《巖土工程》課程實踐教學方法探討

汪東林,何賢才，呂秋玲

（安徽建筑大學 土木工程學院，安徽 合肥 230022）

1 引言

巖土工程為結構工程體系與工程地質學知識體系的交叉性學科，在工程建設過程中涉及面十分廣泛.中國大百科全書定義為：“土木工程的一個分支，以工程地質學、巖石力學、土力學與基礎工程為理論基礎，涉及巖石和土的利用、整治和改造的一門技術科學.”

在各類工程建設過程中，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、地下結構和港口工程等，都不可避免涉及到與巖土工程相關的問題.可見，巖土工程是土木工程最廣泛的邊緣學科，它與土木工程所有領域的知識都相關[1].

伴隨著社會發(fā)展和科技進步，在工程建設實踐過程中，面臨的巖土工程課題越來越多、越來越復雜，這需要培養(yǎng)出實踐能力突出、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、新工藝等，并能將其付諸實施，在巖土工程領域取得新成果的工程技術人員.

2 《巖土工程》課程特點

巖土工程是多學科相互交叉、相互滲透的極其復雜的學科.《巖土工程》課程所覆蓋的知識體系非常龐大，與理論力學、材料力學、土力學、巖石力學、地下水動力學、勘察技術、工程地質學、彈塑性力學、結構力學等許多學科密切相關；教學內容也非常豐富，《巖土工程》課程教學大綱要求，教學內容包括巖土體力學特性、實驗方法、巖土工程勘察、地基基礎、深基坑工程、邊坡工程、隧道工程、爆破工程、原位測試技術、土工聚合物等.這要求學生在學習《巖土工程》課程前，要有較為深厚的力學理論基礎和相關專業(yè)知識；對于授課老師也提出更高的要求，不僅需要老師儲備的知識體系廣泛，而且能夠合理安排教學時間和計劃，把握學生學習進度和對知識掌握程度.

《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，其工程力學性質與土體含水量、飽和度、密實度、應力歷史、礦物成分、粒度大小等多因素密切相關；巖土體地層呈現(xiàn)非均勻性和各項異性，巖土工程邊界條件難以確定；巖土力學性質易受到時間因素和外界環(huán)境等影響；巖土體室內試驗和現(xiàn)場試驗受到測試方法和手段限制，使得巖土工程設計參數具有不確定性.導致在巖土工程設計和施工過程中，計算假定、計算方法和計算參數與實際情況差別較大，需要工程技術人員根據理論知識和工程經驗來判斷，可以說巖土工程是土木工程學科中最復雜、難度最大的學科之一[2,3].

巖土工程所涉及領域主要包括地基基礎、深基坑工程、路基工程、邊坡工程、隧道工程、地下結構和地下管線工程.這類工程共同特點是具有復雜性和強烈隱蔽性，工程事故發(fā)生預兆不明顯，一旦出現(xiàn)工程事故，將導致嚴重經濟損失和安全事故.例如地基基礎為建筑物根基，承受上部結構荷載，對上部結構起著決定性作用,一旦地基基礎發(fā)生破壞，將導致這個建筑物的安全；近年來，隨著城市地下空間的開發(fā)利用，城市地鐵建設得到飛速發(fā)展，然而大量安全事故不斷發(fā)生，造成嚴重經濟損失和人員傷亡，引起了工程界和教育界專業(yè)人士高度重視[4].

近年來,隨著我國城市建設的飛速開展和科學技術不斷進步，在巖土工程領域中新型建筑材料、勘察技術手段、計算方法、施工工藝等不斷涌現(xiàn)[5].例如城市地下工程中，隨著信息化技術發(fā)展，三維數字化技術在城市地鐵建設中得到應用，能夠將水文地質數據、地下結構變形和受力監(jiān)測數據、盾構施工工程中施工信息等全部數字化后進行數據庫統(tǒng)一管理，保障了工程安全、快速施工[6].而在課堂教學中，只對于常規(guī)的監(jiān)測技術進行敘述,課程內容偏于陳舊,教學內容的更新程度遠落后于本學科的發(fā)展.

3 教學方法探討

《巖土工程》具有知識體系龐大、教學內容多、難度大、實踐性高、知識更新速度快等特點.在當前巖土工程技術飛速發(fā)展階段，為培養(yǎng)實踐能力強、具有創(chuàng)新能力的巖土工程師，這就需轉變教學觀念,強化《巖土工程》實踐教學、激發(fā)學生的學習興趣,筆者在提高學生學習興趣，加強實踐教學手段等方面進行了如下幾點探索與實踐.

3.1 加強實驗教學

實驗教學是巖土工程課程中連接理論教學和工程實踐的重要環(huán)節(jié).通過實驗教學能夠提高學生學習興趣，對相關的理論知識有著直接的認識，從而能夠理解和掌握理論知識，實驗教學在培養(yǎng)學生提出問題、分析問題和解決實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)新實驗能力和科技研究能力的重要保障.

巖土工程專業(yè)屬于多學科相互交叉和融合的綜合性學科，其實踐性和實用性很強.這要求學生對知識的掌握不能僅僅停留在理論上，還需要將理論知識靈活運用到工程實踐中去.因此實驗室建設尤顯重要，實驗教學要貫穿整個巖土工程課程的學習過程.

