隧道工程課程教學改革思考

摘要：隧道工程是土木工程學科巖土及地下方向的核心專業課程，理論性、實踐性及應用性強，涵蓋的知識面廣而深。為了滿足新時期創新型工程技術人才培養的迫切需要，結合筆者近年來在教學一線所積累的經驗及深切體會，以工程科學角度，從教學方式、實踐性教學理念、科研促教等方面對隧道工程課程的教學改革問題進行探討，以期進一步提高教學質量與效果。

關鍵詞：隧道工程； 教學改革；精品課程建設

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2909（2013）01-0082-04

隨著中國改革開放和經濟建設的快速發展，尤其是近年來實行以高速公路、鐵路、城市地鐵，及西電東輸水利工程、南水北調輸水工程等基礎建設為主的積極財政政策，大型工程建設項目越來越多，從而帶來了大量的巖土與地下工程問題及經驗教訓。這些問題的有效解決，需要大批理論扎實、技術過硬、實踐經驗豐富的專門工程技術人才。這對高等院校教學提出了更高要求，為保證工程科學專業課程的教學、建設及人才培養能適應新形勢，突出工程背景，教學模式亟待改革。

隧道工程是土木工程專業巖土及地下方向的一門專業課，也是核心和代表性的必修課程之一，其目的和任務是使學生掌握隧道的基本概念與構造、基本力學原理、施工作業方法、最新設計理念及行業規范等專業知識，具備隧道工程的設計能力、隧道工程相關技術和研究工作的基本素質，為從事各類隧道工程建設的設計、施工及維護管理奠定基礎。

文章結合筆者近幾年來在廈門大學土木系講授的隧道工程課程，通過教學實踐中獲取的經驗，從教學模式、實踐性教學環節、科研促教等方面進行探討，以期提高教學質量，增強學生學習效果，拓展學生工程視野和實際應用能力，達到培養人才、服務社會的目的。

一、教學中的體會

（一）基礎知識及認識實習的先行修畢

隧道工程涉及多個學科，涵蓋的知識面廣而深。隧道工程教學，一方面要求學生已經具備高等數學（含微積分、線性代數及概率論）、材料力學、彈性力學、土/巖石力學、工程地質等課程的基礎知識，即這些課程需要先行修畢才可繼續隧道工程課程的學習；另一方面，需要較強的工程背景，如隧道施工工藝（鉆爆、盾構或TBM等）和工法（臺階、側壁導坑或CD法等）、裝渣與運輸、噴錨初支與模注二襯、監控量測、防水通風、運營管理、風險控制，等等，即課程具有工程實踐性、應用性特點。因此，在學習該課程之前，對隧道建設現場的實地認識實習是有必要的。

（二）教學內容多而課時有限

隧道工程課程內容龐雜，既涉及規劃、勘察、設計、施工及運營管理的內容，又有鐵路隧道、公路隧道、城市地鐵、礦山及水利工程巷隧、海（水）底隧道等的設計差異，同時還涉及地質、力學、材料科學等方面的基礎理論，無疑是一門工程科學領域內的系統科學。這些內容相互交叉、滲透，緊密聯系又相對獨立，對學生而言，教學內容結構松散、主線不明、重點不突出，甚至有種一團亂麻、理不出頭緒的感覺，學生普遍反應這門課程難學。近年來，隧道工程的教學大綱和授課學時經過調整和壓縮，學時減至30左右，大大低于學科強校50學時以上的要求，如重慶大學、同濟大學、西南交通大學，在有限的時間內，要完成上述多方面的教學任務，且不乏生動性和啟發性，無疑增加了教學難度，同時對教師水平提出更高要求。

（三）教學實踐的限制

隧道工程實踐性、應用性強，在教學中必須注重理論與實踐相結合，這是工程科學學習所必備的素質。考慮到隧道施工工藝復雜、作業線繁多，經常會使用炸藥、雷管等危險品以及各類重工機械設備，加之隧道現場往往是圍巖裸露、積水、噪音大、油煙粉塵污染物多、錨桿鋼筋遍布、電路設備復雜，學生的現場安全問題難以得到保證。另外由于隧道工程的工作面較一般的施工現場更為狹小擁擠，導致施工單位不愿意接收學生實習、參觀。即使聯系到一些實習單位，也只是在短時間內或停工間隙對某一局部粗淺、簡單地觀摩，不能全面了解工程的整個建設過程，不能形成系統、深刻的工程印象。

（四）缺少學生互動

受傳統教學模式的影響，教師在課堂上單一講解授課，學生習慣于被動接受，聽課時忙于記筆記，很少主動思考、質疑。盡管學生對工程問題的興致很高，求知欲強，但限于工程經歷的缺乏，很少與教師交流、討論，授課教師很難獲知學生的課程興趣所在，及重、難點的理解與掌握情況。這與國外工程科學的教學有一定差距。國外一般采用引導性教學，在課程基礎知識講授完畢之后，提出某一工程問題，讓學生根據所學知識自行查閱資料，咨詢專業人員，通過團隊合作完成。傳統的教學模式，導致學生知識理論水平較高，動手能力則較低。

