任務驅(qū)動教學法在盾構管片環(huán)教學中應用

謝立棟 高興元 智友海

（徐州工程學院土木工程學院1） 江蘇徐州 221018 中國礦業(yè)大學力學與土木工程學院2） 江蘇徐州 221116）

1 引言

針對以實踐性和操作性為特色的教學內(nèi)容，應用任務驅(qū)動教學法能夠取得良好教學效果，它的實質(zhì)是以富有趣味性，能夠激發(fā)學生學習動機與好奇心的情景為基礎，與教學內(nèi)容緊密結合的任務為載體，使學生在完成特定任務的過程中獲得知識與技能的一種教學方法。任務驅(qū)動教學法基本特征是學生為主體、教師為主導，完成知識傳授為明線、使學生高效掌握知識和技能為暗線[1]。朱世友[2]介紹了盾構隧道管片常用的2 種管片環(huán)組合形式，方式1 采用（標準環(huán)+左轉(zhuǎn)彎環(huán)+右轉(zhuǎn)彎環(huán)）組合，施工方便，但各種管片生產(chǎn)數(shù)量的控制相對復雜，需3 套模具，模具利用率低；“方式2”采用通用楔形環(huán)管片，只需要1 套模具，模具利用率高，管片生產(chǎn)控制簡單，但管片拼裝相對復雜，通過管片環(huán)的整體旋轉(zhuǎn)來進行線路擬合。戴仕敏[3]講到“方式1”錯縫拼裝形式單一，管片環(huán)旋轉(zhuǎn)角度固定（一般只能旋轉(zhuǎn)3 個角度，左右20o角范圍內(nèi)）。

盾構管片環(huán)知識點在《地鐵與輕軌》課程中地位：是教學難點而不是教學重點，理論性強、技術性強、實踐性強，但學生將來從事此項工作概率小，這就注定了該類知識點在教學大綱上所占學時少，在課堂上很難講透，課程考核時也很少涉及這部分知識點，結果是老師不重視、學生也不重視，該知識點教學效果不理想。如何在有限學時內(nèi)講透、弄懂該知識點成為教師和學生共同關心話題。謝立棟[4]利用教學樓比擬車站，讓學生感受車站內(nèi)客流流線規(guī)律，使學生高效掌握車站規(guī)劃、建筑設計等知識點。本文首先介紹任務驅(qū)動教學法特點，然后利用“切香蕉”實驗使學生輕松感性認知盾構管片環(huán)知識，最后將含有計算過程完整工程實例的6 篇科技文獻作為學生課后學習任務，通過這一系列工作，學生輕松愉快高效地掌握了盾構管片環(huán)知識點。

2 “切香蕉”感性實驗

盾構管片環(huán)分類如圖1 所示，通用環(huán)與普通環(huán)中的楔形環(huán)本質(zhì)上相同，這也是學生最容易迷惑的地方。普通環(huán)擬合線路時不涉及環(huán)的旋轉(zhuǎn)，施工簡單；通用環(huán)擬合線路時，涉及到環(huán)的旋轉(zhuǎn)角度（即封頂塊位置），施工復雜。

圖1 管片環(huán)分類

拼裝管片的過程實質(zhì)就是利用一系列的短折線擬合隧道設計軸線，上述短折線的長度就是管片環(huán)的寬度，一環(huán)管片中心的寬度是確定的（楔形環(huán)為最大寬度與最小寬度平均值）。“標準環(huán)”概念學生比較容易理解，實際線路是空間三維曲線，僅靠標準環(huán)無法實現(xiàn)盾構隧道實際軸線與設計軸線的擬合，這時就需要“楔形環(huán)”。管片環(huán)最大寬度和最小寬度的差值即為管片的楔形量，所成角度為楔形角。隧道設計曲線中轉(zhuǎn)彎半徑越小，那么應當選用越小的管片環(huán)寬度和越大的楔形量。當然，楔形量越大也容易產(chǎn)生問題，如容易出現(xiàn)管片錯臺。

去工地現(xiàn)場觀摩效果雖好，但耗時費力，且學生無法動手操作。取香蕉數(shù)根，分別垂直軸線剖切，與軸線呈楔形角剖切，再沿著軸線將果皮展開，效果如圖2 所示。通過管片幾何形狀，學生能感受到模板的復雜，所以理解了模板數(shù)量是重要評價指標的原因。通過該實驗學生能整體直觀感受到2 者區(qū)別，實驗效果與實際工程達成度高，且實驗過程簡單，可操作性好。

圖2 標準環(huán)（展開） &楔形環(huán)（展開）

取標準環(huán)數(shù)量/楔形環(huán)數(shù)量不同比例，可以擬合出不同半徑的空間曲線，效果見圖3，學生自己動手操作之后，短時間內(nèi)就從整體上消化了該知識點。學生也理解了為什么采用“方式2”襯砌環(huán)組合形式時，各種管片生產(chǎn)數(shù)量的控制相對“方式1”復雜。

3 實例操作

掌握盾構管片擬合路線基本理論，并有了“切香蕉”實驗的感性認識，知識掌握還是膚淺，若要深入掌握該知識點，達到現(xiàn)場設計、施工技術人員水準，還需具體設計實踐鍛煉。對2 種管片環(huán)形式，分別選取3 個學習案例供學生課后閱讀（期刊網(wǎng)上文獻眾多，精選文獻由授課教師完成），精選后的文獻見表1，讀懂后，學生只需改變擬合線路的曲線半徑便可動手練習，最終掌握該知識點。

圖3 多種比例（標準環(huán)數(shù)量/楔形環(huán)數(shù)量）組合曲線

表1 管片環(huán)擬合曲線精選案例

4 結語

根據(jù)盾構管片環(huán)知識點特征，應用任務驅(qū)動教學法完成該知識點教學任務，首先采用“切香蕉”實驗，讓學生從感性上認識標準環(huán)、楔形環(huán)幾何特征，根據(jù)真實的管片空間幾何形狀，學生認識到模板的復雜性，理解了模板數(shù)量是重要評價指標的原因。通過擬合不同半徑的空間曲線，從控制各種管片生產(chǎn)數(shù)量層面，學生理解“方式2”管片環(huán)組合形式，相對“方式1”復雜的原因。

通過授課教師選取的6 篇代表性文獻，學生掌握了2 種管片環(huán)組合形式的具體計算過程，能夠?qū)⒅R點應用到實際工程中，學生有很大成就感，最后學生能夠?qū)Ρ? 種管片環(huán)組合形式優(yōu)缺點，在具體工程中能做出恰當選擇。