《巖土工程》課程實(shí)踐教學(xué)方法探討

汪東林,何賢才，呂秋玲

（安徽建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院，安徽 合肥 230022）

1 引言

巖土工程為結(jié)構(gòu)工程體系與工程地質(zhì)學(xué)知識(shí)體系的交叉性學(xué)科，在工程建設(shè)過程中涉及面十分廣泛.中國(guó)大百科全書定義為：“土木工程的一個(gè)分支，以工程地質(zhì)學(xué)、巖石力學(xué)、土力學(xué)與基礎(chǔ)工程為理論基礎(chǔ)，涉及巖石和土的利用、整治和改造的一門技術(shù)科學(xué).”

在各類工程建設(shè)過程中，如工業(yè)和民用建筑、橋梁和隧道工程、道路工程、水利水電工程、地下結(jié)構(gòu)和港口工程等，都不可避免涉及到與巖土工程相關(guān)的問題.可見，巖土工程是土木工程最廣泛的邊緣學(xué)科，它與土木工程所有領(lǐng)域的知識(shí)都相關(guān)[1].

伴隨著社會(huì)發(fā)展和科技進(jìn)步，在工程建設(shè)實(shí)踐過程中，面臨的巖土工程課題越來(lái)越多、越來(lái)越復(fù)雜，這需要培養(yǎng)出實(shí)踐能力突出、具有創(chuàng)新能力的巖土工程專業(yè)人才，即指在巖土工程方面能夠提出新觀念、新概念、新材料、新理論、新技術(shù)、新工藝等，并能將其付諸實(shí)施，在巖土工程領(lǐng)域取得新成果的工程技術(shù)人員.

2 《巖土工程》課程特點(diǎn)

巖土工程是多學(xué)科相互交叉、相互滲透的極其復(fù)雜的學(xué)科.《巖土工程》課程所覆蓋的知識(shí)體系非常龐大，與理論力學(xué)、材料力學(xué)、土力學(xué)、巖石力學(xué)、地下水動(dòng)力學(xué)、勘察技術(shù)、工程地質(zhì)學(xué)、彈塑性力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等許多學(xué)科密切相關(guān)；教學(xué)內(nèi)容也非常豐富，《巖土工程》課程教學(xué)大綱要求，教學(xué)內(nèi)容包括巖土體力學(xué)特性、實(shí)驗(yàn)方法、巖土工程勘察、地基基礎(chǔ)、深基坑工程、邊坡工程、隧道工程、爆破工程、原位測(cè)試技術(shù)、土工聚合物等.這要求學(xué)生在學(xué)習(xí)《巖土工程》課程前，要有較為深厚的力學(xué)理論基礎(chǔ)和相關(guān)專業(yè)知識(shí)；對(duì)于授課老師也提出更高的要求，不僅需要老師儲(chǔ)備的知識(shí)體系廣泛，而且能夠合理安排教學(xué)時(shí)間和計(jì)劃，把握學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度和對(duì)知識(shí)掌握程度.

《巖土工程》課程研究主體為巖土體.土體為三相非連續(xù)介質(zhì)，其工程力學(xué)性質(zhì)與土體含水量、飽和度、密實(shí)度、應(yīng)力歷史、礦物成分、粒度大小等多因素密切相關(guān)；巖土體地層呈現(xiàn)非均勻性和各項(xiàng)異性，巖土工程邊界條件難以確定；巖土力學(xué)性質(zhì)易受到時(shí)間因素和外界環(huán)境等影響；巖土體室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)受到測(cè)試方法和手段限制，使得巖土工程設(shè)計(jì)參數(shù)具有不確定性.導(dǎo)致在巖土工程設(shè)計(jì)和施工過程中，計(jì)算假定、計(jì)算方法和計(jì)算參數(shù)與實(shí)際情況差別較大，需要工程技術(shù)人員根據(jù)理論知識(shí)和工程經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷，可以說(shuō)巖土工程是土木工程學(xué)科中最復(fù)雜、難度最大的學(xué)科之一[2,3].

