新工科背景下土木工程專業“工程地質”課程教學改革探索

摘要：新工科背景下，為了提升土木工程專業“工程地質”課程教學質量與增強學生綜合素質能力，南京林業大學在“工程地質”課堂與實踐教學方面進行了深入改革探索。在課堂教學方面，基于傳統講授教學方法，引入案例分析、翻轉課堂、項目導向、校企合作、應急演練等多樣化教學方式，廣泛閱讀《工程地質學》教材文獻，與時俱進持續更新“工程地質”的教學內容，充分利用現有在線課程資源，激發學生的學習興趣，多維度培養學生的跨學科思維、批判性思維和團隊合作、協調溝通及分析解決問題能力。在實踐教學改革方面，引入案例教學、互動協作式實驗、實習指導、探究式實驗及虛擬實驗等創新方式，充分利用“工程地質”實驗在線開放課程資源，融合計算機模擬、數字化資源、地理信息系統、大數據分析等信息技術，引導學生理論與實踐相結合，主動進行實踐探索和學習，以培養學生的實踐能力和創新精神。通過“工程地質”課程的教學改革探索，能夠顯著提升學生的各項綜合素養，為學生更好地適應社會和行業的發展打下堅實基礎，為土木工程行業培養更多高素質的專業人才。

關鍵詞：工程地質；教學改革；多樣化教學；實踐探索

在當今世界快速發展的背景下，工程領域的教育與實踐面臨著諸多挑戰與機遇。新工科背景下的教育理念不僅是對傳統工程教育模式的挑戰，更是對未來工程人才培養模式的重新構想和探索。新工科教育理念的提出，標志著對工程人才培養模式的一次革命性嘗試，旨在培養具備廣泛工程背景和綜合創新能力的工程人才，以更好地適應當今快速變化的社會和科技發展需求。“工程地質學”是土木工程領域重要的專業基礎課程［1］，隨著新工科教育理念的推廣，“工程地質”課程的教學改革也應不斷深化，并通過創新“工程地質”課堂和實驗教學的方法和模式，來滿足新工科教育和創新創業教育的多樣化需求［2］。

新工科教育理念的核心特征之一是跨學科融合［34］，傳統工程教育往往側重于技術知識的傳授，而忽視了不同學科之間的交叉與融合，而在實際工程實踐中往往會出現跨學科問題，這就要求工程師具備跨學科思維和綜合解決問題的能力。因此，新工科教育應強調將工程技術與其他相關學科領域（如建筑設計、計算機技術等）相結合，促進知識的交叉和融合，培養學生的跨學科思維能力。另一個重要特征是實踐導向［5］，傳統工程教育往往過分強調理論知識的傳授，而對學生解決實際問題能力的培養略有不足，隨著社會的不斷發展進步，工程領域所面臨的問題日益復雜多樣。新工科教育強調將理論與實踐相結合，通過項目驅動、實習實訓等方式，學生能夠將所學知識應用于實際工程項目中，培養解決實際問題的能力。同時，新工科教育強調創新和團隊協作能力的培養，創新是推動社會進步和經濟發展的重要驅動力。新工科教育致力于培養學生的創新意識和創新能力，鼓勵學生在工程實踐中提出新的思路和解決方案。學生團隊協作能力是新工科教育目標的重要組成部分，實際工程中項目大多都需要團隊合作完成，因此，學生的團隊協作精神和溝通能力需要著重培養。

綜上可知，新工科教育理念的提出既是對傳統工程教育模式的一次革新，也是對未來工程人才培養模式的一次探索。為貫徹新工科教育理念，促進工程教育的發展和進步，針對“工程地質”課程特點，結合多年的“工程地質”教學實踐經驗，本文從“工程地質學”課堂教學方法改革、教材及相關書籍使用、在線課程資源利用和引導式教學模式，以及實驗教學方法改革、在線實驗課程資源利用和信息技術應用等方面對“工程地質”課程的教學改革進行探索。

一、“工程地質”課堂教學改革的探索與實踐

（一）課堂教學模式改革

工程地質是南京林業大學土木工程專業和森林工程專業的重要基礎學科，其內容涵蓋地殼構造、地質年代、地下水、動力地質、工程地質問題及地質勘察等多個方面，可為后續課程如“土力學”“隧道工程”“路基路面工程”等提供理論支持。在推進“工程地質”課堂教學改革的過程中，南京林業大學深入貫徹“創新辦學，轉變發展模式，以多層次多類型一流人才培養為根本，以質量為核心的可持續發展”的教學理念。這一理念要求我們不僅在教學內容和方法上進行革新，更要在人才培養的層次和類型上實現多元化，確保教學質量的穩步提升，實現教育的可持續發展。

