巖土鉆掘工程課程建設(shè)與人才培養(yǎng)探討

王佳亮

摘 要 針對(duì)巖土鉆掘工程課程教學(xué)中存在的問(wèn)題，通過(guò)廣泛調(diào)研并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，從教材建設(shè)、教學(xué)方法、考評(píng)方式、實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)、團(tuán)隊(duì)組成等方面提出改進(jìn)措施，以期提高課程的教學(xué)質(zhì)量和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，滿足新形勢(shì)下對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)綜合培養(yǎng)的實(shí)際需求。

關(guān)鍵詞 巖土鉆掘工程；教材；SolidWorks；實(shí)踐教學(xué)；虛擬教學(xué)平臺(tái)

中圖分類號(hào)：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2018）14-0098-03

Construction and Practice of Teaching System of Drilling and Tunneling Engineering//WANG Jialiang

Abstract According to the shortcomings of drilling and tunneling engineering course and based on the practice of course teaching ex-

perience， this paper analyses the case from teaching material con-struction， teaching approach， performance appraisal method， practice

teaching system， teaching team construction to improve teaching effectiveness and stimulate interest to study， meeting the demand for cultivating student the ability of practice and innovation.

Key words drilling and tunneling engineering； teaching material； SolidWorks； practice teaching； virtual teaching platform

1 前言

巖土鉆掘工程是地質(zhì)類專業(yè)的必修基礎(chǔ)課程，其以資源勘查為應(yīng)用背景，重點(diǎn)介紹在資源勘探過(guò)程中所涉及的巖心鉆機(jī)配套設(shè)備、金剛石碎巖工具、泥漿配方體系、鉆進(jìn)工藝等，為相關(guān)專業(yè)學(xué)生畢業(yè)后從事礦產(chǎn)資源勘查、水文地質(zhì)及油氣井鉆探、地下深部科學(xué)探測(cè)的方面工作奠定理論基礎(chǔ)和知識(shí)儲(chǔ)備[1-2]。本課程涉及地質(zhì)學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)原理、流體力學(xué)、粉末冶金學(xué)、地下工程與施工等多學(xué)科知識(shí)，具有較強(qiáng)的學(xué)科交叉性，對(duì)于完善學(xué)生的專業(yè)知識(shí)體系、培養(yǎng)實(shí)踐創(chuàng)新能力具有重要意義[3]。本文結(jié)合在巖土鉆掘工程課程教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行探討，旨在提高課程的教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)其綜合素質(zhì)與專業(yè)技能，以滿足時(shí)下資源勘查行業(yè)快速發(fā)展的實(shí)際需求。

2 巖土鉆掘工程課程教學(xué)現(xiàn)狀

巖土鉆掘工程是一門實(shí)用性和實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)課程，著重培養(yǎng)學(xué)生在工程應(yīng)用中的創(chuàng)新與實(shí)踐能力，對(duì)學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備體系要求較高。巖土鉆掘工程課程在教學(xué)過(guò)程中存在以下幾方面問(wèn)題。

不同專業(yè)對(duì)課程側(cè)重存在較大差異 本課程的授課對(duì)象主要是地質(zhì)和地下工程相關(guān)專業(yè)的學(xué)生，不同專業(yè)對(duì)本課程的側(cè)重點(diǎn)各不相同。地質(zhì)類專業(yè)往往更多側(cè)重于地質(zhì)因素影響，在諸如巖心鉆機(jī)、取心鉆具結(jié)構(gòu)及工作原理等涉及機(jī)械設(shè)計(jì)和工程技術(shù)的章節(jié)學(xué)習(xí)中，由于學(xué)生相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)較薄弱，往往產(chǎn)生為難情緒，無(wú)法準(zhǔn)確理解相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。地下工程類專業(yè)則往往更多關(guān)注施工技術(shù)規(guī)程和設(shè)備本身的性能，缺乏對(duì)地質(zhì)因素影響的綜合考慮意識(shí)。然而，巖土鉆掘工程既涵蓋了地質(zhì)學(xué)的基本知識(shí)，又兼顧了工程技術(shù)和方法，屬于多學(xué)科交叉領(lǐng)域，只有將二者有機(jī)結(jié)合，才能更好地培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)處理工程實(shí)際問(wèn)題的能力[4]。

