(80-89分)、中等(70-79分)、及格(60-69分)、不及格(60分以下)。
4 结语
《工程地质学》是非地质专业的专业基础课程,本课程学时不多,但课程内容涵盖广、教学内容比较抽象,所以教学过程是一个不断完成挑战的过程。在教学过程中, 教师首先要培养学生具备工程地质的思维和创新的能力, 使学生学会工程地质思维方法, 让学生们的创新能力得到充分的发展。同时也要保证足够的工程地质实践课时,参观现场并搜集相关的工程地质案例,从而培养出具有综合素质的高级工程技术人才。
【参考文献】
[1]刘海燕,吕大炜,王东东,刘莹,王平丽,田红.多门课程融合的教学方法研究――以《煤地质学》课程为例[J].教育教学论坛,2016(4)16:171-173.
[2]吕大炜,王东东,李增学,等.“多学科一体化”地质教学模式及其应用――以“岩相古地理”教学为例[J].高等理科教育,2014(4):112-117.
[3]徐文杰.工程地质教学改革、创新与MOOC建设――以清华大学《工程地质》课程为例[J].工程地质学报,2015,S1.123.
[4]李增升,田磊.工程地质课程实践性教学浅析[J].内江科技,2015(7):145-146.
[5]师伟,徐一沣,鲍国.《工程地质》课程实践教学改革探讨[J].新课程(教育学术),2011(1):39.
工程地质教学的主体内涵
为了顺利完成工程地质教学活动,有必要使学生明确工程地质学习的主要对象、基本任务和主体内容。首先,工程地质学是评价、预测和改造与工程建筑等有关的地质问题的一门科学,以工程建筑及建设项目为服务对象,以地质学为研究基础;以数学力学为计算工具的学科。因此,工程地质的教学与学习都是在研究和讨论人类在工程活动中行为与地质环境的相互作用与相互适应性,其次,工程地质学习的基本任务就是掌握工程地质条件与工程活动的地质环境特点,明确人类工程活动与地质环境(工程地质条件)之间的相互作用,以便正确评价、合理利用、有效改造和完善保护地质环境。最后,学生通过工程地质课程学习需要重点掌握的内容包括:岩石和土体的物理-力学性质及其工程性质,如岩石与土的矿物组成及其排列形成的微观结构等对建筑工程稳定性的影响,弄清岩土体的不同的分类要求和指标,了解不良地质条件下的岩土体的改良方法;建立起人与环境和谐发展的工程地质观念,形成关于自然环境对工程活动的制约与人类工程活动对自然环境的影响的双向作用机制的基本认识,在此基础上,掌握崩塌、滑坡、泥石流及地震等物理地质作用对工程建筑的危害及其预测、评价和防治措施;熟悉工程常见的地基、硐室等工程地质问题,以及地下水运动规律及其对工程活动的影响;掌握主要勘察程序、方法和手段。通过上面的对工程地质教学主体内涵的论述可以看出,在教学活动中学生需要领悟和掌握的内容很多,如果没有好的教学思路,往往会导致教学活动成为就事论事,事倍而功半,很难使学生把握这门学科的精髓。同时,工程地质会涉及众多的相关学科知识,如与地球科学相关的岩石学、构造地质学、地层学、地貌学等,与工程学和基础学科相关的物理力学、数学等。
综摄教学法的运用
综摄法又称类比思考法,其源自在我们对外部事物的学习和认识过程中,常常是在某些带有启发暗示的“指挥下”进行的,而这种“指挥”与我们的思考方法和意识关系不大,却是我们日常生活中的所见所闻密切相关[11]。因此,可以利用外物来启发思考、激发灵感解决问题。工程地质教学中,我们可以借助于学生已有的相关学科知识和日常生活经历,在此基础上开综摄法教学。在教学中锻炼学生对所面对事物的异质同化和同质异化两种思维方式。当我们面临未知的或者不熟悉的事物时,常常会采取拿性质不同的现有事物的分析和模拟方式去与之相对比,在此基础上提出设想。这种方式称之为异质同化,即根据已有的经验和知识来分析比较所面对的问题。例如,当开展某项工程的地质问题调查时,可以与医生全面诊断病人一样,先逐项检查,然后根据检查结果分析存在的病症,这样会使得技术(研究)路线明晰,而且有很强的可操作性与指导性。如何摆脱固有的思维方式和问题分析方法的桎梏,进行创造性分析和解决问题是我们需要面对的难题。因此,如何运用新的知识或从新视角进行审视、分析、研究和处理原有的资料和技术手段显得十分必要,在此基础上使得认识有新的突破,这过程即为同质异化思考方法。例如,在狭窄的海边场地进行海底隧道掘进时,一方面需要的很大的场地存放施工材料(如做衬砌),另一方面又需要相关场地堆放掘进所产生的大量岩屑废渣,那么可以通过同质异化思维,我们可以考虑在不影响地质环境的情况下,用掘进产生的废料进行人为营造陆地,同时解决了材料堆放和废料处理的问题。
为了在教学中可以使学生的创造力的潜能得到进一步锻炼,可以进行以下4种模式的训练。人格性的模拟,充分调动和发挥学生主体感官认识。例如,在边坡相关知识的讲授中,可以让学生假设自己是边坡,针对坡脚、坡肩、坡体等不同位置的特点与自己身体做对比,如果边坡发生失稳可以采取什么手段,如何去处理,然后再寻找解决问题的方案,最终归结为削肩、捆腰、压脚三个主体内容。直接性的模拟,根据所要关注的对象与模拟事物之间的关联性,将模拟对象视为范本,在此基础上进行论证思考,提出处理问题的方案。例如,边坡灾害的问题,很多学生的家乡或学校周边有生活的例子,可以直接作为例子讲授,既直接,又有生活气息。象征性的模拟,通过把问题构想成为直接的物质对象,使学生形成形象化的物质对象,进而激励其脑力活动,开发其创造潜力。例如,在学习岩石风化时,可以将植物的根劈破坏直接视为岩石的拉裂破坏。想象性的模拟,利用人大脑的自由想象能力,引导学生通过幻想和联想等为工程地质问题的分析和解决寻找灵感,提出创造性方案。例如,在某处发生地震,可以让学生发挥主观能动性,分析可能出现的次生灾害问题,进而扩展成地质灾害链和立体防灾减灾教学。总之,综摄教学法在工程地质中的应用就是以生活中的实例或学生已有知识为媒介,将学习内容分成若干要素,针对具体的要素进行分析讨论,并组织构建各要素之间的综合关联性,在此基础上激发学生的潜在灵感,形成系统的认识学习,进而掌握工程地质的内涵要素。
