“隧道施工”課程教學(xué)改革分析和探索

［摘 要］ “隧道施工”課程教學(xué)不僅需要講授基礎(chǔ)理論知識(shí)和專業(yè)知識(shí)，還要具有一定的應(yīng)用性和實(shí)踐性。目前，“隧道施工”課程教學(xué)存在教學(xué)方式局限、教材滯后、理論與實(shí)踐脫節(jié)、教師教學(xué)能力有待提高等問(wèn)題。為了解決“隧道施工”課程教學(xué)存在的問(wèn)題，教師應(yīng)提升自己的隧道施工知識(shí)水平，同時(shí)可從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式等方面進(jìn)行改革。通過(guò)將學(xué)生作為課堂教學(xué)的中心，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性；通過(guò)采用隧道工程案例教學(xué)、引入典型隧道工程施工視頻、運(yùn)用數(shù)值模擬技術(shù)等改善了課程教學(xué)方法，取得了良好的教學(xué)效果。

［關(guān)鍵詞］ 隧道施工；教學(xué)改革；教學(xué)方法

［基金項(xiàng)目］ 2021年度國(guó)家級(jí)一流本科專業(yè)建設(shè)項(xiàng)目“土木工程”（教高廳函〔2022〕14號(hào)）；2022年度貴州省自然科學(xué)基金項(xiàng)目“直剪條件下不共面非貫通節(jié)理巖體破壞模式和機(jī)理及強(qiáng)度模型研究”（ZK〔2022〕一般082）

［作者簡(jiǎn)介］ 劉遠(yuǎn)明（1975—），男，貴州銅仁人，博士，貴州大學(xué)土木工程學(xué)院教授，主要從事隧道工程研究；程家軍（2000—），男，江西上饒人，貴州大學(xué)土木工程學(xué)院2022級(jí)土木工程專業(yè)碩士研究生，研究方向?yàn)樗淼拦こ蹋惶锩粒?999—），男，貴州銅仁人，貴州大學(xué)土木工程學(xué)院2022級(jí)土木工程專業(yè)碩士研究生，研究方向?yàn)樗淼拦こ獭?/p>

［中圖分類號(hào)］ U455 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 1674-9324（2024）47-0053-04 ［收稿日期］ 2023-09-05

引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展、綜合國(guó)力的日益提高，需要建設(shè)的隧道工程越來(lái)越多。隧道工程的發(fā)展需要越來(lái)越多的隧道建設(shè)人才，這對(duì)我國(guó)高等院校隧道工程施工教學(xué)提出了新的要求。

“隧道施工”是土木工程專業(yè)隧道工程及地下工程方向的重要課程，不僅需要講授基礎(chǔ)理論知識(shí)和專業(yè)知識(shí)，還要有一定的應(yīng)用性和實(shí)踐性。曾德榮［1］在卓越工程師計(jì)劃的培養(yǎng)要求的基礎(chǔ)上對(duì)隧道工程課程的內(nèi)容、設(shè)計(jì)等進(jìn)行了補(bǔ)充和完善。解磊等［2］提出加強(qiáng)校企合作，建立“雙師型”教學(xué)制度。李麗娟等［3］以創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)為核心的土木工程實(shí)踐教學(xué)體系認(rèn)為，實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要環(huán)節(jié)。當(dāng)今世界信息化和科技高度發(fā)達(dá)，如何將先進(jìn)的教學(xué)理論和方法引入該課程，改進(jìn)教學(xué)方式、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、提高教學(xué)質(zhì)量，是一個(gè)亟待考慮的問(wèn)題［4］。由于“隧道施工”課程教學(xué)內(nèi)容較為復(fù)雜，理論知識(shí)較為抽象，學(xué)生不能很好地理解，實(shí)踐性和針對(duì)性不強(qiáng)，導(dǎo)致學(xué)生難以產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣。為了改變傳統(tǒng)的教學(xué)方法，提高學(xué)生的理論和實(shí)踐能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和動(dòng)力，提升學(xué)生的積極性和教學(xué)質(zhì)量，需要進(jìn)行相關(guān)的教學(xué)改革。

本文對(duì)“隧道施工”課程存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析，并進(jìn)行了課程教學(xué)改革探索。通過(guò)課程教學(xué)改革，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐能力，取得了良好的教學(xué)效果。

