智能技術在“隧道工程施工”課程中的應用與教改

［摘 要］ “隧道工程施工”課程的教學方式亟須進行現(xiàn)代化轉變，以滿足不斷演變的工程行業(yè)需求并應對傳統(tǒng)課程教學中存在的問題。針對傳統(tǒng)“隧道工程施工”課程教學中存在的課程內容陳舊、教學方法單一、學習體驗欠缺挑戰(zhàn)性等問題，初步探討了智能技術在“隧道工程施工”課程中的創(chuàng)新應用與教改效果，通過整合虛擬實驗室、模擬工具和大數(shù)據分析等先進技術，重新構思了課程內容和教學方法，提供了更富有挑戰(zhàn)性和實踐性的學習體驗。智能技術的引入有助于提高學生的學習成績和技能水平，增強“隧道工程施工”的教學效果。

［關鍵詞］ 隧道工程施工；智能技術；教學改革

［基金項目］ 2023年度江蘇省高等學?；A科學（自然科學）研究面上項目“巖石材料脆—延轉變特性的多尺度本構模型研究”（23KJD130001）

［作者簡介］ 劉思利（1991—），男，山東濟寧人，工學博士，江蘇開放大學建筑工程學院講師（通信作者），主要從事多尺度巖石力學研究；繆 云（1987—），女，江蘇海安人，工學碩士，江蘇開放大學建筑工程學院副教授，主要從事樁土共同作用研究。

引言

隧道工程作為現(xiàn)代交通基礎設施建設的重要組成部分，一直以來都受到廣泛的關注和研究［1］。隨著科技的不斷進步和社會經濟的快速發(fā)展，“隧道工程施工”課程作為培養(yǎng)隧道工程領域專業(yè)技術人才的重要途徑，逐漸受到了更多的關注。在這一背景下，智能技術的廣泛應用已經成為提高“隧道工程施工”課程教學質量和培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的重要途徑之一。

智能技術的迅猛發(fā)展已經在各行各業(yè)產生了深遠的影響，如隧道工程領域［2］。自動化、機器學習、人工智能、傳感器技術等領域的進步為隧道工程施工提供了全新的可能性。這些技術的應用可以大幅提高施工效率、降低施工風險、提高施工質量，并減少人力資源的浪費。因此，將智能技術引入“隧道工程施工”課程，不僅有助于培養(yǎng)學生掌握新技術，而且有助于學生在職業(yè)生涯中更好地適應行業(yè)的發(fā)展和變化。

隨著社會對隧道工程需求的不斷增長，“隧道工程施工”課程也須要不斷調整和優(yōu)化，以滿足市場的需求。傳統(tǒng)的教學方法和課程設置已經不能完全滿足這一需求，亟須采用更加靈活、創(chuàng)新的教育方式［3］。智能技術的應用可以為“隧道工程施工”課程教學提供新的思路和方法，使課程更具吸引力和競爭力。通過引入智能技術，教師可以更好地與學生互動，更容易實現(xiàn)個性化教育，促使學生的學習體驗更加豐富和有趣。

一、智能技術在教育領域中的潛在應用

（一）“隧道工程施工”教學的現(xiàn)狀和挑戰(zhàn)

“隧道工程施工”課程是培養(yǎng)隧道工程師的關鍵環(huán)節(jié)，在當前快速發(fā)展和變化的隧道工程行業(yè)中具有至關重要的作用，旨在使學生掌握必要的技術知識和實踐技能，以勝任現(xiàn)實工作中的復雜任務。然而，傳統(tǒng)的課程設計和教學方法在應對當前隧道工程行業(yè)的快速發(fā)展及變化時面臨著一系列挑戰(zhàn)［4］。首先，現(xiàn)代隧道工程的復雜性不斷增加。新材料、新技術和新工程方法的引入使得隧道工程更具挑戰(zhàn)性，這需要工程師具備更高水平的技術知識和解決問題的能力。因此，“隧道工程施工”課程須要不斷更新，以確保學生能夠跟上行業(yè)的發(fā)展步伐。這意味著課程內容應該包括新技術和優(yōu)實踐，以幫助學生更好地理解和應對復雜的隧道工程問題。其次，傳統(tǒng)“隧道工程施工”課程過于理論化，無法充分滿足學生對實際操作的需求。因此，課程應該注重實際操作和實地實習的機會，讓學生親身體驗隧道工程施工的各個階段，如從挖掘到支護，再到設備操作，這種實際經驗對于培養(yǎng)優(yōu)秀的隧道工程師至關重要。此外，課程內容和教材的更新速度相對較慢，未能及時反映行業(yè)的新趨勢和新技術?！八淼拦こ淌┕ぁ鳖I域的技術和工程方法不斷發(fā)展與演進，因此，“隧道工程施工”課程設計和教材須要與行業(yè)保持同步。