在当前时代背景下,各个学科之间相互渗透,加上新技术的广泛应用,为新兴学科和交叉学科的发展带来了无限生机,工程地质学就属于交叉学科,工程地质学的基础是地质学与工程学,不同学科之间的相互影响、相互渗透,使得工程地质学的适用范围越来越广,发展势头也越来越强劲。在当前时代,工程地质学更关注其核心价值,例如工程地质思维、工程地质预测、工程地质风险的防范等,这些都是工程地质学领域研究的重点内容。
1 工程地质学的渊源
地质学的发展已经经过两百多年的时间,初始阶段主要应用与土木工程中,为地质开挖提供相应的理论依据,例如古生物、地质学依据,对地质学的理论发展有十分重要的促进作用。十九世纪土木工程建设规模越来越大,土木工程师发现,由于工程地质资料的缺乏,使得工程项目无法开展,因此地质学受到的重视程度骤然提高,地质学领域开始注重地质调查研究,为工程设计提供专业的地质资料和图件。这一阶段使得地质学在工程建设中的应用越来越广泛,但是并没有形成实质性的工程地质学。上世纪五十年代以来,我国的工程地质学经过了快速发展,取得了很大进步,在研究过程中,将地质学与工程学进行融合,地质学专家与工程学专家相互探讨,为工程地质工作的发展提供了理论支持。而且我国对工程地质专业的重视程度不断提高,高校开设的专业也越来越全面,例如采矿、力学、水工、土木等学科相继在高校开设,成为很多工科院校的主要课程,培养了众多高素质、综合型工程地质人才。
同时,由于现代科技的发展,计算机技术、信息技术、通信技术的不断革新,为工程地质学科的全面发展也提供了相应的支持,使得工程地质勘探更深入、工程地质数据分析更准确、数据信息传递更及时,为工程建设提供了很大的帮助。
2 工程地质预测和决策
2.1 工程地质预测
工程地质的本质工作是预测,从地质情况的发展历史、地质情况现状对地质情况未来的走势进行预测,是工程地质研究的主要内容。工程地质预测首先建立在工程地质要素判别的基础上,要对场地的工程地质条件进行预测,尤其是根据地表以及浅部的地质资料,对深层次的地质结构和地质条件进行预测。其次,要预测工程场地的工程地质,即对工程施工场地的地质进行评价,论证选址是否会影响工程项目施工。在这个过程中,要考虑工程项目施工对周围地质环境、周边工程的影响,从而实现可持续发展目标。
工程地质的预测包括定性预测和定量预测两种,具体的预测过程是定性与定量预测的结合,定性预测是一种基本预测,对一些常规参数进行测试,在工程地质预测过程中,由于地质环境比较复杂,地质勘探工作量较大,因此定量预测的结果也很难达到预期要求,所以一般都将定量预测的结果用作半定量或准定量应用,例如将测量的结果用作问题评级预测。虽然定量预测存在一些不确定性,但是定量预测却是工程地质预测过程中的一个主要内容。在当前工程地质预测基础之上,定量预测还应该要注重建立相应的地质力学模型或地质数理模型,从而对地质预测过程中的各个要素之间的关系进行准确反映,描述工程地质的作用。
2.2 工程地质的决策
工程地质的决策作用主要体现在系统决策的可靠性以及安全风险决策评价方面。
第一,系统决策。系统决策是对整个工程进行规划设计的前提,在工程建设过程的各个阶段,都应该要做出相应的决策方案,比如对工程选址进行确定,对工程建筑物的布置方案进行确定,对工程施工线路进行确定等。工程地质决策具有很强的综合性,一方面要考虑地质条件的制约和限制,另一方面还要考虑到工程结构的功能以及适应性。工程地质决策是一种综合性决策,其中的经验、推理和测量过程缺一不可,从三个出发进行决策得到的结果相差不多的时候,决策方案可以参考,但如果从三个方面着手得到的决策结果相差较大,则要对总体的决策方案进行调整,谨慎决策。
第二,安全决策、风险决策、极端风险评价
在工程地质决策过程中,必须要做好地质安全决策、地质风险决策以及地质极端风险的评价,从而为工程施工提供准确的依据。这些决策的目的都是为了确保工程施工过程中的安全性,风险决策以及极端风险评价的目的,是为了对工程的风险情况进行判定,从而采取相应的措施对风险进行规避,提高工程项目施工过程中的安全性。
【关键词】:工程地质学;隧道围岩;稳定性;数值分析法
【 abstract 】 : the underground tunnel project the stability of surrounding rocks affects the normal operation of the project. The rock mass structure and the structure, the nature of the rock, rock stress state of natural, groundwater, geological structure of rock mass factors such as the stability of will produce certain effect. Combining with the practice of a tunnel with numerical analysis the stability of surrounding rock of the judge, think that in making these the stability of surrounding rocks when deciding, establish the typical elastoplastic numerical model, choose specific construction stage, should consider to different fault state of surrounding rocks under different control function.