一、教學(xué)中存在的問(wèn)題

課程教學(xué)內(nèi)容包括隧道施工前需要做的準(zhǔn)備、隧道開(kāi)挖施工的方法、隧道施工作業(yè)流程、裝渣運(yùn)輸、支護(hù)施工、特殊地質(zhì)地段隧道施工以及隧道的養(yǎng)護(hù)與維修等的基礎(chǔ)專業(yè)知識(shí)。學(xué)生需要掌握理論知識(shí)，同時(shí)具備相應(yīng)的實(shí)踐能力。目前，“隧道施工”課程教學(xué)存在以下問(wèn)題。

（一）傳統(tǒng)教學(xué)方式的局限性

傳統(tǒng)課堂教學(xué)教師大多采用的是語(yǔ)言講授、板書、運(yùn)用多媒體技術(shù)展示PPT等三種教學(xué)手段結(jié)合進(jìn)行課堂教學(xué)，采用“以教師教為主”的教學(xué)方式。教師根據(jù)課程學(xué)時(shí)和教學(xué)大綱，將課本上的知識(shí)“灌輸式”地教授給學(xué)生。這種教學(xué)方式的缺點(diǎn)是難以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性以及探索知識(shí)的熱情，學(xué)生被動(dòng)地理解和掌握知識(shí)；學(xué)生與教師的互動(dòng)不多，誤認(rèn)為教師是課堂的核心，學(xué)生被動(dòng)地接受課堂知識(shí)，這樣的教學(xué)模式很可能使學(xué)生淪為知識(shí)的奴隸，不能激發(fā)學(xué)習(xí)的熱情和對(duì)探索知識(shí)的渴望；理論知識(shí)講解較為抽象、枯燥乏味，學(xué)生理解起來(lái)難度大；學(xué)生對(duì)具體隧道的施工過(guò)程、施工機(jī)械及施工中所用的材料等缺乏感性認(rèn)識(shí)，無(wú)法具體知道施工機(jī)械的作業(yè)方式和施工材料的模樣，導(dǎo)致學(xué)生難以將學(xué)到的課本知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際工程中；等等。另外，當(dāng)前很多高校在課程成績(jī)的評(píng)價(jià)方面普遍采用平時(shí)課堂表現(xiàn)加期末考核成績(jī)的課程評(píng)價(jià)體系，這使得學(xué)生只關(guān)心理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，部分學(xué)生為了確保課程達(dá)到及格采用突擊式復(fù)習(xí)，從而忽略了對(duì)隧道施工設(shè)備的理解和掌握程度以及實(shí)踐能力，這種考核方式只考核了學(xué)生的考試作答能力和理論知識(shí)掌握程度，導(dǎo)致學(xué)生踏入社會(huì)后，在工作崗位中較難適應(yīng)現(xiàn)實(shí)的隧道施工場(chǎng)地環(huán)境，不熟悉隧道施工的作業(yè)流程。

（二）教材內(nèi)容滯后

有些教材提及的隧道施工工藝還停留在傳統(tǒng)的掘進(jìn)機(jī)法、盾構(gòu)法、明挖法、沉管法、蓋挖法等，而當(dāng)今世界上隧道施工的最新方法、先進(jìn)的掘進(jìn)設(shè)備以及智能化隧道建設(shè)技術(shù)卻鮮有介紹。這導(dǎo)致在授課過(guò)程中，學(xué)生無(wú)法了解和學(xué)習(xí)到隧道工程領(lǐng)域內(nèi)的新信息。

（三）理論與實(shí)踐脫節(jié)

隧道工程屬于地下工程，大部分隧道都修建于地下。由于地下工程工作面狹窄、現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境惡劣等因素［5］，學(xué)校安排學(xué)生到施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)習(xí)較為困難，學(xué)生對(duì)于書上學(xué)到的知識(shí)難以形成立體的認(rèn)識(shí)。這對(duì)于學(xué)生解讀書本上的知識(shí)造成了一定程度上的困難，導(dǎo)致理論與實(shí)踐脫節(jié)，例如，施工方法中的鉆爆法，由于涉及炸藥、導(dǎo)爆索等危險(xiǎn)材料，且隧道爆破現(xiàn)場(chǎng)存在一定危險(xiǎn)，安全得不到保障，學(xué)生難以進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行學(xué)習(xí)，而爆破技術(shù)多種多樣，有光面爆破、光面水壓爆破、預(yù)裂爆破等，施工技術(shù)工序非常復(fù)雜，實(shí)踐性強(qiáng)。由于學(xué)生無(wú)法到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地考察和學(xué)習(xí)，學(xué)生無(wú)法體驗(yàn)到實(shí)際中鉆爆的流程和感受到鉆爆法開(kāi)挖隧道時(shí)的工作場(chǎng)景。

