工程地質(zhì)學(xué)的教學(xué)改革研究

doi：10.11835/j.issn.1005-2909.2013.03.024

收稿日期：2012-11-16

作者簡介：汪演強(qiáng)（1955-），男，廣東石油化工學(xué)院建筑工程學(xué)院工程師，主要從事巖土工程勘察及工程地質(zhì)學(xué)研究，（E-mail）790302292@qq.com。

摘要：工程地質(zhì)學(xué)在土木工程專業(yè)中具有至關(guān)重要的學(xué)科地位。針對目前工程地質(zhì)學(xué)課程存在的主要問題，對工程地質(zhì)學(xué)課程建設(shè)及教學(xué)方法提出切實(shí)可行的改革措施。全方位培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際能力、分析問題和解決問題的能力、創(chuàng)新能力和工程意識，培養(yǎng)具有較高素質(zhì)的高級技術(shù)人才。

關(guān)鍵詞：工程地質(zhì)學(xué)；土木工程專業(yè)； 教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1005-2909（2013）03-0091-04 一、 工程地質(zhì)學(xué)的學(xué)科地位

土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案提出的培養(yǎng)目標(biāo)是：畢業(yè)生能在房屋建筑、工程勘察、地基基礎(chǔ)、地下建筑、道路、橋梁等設(shè)計(jì)、研究、施工、教育、管理、投資開發(fā)部門從事技術(shù)或管理工作。工程地質(zhì)學(xué)是土木工程專業(yè)一門必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，一方面為土力學(xué)與基礎(chǔ)工程學(xué)等專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，另一方面擔(dān)負(fù)著與工程地質(zhì)勘察有關(guān)的應(yīng)用地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)理論知識學(xué)習(xí)及實(shí)踐實(shí)習(xí)的重要任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力及創(chuàng)新精神。工程地質(zhì)學(xué)通過巖土工程勘察為工程建設(shè)服務(wù)。在工程建設(shè)中首先要查明建設(shè)地區(qū)或建筑場地的工程地質(zhì)條件，分析、預(yù)測和評價(jià)可能存在和發(fā)生的工程地質(zhì)問題，及其對建筑物和地質(zhì)環(huán)境的影響和危害，提出防治不良地質(zhì)作用的措施。可見必須要有扎實(shí)的工程地質(zhì)學(xué)知識才能在實(shí)際工程建設(shè)中完成工程地質(zhì)勘察任務(wù)。

工程地質(zhì)問題，是涉及生命和財(cái)產(chǎn)安全的大問題，稍有疏忽即可釀成大禍。西安建筑科技大學(xué)舊圖書館、鐵一局幼兒園教學(xué)樓以及西安化工六院某家屬樓等，都是由于建筑場地地質(zhì)條件沒勘察清楚，剛好建在地裂縫上而遭到破壞。1976年7月28日唐山7.8級大地震，造成65萬多間房屋坍塌，24萬多人死亡，主要是建筑結(jié)構(gòu)防震措施缺失及地基液化造成的房屋倒塌，原唐山礦冶學(xué)院的圖書館樓因地基液化下陷了一層半。委內(nèi)瑞拉曾發(fā)生6.4級地震，致使樓房地基土液化下陷（圖1），也屬于地基處理方案不合理造成的工程地質(zhì)問題。2009年6月27日上海“倒樓”工程事故， 13層樓房（7號樓）整體倒覆（圖2），事故原因是施工方將樓房南側(cè)開挖4.6 m深的地下室挖出的土方堆置在樓北側(cè)，高度達(dá)10 m左右，加上雨水滲入誘發(fā)土體失穩(wěn)，致使基礎(chǔ)樁折斷樓房失去支撐而倒覆。該工程事故屬人工改變地質(zhì)環(huán)境及雨水滲入誘發(fā)土體失穩(wěn)的工程地質(zhì)問題。從以上工程事故案例可以看出，天災(zāi)固然不可抗拒，但人禍可以避免，這就要求土木工程師熟練掌握工程地質(zhì)學(xué)知識。可見工程地質(zhì)學(xué)課程設(shè)置，在土木工程建設(shè)中具有舉足輕重的學(xué)科地位。