創新辦學意味著我們要在“工程地質”課堂教學中引入新的教學理念、技術和手段，打破傳統的教學模式，激發學生的學習興趣和潛能；轉變發展模式要求我們根據工程地質學科的特點和社會需求，優化課程設置和人才培養方案；在人才培養方面堅持以一流人才培養為根本目標，以質量為核心，培養學生的創新精神和實踐能力，注重學生的全面發展，關注學生的身心健康和職業素養，使他們具備解決復雜工程地質問題的能力，成為行業和社會所需的高素質人才，為將來的職業生涯和社會適應能力打下堅實的基礎。

在“工程地質”課堂教學方法和教學模式上進行探索與實踐：

（1）傳統的大學課程教學方式以講授法為主，輔以演示、提問、討論、實驗和課堂活動等手段，培養了學生對知識的記憶能力和理解能力。教師也會通過提問、案例分析等方式來激發學生的思考，學生在分析和解決問題的過程中，能夠鍛煉自己的邏輯思維能力和批判性思維能力。

（2）結合“工程地質”課程實踐性較強的特點，引入案例分析、實地考察、虛擬現實等教學方式，使課堂教學更加生動、直觀，提高學生對專業知識的理解，鍛煉學生的實踐能力和解決問題的能力。

（3）翻轉課堂：學生在課前通過視頻、課件和文獻等資源自主學習基礎知識，課堂時間用于討論難點、進行實踐操作和解決實際問題，提高課堂互動和參與度。

（4）項目導向教學法：讓學生以小組形式完成一個完整的工程地質項目，從項目規劃、數據收集、分析到報告撰寫，小組內相互討論交流，培養學生批判性思維與分析解決問題綜合能力，項目設計可以結合土木工程、環境工程等其他學科，促進跨學科知識融合。

（5）校企合作模式：學校會定期邀請企業中的行業專家來校舉辦講座和交流活動，讓學生有機會與業內人士面對面交流，了解行業的最新動態和發展趨勢。通過與企業的緊密合作，學生不僅能夠接觸到真實的工程環境和項目，還能夠深入了解行業需求和標準，為將來的就業做好充分準備。

（6）游戲化學習：通過模擬游戲進行地質災害應急演練和工程設計訓練，提高學生的應急處理能力和實踐操作水平。

（二）廣泛閱讀《工程地質學》教材和相關書籍

已出版的工程地質教材種類繁多，每本教材都有其特點和優勢，為教學工作提供了寶貴的資源。任課教師在選擇授課教材的同時，也應廣泛閱讀其他教材和書籍，以更深入地理解《工程地質學》的每一個知識點，努力將所有知識點融會貫通，形成完整的知識體系。在授課時，教師應能準確講解各個知識點之間的聯系，幫助學生建立清晰的學科脈絡。

南京林業大學土木工程和森林工程專業選用由何培玲、張婷主編的《工程地質（第2版）》為專業書，還參考了石振明主編的《工程地質學（第3版）》和張倬元主編的《工程地質分析原理（第4版）》兩本教材。

（三）有效利用在線課程資源

“工程地質”作為一門重要的專業課程，也推出了相應的在線課程視頻。這些視頻課程涵蓋了“工程地質”的基本理論、實踐應用以及案例分析等多個方面，旨在幫助學生全面了解工程地質領域的知識和技能。線上授課打破了地理和時間的限制，可讓學生靈活安排學習進度計劃，對于提高學習效率非常有幫助。對于“工程地質”線上課程不僅包含基礎理論知識，還展示了大量的工程實例和實驗操作，非常有助于學生理解和應用所學知識。

二、“工程地質”實踐教學改革探索

（一）“工程地質”試驗教學方法和教學模式探索

隨著科技的進步和教育理念的不斷更新，本文在“工程地質”試驗教學實踐中探索采用一些新方法與新模式，以更好地培養學生的創新精神、團隊協作與綜合實踐能力，適應新時代工程地質專業需求，進而推動新工科背景下“工程地質”教學的發展與進步。具體方式如下：

（1）案例教學法：引入真實的工程案例，讓學生在實驗過程中模擬解決實際問題，提高知識的實際應用能力。

（2）互動協作式實驗：設計涵蓋多個知識點和技能的綜合性實驗，鼓勵學生積極參與實驗過程，與教師和其他同學進行互動交流，分小組討論，共同解決問題，提高學習興趣和效果，鍛煉學生團隊合作精神與溝通能力。嘗試與其他學科學生合作進行跨學科實驗項目，結合多學科知識解決復雜的地質工程問題。

（3）現場實習與遠程指導：組織學生進行實地考察和采樣，親身體驗地質現場工作，收集實際地質數據。通過視頻會議和遠程指導系統，教師可以實時指導學生的實驗操作和數據分析，提供即時反饋和幫助。

（4）探究式實驗教學：以實際工程問題為驅動設計實驗項目，讓學生通過實驗解決實際問題，培養探究精神和創新能力，鼓勵學生根據自己的興趣和研究方向自主設計實驗方案，進行實驗研究和數據分析。

（5）虛擬實驗：利用虛擬仿真軟件，讓學生在虛擬環境中進行地質實驗，模擬實際實驗操作，觀察實驗現象和結果，通過虛擬實驗記錄和回放功能，學生可以多次觀看和分析實驗過程，深入理解實驗步驟和原理。