【 key words 】 : engineering geology; The surrounding rock; Stability; Numerical analysis method
中图分类号:K826.16文献标识码:A文章编号:
地下隧道工程围岩的稳定性影响着隧道的正常运营。岩体的结构及构造、岩石的性质、岩体的天然应力状态、地下水、地质构造等因素都会对围岩的稳定性均会产生一定的影响,此外,开挖方式、支护形式等因素也会影响到岩体的稳定性。本文结合实际,结合影响隧道工程围岩稳定性的因素谈谈隧道围岩稳定性的判定。
1 影响围岩稳定性的因素
1.1 岩体结构及岩石性质
围岩的岩石性质及岩体结构对于围岩的稳定性产生重要的影响。按照岩体结构可将岩石分为整体块状结构、三体结构、碎裂结构和层状结构。稳定性最差的是破碎结构和松散结构,最好的是厚层状结构,薄层状结构岩体处于二者中间。脆性块状岩体和厚层状岩体的强度,主要受较弱夹层的物质成分和软弱结构面的分布特点控制。软弱夹层对围岩稳定性的影响主要取决于它的性状和分布。结构面对围岩的影响不仅取决于结构面的本身特征,还与结构面的组合关系及这种组合与临空面的交切关系密切相关;按照岩石的性质可将围岩分为脆性围岩和塑性围岩两种,脆性围岩主要指各类坚硬体,岩石本身的强度高于结构面的强度,所以脆性围岩的强度取决于岩体的结构;塑性围岩主要包括各类黏土质岩石、吸水易膨胀的岩石以及破碎松散岩石,一般风化的速度较快,遇水易软化、膨胀、崩解,力学强度较低,不利于围岩的稳定。
1.2 岩体的天然应力状态
存在于岩层中未受工程扰动的天然应力由岩体的构造应力和自重应力构成。这种天然应力是引起围岩破坏、变形的根本原因,影响着坑道开挖后围岩的应力分布、变形和破坏。岩体天然应力的大小和方向不同,对于隧道的作用力也不相同,对围岩的应力产生直接的影响。通常,隧道的轴向与水平主应力垂直,能够有效改善隧道周边的应力状态。岩石天然应力对隧道的影响取决于与隧道轴向应力垂直的水平应力的大小和天然应力的比值。
1.3 地下水
大量实践证明,地下水是隧道施工中造成塌方和造成围岩失稳的重要原因。围岩中的地下水可分为干燥、渗水和潮湿三种状态。只要围岩隧道处于干燥状态,施工时即使通过破碎或软弱的岩层,对围岩的稳定性影响也会比较小。当隧道的围岩透水性较强或属于含水层中时,围岩的稳定性受地下水的影响会较明显,静水和动水的压力作用、溶解作用和软化作用可造成可溶岩体的溶蚀以及促进滑动面的。
1.4 地质构造
岩层的完整性受到褶曲和断裂破坏,且岩体的力学强度降低,岩体经受越多的构造变动,岩层的节理裂隙越发育,岩体的稳定性越差。所以,应避免将隧道设置在软弱与坚硬岩层之间的岩层褶皱或断层带以及岩层破碎带。如果无法避免,应尽量将隧道设在坚硬岩层中,或以坚硬岩层为顶层岩层。围岩的稳定性随褶皱的形式、轴向与隧道轴线的交角、疏密程度等的不同而不同。另外,围岩的稳定性还受到断层破碎带物质的碎块性质和胶结情况影响。
2 运用工程地质学判定隧道围岩稳定性的方法
本文对某隧道的围岩稳定性用数值分析法进行判定。隧道设为左右两条路线,由缓和曲线和直线组成洞身平面,经工程地质钻孔表明,隧道所在地区有6曾断层通过,为凝灰质流纹岩和侏罗系流纹岩出露区,无其他影响围岩稳定的不良地质作用。根据分析,选取具有代表性的B1断层进行隧道仿真模拟。该工程在K18+600左右位置有明显断层,断层面产状225°<75°,岩体呈强风化碎块状,隧道围岩破碎,稳定性比较差。
2.1 计算模型和计算参数
根据工程地质特点,采用基于有限元分析法(MIDAS/GTS)对隧道开挖过程进行分析,在施工阶段采用累加模型。GTS弹塑性模拟模型的应力应变曲线图如下(图一)。
图一 岩体弹性——完全塑性应力应变曲线
根据断层和隧道特点,采用Drucher-Prager进行三维有限元计算,采用的屈服函数为
式子中, 表示洛德角, 表示应力偏量的第一不变量, 表示应力偏量的第二不变量。模拟时通过工程类比选取法支护参数进行,结合工程后期施工的洞周收敛量测,取得一个以上断面的完整数据进行位移反分析得出与出示地应力侧压系数和工程实际综合弹性模量接近的数值,然后再利用反分析得出的数值进行二次修正,使其最终接近实际的分析结果。
2.2 数值模拟及分析
根据规范规定,参阅类似工程经验,对各级围岩物理力学参数和隧道支护参数进行确定。根据开挖掌子面的距离断层位置的不同,选取CS15段进行分析。数值分析结果表明支护的施加直接影响隧道整体的发展趋势,有效控制并约束了掌子面产生的塑性影响区域。改善了断层给围岩稳定性带来的影响,改善了围岩的性质,并提高了施工的安全性,提高了前方未施挖的围岩自稳能力。
3、小结
地下隧道工程围岩的稳定性比较复杂,在施工中受到很多因素影响。围岩稳定性的检测手段和方法很多,但大多以经验为主,将围岩稳定情况和监测数据联系起来进行定量分析是比较好的办法。本文简单分析了影响隧道围岩稳定性的因素,并对某隧道的围岩稳定性用数值分析法进行了判定,认为在判定这类围岩的稳定性判定时建立典型的弹塑性数值模型,选取特定施工阶段,应考虑到不同断层不同状态下对围岩的控制作用。
【参考文献】:
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[3]郑应亨,任宏.施工顺序对隧道围岩稳定性的影响分析[J].土木建筑与环境工程,2011,12(33):85-89.