圖1 地基土液化樓房下陷

圖2 上海倒樓事故現(xiàn)場

二、工程地質(zhì)學(xué)課程存在的主要問題

據(jù)調(diào)查了解及結(jié)合學(xué)院的實(shí)際情況，目前土木工程專業(yè)工程地質(zhì)學(xué)教學(xué)在師資、實(shí)踐教學(xué)方面存在許多問題[1]，而最突出的問題主要有以下兩方面。

首先是課程授課學(xué)時(shí)少。土木工程專業(yè)工程地質(zhì)學(xué)為30學(xué)時(shí)，實(shí)際授課課時(shí)為26學(xué)時(shí)。其他多數(shù)院校的課時(shí)設(shè)置為36學(xué)時(shí)[2]。而按新專業(yè)設(shè)置，工程地質(zhì)學(xué)教學(xué)內(nèi)容多，在教學(xué)內(nèi)容安排上除了滿足主要的工業(yè)與民用建筑專業(yè)方向外，還要兼顧道路與橋梁工程、巖土工程、地下工程等專業(yè)方向。地質(zhì)基礎(chǔ)知識是學(xué)科基礎(chǔ)，必須牢固掌握，而工程巖土學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)、工程地質(zhì)分析及巖土工程勘察是分析和解決工程地質(zhì)問題的專業(yè)應(yīng)用部分，這些知識更加重要。課時(shí)設(shè)置太少，教學(xué)深度難以達(dá)到人才培養(yǎng)方案中的培養(yǎng)目標(biāo)。

其次，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)及野外實(shí)習(xí)少，個(gè)別院校沒有開設(shè)實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)。 因課時(shí)少，在課程設(shè)計(jì)中往往是首先減少實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)，致使實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱或缺失。同時(shí)，非地質(zhì)院校開設(shè)的土木工程專業(yè)，基本上都沒有地質(zhì)基礎(chǔ)方面的實(shí)驗(yàn)室，如礦物巖石實(shí)驗(yàn)室、地質(zhì)構(gòu)造模型室，以及野外地質(zhì)實(shí)習(xí)基地。野外地質(zhì)實(shí)習(xí)的師資力量也不足，一般非地質(zhì)院校僅有1～2位工程地質(zhì)學(xué)任課教師，不具備帶領(lǐng)野外實(shí)習(xí)的條件，所以基本上都沒有開設(shè)野外實(shí)習(xí)。學(xué)生在學(xué)習(xí)中缺少感性認(rèn)識，紙上談兵使這門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程教學(xué)大打折扣。

三、教學(xué)改革措施

基于工程地質(zhì)學(xué)課程目前存在的主要問題及課程設(shè)置的重要性，在適當(dāng)增加教學(xué)課時(shí)及工程地質(zhì)實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)資金投入的同時(shí)，依據(jù)多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)從以下兩方面著手改革。

（一）課程建設(shè)方面的改革

（1）相關(guān)課程的任課教師組成教學(xué)科研團(tuán)隊(duì)，開展相關(guān)的教學(xué)科研活動。由于工程地質(zhì)學(xué)課程教學(xué)課時(shí)少，所以從事工程地質(zhì)學(xué)教學(xué)的教師相對較少，不能形成強(qiáng)大的師資隊(duì)伍。但工程地質(zhì)學(xué)、土力學(xué)及基礎(chǔ)工程學(xué)課程知識相關(guān)性較大，可以組成一個(gè)教學(xué)科研團(tuán)隊(duì)，開展相關(guān)的教學(xué)科研活動及設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)研究。對這些課程中相互交叉、重復(fù)的部分內(nèi)容進(jìn)行協(xié)商調(diào)整。如工程地質(zhì)學(xué)中土的工程地質(zhì)特性，包括土的物質(zhì)組成、土的物理力學(xué)性質(zhì)、土的分類與分級，以及地下水的徑流狀態(tài)等，在土力學(xué)中屬于重點(diǎn)內(nèi)容。房屋建筑工程地質(zhì)問題及深基坑開挖工程地質(zhì)問題，在基礎(chǔ)工程學(xué)中有較詳細(xì)講授。這些內(nèi)容在工程地質(zhì)學(xué)中不宜重復(fù)授課。