巖土工程所涉及領(lǐng)域主要包括地基基礎(chǔ)、深基坑工程、路基工程、邊坡工程、隧道工程、地下結(jié)構(gòu)和地下管線工程.這類工程共同特點(diǎn)是具有復(fù)雜性和強(qiáng)烈隱蔽性，工程事故發(fā)生預(yù)兆不明顯，一旦出現(xiàn)工程事故，將導(dǎo)致嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失和安全事故.例如地基基礎(chǔ)為建筑物根基，承受上部結(jié)構(gòu)荷載，對(duì)上部結(jié)構(gòu)起著決定性作用,一旦地基基礎(chǔ)發(fā)生破壞，將導(dǎo)致這個(gè)建筑物的安全；近年來(lái)，隨著城市地下空間的開發(fā)利用，城市地鐵建設(shè)得到飛速發(fā)展，然而大量安全事故不斷發(fā)生，造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，引起了工程界和教育界專業(yè)人士高度重視[4].

近年來(lái),隨著我國(guó)城市建設(shè)的飛速開展和科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，在巖土工程領(lǐng)域中新型建筑材料、勘察技術(shù)手段、計(jì)算方法、施工工藝等不斷涌現(xiàn)[5].例如城市地下工程中，隨著信息化技術(shù)發(fā)展，三維數(shù)字化技術(shù)在城市地鐵建設(shè)中得到應(yīng)用，能夠?qū)⑺牡刭|(zhì)數(shù)據(jù)、地下結(jié)構(gòu)變形和受力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、盾構(gòu)施工工程中施工信息等全部數(shù)字化后進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)一管理，保障了工程安全、快速施工[6].而在課堂教學(xué)中，只對(duì)于常規(guī)的監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行敘述,課程內(nèi)容偏于陳舊,教學(xué)內(nèi)容的更新程度遠(yuǎn)落后于本學(xué)科的發(fā)展.

3 教學(xué)方法探討

《巖土工程》具有知識(shí)體系龐大、教學(xué)內(nèi)容多、難度大、實(shí)踐性高、知識(shí)更新速度快等特點(diǎn).在當(dāng)前巖土工程技術(shù)飛速發(fā)展階段，為培養(yǎng)實(shí)踐能力強(qiáng)、具有創(chuàng)新能力的巖土工程師，這就需轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念,強(qiáng)化《巖土工程》實(shí)踐教學(xué)、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,筆者在提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)手段等方面進(jìn)行了如下幾點(diǎn)探索與實(shí)踐.

3.1 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是巖土工程課程中連接理論教學(xué)和工程實(shí)踐的重要環(huán)節(jié).通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，對(duì)相關(guān)的理論知識(shí)有著直接的認(rèn)識(shí)，從而能夠理解和掌握理論知識(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生提出問題、分析問題和解決實(shí)際工程問題的能力方面發(fā)揮著重要作用，是培養(yǎng)巖土工程人才創(chuàng)造性思維能力、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)芰涂萍佳芯磕芰Φ闹匾Ｕ?

巖土工程專業(yè)屬于多學(xué)科相互交叉和融合的綜合性學(xué)科，其實(shí)踐性和實(shí)用性很強(qiáng).這要求學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握不能僅僅停留在理論上，還需要將理論知識(shí)靈活運(yùn)用到工程實(shí)踐中去.因此實(shí)驗(yàn)室建設(shè)尤顯重要，實(shí)驗(yàn)教學(xué)要貫穿整個(gè)巖土工程課程的學(xué)習(xí)過程.

讓學(xué)生在校期間就能熟悉巖土工程領(lǐng)域各種基礎(chǔ)和先進(jìn)儀器設(shè)備操作方法和基本原理.實(shí)驗(yàn)教學(xué)要跟上巖土工程領(lǐng)域的最新技術(shù)發(fā)展,在實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)手段和方法方面要不斷創(chuàng)新和更新,使實(shí)驗(yàn)室成為學(xué)生獲取新知識(shí)、培養(yǎng)創(chuàng)新能力的基地.例如，土木工程學(xué)院地下結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室建立了長(zhǎng)9.2m×寬5.2m×深3m隧道模型試驗(yàn)系統(tǒng),能在復(fù)雜試驗(yàn)條件下模擬隧道開挖過程，并動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力和地層變形.通過實(shí)驗(yàn)性教學(xué)展示或讓學(xué)生直接參與模型實(shí)驗(yàn)，能讓學(xué)生對(duì)新實(shí)驗(yàn)技術(shù)方法和新施工工藝有著更為直觀和具體的認(rèn)識(shí)[7].