（二）智能技術在教育領域的發(fā)展與應用

智能技術，包括人工智能、大數(shù)據分析、虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實，已經在教育領域取得了顯著進展。這些技術不僅改善了學習體驗，而且提供了更多的個性化學習機會。例如，虛擬實驗室和模擬工具可以幫助學生進行實際操作模擬，無需真正的實驗室或設備。虛擬實驗室還可以擴展學生的學習機會，使學生探索不同的實驗場景和情境，增強學生的實踐技能。智能教育平臺可以根據學生的學習表現(xiàn)提供個性化的反饋和建議，識別學生的弱點和潛在的學習障礙，并提供相應的資源和練習，幫助學生克服困難，更好地理解和掌握課程內容。

（三）全球智能技術在教育領域中的成功案例

全球范圍內已經有許多成功的案例表明，智能技術可以改善教育的質量和效果。例如，德國的雙元制職業(yè)教育模式結合了實際工作經驗和學習，借助虛擬實驗室和模擬培訓，提高了學生的實際技能和就業(yè)競爭力。美國的某些高校已經開始采用虛擬現(xiàn)實技術教授工程學科，取得了顯著的教育效果，互動式和沉浸式的學習體驗提高了學生解決實際問題的能力，增強了學生對工程領域的興趣。

（四）智能技術在工程教育中的潛在應用領域

在隧道工程施工領域，智能技術有許多潛在的應用領域。首先，虛擬實驗室和模擬工具是隧道工程教育的一項重要創(chuàng)新。通過虛擬實驗室，學生可以在虛擬環(huán)境中進行隧道工程實踐，包括挖掘、支護、施工設備操作等，不必面對實際工程中的風險。這種互動性的學習方式可以培養(yǎng)學生解決問題和決策制定的能力。

大數(shù)據分析為隧道工程教育和研究提供了寶貴的資源。通過將大數(shù)據引入課堂，學生可以學習如何分析和應用這些數(shù)據以優(yōu)化工程設計與決策。大數(shù)據可以提供與隧道工程相關的實際數(shù)據，因此，可將其用于課堂教學和研究項目。

增強現(xiàn)實技術（AR）可以將虛擬隧道場景疊加到真實世界中，有效增強學生對復雜工程場景的理解。這種互動性的學習方式有助于提高學生的空間感知能力和工程場景的互動性，使學生更好地理解理論知識與實際應用之間的聯(lián)系。

二、智能技術與“隧道工程施工”課程融合

智能技術與“隧道工程施工”課程的融合是一項重要的教育創(chuàng)新，可以為學生提供更豐富、更實際的學習體驗，有助于提高學生的技能水平和職業(yè)準備度。通過智能技術，學生可以模擬隧道工程施工的各個方面，從地質勘探到施工計劃，再到設備操作和質量控制。另外，學生可以在虛擬環(huán)境中練習現(xiàn)實世界中的技能，避免了在實際工程中犯錯的風險。這種實踐性的學習方式有助于提高學生的技能水平，使他們更好地應對工程領域的挑戰(zhàn)。

（一）虛擬實驗室和模擬工具的應用

通過虛擬實驗室，學生可以模擬隧道工程中的實際操作，包括地質勘探、隧道設計和施工過程。虛擬實驗室可以提供安全的學習環(huán)境，允許學生進行實際項目的模擬實驗，增強他們的實際操作技能。

模擬工具如建筑信息建模（BIM）軟件和計算機輔助設計（CAD）工具，可以幫助學生進行隧道設計和建模。學生可以使用這些工具創(chuàng)建虛擬隧道、分析結構性能，并進行設計優(yōu)化，有助于提高設計和計算能力。

（二）大數(shù)據分析的應用

隧道工程涉及大量的數(shù)據，包括地質數(shù)據、工程數(shù)據和監(jiān)測數(shù)據。學生可以通過使用大數(shù)據分析工具來處理和分析這些數(shù)據，從而更好地理解隧道工程的復雜性，提高數(shù)據分析和解決問題的能力。

（三）增強現(xiàn)實技術的應用

增強現(xiàn)實技術可以將虛擬對象疊加到現(xiàn)實世界中，使學生能夠在實際場景中進行學習和模擬。在隧道工程中，學生可以使用增強現(xiàn)實技術來可視化隧道的設計和結構，以及模擬施工過程，從而更好地理解工程概念。