（二）充分利用“工程地質”實驗在線課程資源

中國大學MOOC平臺上開放的來自中國地質大學（武漢）的賈洪彪教授等授課的“秭歸工程地質野外教學實踐”課程為學生們提供了一個全面了解工程地質實驗的平臺。課程內容一般包括工程地質工作野外觀察、分析方法，鍛煉學生工程地質野外實踐能力工作技能，有助于鞏固課堂所學專業基礎知識，并通過實踐案例教學，鍛煉學生分析解決問題的能力。

（三）將信息技術充分運用在“工程地質”教學中

信息技術在“工程地質”教學中的應用已經成為提高教學質量和學生學習效果的重要手段［6］。以下是信息技術在“工程地質”教學中一些具體應用：

（1）計算機模擬：利用計算機模擬軟件，學生可以模擬地質過程，如巖石變形、地質構造演化等，幫助理解復雜的地質現象。通過三維建模軟件，學生可以建立工程地質模型，進而進行地下工程設計和分析。

（2）虛擬現實（VR）與增強現實（AR）：利用VR技術，學生可以進行虛擬實地考察，身臨其境地觀察地質現象和地質結構，彌補實際實地考察的不足；通過AR技術，學生可以在課堂上通過移動設備查看地質構造的三維模型，增強對地質概念的理解。

（3）數字化教學資源：學校和教育機構充分利用信息技術開發了大量數字化教學資源，包括教學視頻、在線課程和模擬實驗等。這些資源使學生能夠隨時隨地學習專業的相關知識，極大地提高了學習的靈活性和便捷性。

（4）地理信息系統（GIS）與遙感技術：利用GIS軟件，學生可以進行空間數據分析，制作地質圖、斷面圖，分析地質數據的空間分布和變化規律，并可以進行工程選址和地質災害風險評估，學習如何利用空間信息進行決策。利用遙感技術，學生可以學習如何從遙感影像中提取地質信息，分析地質構造和地質災害，并進行環境監測和變化檢測，了解地質環境的動態變化。

（5）大數據分析與人工智能：利用大數據技術，學生可以處理和分析大量地質數據，發現數據中的規律和趨勢。通過學習機器學習和人工智能技術，學生可以進行地質數據的智能分析和預測，提升數據分析能力。

三、結論

工程地質作為土木工程和森林工程專業重要的基礎學科，可為后續課程的學習打下堅實基礎，并能夠鍛煉學生對實際工程問題的深入分析、綜合解決能力。本文就新工科背景下的“工程地質”課程和實驗教學改革提出了以下幾點探索：

（1）課程教學模式的改革：積極踐行新工科教育理念，推動跨學科融合，將工程地質與其他學科結合，培養學生的跨學科思維；強調教學內容的時效性，要求教師廣泛學習；采用多樣教學方法，如任務導向和小組討論，以激發學生的興趣和批判性思維；利用線上平臺為學生提供交流合作機會，培養學生團隊精神和溝通能力。

（2）實踐與實驗教學模式的改革：結合新工科教育理念，著重強調實踐導向，引入案例教學、互動協作式實驗、實習指導、探究式實驗及虛擬實驗等創新方式，充分利用“工程地質”實驗在線開放課程資源，融合計算機模擬、數字化資源、地理信息系統、大數據分析等信息技術，引導學生理論與實踐相結合，主動進行實踐探索和學習，以培養學生的實踐能力和創新精神。

通過這些改革探索舉措，南京林業大學致力于培養更多高素質、具備跨學科思維和創新精神的工程領域專業人才，為土木工程行業的持續健康發展貢獻自身力量。

參考文獻：

［1］張海濤，翟曉榮，李旭.“工程地質學”課程教學改革的幾點思考［J］.教育教學論壇，2023（21）：7982.

［2］蔣裕豐，牛龍龍.土木工程專業工程地質實驗課教學改革與探索［J］.安徽建筑，2023，30（07）：99100.

［3］謝國梁.新工科背景下應用型本科高校“工程地質”課程教學改革探討［J］.科技風，2023（20）：145147.

［4］劉琦，王建秀，石振明，等.工程地質實驗教學體系創新的理論與實踐［J］.教育教學論壇，2022（28）：1215.

［5］曾偉，潘金龍.新工科背景下土木工程實驗技術課程教學改革與探索［J］.科技風，2024（10）：103105.

［6］于洋，梁化強，臧秀平，等.融合信息技術的工程地質課程混合式教學團隊建設研究［J］.創新創業理論研究與實踐，2022，5（19）：6164.

基金項目：南京林業大學2023年高等教育研究課題“智能建造專業創設背景下工程防災課程思政的通專融合探索”（2023C16）

作者簡介：王加輝（1986—），男，漢族，山東鄒城人，工學博士，副教授，主要從事環境巖土工程、凍土工程方面的教學科研工作。