再者，學(xué)校的教學(xué)內(nèi)容中雖然包含了生產(chǎn)實(shí)習(xí)、簡(jiǎn)單的室內(nèi)物理實(shí)驗(yàn)和畢業(yè)實(shí)習(xí)等幾種實(shí)習(xí)安排，這些安排培養(yǎng)了學(xué)生一定基礎(chǔ)上的儀器操作能力，但是，在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，這些安排逐漸將學(xué)生邊緣化。即使是簡(jiǎn)單的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，也只是教師在操作并進(jìn)行講解，學(xué)生只是以“走馬觀花”的方式進(jìn)行旁觀，無(wú)法自己進(jìn)行器械操作，也就無(wú)法了解到實(shí)驗(yàn)中會(huì)遇到的問(wèn)題，缺乏自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新性，難以實(shí)現(xiàn)專業(yè)知識(shí)與實(shí)踐過(guò)程產(chǎn)學(xué)研的真正融合。

（四）教學(xué)能力有待提高

隨著隧道技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)教師的教學(xué)能力提出了挑戰(zhàn)。對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，教師不僅要傳授知識(shí)給學(xué)生，也要締造和諧的課堂關(guān)系，教師的教學(xué)能力直接影響著學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。然而，目前許多高校“隧道施工”課程的任課教師在教學(xué)能力方面存在一些不足。許多剛?cè)肼毜哪贻p教師并沒(méi)有太多參加過(guò)大型隧道施工的經(jīng)驗(yàn)，無(wú)法對(duì)隧道施工中的各個(gè)領(lǐng)域展開(kāi)深入研究和探索。因此，在課堂教學(xué)中，他們對(duì)隧道施工的講解可能不夠到位，無(wú)法激發(fā)學(xué)生對(duì)課程學(xué)習(xí)的興趣。

二、教學(xué)改革的探索

為了解決“隧道施工”課程教學(xué)存在的問(wèn)題，一方面，教師應(yīng)積極提升自己的隧道施工知識(shí)水平，與相關(guān)行業(yè)保持緊密聯(lián)系，了解最新的施工方法和技術(shù)。另一方面，可從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式等方面進(jìn)行改革；創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)方式，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。以貴州大學(xué)為例，通過(guò)“隧道施工”課程教學(xué)改革探索，實(shí)現(xiàn)了知識(shí)傳授與實(shí)踐能力培養(yǎng)的有機(jī)融合，提高了“隧道施工”課程教學(xué)質(zhì)量。

（一）調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性

“隧道施工”課程涉及內(nèi)容廣泛，各個(gè)章節(jié)之間有一定的獨(dú)立性，需要系統(tǒng)地學(xué)習(xí)和分析整合。如果學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)熱情和動(dòng)力，既會(huì)影響他們對(duì)理論和實(shí)踐學(xué)習(xí)的熱情和興趣，也會(huì)影響學(xué)習(xí)效果。

學(xué)習(xí)熱情和興趣是推動(dòng)學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)的內(nèi)在動(dòng)力，是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)、保持學(xué)習(xí)并將學(xué)習(xí)導(dǎo)向特定目標(biāo)的驅(qū)動(dòng)力。能否有效調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，對(duì)于提高教學(xué)效果至關(guān)重要。學(xué)生在開(kāi)始學(xué)習(xí)課程之前，通常對(duì)課程的主要內(nèi)容不太了解，如果教師上課時(shí)直接進(jìn)入課程內(nèi)容的知識(shí)講解，容易讓學(xué)生感到盲目學(xué)習(xí)。因此，在教授課程內(nèi)容之前，教師可以簡(jiǎn)單介紹隧道的發(fā)展歷史、國(guó)內(nèi)外著名的隧道等，以及學(xué)習(xí)該課程對(duì)未來(lái)工作和學(xué)習(xí)的重要性和意義，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到該課程對(duì)未來(lái)學(xué)習(xí)和就業(yè)的價(jià)值，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