（2） 充分利用實(shí)驗(yàn)室教學(xué)資源。 據(jù)調(diào)查了解，許多理工科院校在開辦土木工程專業(yè)的同時(shí)，也開設(shè)有地理科學(xué)類專業(yè)，廣東石油化工學(xué)院也開設(shè)了這兩個(gè)專業(yè)。地理科學(xué)類專業(yè)開設(shè)的地質(zhì)學(xué)也都需要進(jìn)行地質(zhì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。為充分利用實(shí)驗(yàn)室教學(xué)資源，節(jié)約實(shí)驗(yàn)室重復(fù)建設(shè)的資金投入，建議兩個(gè)專業(yè)共同建設(shè)使用礦物巖石實(shí)驗(yàn)室、地質(zhì)構(gòu)造模型室，完善地質(zhì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。開展常見造巖礦物及三大類巖石的認(rèn)識、鑒定實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)學(xué)生對礦物、巖石的感性認(rèn)識，開展地質(zhì)構(gòu)造模型實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生理解并掌握地質(zhì)構(gòu)造的立體空間展布。

（3）開設(shè)巖土工程勘察綜合性實(shí)驗(yàn)。在土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)中可見，畢業(yè)生應(yīng)能在工程勘察部門從事技術(shù)及管理工作。因此，在加強(qiáng)巖土工程勘察理論知識講授的同時(shí)，有必要開設(shè)巖土工程勘察綜合性實(shí)驗(yàn)。把工程地質(zhì)學(xué)、土力學(xué)、基礎(chǔ)工程學(xué)與工程測量等課程中簡單、分散、獨(dú)立的相關(guān)實(shí)驗(yàn)統(tǒng)一起來，組合成為巖土工程勘察綜合性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括對某一建筑場地測量定位、鉆探、原位測試、采取巖土試樣、鑒定描述、室內(nèi)土工試驗(yàn)，綜合分析評價(jià)，確定土巖層承載力特征值，建議建筑物的基礎(chǔ)持力層及基礎(chǔ)類型，提出與建筑場地、環(huán)境相關(guān)的巖土工程綜合治理建議。綜合性實(shí)驗(yàn)旨在把實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與生產(chǎn)實(shí)際聯(lián)系起來，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、綜合運(yùn)用能力、創(chuàng)新能力。巖土工程勘察綜合性實(shí)驗(yàn)應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，獨(dú)立設(shè)置課程，時(shí)間具有連續(xù)性，可以培養(yǎng)學(xué)生連續(xù)工作的毅力和能力，利于學(xué)生提前熟悉就業(yè)環(huán)境，增強(qiáng)工程意識，形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。巖土工程勘察綜合性實(shí)驗(yàn)更貼近土木工程專業(yè)實(shí)際，體現(xiàn)大工程觀的教育思想。

（4） 開設(shè)工程地質(zhì)相關(guān)的專題講座。 定期開設(shè)工程地質(zhì)相關(guān)專題講座，介紹工程地質(zhì)與工程建設(shè)的依附關(guān)系，介紹工程建設(shè)、巖土工程治理等方面有關(guān)工程地質(zhì)的典型案例和最新研究成果，提高學(xué)生對工程地質(zhì)學(xué)的學(xué)習(xí)興趣和日后工程建設(shè)設(shè)計(jì)施工時(shí)對工程地質(zhì)條件的重視。介紹工程地質(zhì)的新理論、新技術(shù)和新方法，拓寬學(xué)生的知識面，開闊視野，使學(xué)生更多地了解、接受最新的前沿科技成果，使學(xué)生能站在更高、更廣的角度分析問題，為學(xué)生將來成為優(yōu)秀的土木工程師打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。