工程地质学是水利工程、土木工程、地质资源与地质工程等学科的一门较重要的专业基础课。它是研究人类工程建设活动与自然地质环境相互作用和相互影响的一门地质科学,是以地学学科的理论为基础,应用数学、力学的知识和工程学科的技术与方法,来解决与工程规划、设计、施工和运营有关的地质问题[2]。由于工程地质学涉及内容多,概念广,实践性很强,且学生缺乏必要的实践经验和机会,因此,如何在有限的教学时间内合理安排教学环节,使学生既能牢固掌握工程地质学的基本概念及基本原理,又具备分析工程地质条件、解决工程地质问题的能力,是一个值得探讨的问题。笔者结合近年来在工程地质学课程教学与实践经验,针对目前工程地质学课程教学中存在的问题,就如何提高水文与水资源工程专业工程地质学课程教学质量与教学效果进行探讨。
一、煤炭院校水文与水资源工程专业工程地质学课程教学存在的问题
(一)课程内容多,授课学时少
根据国家高等教育对人才培养的要求,近些年来,多数院校在培养方案的制定上存在着向公共课倾斜的现象,这使得专业课学时被不断压缩。主要表现在课程学时少,尤其是实践教学环节。过去动辄几十学时乃至上百学时的课程,现在多为32~48学时。在多数煤炭院校中,水文与水资源工程专业开设有基础地质学、矿物岩石学、构造地质学等课程,具有一定的地学背景。即便如此,工程地质学课程仍涉及工程岩土学、工程动力地质作用、岩土工程勘察等方面的内容,这使得该课程教学内容繁杂,教师上课难度增大。在此情况下,如不进行课程教学改革,教师就无法很好地完成相关内容的讲授;同时学生对专业领域知识的学习也将停留在较浅的感性认知阶段,不能理解机理性的问题,更不能深刻地认识该课程在国民经济建设中的作用,这势必对学生未来就业产生不利的影响。
(二)教学方法单调
工程地质学课程基本概念和基本原理较多,同时该课程又具有很强的实践性,因此,单一的多媒体或板书授课模式很难调动学生的积极性。加之个别教师实践经验不足,存在照本宣科的现象;而个别教师授课又完全脱离指定教材,这些都容易使学生产生厌学心理。此外,课程中涉及的一些教学内容,诸如崩塌、滑坡等灾害的形成机理及演化过程等比较抽象,单纯在PPT中以图片形式展示,不能很好地呈现,学生缺少感性的认识,这在一定程度上挫伤了学生学习的积极性和主动性。
(三)实践环节薄弱
近些年来,随着高校的不断扩张,教学资源的投入问题已经成为高校普遍面临的问题。具体到实践教学环节,主要体现两个方面:一方面野外实践场地或基地功能缺失,满足不了野外实践教学的需求;另一方面学生人数与设备台套数不成比例,同时也存在部分试验仪器无场地安放的尴尬局面,导致部分试验无法开出,学生动手能力得不到培养。此外,还存在实验教学方式和时间不灵活等问题。目前多数院校的室内实验都是教师准备好试验后,学生在制定的条件下按照实验指导书进行,学生真正思考的较少,部分学生既不动脑也不动手,而是依靠同组其他同学来完成实验,这不利于学生实践能力的培养,容易导致学生实践能力不足或丧失。
(四)考核方式单一
考核成绩比例分配不合理,多数院校该课程考核成绩都是由期末考试成绩(约占70%~80%)和平时成绩(占20%~30%)组成,而平时成绩又多以上课出勤率、课外作业以及实践环节表现等形式存在,其中上课出勤率占主导地位。这样难免会存在一些学生到课不听课,考前突击且考分很高的现象。此外,考核的内容也不够全面,多侧重于理论知识,往往忽视学生动手能力的考核,最终导致校内所学知识与实际工作脱节,不利于综合人才的培养。
二、课程教学改革探索
针对当前教学过程中存在的问题,结合近年来的教学和实践经验,提出从教学内容、教学手段和教学环节等几方面对课程教学进行改革。
(一)合理优化教学内容,改专业通识教学为行业特色教学
在教学内容的选择上,要突出院校的特色优势。针对煤炭院校水文与水资源工程专业具有地学背景这一特点,工程地质学课程教学可主要讲解三部分的内容,即岩土体工程地质性质研究、工程动力地质作用研究以及工程地质勘察等。岩土体工程地质性质研究是该课程的基础,该部分主要讲授土的物质组成、物理力学性质以及岩土体的工程地质特性;工程动力地质作用研究是该课程的核心内容,讲授学时应占总学时的一半以上。该部分主要讲授活断层和地震、斜坡、岩溶、泥石流及地下硐室的工程地质研究;工程地质勘察部分主要讲授工程地质测绘、勘探、试验以及长期观测等几种工程地质勘察方法。课程教学要确保在有限的学时内突出重点,同时也要注意前后所学课程内容上的衔接,避免重复。
(二)丰富教学方法和手段,改单一的满堂灌为交互式教学
工程地质学具有较强的实践性,其教学目标是要培养学生对于工程地质现象的认识、判断能力和工程地质问题的分析、处理能力,这需要在传统教学模式的基础上,紧扣学科的发展前沿和热点问题,丰富教学方法和手段,灵活组织课堂教学。
传统课堂教学方式使学生获取的知识较多地局限在抽象的经验上,而现代化的教学手段不仅可以使学生获取抽象的理论知识,还可以提供丰富的观察经验,在一定程度上将理论与实践相结合,因此要充分利用现代化的教学手段。如在讲授滑坡、泥石流等内容时可采用flash动画或影像资料展示灾害的形成过程、危害以及其防治措施;在讲授地震的工程地质研究内容时可结合典型的地震(512汶川大地震),讲解地震发生的机理及预警预防措施;在讲解地下硐室位置的工程地质论证时,可借助物理模型来分析地形、地质构造、岩性特征等对硐室位置的影响等等。这些方法和手段的引入不仅可增强教学的直观性、主动性,同时也可节省一定的时间,扩大课堂教学的信息量,提高教学效果。