二、教學改革的思考

結合國內兄弟院校的教學情況，隧道工程課程普遍存在以下問題：課程內容龐雜，實踐內容偏少，與工程現場要求嚴重脫節；在有限學時的分配上，理論課時多，實踐課時少；課程的考核方式上，理論比重大，實踐考核少。傳統的教學方式和內容不利于培養學生的實際工程認知、創新與應用能力，不利于學生綜合能力和工程素質的訓練與提升。鑒于此，提出隧道工程課程的教學改革建議。

1. 教學與科研緊密結合

隧道工程是一門實踐性、理論性、應用性很強的工程科學，如果教師僅僅是將書本內容生硬地搬入課堂，學生通常會感到所學內容枯燥，喪失學習興趣，難以激發日后從事該項工作的熱情。隨著科學技術的不斷推進，隧道工程科學中許多新的設計理念、研究成果不斷涌現。在傳統教學內容的基礎上，將隧道設計施工的新理念、新方法、新技術、新工藝以及國家重大隧道工程（如港珠澳沉管隧道、膠州灣海底隧道、杭州錢江盾構隧道等跨海隧道工程）的科研支撐計劃、技術攻關課題及最新進展與研究成果直接引入課堂教學，不僅能夠加深學生對基本理論、基本技能的掌握，培養學生的工程思維、創新精神，而且使學生了解學科發展的形勢，以及當前隧道工程建設中存在的實際技術問題，從而發生興趣、拓寬知識面，培養和鍛煉學生的科研意識、創新能力。

對教師而言，在從事科研的同時，跟蹤國內外發展前沿與動向，密切關注隧道科學技術的發展和最新研究成果，不斷獲得新知識、新思路，以此提高自身業務素質，加深對教學內容的理解和掌握。同時，將科研最新成果融入教學，提高教學的理論起點，深化教學內容，使課程教學緊跟隧道工程學科發展步伐，促進教學水平和科研水平的共同提高[1-2]。

2. 豐富課堂教學的形式

隧道工程教學與實際工程關系緊密，隧道工程的結構形式、工法和施工工藝及各作業線的講述難以僅憑傳統板書在黑板上準確地演示和表達，而學生恰恰正缺乏這些工程實踐經驗，對隧道工程的認知較淺，因此在教學中需深化課程的感性認識與工程認識。這就要求教師充分利用現代化教學手段，運用多媒體教學“圖文并茂”的優點，輔之以工程錄像、照片、圖表、動畫等資料，精心制作電子教案，給予學生圖、文、聲、動、實等多方位的信息，加深學生對課程內容的理解與掌握。在講解典型案例時，通過錄像資料、工程圖片或實物投影，讓學生了解隧道建設施工的全過程信息，對實際工程有直觀感受，讓原本枯燥、平面的教學變得生動、立體，更利于學生理解、掌握，激發其求知欲，同時彌補教學內容多、課時少的矛盾，達到事半功倍的效果。

3.加強實踐

組織學生參加必要的認識實習和生產實踐，完成較高水平的實踐或認識報告，是目前辦學條件下理論與實踐相結合的主要途徑。隧道建設工程量大、工序多雜、周期長，短時間的實習往往只能看到工程的某個局部或某道工序，很難深入了解整個建設過程。從時間、經費及安全考慮，一次實習又難以在多個工地同時展開，因此，有些實習只能是走馬觀花，流于形式。鑒于此，通過強化實踐教學基地的建設，如依托高校“985”平臺，結合各個以實際工程為依托的科研項目，不斷與新近工程建設單位建立長期的校企合作關系，如港珠澳島隧工程國家重大科研支撐計劃、杭州建設局錢江隧道科研、廈門交通委地下軌道交通項目計劃，等等，為課程實踐培育長期且成熟的實習基地，不再是以往“走馬燈”式的實習。另外，通過實習基地的建設，可逐步建立一支優秀的師資隊伍，聘請校外企業、生產一線中經驗豐富、業務過硬的專家，指導學生實踐，保證實踐教學質量。這樣，學生的實踐能力和工程認知能力才能充分提高，實踐教學真正達到預期效果[3]。

4.聘請工程一線技術專家授課

聘請生產、施工或建設管理部門的技術負責人、專家為兼職教授，定期來校為學生授課，開設專題講座，及時給學生講述國內外隧道施工的新問題、新特點，介紹一些施工經驗及行業發展動向、最新科研成果和熱點問題等，將隧道工程技術的最新成果補充到課堂教學中，實時解答學生的一些疑惑，以拓展學生視野、增長知識、開闊思路。通過這些校外專家自身的業務專長，結合其負責的某一實際工程，開展一些實際案例教學，如隧道塌方問題、巖爆專題、突涌水災害等，以加深學生對隧道基本概念和原理的理解，進而提高實際工程問題的分析與解決能力[4-5]。