（二） 教學(xué)方法改革

（1）首先要教會學(xué)生獲取知識及創(chuàng)新的能力。 大學(xué)本科教學(xué)的核心并不是讓學(xué)生去掌握某一種實(shí)驗(yàn)方法或某一個(gè)專業(yè)知識，而是讓學(xué)生學(xué)會發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的思路及方法，培養(yǎng)學(xué)生獲取知識及創(chuàng)新的能力[3]，實(shí)現(xiàn)青出于藍(lán)而勝于藍(lán)。根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)，掌握地質(zhì)學(xué)“將今論古、以古證今”的思維方式和研究方法，養(yǎng)成從地質(zhì)演化角度分析工程地質(zhì)條件的思維習(xí)慣。地球的內(nèi)外力地質(zhì)作用是永不停息的，無時(shí)無刻都在按地質(zhì)演化規(guī)律發(fā)生著變化，特定的建筑工程與場地地質(zhì)環(huán)境之間是有條件的、動態(tài)的平衡，一旦某一因素的變化超越了平衡極限，平衡被打破，工程地質(zhì)條件就要發(fā)生變化，甚至危害建設(shè)工程，引發(fā)建設(shè)工程事故。學(xué)會分類、總結(jié)、歸納及演繹的邏輯思維方法，將復(fù)雜的地質(zhì)現(xiàn)象（問題）簡單化，將特殊的地質(zhì)現(xiàn)象（問題）典型化，將一般的地質(zhì)現(xiàn)象（問題）規(guī)律化[4]。提高學(xué)生自主獲取知識的能力，拓展思維，使學(xué)生能在課堂授課時(shí)間以外，通過自學(xué)獲得更多有關(guān)工程地質(zhì)的知識，為日后的拓展學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，增強(qiáng)創(chuàng)新意識，提升創(chuàng)新能力。

（2）重視學(xué)生對實(shí)物標(biāo)本的接觸觀摩鑒定，實(shí)施全開放實(shí)驗(yàn)。為學(xué)生認(rèn)識、鑒定常見造巖礦物及常見巖石創(chuàng)造條件，實(shí)施全開放實(shí)驗(yàn)。也就是在相應(yīng)的內(nèi)容講授及實(shí)物標(biāo)本鑒定演示后，把多套常見礦物巖石標(biāo)本分組留給學(xué)生長時(shí)間保管。如圖3所示，學(xué)生在宿舍利用課余時(shí)間做常見礦物巖石鑒定實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在做鑒定實(shí)驗(yàn)時(shí)允許其刻劃、敲打標(biāo)本，讓學(xué)生有較多機(jī)會接觸、認(rèn)識、鑒定實(shí)物標(biāo)本，并相互交流討論鑒定體會，反復(fù)識記常見造巖礦物及巖石的主要特征。填補(bǔ)部分院校沒有地質(zhì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室的缺陷，可以收到在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)異曲同工的效果。在實(shí)際工作中常見的礦物主要有石英、長石、云母、方解石等，常見的巖石主要有花崗巖、閃長巖、玄武巖、礫巖、砂巖、泥巖、頁巖、石灰?guī)r、片麻巖、千枚巖等，這些礦物巖石標(biāo)本比較容易采集。可利用野外實(shí)習(xí)大量采集這些常見的礦物巖石標(biāo)本，或到地質(zhì)勘察及地質(zhì)礦產(chǎn)生產(chǎn)單位收集這些標(biāo)本，個(gè)別難采集的標(biāo)本應(yīng)投入資金購買。正由于這些標(biāo)本容易采集，可當(dāng)作易耗品借給學(xué)生保管，課程結(jié)束后才回收標(biāo)本，提高實(shí)驗(yàn)標(biāo)本的利用率。

圖3 學(xué)生利用課余時(shí)間鑒定礦物巖石標(biāo)本

（3）重視地質(zhì)理論與工程實(shí)踐的密切聯(lián)系。 地質(zhì)是工程地質(zhì)，不能脫離工程建設(shè)而單純講授地質(zhì)理論。如講授三大類巖石時(shí)，應(yīng)結(jié)合工程實(shí)例分析其工程性質(zhì)，介紹其作為建筑材料、地基、邊坡與周圍環(huán)境的工程性質(zhì)。在講授地下水對工程建設(shè)的影響、常見不良地質(zhì)作用及其防治、不同工程類型常見工程地質(zhì)問題等內(nèi)容時(shí)，緊密結(jié)合較典型的實(shí)際工程案例講授。如茂名市某單位辦公樓建筑基礎(chǔ)工程案例，建筑物設(shè)計(jì)有一層地下室，設(shè)計(jì)采用天然地基箱型基礎(chǔ)，由于設(shè)計(jì)人員對地下水設(shè)防水位不重視，沒有抗浮設(shè)計(jì)，在樓房建到地面時(shí)回填了基坑邊坡，平整了室外地面。當(dāng)建到第二層時(shí)，一場暴雨使整棟建筑物上浮，升高了38 cm，造成工程事故。通過具體工程案例，與學(xué)生共同分析、討論，找出工程事故的工程地質(zhì)原因，提出有關(guān)工程地質(zhì)問題的防治措施，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，及分析問題、解決問題的能力。