鉴于该课程内容多,课时少,可采取学生自学、教师课堂讲解和课外辅导答疑相结合的教学方法,以锻炼学生的自学能力。还可就工程地质学领域的热点问题,设置课堂辩论。通过教师布置论题学生收集资料学生课堂辩论教师讲解剖析的教学过程,改过去教学单行道(教师到学生)为双行道(教师到学生,学生到教师),引导学生分析问题和解决问题。例如,针对近期发生的崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害,可设置地质灾害的主要诱因?人类活动or自然条件的论题,让学生通过查阅与崩塌、滑坡、泥石流等灾害相关的资料,展开讨论与辩论,从而达到牢固掌握崩塌、滑坡、泥石流等相关知识的目的。此外,还可增加一些工程实例课,让学生尝试用所学知识去解决实际问题。例如利用最新发生的地震、滑坡及泥石流等地质灾害的工程实例,探讨这些灾害的发生机理及防治措施,从而锻炼学生发现问题和分析问题的能力。
(三)加强实践环节教学,改被动式接受为主动式探索
在实施实践教学活动时,要强调以学生为主体,培养学生的动手能力,充分发挥实验教师的引导作用。在进行实验之前,指导教师可提出实验要求及注意事项,并给出参考意见,让学生自行设计实验方案,将原来的验证性实验改为设计性实验。尽量创造条件让学生开拓思维,发挥想象力和创造力,激发学生学习的主动性和积极性,提高洞察力,培养严肃认真和实事求是的工作作风,提高学生的综合素质。
野外实践应有效地将理论与实际相结合。因此,在进行野外实践教学时地点应尽可能选择工程地质现象丰富的地方。对河南理工大学而言,可在市区北部的缝山针公园进行为期半天的实践教学活动。结合园区内原有采石场开挖形成的人工边坡讲解边坡的应力分布状态及变化特征,边坡变形破坏类型及稳定性的影响因素,同时还可结合该园区的生态恢复治理工程讲解边坡变形破坏的防治原则和措施。此外,可结合水文与水资源工程专业学生未来就业意愿和方向,在毕业设计(论文)环节安排一些与工程地质有关的实践内容,例如岩土工程勘察设计或岩土工程分析与评价、边坡稳定性分析与评价以及煤矸石堆积体稳定性分析等。在毕业设计(论文)过程中要充分发挥学生的主观能动性,让学生多动手、多动脑,多方位培养学生获取知识的能力和创新能力。
(四)完善考核内容与方式,改重视理论考核为突出实践性考核
改变考核成绩的比例组成,将平时考核成绩的比例提高10%~20%,弱化到课率在平时成绩中的主导地位,突出学生实践环节的综合表现。同时加大课堂表现方面的考核力度,就重点内容的一些问题进行课堂提问,积极主动回答问题者每次加2分,答对的再加3分,这在一定程度上能促进学生思考问题的积极性,也有利于教与学之间的互动。在考核内容上要增加一些综合能力的考核,不仅要考核理论知识,还要设置一些案例分析题,考核学生运用所学理论知识解决实际问题的能力,使学生综合素质得到提高。
关键词:工程地质 学科价值 科学发展 分析
工程地质的研究内容主要包括确定岩土成分、组织结构、性质等,同时研究分析特殊地质队建筑工程稳定性的影响。对工程地质进行研究主要是为了对建筑工程所在地区的地质进行勘察,对可能存在的问题进行分析。这样就可以为选择合适的场地,解决建筑过程中可能面临的问题做好准备。
一、工程地质学科的发展及其科学性
每一门学科都有存在的价值和意义,工程地质学科也不例外。人类要生存和发展就要进行建设。近些年来,建筑工程的规模不断扩大,对工程地质的运用也越来越频繁。在前期,工程地质的主要任务是对工程进行选址,对地质进行评价,以保证工程的安全。这个时候对工程地质的要求主要在于发现地质的规律及其对工程的作用以及适应性。
从工程地质学科的发展来看,主要分为以下三个阶段:
传统工程地质学阶段。这一阶段存在于50年代到70年代,在这一阶段,工程地质的主要作用在于提供全面的资料和数据以便进行工程选址和设计。这一时期在理论、方法和实际操作中和世界地质工程学还是有较大差距的。人们也没有认识到工程地质在社会发展中的作用。
传统地质工程学到现代地质工程学的过渡阶段。这一阶段从70年代到80年代。在这一阶段工程地质已经慢慢走上正轨,发展很顺利。主要进行工程地质灾害的评价和监测。这个时候逐渐引进了西方发达国家的先进理论和技术。
现代工程地质学阶段。这一阶段是80年代中后期,世界科学技术飞速发展,各国形势也发生了很大变化。人口、资源以及环境等问题成为世界性的问题。随着人口的逐渐增多,对资源的需求量越来越大、环境污染越来越严重。而地质问题与这三者息息相关。这个时候需要对工程地质的理论和技术进行研究,逐步实现科学现代化。
因为工程地质学的特殊性,很多人觉得这是一个技术性问题,忽视了它的科学性和理论性。事实上,工程地质学包括工程学、力学、地质学等多个方面。不仅帮助人们认识自然还可以改造自然。
二、工程地质学科的理论及发展
工程地质学科的基本理论形态包括“成因演化论”、“ 结构控制论”和“ 相互作用论”。
成因演化论。这一理论体系是从欧美引入的。强调的是地质体的成因决定工程地质的性质,而演化能改变性质。工程地质条件的形成是内外动力作用综合的结果。主要任务是查清工程地质的条件以及形成的原因,以此为路径解决工程地质问题。