教材內(nèi)容有待進(jìn)一步更新 巖土鉆掘工程作為一門集理論、實(shí)踐、應(yīng)用于一體的綜合性課程，隨著新技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，其所授內(nèi)容的知識(shí)更新較快?，F(xiàn)有的教材雖然根據(jù)不同的授課專業(yè)對(duì)象特點(diǎn)，各有側(cè)重，但是均存在課程教學(xué)內(nèi)容相對(duì)陳舊，章節(jié)內(nèi)容不夠精練，無(wú)法較好地與實(shí)際相結(jié)合等問(wèn)題。例如：在鉆機(jī)與泵的章節(jié)中，仍以介紹立軸式鉆機(jī)結(jié)構(gòu)為主，而近年來(lái)在綠色鉆探理念下迅速發(fā)展的輕便模塊化全液壓鉆機(jī)、便攜式鉆機(jī)、直驅(qū)式頂驅(qū)鉆機(jī)、海底取心鉆機(jī)卻未提及；在土樣及巖礦心的采取章節(jié)中，介紹的繩索取心鉆具仍以老舊的S-75為原型，而在實(shí)踐中對(duì)到位報(bào)信機(jī)構(gòu)、彈卡定位機(jī)構(gòu)不斷改進(jìn)完善并得到廣泛應(yīng)用的新型繩索取心鉆具卻未介紹，使得學(xué)生在生產(chǎn)實(shí)習(xí)中容易出現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)到的書本沒(méi)有講、書本講的現(xiàn)場(chǎng)找不到的情況。

常規(guī)教學(xué)模式無(wú)法滿足教學(xué)要求 本課程專業(yè)性極強(qiáng)，其目標(biāo)是通過(guò)課程教學(xué)，使學(xué)生全面掌握鉆探過(guò)程中的基本工藝原理和鉆進(jìn)工藝方法，提高學(xué)生綜合分析和解決工程問(wèn)題的能力。本課程的教學(xué)模式是結(jié)合配套的講義和相關(guān)設(shè)備結(jié)構(gòu)原理圖，以教師講授為主。教師首先介紹課程大綱及所需的預(yù)備知識(shí)及參考書目，然后就課程章節(jié)內(nèi)容進(jìn)行單元模塊分類，根據(jù)所授對(duì)象的專業(yè)背景進(jìn)行有所側(cè)重的講授。這種教學(xué)模式主要以教師為主體，師生間的有效交流互動(dòng)較少。

此外，目前尚未完全建立與巖土鉆掘工程課程教學(xué)相匹配的實(shí)踐教學(xué)環(huán)境，存在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐環(huán)節(jié)流于形式，實(shí)驗(yàn)設(shè)備利用率低，實(shí)驗(yàn)資源與實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)安排有限等實(shí)際問(wèn)題，難以幫助學(xué)生迅速建立專業(yè)歸屬感，影響學(xué)生進(jìn)一步深入拓展課程學(xué)習(xí)內(nèi)容的興趣，導(dǎo)致實(shí)際教學(xué)效果不理想。

部分學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性較低 一方面，隨著近年來(lái)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的穩(wěn)步提升，地質(zhì)類專業(yè)學(xué)生生源來(lái)自城鎮(zhèn)的比例大幅提高，作為一個(gè)相對(duì)艱苦的工程行業(yè)，少數(shù)學(xué)生缺乏吃苦耐勞精神，尚未樹立正確的專業(yè)思想；另一方面，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式向穩(wěn)增長(zhǎng)、促改革、調(diào)結(jié)構(gòu)、惠民生的新常態(tài)化方向的轉(zhuǎn)型，傳統(tǒng)地勘行業(yè)就業(yè)形勢(shì)有所下滑，且受當(dāng)下畢業(yè)生就業(yè)形式多樣化的影響，部分學(xué)生畢業(yè)后并不會(huì)首選地勘行業(yè)，易形成學(xué)無(wú)所用的錯(cuò)誤思維，導(dǎo)致其學(xué)習(xí)積極性下降。