5. 加快自身特色教材建設步伐

有關隧道工程課程的教材紛繁雜多，具有見地和獨到觀點，有一定技術特色的優秀教材并不多見，因此，在某些經典隧道著作的基礎上（于學馥先生撰寫的《地下工程圍巖穩定分析》、孫鈞先生撰寫的《地下工程的設計理論與實踐》等），依靠“985”高校優秀師資團隊，逐步引入新近隧道的最新科研成果，如有限元極限分析法、地下工程破壞機理、圍巖壓力理論與設計計算方法等，加強自身特色教材的建設步伐，為培養具有技術優勢和特色的隧道工程人才奠定基礎。同時，為彌補教材不足，教學過程中應依靠輔助教材補充教學。輔助教材主要是指最新修訂的設計、施工規范。比如，隧道圍巖級別的劃分，2004 版《公路隧道設計規范》將原規范（1994版）中的“類別”修訂為“級別”，同時，將圍巖類別的質量好壞順序完全調換。

6. 課程考核形式的多元化

為考查學生對所學知識的掌握程度，課程結束后需以一定方式對每位學生考核。考慮隧道工程課程隸屬工程科學且極富應用實踐性的特點，考核不應簡單以期末試卷為單一評判形式。結合實際教學體會與經驗，筆者認為考核宜由3部分組成：（1）課堂表現和平時作業（占15%）。考查學生出勤率、聽課表現（提問與回答問題），及課后作業完成情況；（2）理論考試（占70%）。傳統的期末筆試形式仍占考核的主體。建議在試題的設計上，既考查學生對隧道基本原理與知識點的掌握，又考查其對工程實際問題的分析、解決能力；（3）實踐設計技能（占15%）。主要目的是對學生學習技能和動手能力的考查，通過設置某一隧道工程的設計任務，要求學生運用所學知識，查閱文獻資料，參考相關行業規范及技術標準，對某一工程問題作資料整理、力學分析、理論計算、報告書寫、工程出圖整個過程的綜合訓練。

三、力爭創造省級、國家級精品課程及教學科研團隊

工科學生培養的最終目的是為工程服務，為工程建設提出科學建議和技術保障，保證工程的建設及運營安全，為社會和國家建設貢獻技術力量。隧道工程建設不是科學試驗，而是生命線工程。科學試驗允許失敗，失敗了總結經驗可以從頭再來，這一過程循環往復得以成功。然而，工程建設絕對不允許重來，因為這期間可能以生命的消逝為代價。這是工程科學與科學試驗的本質區別，必須高度重視。開設隧道工程課程，目的是培養學生的高度責任感和嚴謹求實的科學態度，使學生在工程中能考慮到任一細小環節、任一可能發生因素。

廈門大學土木工程系巖土及地下工程課群組具有光榮的傳統，曾培養了巖土工程領域的老一輩名師：曾國熙先生、吳自迪先生、林幼堃先生等。1952年國家高校院系調整，廈門大學土木系先后并入浙江大學、同濟大學、福州大學等學校，為現今這些高校的土木學科發展奠定了堅實的基礎。為繼承巖土工程學科的傳統優勢，進一步開拓巖土及地下學科的發展局面，近年來，土木工程系不斷引進國內外高層次人才，目前已組建巖土工程與災害監測研究所，師資力量逐步壯大。每一位教師在各自領域內均有所建樹，承擔國家自然科學基金項目，并積極參與國家、省、市及地方科研項目和技術服務工作，正逐步成長為一支富有活力、年齡結構合理、富有創新開拓精神的教學科研隊伍。在5—10年內，廈門大學土木工程專業希望通過特色教材建設和科研項目提升多年來積淀的教學傳統，廣泛汲取和學習專業強校的經驗，打造省級乃至國家級精品課程和教學科研團隊，培養更多的優秀青年人才。

參考文獻：

[1] 李曉龍，郭成超. “隧道工程”課程教學模式探討[J]. 中國電力教育，2011（29）：96-98.

[2] 韓現民，高新強. 國家精品課“隧道工程”教學方法與手段的探索[J].中國電力教育，2011（14）：98-99.

[3] 張學民，陽軍生，彭立敏. 國家精品課程“隧道工程”教學模式探討[J].當代教育理論與實踐，2011（10）：82-83.

[4] 周德泉，王桂堯，劉宏利，等. “巖土與隧道工程”課程群建設與特色人才培養探討[J]. 中國地質教育，2010（4）：119-123.

[5] 潘建平，汪小平，朱洪威. 隧道工程課程教學改革探索[J]. 山西建筑，2011（10）：240-241.

Teaching reform of tunnel engineering course

MA Kang

（School of Architecture and Civil Engineering， Xiamen University， Xiamen 361005， P. R. China）

Abstract：Tunnel engineering， as a main fundamental course of geo- underground engineering direction in civil engineering， features strongly in theory， practice as well as application， and takes a wide scope of professional knowledge. To meet the requirement of training excellent engineers in the new situation， based on my teaching experiences in recent years， I discussed the existing problems in teaching and then presented some reform approaches in teaching methods， practical teaching idea， and research for teaching to improve the teaching quality.

Keywords：tunnel engineering； teaching reform； excellent course construction

（編輯 周 沫）