（4）充分利用多媒體技術(shù)教學(xué)。 多媒體教學(xué)不僅可以擴(kuò)大課堂教學(xué)的信息量，而更主要的是增強(qiáng)教學(xué)直觀性，提高教學(xué)質(zhì)量。如將各種地質(zhì)現(xiàn)象、工程地質(zhì)問題、不良地質(zhì)作用及其防治措施，特別是由于地質(zhì)原因造成的工程事故及處理措施，以圖片的形式給學(xué)生演示，輔助教學(xué)。把地質(zhì)構(gòu)造、地層接觸關(guān)系等地質(zhì)演化形成過程制作成動畫，使學(xué)生更容易理解并增強(qiáng)記憶。如背斜、向斜構(gòu)造的形成過程及在地面出露的巖層新老關(guān)系特征，以動畫展示各階段的過程：地殼下降的同時(shí)沉積一套從下至上、由老到新的地層層序→地層受水平運(yùn)動擠壓形成背斜、向斜褶皺構(gòu)造→顯示背斜核部為老巖層，兩翼為新巖層，向斜核部為新巖層，兩翼為老巖層→地殼上升的同時(shí)背斜、向斜上部地層被風(fēng)化剝蝕削平或背斜成谷向斜成山→從地表面顯示中間為老巖層，兩側(cè)新巖層對稱重復(fù)出現(xiàn)的為背斜；中間為新巖層，兩側(cè)老巖層對稱重復(fù)出現(xiàn)的為向斜。利用錄像設(shè)備將野外地質(zhì)實(shí)習(xí)、巖土工程勘察施工（包括各種測試、鉆探等）制作成電視錄像片，在講授相應(yīng)的內(nèi)容時(shí)播放，或放在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，讓學(xué)生隨時(shí)下載觀看。增強(qiáng)感性認(rèn)識，為實(shí)踐實(shí)習(xí)打好基礎(chǔ)，也可以節(jié)省實(shí)踐實(shí)習(xí)時(shí)間，或代替部分實(shí)踐實(shí)習(xí)，填補(bǔ)部分院校沒有開設(shè)實(shí)踐實(shí)習(xí)教學(xué)的不足。生動、形象、直觀的教學(xué)使學(xué)生更容易理解。

四、結(jié)語

工程地質(zhì)學(xué)是土木工程專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，是一門學(xué)時(shí)不多、內(nèi)容豐富、教學(xué)難度較大、富有挑戰(zhàn)性的課程。要培養(yǎng)基礎(chǔ)理論知識充實(shí)，具有較強(qiáng)的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神，綜合素質(zhì)高的優(yōu)秀土木工程師，學(xué)校必須要加大對專業(yè)建設(shè)的投入：完善基礎(chǔ)地質(zhì)實(shí)驗(yàn)室并定期補(bǔ)充足夠數(shù)量的實(shí)驗(yàn)標(biāo)本，建立野外地質(zhì)實(shí)習(xí)基地，確保相應(yīng)的實(shí)踐實(shí)習(xí)，包括工程地質(zhì)勘察實(shí)習(xí)。任課教師更要加強(qiáng)學(xué)習(xí)，不斷總結(jié)、改革教學(xué)方法，更新工程地質(zhì)新技術(shù)、新方法，收集積累工程實(shí)踐案例，從工程建設(shè)實(shí)際出發(fā)培養(yǎng)具有綜合素質(zhì)的高級工程技術(shù)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）

Abstract： Engineering geology has an important discipline status in civil engineering specialty. The main existing problems in engineering geology courses were studied and feasible and specific reform measures on course construction and teaching methods were put forward consequently. It aims to help students to integrate theories with practice and analyze and solve problems， to cultivate students’ creativity and engineering consciousness， and to foster high-level technical talents with comprehensive qualities.

Keywords： engineering geology； civil engineering specialty； teaching reform

（編輯 周 沫）