三、“隧道工程施工”課程融合智能技術的教學改革

（一）課程設計與智能技術融合的案例研究

1.重新設計課程。教改實踐的第一步是重新設計課程，以將智能技術整合到課程中。這就須要確定適合智能技術應用的課程模塊，重新排列課程內容，以便更好地與虛擬實驗室、模擬工具和在線學習資源相結合。

2.更新課程內容。隨著技術的發(fā)展，課程內容須不斷更新。教師須要跟蹤行業(yè)的新趨勢和新技術，確保課程內容與實際工程項目保持一致［5］。

3.選擇智能技術工具。在課程設計中，須要選擇合適的智能技術工具和平臺，以滿足學生的學習需求。例如，虛擬實驗室平臺、數(shù)據分析工具和在線學習管理系統(tǒng)。

（二）學習資源和工具的開發(fā)與實施

1.開發(fā)虛擬實驗室和模擬工具。通過開發(fā)虛擬實驗室和模擬工具，模擬“隧道工程施工”項目中的實際操作。這些資源應具有高度互動性，使學生能夠參與實際的隧道設計和建設過程。

2.建立在線學習平臺。在線學習平臺須提供課程材料、作業(yè)和測驗。同時，可以用于學生互動和討論，以促進合作學習和問題解決。

3.提供實際數(shù)據資源。須提高實際的隧道工程數(shù)據供學生分析和處理。主要包括地質數(shù)據、材料性能數(shù)據和工程監(jiān)測數(shù)據。學生可以使用大數(shù)據分析工具處理這些數(shù)據，以便更好地了解實際工程情況。

（三）教師培訓與專業(yè)發(fā)展

1.教師培訓計劃。為教師提供培訓，以便他們熟悉智能技術工具的使用和教學方法。培訓計劃可以幫助教師了解如何監(jiān)督和支持學生的在線學習進程。

2.教育技術專家支持。學?？梢云刚埥逃夹g專家或咨詢公司，提供專業(yè)支持，協(xié)助教師開發(fā)在線資源和課程內容。

3.持續(xù)的專業(yè)發(fā)展。教師須要持續(xù)學習和發(fā)展，以跟蹤技術的新發(fā)展和優(yōu)實踐。

四、“隧道工程施工”課程融合智能技術的教改成果評估

（一）教育質量和學習成果的測量

1.學習成績和表現(xiàn)。評估學生的學習成績和表現(xiàn)是評估教改成果的一種重要方式。比較整合智能技術前后的學生成績和課程表現(xiàn)，以確定是否有顯著的提高。

2.課程評估。學?？梢酝ㄟ^學生反饋和課程質量評估，如教材、虛擬實驗室、模擬工具和在線資源的有效性，以幫助改進課程設計和資源開發(fā)。

3.學習成果評估。除了學習成績外，學?？梢栽u估學生的實際技能水平和解決問題的能力。如通過項目作品、實際工程模擬和案例研究等方式來考查。

（二）學生和教師的滿意度調查

1.學生滿意度。學生的滿意度調查可以幫助學校了解他們對整合智能技術課程的看法。學?？梢栽儐枌W生對課程內容、在線資源、教學方法和互動性的意見，以了解他們的體驗和需求。

2.教師滿意度。教師的滿意度調查可以評估其對教改過程的看法，包括教師對智能技術工具的滿意度、教育培訓的效果以及他們對教學改進的反饋。

（三）教改對學生職業(yè)準備的影響

1.就業(yè)率和職業(yè)發(fā)展。評估教改成果應考慮學生的就業(yè)率和職業(yè)發(fā)展。學?？梢宰粉櫘厴I(yè)生的就業(yè)情況，了解他們是否更容易獲得與隧道工程施工相關的工作。

2.雇主反饋。與雇主保持聯(lián)系，了解他們對畢業(yè)生的評價。這可以通過與公司或行業(yè)合作來獲得，以確定教改是否滿足工程行業(yè)的實際需求。

（四）持續(xù)改進和調整

1.數(shù)據分析和反饋循環(huán)。教改成果評估應該是一個持續(xù)性的過程。因此，學校應該定期收集數(shù)據、分析結果，并采取措施來改進課程設計和教學方法，主要包括進一步更新課程內容、改進教師培訓和獲得學生支持。

2.根據反饋做出調整。學校應該根據學生和教師的反饋以及實際數(shù)據，做出相應的調整，主要包括課程結構的調整、資源的更新和在線學習平臺的改進。

五、“隧道工程施工”課程融合智能技術的持續(xù)改進與未來展望

（一）持續(xù)改進

1.數(shù)據驅動的決策。學校應該采用數(shù)據驅動法，不斷監(jiān)測和評估整合智能技術后課程的效果，包括分析學生的學術成績、學習成果、滿意度調查和就業(yè)數(shù)據。數(shù)據分析應該用于識別問題、挖掘潛在機會，并制訂改進計劃中。