结构控制论。结构控制论是由中国工程地质学家建立的,强调地质结构控制地质体力学行为。所有的活动包括人类活动都会改变地质体的结构,从而改变地质力学行为。所以我们要查行处地质结构,然后进行分析,以解决工程建设过程中可能出现的地质问题。
相互作用论。就像力的作用是相互的一样,人类活动和地质之间也是相互作用的。一方面来说,地质环境的好坏与适合与否决定了人们对地质区域的选择。人们会经过研究分析后对地质进行评价然后对工程环境进行选择。而另一方面,人们的建设活动也在改造者地质环境。前后两者之间是相互影响的,工程地质的作用就在于协调这两者之间的关系,达到一定的平衡。
三、新时代工程地质存在问题的特点
近年来,我国经济获得高速发展,经济发展时期一个重要的部分就是建设。随着建设规模的不断扩大,埋藏越来越深,地下的设施也越来越多。工程地质面临着新的严峻的挑战。
在大型水利工程建设过程中,存在着库岸崩塌滑坡的现象、水库诱发地震和动力学问题以及深岩体精密探测和隧道的提前预报等问题。
在能源开发工程中, 峡谷区岸坡(应力场)演化与山体卸荷变形成因, 大规模开挖中高储能岩体变形破坏机理与过程, 地表水入渗非线性模型与各向异性岩体水力学规律, 大型土石混杂堆积体的结构、力学与水力学特性, 万年尺度核废料地质处置中水岩热化耦合作用, 深层地热开发利用等。
在铁路、公路等交通网络工程中, 含杂质碳酸盐岩溶规律与隧洞岩溶塌陷和涌水, 峡谷区深厚松散层桥基及边坡动力变形破坏机理, 高速铁路软基零沉降控制计算理论, 地下采空区地球物理特性与判别标准, 跨海通道高压突水等工程地质问题。
也就是说,随着工程规模的扩大,埋藏深度的增加,地震等作用的风险越来越高。人类工程活动频繁的参与使得地质体成因等理论已经不能够完全适应现在的状况。岩体结构对工程地质过程的控制作用在常温下和在高温等特殊环境下也是不相同的。原来的经典理论在现在复杂的地质状况下,面临着挑战。
四、工程地质科学发展分析
在现在复杂的情况下,对工程地质学的研究显得尤为重要。在未来,我们主要对一下几个方面进行研究:
首先是地质环境。主要是指动力学地质环境和灾害地质环境。灾害地质环境主要包括水文地质环境、风化、崩滑流破坏等物理地质作用环境。
其次是地质体工程性质研究。这个主要包括结构性质和力学性质。所谓结构性质研究就是对地质的非连续性、随机性等进行研究。而物理学性质则是指对高温、高压等物理特性下的地质环境进行研究。大体上从80年代中期开始,中国工程地质学进入了现代工程地质学阶段。这个阶段的背景是:世界科学技术飞速发展,地球科学向着国际化和统一化方向迅速发展;全世界面临人口、资源、环境三大课题;由于人类工程经济活动的广度和深度不断扩大,环境的污染和破坏日益严重,使合理开发利用和保护、治理环境成为迫切需要解决的世界性重大课题,从而促进了环境科学学科体系的迅速形成和发展。工程地质学与人口、资源、环境这三大课题的研究都有着密切的关系。这就为工程地质学开辟了广阔的发展前景。在这个阶段,中国工程地质学的基本任务是通过引进和创新,加强基础理论、方法和技术的研究,用先进的理论、方法和技术武装自己,逐步实现学科现代化。这个阶段最主要的标志是中国环境工程地质学的形成和发展。因此,可以把这个阶段说成是“环境工程地质学”阶段。
工程地质学是复杂的,交叉性强的一门学科。涉及到地质、工程、物理学等各个方面。所以在未来的研究中我们要积极的将这些技术相结合,利用各自的优势作为分析和参考的依据。同时,研究学家们要将自己纳入世界范围之内,地质研究要与时俱进,与国外的先进团队和机构进行交流探讨,引进先进的理论和技术以为己用。
总而言之,随着经济的发展和建设现代化城市的需要,城市建设成为国家关注的重点。工程地质经过多年的发展,无论从技术上还是理论上,较之原来都有很大的提升。但是,随着城市建设规模的扩大以及地下建设的深入,我们面临的地质环境问题也越来越多。在新的时期,国家的建设依赖于工程地质科学的迅速发展。我们应该更多的关注工程地质科学,从而为国家的建设和发展做出应有的贡献。
参考文献:
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【关键词】:研究生教育 精英教育 小班授课 教学改革。
0 引言
中国矿业大学(北京)作为教育部直属全国重点高校,是首批具有博士和硕士学位授予权的高校之一,具有百年办学历史,行业特色鲜明,在人才培养和课程设置上积累了丰富的经验[1]。但随着研究生招生规模日益增加,中国矿业大学(北京)倡导的研究生精英教育模式也受到冲击,研究生教学方式发生了显著变革:小班变大班、交互式变传授式、闭卷变开卷。这些变革从广义上讲适应了大规模研究生培养的需求,但在一定程度上影响了研究生精英教育的培养宗旨。
为此,学校选择了一批重点专业,针对课程选择人数少于10人的课程专门开设了小班授课试点,目的是通过1个学期的教学实践,评价小班授课的优劣,并总结出小班授课方式和经验,为研究生小班授课教学模式推广奠定基础。本文针对矿业类高校的学科特点,结合工程实践,重点探讨《水文地质与工程地质学》教学改革的方向和内容,培养学生的地质学思维和实践灵活运用技能[2-3],为更好的培养相关方面的专业人才提供基础。
1 小班授课人数优化