3.2 鼓勵(lì)學(xué)生參加大學(xué)生科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目

創(chuàng)新是推動(dòng)社會(huì)和科技發(fā)展的動(dòng)力源泉，創(chuàng)新能力培養(yǎng)一直是大學(xué)生教育的重要目標(biāo).而具有創(chuàng)新思維和能力的大學(xué)生才能適應(yīng)巖土工程發(fā)展需要.在工作崗位上勇于創(chuàng)新，針對(duì)不同的工程特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)和施工階段提出新的設(shè)計(jì)方法和施工工藝，創(chuàng)造新的施工工法和專利.

為了促進(jìn)學(xué)校教學(xué)和科研良性互動(dòng)，使學(xué)生勇于創(chuàng)新、敢于創(chuàng)新和學(xué)會(huì)創(chuàng)新，學(xué)校每年抽出部分資金組織學(xué)生申報(bào)大學(xué)生科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目.每個(gè)基金項(xiàng)目組由一位專業(yè)老師和三到五名學(xué)生組成，在老師悉心指導(dǎo)下，學(xué)生利用課余時(shí)間通過收集整理資料、開展土工試驗(yàn)和理論分析等形式開展具有一定創(chuàng)新意義的科學(xué)研究活動(dòng)，通過基金項(xiàng)目實(shí)施來(lái)提高大學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力.

巖土工程專業(yè)教師應(yīng)結(jié)合專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容和特點(diǎn)，積極引導(dǎo)和鼓勵(lì)本專業(yè)學(xué)生申報(bào)大學(xué)生科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目.在指導(dǎo)教師幫助下，四名學(xué)生開展了《飽和軟土流變特性試驗(yàn)研究》課題研究，開展了土體在不同含水量情況下土體流變參數(shù)研究，并根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，開展蠕變曲線的規(guī)律研究.學(xué)生通過該基金項(xiàng)目的實(shí)施，懂得了在圖書館和數(shù)據(jù)庫(kù)查閱國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，根據(jù)項(xiàng)目研究需要來(lái)開展室內(nèi)試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和處理，并形成最終研究報(bào)告.通過項(xiàng)目實(shí)施，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)巖土工程課程的學(xué)習(xí)興趣,而且培養(yǎng)了學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力和創(chuàng)新思想.

3.3 成立科研興趣小組，參與教師科研課題

培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科研的興趣是提高大學(xué)生創(chuàng)新能力的最為有效途徑.在學(xué)生嘗試開展科研過程中，不斷發(fā)現(xiàn)問題，激發(fā)對(duì)《巖土工程》課程的愛好，讓學(xué)生主動(dòng)去學(xué)習(xí)，達(dá)到提高教學(xué)效果目的.筆者嘗試著在08級(jí)土木工程專業(yè)地下方向班級(jí)成立了3個(gè)科研興趣小組，分別為施工監(jiān)測(cè)小組、數(shù)值計(jì)算小組和試驗(yàn)分析小組.積極引導(dǎo)學(xué)生參與到教師的科研課題中去，培養(yǎng)學(xué)生科研和創(chuàng)新能力.例如，在合肥市“深基坑樁錨聯(lián)合支護(hù)技術(shù)研究”課題中,課題組吸收了這3個(gè)科研興趣小組正式參與到項(xiàng)目中，真正分配實(shí)際科研任務(wù)給同學(xué)完成，在教師悉心指導(dǎo)下，3個(gè)科研興趣小組較好地完成了部分施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、室內(nèi)土工試驗(yàn)和理論分析計(jì)算等任務(wù).在參與科研項(xiàng)目過程中，學(xué)生通過工程實(shí)際問題的分析和解決，不僅提高了專業(yè)理論水平，還積累了較為豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn).