讓學生在校期間就能熟悉巖土工程領域各種基礎和先進儀器設備操作方法和基本原理.實驗教學要跟上巖土工程領域的最新技術發(fā)展,在實驗設備、實驗手段和方法方面要不斷創(chuàng)新和更新,使實驗室成為學生獲取新知識、培養(yǎng)創(chuàng)新能力的基地.例如，土木工程學院地下結構實驗室建立了長9.2m×寬5.2m×深3m隧道模型試驗系統(tǒng),能在復雜試驗條件下模擬隧道開挖過程，并動態(tài)監(jiān)測支護結構內力和地層變形.通過實驗性教學展示或讓學生直接參與模型實驗，能讓學生對新實驗技術方法和新施工工藝有著更為直觀和具體的認識[7].

3.2 鼓勵學生參加大學生科技創(chuàng)新基金項目

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

為了促進學校教學和科研良性互動，使學生勇于創(chuàng)新、敢于創(chuàng)新和學會創(chuàng)新，學校每年抽出部分資金組織學生申報大學生科技創(chuàng)新基金項目.每個基金項目組由一位專業(yè)老師和三到五名學生組成，在老師悉心指導下，學生利用課余時間通過收集整理資料、開展土工試驗和理論分析等形式開展具有一定創(chuàng)新意義的科學研究活動，通過基金項目實施來提高大學生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力.

巖土工程專業(yè)教師應結合專業(yè)課程教學內容和特點，積極引導和鼓勵本專業(yè)學生申報大學生科技創(chuàng)新基金項目.在指導教師幫助下，四名學生開展了《飽和軟土流變特性試驗研究》課題研究，開展了土體在不同含水量情況下土體流變參數研究，并根據試驗數據，開展蠕變曲線的規(guī)律研究.學生通過該基金項目的實施，懂得了在圖書館和數據庫查閱國內外文獻，根據項目研究需要來開展室內試驗方案設計、試驗數據分析和處理，并形成最終研究報告.通過項目實施，激發(fā)了學生學習巖土工程課程的學習興趣,而且培養(yǎng)了學生動手實踐能力和創(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)學生對科研的興趣是提高大學生創(chuàng)新能力的最為有效途徑.在學生嘗試開展科研過程中，不斷發(fā)現(xiàn)問題，激發(fā)對《巖土工程》課程的愛好，讓學生主動去學習，達到提高教學效果目的.筆者嘗試著在08級土木工程專業(yè)地下方向班級成立了3個科研興趣小組，分別為施工監(jiān)測小組、數值計算小組和試驗分析小組.積極引導學生參與到教師的科研課題中去，培養(yǎng)學生科研和創(chuàng)新能力.例如，在合肥市“深基坑樁錨聯(lián)合支護技術研究”課題中,課題組吸收了這3個科研興趣小組正式參與到項目中，真正分配實際科研任務給同學完成，在教師悉心指導下，3個科研興趣小組較好地完成了部分施工現(xiàn)場監(jiān)測、室內土工試驗和理論分析計算等任務.在參與科研項目過程中，學生通過工程實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踐經驗.

3.4 立足專業(yè)特色，開展暑期“三下鄉(xiāng)”社會實踐活動

在全國大學生“三下鄉(xiāng)”社會實踐活動中，土木工程學院應立足專業(yè)特色和農村發(fā)展需求來開展實踐活動，學院結合專業(yè)特色和實際工作情況，積極響應，為安徽美好鄉(xiāng)村建設服務.在2012年暑假，土木工程學院開展了“關注民生，關注熱點，關注自然災害”的社會實踐主題，在專業(yè)老師帶領下成立“三下鄉(xiāng)”社會實踐隊，分為巢湖分隊和績溪縣分隊.在專業(yè)教師帶領下，巢湖分隊來到鳳凰山和馬家山等開展了地質調查工作，并繪制了調查點的斷層和地層分布特征；績溪縣分隊來到山體隧道等施工現(xiàn)場，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年學校開展了服務地方的“萬名大學生服務美好鄉(xiāng)村建設”暑期社會實踐活動，發(fā)揮學校學科專業(yè)優(yōu)勢，組成“美好鄉(xiāng)村規(guī)劃調研團、美好鄉(xiāng)村社會調查團、美好鄉(xiāng)村建設服務團”三大重點團隊，服務安徽省美好鄉(xiāng)村建設.土木學院美好鄉(xiāng)村規(guī)劃調研團在實踐活動中立足專業(yè)特色，深入安徽省霍邱縣集鎮(zhèn)、龍?zhí)舵?zhèn)等8個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，為農村提供美好鄉(xiāng)村遠景規(guī)劃、基礎設施建設、生態(tài)環(huán)境綜合治理、地震監(jiān)測、古建筑保護等專業(yè)服務.調查成果將以報告形式反饋給當地政府部門，服務于安徽省美好鄉(xiāng)村建設.

4 結束語

隨著我國土木建設的蓬勃發(fā)展，在建設過程中各種新型結構和施工方法不斷涌現(xiàn)，巖土工程課程本身和教學方面發(fā)展也出現(xiàn)新的特點，這需要學校培養(yǎng)實踐性強、具有創(chuàng)新能力的巖土工程人才.針對巖土工程課程特點，初步探討了加強實驗教學、鼓勵學生申報大學生科技創(chuàng)新基金、成立科研興趣小組和立足專業(yè)特色開展實踐活動等途徑來激發(fā)學生學習興趣，提高學生解決工程實際問題的能力.

〔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世紀巖土工程發(fā)展展望 [J].巖土工程學報,2000,22(2):238-242.

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

〔5〕龔曉南.21世紀巖土工程發(fā)展展望 [J].巖土工程學報,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[J].地下空間與工程學報,2011,7(s1):1275-1291.

〔7〕丁克偉,汪東林.《地下建筑結構》課程特點與大學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)[J].東南大學學報(哲學社會科學版),2012(14):52-54.