重点强调将小班授课试点作为一个尝试,不能够影响到正常的教学安排或计划。要根据研一学生提交的选课统计表,选择报名人数较少,专业课在本行业较重要的课程作为试点选择课程,集中起来开展小班授课。一般小班授课要求学生上限为10人,下限为3人。
2上课地点灵活安排
小班授课不参加研究生院的教室统筹安排,可以根据情况灵活选择教学楼、实验室、工作室、标本室或报告厅等场所进行授课,方便同学们更好地把课堂知识与实验相结合,用理论指导实验,用实验验证理论。
3教学方法改革
为了适应小班授课的特点,一些传统教学方法需要进行改革。工程地质学是一门强调实践性的自然科学,因此在讲授工程地质灾害现象过程中,借助电子教学并结合作者所从事的岩质边坡工程灾害控制研究方面的最新成果,介绍典型山体滑坡灾害,分析产生山体滑坡变形现象的工程地质原因,介绍对滑坡牛顿力监测的必要性。由于小班教学人数较少,便于管理,可以通过考察“深部岩土力学与地下工程国家重点实验”,了解滑坡灾害的研究前沿,进行启发式教学,激发学生的科研活动的创新性思维,为学生今后从事相关工作打下坚实的基础。
3.1 优化教学大纲,深化教学内容
为了有效把握课程主要重点内容、提高效率,一些不主要的内容以学生自学为主,不再进行讲解,但是与所学专业相关的重点讲解,且要比课本知识更加深化,例如:当讲到地质灾害监测和控制方面,常规监测如降雨量、地下水水位等内容不再重点讲解,而是引入国际前沿,将滑坡牛顿力监测重点引入。
3.2 结合现场实例,引入各章知识点
《水文地质与工程地质学》具有较强的实践应用特点,有的学校为了突出水文地质与工程地质学的应用行业,还专门开设了“煤矿水文地质与工程地质”课程[4]。鉴于此,本课程将现场工程实例作为切入点,如在讲述“边坡暮Α辈糠帜谌菔保以平庄西露天煤矿边坡所发生的一次滑坡灾害为例(图1),来分析滑坡类的特点和后果。这样既提高了学生继续学习的兴趣,又便于引入各章知识点,做到了带着问题学习、学以致用的良好目的。
3.3 理论联系实际,培养学生创新能力
只有将理论和实际相结合,才能更有利于学生创新能力的培养。以南芬露天铁矿滑坡灾害为例(图2),分析了滑坡发生的成因,提出了滑坡治理的对策(图3),并在工程现场得以验证对策的正确性。
3.4 加强学生学习自主性,安排学生轮流上台授课
传统的灌输式授课方式不足以调动学生课堂参与积极性,缺乏自主学习的内在动力。为了促进学生自主学习方式的转变,课堂上抽出一定时间来安排学生轮流上讲台授课,这样,学生会对知识理解更加深刻。
3.5 取消点名机制,加强随堂测试
课堂点名,一定程度上可以起到督促学生学习的效果,但这属于依靠外在力量约束,而且还浪费课堂宝贵的时间。而随堂测试的方法调动了学生的参与热情,学生置身其中进行思考解决问题的方法,由于授课学生人数较少,也方便了教师对每一位学生的重点指导,及时得发现不足,引导和培养学生创新性思维。
4小班授课优缺点评价
通过1个学期的教学实践,分别在大班授课和小班授课中随机选取5人,采用笔试和面试方式,对10个人所掌握的知识点及其灵活运用技能进行考核,最终发现,小班授课5人平均成绩96分(百分制),大班授课5人平均成绩84分。通过对大班授课和小班授课学生考核成绩的对比,发现小班授课平均成绩高于大班授课平均成绩,表明新型小班授课方式明显优于传统大班授课方式。
5、结论
本文以水文地质与工程地质学课程为例,通过对研究生进行大班和小班两种不同授课模式的教学探索,着重在以下五个方面进行了尝试:①优化教学大纲、深化教学内容;②结合现场实例、引入各章知识点;③理论联系实际、培养学生创新能力;④加强学生学习自主性、学生上台授课;⑤取消点名制度、加强课堂测试,对比发现小班授课效果明显优于大班授课,是研究生精英教育模式的一次有益探索。
参考文献:
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关键词:土木工程地质;课程教学;教学方法;教研改革
随着国家对新疆“一带一路”核心圈经济建设的大力投入,大量基础建设中需要具备较强工程地质专业背景的复合型人才。新疆大学作为边疆重点高校之一,正着力培养服务于西部开发与“一带一路”工程建设需要的综合性技术人才。通过工程地质课程的学习,学生了解实际工程建设中可能遇到的工程地质问题及其对工程本身的影响,依据所学知识能正确防治各类地质灾害,以保证工程建筑物的安全、经济和稳定。因此本课程对土木工程专业来讲是非常重要的一门专业基础课。
一、课程教学中存在的不足
1.前导课程设置不合理。工程地质学作为地质学的一门分支课程,其前导课程为“地质学基础”“水文地质学基础”“土力学”“岩体力学”等课程。根据新疆大学建筑工程学院土木专业最新培养计划,工程地质被安排大一下学期进行,因此会导致学生无法有效地理解和掌握一些工程地质术语的概念,导致学习效果不理想。在实际教学中,针对岩土体物理力学参数方面,学生在没有“岩体力学”“土力学”课程学习的前提下,不能较好地理解参数的具体含义及用途。此外,在滑坡稳定性计算案例中,学生不仅需要掌握岩土体物理力学的具体含义,还要具备一定的编程能力(包括Excel、C语言等)用于滑坡稳定性计算公式的编写,因此前导课程的不合理安排,导致许多教学任务无法顺利开展,这势必会影响学生专业知识掌握的熟练度。2.课程学时少、内容多。