“隧道工程”課程教學改革與實踐

孫明磊　朱正國

摘要:對于隧道工程這門實踐性非常強的工科專業課程來講,“書本教育≠理論教育”,更不等同于實踐教育,僅依靠單一的課堂教學、單一的教學手段和方法不能培養出合格的工程型創新人才。為了改變過去課程教學內容落后于實際工程、教學手段相對單一的特點,筆者嘗試在教學內容、教學方法、教學手段方面進行改革,以此來適應科學技術飛速發展的時代特點以及本課程的專業特點,培養出更多、更全面的工程科學技術人員。

關鍵詞:隧道工程;教學改革;教學方法;教學手段

隧道工程作為土木工程、交通工程類的一門主要技術基礎課程,涉及的教學內容較多,要求學生在學習材料力學、結構力學和工程地質學等力學系列、工程基礎系列課程的基礎上,進一步掌握埋置于地層中的結構物的荷載特征、受力特點、計算原理和方法以及施工方法和工藝,為有關專業課程學習、進行工程結構設計與施工以及科學研究打好基礎,培養綜合分析與解決問題的能力。而過去這類專業課程的學習往往普遍存在“重論文、輕設計、重成績、缺實踐”的問題。為徹底改變這種狀況,真正培養出工程技術型人才,我們必須要在教學內容以及教學方法、手段方面進行改革,以此來促進課程教學的規范化、系統化建設,提高教學質量和師資水平。

一、教學內容的改革

教學內容的改革是隧道工程課程改革的主要方向。教材更新作為教學內容改革的主要體現就成為重中之重,它反映了教學改革的深度和力度。此外還有課程中實踐環節的改革。只有經過實踐,學生對理論課程的學習才能有更深刻的認識,才能進一步地理解和掌握。

1.注重教材建設

石家莊鐵道學院隧道工程課程授課已有50多年的歷史,其間,所用教材歷經多次修訂,其中1985年版和1996年版均被列為鐵道部高等院校統編教材,2005年版更是普通高等教育“十一五”國家級規劃教材,其修改版也于2007年5月正式出版。

在教材建設中,我們注重理論與實踐并重,經典理論、方法與現代新技術、新方法相結合,引導學生掌握理論知識,注重解決實際工程技術問題能力的培養,力求做到教材內容豐富、信息量大、知識結構系統。

另外,在新版教材中,除繼續保持原書特色外,我們還將章節內容適當調整,使學生能了解國內外隧道工程技術的新進展和國內隧道工程的新成果,并按照當前隧道建設事業的新發展,增加了高速鐵路、高速公路隧道構造,不良地質隧道施工,隧道運營養護,以及一些新技術、新方法和新工藝等相關內容。書中理論與實踐并重,并結合大量工程實例介紹了各種理論和知識的實際應用。

2.運用獨特的“3+1+1”教學組織形式激活學生的學習興趣

為了適應新世紀社會發展的需要,培養高素質寬口徑工程技術人才,石家莊鐵道學院于1995年首先在隧道工程專業實行“3+1+1”的教學模式,1999年后,在土木工程專業全面展開。學生先在校學習3年,對基礎知識及隧道工程的概況有一個初步了解;第四年去各用人單位實習1年,在實習過程中,學生必須扎扎實實地在施工現場作為技術員從事一線工作,系統了解隧道工程施工的全過程,使學生在適應社會、積累實踐經驗的同時,反思自己理論及實踐等各方面的不足;第五年再回到學校根據實習期間在現場帶回的技術難題繼續學習隧道工程課程,這樣學生從過去的“要我學”變成“我要學”,從“要我學什么”變為“我要學什么”,大大增加了學生的學習興趣,提高了學生學習效率和解決實際問題的能力,改變了過去學習盲目的狀況,明確了在第五年要補充什么知識。

3.產、學、研緊密結合實現教學內容的常動常新

任課教師、學生利用科研、實習的機會深入隧道工程施工現場,使理論知識與工程實踐緊密結合,只要有隧道施工的地方就有我們的老師、學生;另外還積極吸納工程科技人員到學校兼職,及時將國內外隧道工程設計與施工的新成果充實到教學中,不斷更新隧道設計、施工新技術、新方法等教學內容。教學中著重學生能力的培養,注重理論聯系實際,基礎理論與工程案例、理論課與實踐教學相結合,才能夠解決隧道設計與施工中的技術問題,真正實現產、學、研相結合,而不是僅靠孤立的幾個課題或項目。

4.注重實踐教學

隧道工程是地下結構理論與工程實踐并重的課程,實踐性要求較高。本課程課內總共有64學時,課堂教學安排60學時(包括綜合性習題課學時),兩個實驗課題4學時,三次錄像不占課內學時(課外集中播放或學生獨自在校園網上觀看)。除課堂教學外,還通過大量的教學錄像、實際項目、實驗和綜合性習題以及課程以外的生產實習、畢業實習,不斷拓寬學生知識面,加深學生的理解,加強學生的能力培養[1]。另外,在地下工程實驗室建設的基礎上,我們結合土木工程仿真實驗室建設,建立了擁有1臺曙光天湖4000高性能計算機、9個曙光天闊工作站和96臺微機的計算機房;購置了ANSYS和MIDAS著名軟件網絡版,使學生能隨時獲得最先進的訓練計算分析能力的機會與條件。