教師應(yīng)將學(xué)生作為課堂教學(xué)的中心，在課堂中關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)狀態(tài)，并布置一些課后習(xí)題，以鞏固與提高學(xué)生對(duì)這節(jié)課所學(xué)知識(shí)的掌握程度。通過(guò)這種方式，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，達(dá)到培養(yǎng)目標(biāo)。

（二）采用案例教學(xué)

好的教材可以使教學(xué)達(dá)到事半功倍的效果，學(xué)生能夠由淺入深，更為容易地理解教材中的知識(shí)。選用最新版的教材，即由宋秀清主編的《隧道施工》（第三版）。本教材共有十四個(gè)章節(jié)，從第一章開(kāi)始介紹隧道的構(gòu)造、隧道的主體建筑物和附屬建筑，像洞身襯砌、洞門類型防排水設(shè)施等；第二章介紹隧道施工準(zhǔn)備，介紹了施工調(diào)查、技術(shù)準(zhǔn)備、資源配置等知識(shí)；第三章介紹了隧道開(kāi)挖方法，明挖法、盾構(gòu)法、臺(tái)階法、中隔壁法等開(kāi)挖工藝；第四章的開(kāi)挖作業(yè)，開(kāi)挖機(jī)具、鉆頭形式、炸藥的基本知識(shí)等。整個(gè)內(nèi)容按照了隧道施工的順序，由淺入深，發(fā)散講解，涵蓋的內(nèi)容非常廣泛。在課程教學(xué)中，教材中每一章節(jié)后都附有一個(gè)實(shí)際工程，在課堂教學(xué)中加入實(shí)際工程的講解，可以把“隧道施工”課程的知識(shí)融入實(shí)際工程中，與工程實(shí)際相聯(lián)系，這樣學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)可以更輕松地理解課堂中所學(xué)到的知識(shí)，既能將抽象的知識(shí)形象化，又能讓課堂氛圍變得輕松，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和動(dòng)力。

實(shí)際工程案例教學(xué)就是以解決工程在施工中遇到的問(wèn)題為重點(diǎn)，以學(xué)生學(xué)習(xí)從遇到問(wèn)題、到分析問(wèn)題、再到解決問(wèn)題的這樣一個(gè)思路為主，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)思考并使用自己在課堂中所學(xué)到的知識(shí)，去解決實(shí)際工程中遇到的難題。在課堂中講解工程案例是啟發(fā)式教學(xué)方法，可以使理論知識(shí)與工程實(shí)踐之間建立連接，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和動(dòng)力。教師可以結(jié)合目前我國(guó)一些著名隧道的修建，講解這座隧道修建中所用到的有關(guān)這一章節(jié)的知識(shí)內(nèi)容，再根據(jù)教學(xué)大綱和教學(xué)要求，結(jié)合課程的具體學(xué)時(shí)，科學(xué)地安排教學(xué)內(nèi)容。在課程教學(xué)中穿插介紹國(guó)內(nèi)外隧道施工技術(shù)的重大工程實(shí)例，并介紹國(guó)內(nèi)外最新施工技術(shù)或最新施工設(shè)備等，可以讓學(xué)生了解到隧道施工領(lǐng)域內(nèi)的新消息。這對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)工程現(xiàn)場(chǎng)的能力，以及跟進(jìn)時(shí)代的發(fā)展具有重要的意義。

（三）引入典型隧道工程施工視頻

由于隧道工程的特殊性，實(shí)習(xí)環(huán)境較差，組織學(xué)生到施工現(xiàn)場(chǎng)參與實(shí)習(xí)存在困難。此外，隧道建設(shè)工期長(zhǎng)，學(xué)生無(wú)法見(jiàn)識(shí)到隧道從開(kāi)挖再到支護(hù)的整個(gè)過(guò)程。僅僅通過(guò)教師的講解和課堂上的圖片，學(xué)生難以深入了解具體的隧道施工過(guò)程和關(guān)鍵施工工藝。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以通過(guò)觀看國(guó)內(nèi)外典型隧道施工的視頻資料或3D模擬隧道開(kāi)挖過(guò)程的動(dòng)畫幫助學(xué)生進(jìn)行理解。例如，觀看鉆爆法中的全斷面法、臺(tái)階法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法等不同的開(kāi)挖方法的工藝，盾構(gòu)法中盾構(gòu)機(jī)的模樣和工作方式，以及模擬施工材料，如不同種類的錨桿和管棚的結(jié)構(gòu)等。通過(guò)這些視覺(jué)資料，可以讓學(xué)生更清楚、直觀地了解隧道施工的不同開(kāi)挖方法、開(kāi)挖設(shè)備的工作流程以及隧道從開(kāi)挖到支護(hù)的整個(gè)過(guò)程。這能讓學(xué)生更好地掌握所學(xué)的課程知識(shí)、隧道施工工藝。