2.反饋機制。學校應建立有效的反饋機制，以便學生和教師能夠提供意見與建議。主要包括定期召開學生和教師反饋會議、發(fā)放在線調查表等。反饋應該被認真考慮，并用于識別須要改進的領域。

3.教師培訓和發(fā)展。教師是教改成功的關鍵。學校應該提供持續(xù)的教師培訓和專業(yè)發(fā)展機會，以確保他們熟練掌握智能技術工具和實踐教學技能。主要包括定期參與工作坊、培訓課程等。

4.更新課程內容。隨著技術的發(fā)展和工程行業(yè)的變化，課程內容須要不斷更新。學校應該建立機制，以確保課程內容與新的行業(yè)趨勢和技術保持一致。這就須要與行業(yè)合作伙伴建立緊密聯(lián)系，以獲取實際項目案例和數(shù)據。

（二）未來展望

1.深化虛擬實驗室和模擬工具的整合。未來，虛擬實驗室和模擬工具的整合將更加深入與全面，將包括更復雜的虛擬環(huán)境，允許學生進行更高級的實際操作和實驗，以及利用更高級的模擬工具，支持更高級的工程設計和分析。

2.個性化學習。智能技術將繼續(xù)發(fā)展，允許更個性化的學習體驗。學生將能夠根據自己的學習風格和速度定制課程內容，提高學習效率。

3.更廣泛的技術整合。未來，智能技術不僅將包括虛擬實驗室和大數(shù)據分析，還將擴展到增強現(xiàn)實、人工智能和自動化工具。這些技術將為學生提供更多的實際工程經驗和技能。

4.國際化教育。隨著全球化的發(fā)展，“隧道工程施工”課程將更加國際化。學?？梢耘c國際合作伙伴合作開發(fā)國際化課程和交流項目，以幫助學生更好地適應國際工程項目的需求。

5.跨學科教育。未來的教育將更強調跨學科學習，要求工程師具備廣泛的技能和知識，包括可持續(xù)發(fā)展、環(huán)境保護和項目管理等領域的知識。

結語

隨著工程行業(yè)的不斷發(fā)展和智能技術的飛速進步，“隧道工程施工”課程迫切需要持續(xù)的教育改革和技術創(chuàng)新。本文深入探討了智能技術在“隧道工程施工”課程中的創(chuàng)新應用，以提高教育質量和學生職業(yè)準備度。通過虛擬實驗室、模擬工具和大數(shù)據分析等技術的引入，可以有效地提高學生的學習成績、實際技能，并優(yōu)化職業(yè)前景。

參考文獻

［1］王成.隧道工程［M］.北京：人民交通出版社，2019：5-6.

［2］黃朱林，申祿坤.淺述人工智能在隧道工程中的應用［J］.隧道建設，2007，27（1）：26-28+40.

［3］孔海陵，王路珍，徐桂中，等.《隧道工程》課程理論及實踐教學方式探索［J］.教育教學論壇，2016（39）：207-208.

［4］段淑倩，時剛，閆長斌，等.新工科與雙一流建設背景下隧道工程課程智慧教學改革探索［J］.高等建筑教育，2020，29（6）：30-39.

［5］丁玉琴，蔣吉清，廖娟，等.基于CDIO工程教育理念的隧道工程教學改革［J］.高等建筑教育，2019，28（2）：85-88.

Application and Teaching Reform of Intelligent Technology in the Course of Tunnel

Engineering Construction

LIU Si-li， MIAO Yun

（College of Civil Engineering， Jiangsu Open University， Nanjing， Jiangsu 210036， China）

Abstract： The teaching methods of tunnel engineering construction courses urgently need to be modernized to meet the constantly evolving needs of the engineering industry and to deal with the problems existing in the traditional course teaching. In view of the problems existing in the traditional course teaching， such as obsolete course content， single teaching method， and unchallenging learning experience， the innovative application and teaching reform effects of intelligent technology in tunnel engineering construction courses are preliminarily explored. By integrating advanced technologies such as virtual laboratories， simulation tools， and big data analysis， the course content and teaching methods have been redesigned to provide a more challenging and practical learning experience. The introduction of intelligent technology helps to improve students’ academic performance and skill levels， and is conducive to enhancing teachers’ teaching effect.

Key words： tunnel engineering construction; intelligent technology; teaching reform