3.4 立足專業(yè)特色，開展暑期“三下鄉(xiāng)”社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)

在全國(guó)大學(xué)生“三下鄉(xiāng)”社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)中，土木工程學(xué)院應(yīng)立足專業(yè)特色和農(nóng)村發(fā)展需求來(lái)開展實(shí)踐活動(dòng)，學(xué)院結(jié)合專業(yè)特色和實(shí)際工作情況，積極響應(yīng)，為安徽美好鄉(xiāng)村建設(shè)服務(wù).在2012年暑假，土木工程學(xué)院開展了“關(guān)注民生，關(guān)注熱點(diǎn)，關(guān)注自然災(zāi)害”的社會(huì)實(shí)踐主題，在專業(yè)老師帶領(lǐng)下成立“三下鄉(xiāng)”社會(huì)實(shí)踐隊(duì)，分為巢湖分隊(duì)和績(jī)溪縣分隊(duì).在專業(yè)教師帶領(lǐng)下，巢湖分隊(duì)來(lái)到鳳凰山和馬家山等開展了地質(zhì)調(diào)查工作，并繪制了調(diào)查點(diǎn)的斷層和地層分布特征；績(jī)溪縣分隊(duì)來(lái)到山體隧道等施工現(xiàn)場(chǎng)，并在山體滑坡和隧道施工過程中穩(wěn)定性等方面展開研究.2013年學(xué)校開展了服務(wù)地方的“萬(wàn)名大學(xué)生服務(wù)美好鄉(xiāng)村建設(shè)”暑期社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)，發(fā)揮學(xué)校學(xué)科專業(yè)優(yōu)勢(shì)，組成“美好鄉(xiāng)村規(guī)劃調(diào)研團(tuán)、美好鄉(xiāng)村社會(huì)調(diào)查團(tuán)、美好鄉(xiāng)村建設(shè)服務(wù)團(tuán)”三大重點(diǎn)團(tuán)隊(duì)，服務(wù)安徽省美好鄉(xiāng)村建設(shè).土木學(xué)院美好鄉(xiāng)村規(guī)劃調(diào)研團(tuán)在實(shí)踐活動(dòng)中立足專業(yè)特色，深入安徽省霍邱縣集鎮(zhèn)、龍?zhí)舵?zhèn)等8個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，為農(nóng)村提供美好鄉(xiāng)村遠(yuǎn)景規(guī)劃、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、生態(tài)環(huán)境綜合治理、地震監(jiān)測(cè)、古建筑保護(hù)等專業(yè)服務(wù).調(diào)查成果將以報(bào)告形式反饋給當(dāng)?shù)卣块T，服務(wù)于安徽省美好鄉(xiāng)村建設(shè).

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)土木建設(shè)的蓬勃發(fā)展，在建設(shè)過程中各種新型結(jié)構(gòu)和施工方法不斷涌現(xiàn)，巖土工程課程本身和教學(xué)方面發(fā)展也出現(xiàn)新的特點(diǎn)，這需要學(xué)校培養(yǎng)實(shí)踐性強(qiáng)、具有創(chuàng)新能力的巖土工程人才.針對(duì)巖土工程課程特點(diǎn)，初步探討了加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、鼓勵(lì)學(xué)生申報(bào)大學(xué)生科技創(chuàng)新基金、成立科研興趣小組和立足專業(yè)特色開展實(shí)踐活動(dòng)等途徑來(lái)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生解決工程實(shí)際問題的能力.

〔1〕湯康民,彭胤宗.巖土工程[M].武漢:武漢理工出版社,2001.

〔2〕Fredlund D G, Rahadjo H.Soil mechanics for unsaturated soils[M].New York:John Wiley and Sons,1993.

〔3〕龔曉南.21世紀(jì)巖土工程發(fā)展展望 [J].巖土工程學(xué)報(bào),2000,22(2):238-242.

〔4〕錢家歡,殷宗澤.土工原理與計(jì)算[M].北京:水利電力出版社,1996.

〔5〕龔曉南.21世紀(jì)巖土工程發(fā)展展望 [J].巖土工程學(xué)報(bào),2000,22(2):238-242.

〔6〕王衛(wèi)東,朱合華,李耀良.城市巖土工程與新技術(shù)[J].地下空間與工程學(xué)報(bào),2011,7(s1):1275-1291.

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