（四）運(yùn)用數(shù)值模擬技術(shù)

運(yùn)用Midas GTS NX數(shù)值模擬技術(shù)也是提高教學(xué)水平的一種方法。Midas GTS NX是一款針對(duì)巖土工程領(lǐng)域的通用有限元分析軟件，不僅支持靜力分析、動(dòng)力分析、施工階段分析等，還適用于隧道、樁基、基坑等各種實(shí)際工程中，可以解決工程中各種問(wèn)題。利用Midas GTS NX模擬隧道運(yùn)用不同開(kāi)挖方法的開(kāi)挖過(guò)程，從而得出隧道開(kāi)挖后圍巖與襯砌的受力情況、地表沉降情況和隧道周邊收斂等情況，通過(guò)數(shù)值計(jì)算技術(shù)形象展示隧道的施工過(guò)程，這樣可以較大程度地增強(qiáng)課程內(nèi)容的直觀性。

如圖1所示，運(yùn)用Midas GTS NX有限元軟件展示隧道運(yùn)用不同施工法開(kāi)挖的3D數(shù)值模型，可以直觀地看到不同施工法的施工工藝流程。在通過(guò)模型計(jì)算后，可以了解隧道開(kāi)挖后的應(yīng)力分布、地表沉降、拱頂沉降等情況，有助于學(xué)生對(duì)課程教授知識(shí)的接受。不僅如此，學(xué)生也可以更早地了解和學(xué)習(xí)到有限元軟件的使用，對(duì)以后的學(xué)習(xí)生涯或是工作生涯有很大的幫助。

結(jié)語(yǔ)

“隧道施工”課程不僅需要講授基礎(chǔ)理論知識(shí)和專業(yè)知識(shí)，還要求有一定的應(yīng)用性和實(shí)踐性。本文分析了目前“隧道施工”課程教學(xué)中存在的問(wèn)題，如教學(xué)方式局限、教材修訂滯后、理論與實(shí)踐脫節(jié)、教師教學(xué)能力有待提高等。為了解決“隧道施工”課程教學(xué)存在的問(wèn)題，可從教師自身知識(shí)水平提高和教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式等方面進(jìn)行改革。通過(guò)調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、采用案例教學(xué)、引入典型隧道工程施工視頻、運(yùn)用數(shù)值模擬技術(shù)等對(duì)“隧道施工”課程教學(xué)改革探索，取得了良好的教學(xué)效果。通過(guò)“隧道施工”教學(xué)改革探索，實(shí)現(xiàn)了傳授知識(shí)與培養(yǎng)實(shí)踐能力的有機(jī)融合，提高了該課程教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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Analysis and Exploration of Teaching Reform in the Course of Tunnel Construction

LIU Yuan-ming， CHENG Jia-jun， TIAN Mao-liang

（School of Civil Engineering， Guizhou University， Guiyang， Guizhou 550025， China）

Abstract： The teaching of the course Tunnel Construction not only requires teaching basic theoretical knowledge and professional knowledge， but also has a certain degree of practicality. At present， there are problems in the teaching of the course Tunnel Construction， such as limitations in teaching methods， outdated textbooks， disconnection between theory and practice， and the need to improve teachers’ teaching abilities. In order to solve the problems in the teaching of the course Tunnel Construction， teachers should enhance their knowledge of tunnel construction and reform the teaching content and methods. By placing students at the center of classroom teaching， students’ learning enthusiasm has been enhanced， and teaching methods have been improved and good results have achieved through the use of tunnel engineering case studies， the introduction of typical tunnel engineering construction videos， and the use of numerical simulation technology.

Key words： Tunnel Construction; teaching reform; teaching methods