随着高校学分制的推行,笔者所在学院“土木工程地质”课时已缩短至28学时。为在有限的教学时间内完成教学任务,教师需要对教学内容做出一定调整与压缩,从而导致学生理论学习偏少,影响了课程教学质量。课程学时的压缩主,最直接的影响是案例的教学环节,学生理论知识需要借助于实际工程案例讲解才能较好地消化,如岩石矿物教学环节,必须让学生亲眼看见岩石、亲手感触到矿物才能印象深刻。此外,各类地质灾害也需要用到大量的工程案例来支撑讲解,学生往往对实际工程案例更加感兴趣。通过实际案例,学生不仅能更快掌握理论知识,也能更加今后工程实践中的工程地质问题。3.工程地质理论教学环节薄弱。目前的土木工程地质教学大纲主要侧重于地质基础知识的讲解,如岩石矿物、地层地质构造等,而具体的工程地质理论占总教学学时比例较少,如地下工程地质问题、边坡工程地质问题等。这势必会导致学生对工程地质的认识仅停留在基础地质方面,对今后工程实践可能遇到的边坡稳定、围岩稳定等问题缺乏足够的认识与重视。光靠地质基础知识根本无法解决实际工程中的各类工程地质问题。地质基础知识的学习是为了更好地掌握工程地质理论,但仅侧重地质基础知识的学习而忽视工程地质理论的学习,就无法凸显工程地质学学习的意义,学生今后无法从容应对工程实践中突发的工程地质现象与问题。4.实践教学环节没形成完整教学体系。工程地质是一门紧密联系实际工程的课程,需要学生在理论学习的基础上通过实践教学环节加以消化理解。然而,目前笔者所在学院土木工程地质实践环节尚无固定的实习路线,没有专业的实习指导书,因此实践教学效果较差,学生无法将课本所学理论知识联系实际,导致今后在实际工程中遇到工程地质问题无法快速识别与解决。实践教学环节预期效果不够理想主要表现在三方面:一是地质基础技能的掌握,如野外岩石识别、罗盘使用等;二是工程地质勘查实践能力,如滑坡、泥石流野外勘察能力;三是实习时间较短、路线长,许多学生难以掌握教学内容,实习报告编写质量堪忧。笔者针对所在学院土木专业的“土木工程地质”课程教学实践环节中存在的诸多问题进行分析总结,学校要解决这些不足,就必须采取一些行之有效的教学改革手段进行尝试探讨。
二、课程教学模式改革建议
为提高工程地质课程教学效果,让学生更深刻掌握课程知识,根据笔者所在学院“土木工程地质”教学现状,本文提出如下建议。1.优化培养计划课程编排。学校将“工程地质”课程安排在大二下学期进行,在学生学习完“土力学”“岩体力学”“计算机基础”等前导课程后学习“工程地质”课程。教师利用学生已学知识,课堂上引导学生自己探索岩土体各物理力学参数对围岩、边坡(滑坡)的稳定性影响规律,鼓励学生通过EXCEL或者C语言编程滑坡、崩塌体等地质灾害稳定性计算程序。2.突出教学重点。在无法增加课时量的情况下,教师需要把主要教学内容放在重点章节上。工程地质课程的主要任务是让学生了解工程建设中可能出现的各类工程地质现象和问题,分析各类工程地质问题对工程建设的影响,能提出相应的防治措施。因此在教学环节中,教师应重点讲解各类工程地质现象与问题的成因、影响因素、诱发机制、稳定性评价等,使学生能将所学知识能直接应用于实际工程建设中。针对部分地质基础知识,教师可适当减少教学内容,学生掌握其基本概念即可。3.加强地域特色案例教学。新疆位于我国西北边陲,处于亚欧中心,是我国陆地面积最大的省份。新疆地形地貌多元化特征明显,既有沙漠、隔壁、荒山,也有草甸、森林、河流。教师以新疆常发地质灾害类型重点分析,不仅能提高学生学习兴趣,也能为学生日后快速融入本地生产项目提供基础。裴向军通过对天山区公路边坡地质灾害发育特征的收集整理得出,新疆地区地质灾害类型主要表现为冻土、岩体冻融风化破坏、泥石流、水毁、雪害、冻害。因此,教师应在今后的工程地质教学与实践环节中,突出上述地质灾害类型的讲解,尽可能地在实践教学环节中加入上述案例现场教学。4.重视实践教学环节。新疆地貌特征虽然丰富,但由于幅员辽阔,不同地质现象相距甚远,因此导致学生的实习路线较长,学生在有限的实习时间内很难完成实习内容。因此,学校需要尽量选择地质现象特征明显、地质现象丰富的地区作为固定实习基地,安排专业教师提前踩点优化实习路线与实习日程安排,并制定完善好实习指导书。5.重视工程地质实习报告编写。学生工程地质专业知识掌握好坏的程度主要体现在工程地质实习报告中,通过实习报告,教师可知道学生是否掌握工程地质相关基本概念、罗盘使用是否正确、工程地质专业术语表述是否准确和恰当。因此,实习环节中教师需要认真指导学生识别地质现象、正确使用地质罗盘,使学生掌握野外记录薄的记录要求和地质素描技巧。教师要每天检查学生野外记录本内容,及时发现实习教学环节中的不足加以改进。实习后期,教师要加强学生实习报告编写指导,实习报告要图文并茂,地质现象描述准确。
三、结论
“工程地质”课程教学内容需要综合课程理论知识与工程实践,其教学内容多、涉及面广。教师要想在有限的课时内完成教学目标,需要在优化课程教学安排基础上突出教学重点,结合新疆地域特色,重点引入本地常见地质灾害案例,使学生快速消化理论知识。此外,教师需要重视教学环节,加强学生野外地质基本功练习,使学生更加快速牢固地掌握工程地质理论知识,达到培养复合型人才的要求。
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