5.實行專業教師班主任制度

從教研室教師中選拔出部分學識淵博、年富力強、責任心強、有實踐經驗的隧道專業課教師作為學生班主任,每周抽出大量課余時間,與學生共同探討國內外隧道工程施工的新理念、新知識以及隧道建設的新成就,爭取能做到與學生隨時交流、隨時溝通,使學生遇到的專業方面的問題能得到及時解決,大大彌補了輔導員專業方面的不足。

二、教學方法、手段的改革

教學手段必須與教學內容相適應。教師應針對不同類型的教學內容,選擇靈活多樣的教學手段,以促進教學相長。在當今信息時代,應采取傳統教學、多媒體、錄像資料等相結合的教學方法。譬如,利用配套齊全的自編文字教材、輔助文字教材、試驗教材等,構成系列化教材;利用自行研制開發的多媒體電子教材、網絡課程以及電子教學文件等構成立體化教材與實現網絡化教學。這些教材、教案,教學內容先進、科學,課程體系完整、新穎,體現了系統化的教學理念,并呈現出數字化教學的特點。另外,還通過教學網站來實現師生互動以及學校與現場的互動。

1.傳統的教學手段

對于要求學生重點掌握的、理論性強的內容,通常采用傳統教學手段,即教師在黑板上一邊推演、一邊設問的方法,同時改變過去“以教師為中心,使學生知道了什么”的理念,形成“以學生為中心,使學生會用得怎么樣”的新思路。例如,在講授圍巖的應力狀態時,采用黑板加粉筆的教學手段比采用計算機輔助教學的效果好,教師可結合學生已具有的力學知識,以設問的方式在黑板上逐步推導出圍巖的各次應力狀態,然后利用具體實例使學生鞏固剛學到的理論知識。這樣,學生不僅體會到了已學的知識在該課程中的應用,而且對所學公式記憶深刻,為后續知識的學習奠定了基礎。

2.多媒體教學手段

針對學生的工程實踐知識薄弱,在教學中需重視加強學生感性認識的特點,我們組織研發了隧道工程多媒體課件。課件采用動靜相結合的形式,如模擬隧道的開挖、外部荷載對隧道變形的影響等均采用了動畫的形式,合理利用文本、圖形、動畫及音響等媒體,使得授課內容生動、形象,學生理解和掌握起來也變得相對容易,極大地激發了學生的求知欲。另外,注重課件的科學性、交互性及通用性,教師在課堂上可根據需要隨時進行教學內容的選擇、切換及重現等操作。這種聲、像、文并茂的教學形式,不僅形象生動,而且有利于提高學生學習興趣,增強學生對學習內容的認識和理解,縮短教學時間,提高教學效率。

3.網絡教學手段

充分利用互聯網,使學生能通過校園網自學。為使課堂教學與網絡教學能優勢互補,我們建立了網上教育平臺,將隧道工程電子課件、教案、習題集和實錄講課錄像等學習資料全部上網,特別是將反映施工過程的錄像、動畫、照片及相關文字編入電子課件,使學生在課余時間能隨時調用,自由掌握學習時間,以彌補課內學時不足的缺陷。

4.典型案例教學法

針對目前地下工程設計中工程類比經驗設計仍占重要地位,施工中風險較大,各種方法和技術的針對性、適用性強,設計和施工中各種經驗教訓的指導性很強的特點,教師在教學中除了概括地講授基礎知識,并作普通的歸納總結外,還應采用工程全過程案例教學法,即在課堂上講完理論知識后馬上針對本節內容講述相關典型案例,與學生一起思考該案例中設計及施工的經驗、教訓,使學生印象更深刻,更易于接受。為此,本課程充分利用教研室教師參與隧道工程研究與建設,以及校友廣泛分布于各隧道建設領域與項目的便利條件,廣泛收集典型工程實錄、資料,分析加工、充實典型工程案例,再經過教研組內部的充分研討與消化,使其適用于課堂教學。這樣,就轉變了傳統的教學理念,提高了學生的學習興趣,更培養了學生分析問題、解決問題的能力。

三、結論

教學內容和教學方法、手段的改革是課程教學改革的關鍵,它們直接關系到課程教學能否系統化與規范化[2]。對于這門理論與實踐并重的隧道工程課程來說就更是如此。通過近幾年的教學實踐,我們嘗試進行了教學內容和方法的改革,并取得了一定的效果和經驗,從課后學生接受情況的反饋信息及畢業生走到工作崗位以后的適應能力來看,教學效果有很大提高。今后我們將進一步沿著這一思路不斷探索、完善,以響應國家提出的“呼喚創新工程科技人才培養”的號召,適應建設單位“召之即來,來之能用”的要求,為國家培養出更多的工程技術型創新人才。

參考文獻:

[1] 陳彪,韋堯兵,周琦,賀連娟,陶濤.加強實踐教學,注重綜合訓練,培養工程能力強的高級專門人才[J].中國大學教學,2007(9):75-76.

[2] 徐穎.《爆破工程》課程改革[J].安徽理工大學學報(社會科學版),2005,7(4):86-88.

(作者單位:石家莊鐵道學院土木工程分院)