3 巖土鉆掘工程課程建設(shè)探索

結(jié)合巖土鉆掘工程課程教學(xué)的特點(diǎn)和不足，在教材選取、教學(xué)方法、實(shí)踐教學(xué)體系、課程考評(píng)方式、團(tuán)隊(duì)建設(shè)等方面提出進(jìn)一步改進(jìn)措施，以便更好地提高學(xué)生的創(chuàng)新和實(shí)踐能力。

重視教材的選擇 針對(duì)不同專業(yè)背景，現(xiàn)有的教材內(nèi)容側(cè)重各有不同，在授課過(guò)程中應(yīng)綜合考慮學(xué)校的特色和授課對(duì)象專業(yè)背景，對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行合理取舍與補(bǔ)充，以實(shí)現(xiàn)“重基礎(chǔ)、寬口徑”的人才培養(yǎng)目標(biāo)。例如：對(duì)于巖土工程方向的學(xué)生，在授課過(guò)程中宜精講巖土鉆進(jìn)、工程施工相關(guān)部分；對(duì)于地質(zhì)工程方向的學(xué)生，宜將教學(xué)重點(diǎn)安排在鉆機(jī)與泵、回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝、土樣及巖礦心采取等相關(guān)章節(jié)，做到既不脫離大綱，也不過(guò)分依賴教材。此外，教師應(yīng)注意追蹤《探礦工程（巖土鉆掘工程）》《煤田地質(zhì)與勘探》《地質(zhì)裝備》等行業(yè)期刊的文獻(xiàn)更新，將行業(yè)的發(fā)展前沿與授課內(nèi)容有機(jī)結(jié)合，激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)和拓展教材內(nèi)容的興趣。

教學(xué)方法改進(jìn)

首先，教師在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)將科研項(xiàng)目與教學(xué)內(nèi)容適當(dāng)結(jié)合，為學(xué)生提供一個(gè)真實(shí)的案例情境，有利于培養(yǎng)和強(qiáng)化其發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題的能力。如在講授金剛石鉆頭的相關(guān)知識(shí)內(nèi)容時(shí)，首先幫助學(xué)生分析影響鉆頭鉆進(jìn)效率的因素，然后開(kāi)展討論交流，探索如何在兼顧鉆頭壽命的前提下進(jìn)一步改善其鉆進(jìn)性能，引導(dǎo)學(xué)生利用已掌握的知識(shí)對(duì)比分析不同改進(jìn)方案各自的優(yōu)缺點(diǎn)，鞏固加深相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的理解。開(kāi)放式的話題討論有利于提高學(xué)生利用已有理論知識(shí)分析問(wèn)題的能力，提升課堂的師生互動(dòng)率，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考、積極探究的創(chuàng)新精神。

其次，由于地質(zhì)類專業(yè)的學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)較薄弱，在諸如鉆機(jī)及相關(guān)配套機(jī)具的工作原理等偏機(jī)械類章節(jié)的講授時(shí)，應(yīng)重視多媒體技術(shù)的運(yùn)用，通過(guò)虛擬裝配演示手段并結(jié)合教材中的結(jié)構(gòu)原理圖，幫助學(xué)生理解其工作原理。如在講授繩索取心鉆具的工作原理時(shí)，借助SolidWorks軟件對(duì)鉆具零部件進(jìn)行虛擬裝配，在裝配演示過(guò)程中，學(xué)生能夠清晰地觀看到零部件間的配合方式，直觀理解鉆具的單動(dòng)性能如何實(shí)現(xiàn)、收卡筒與彈卡間的聯(lián)動(dòng)方式、到位報(bào)信球閥的工作原理等教學(xué)難點(diǎn)。

最后，在授課過(guò)程中應(yīng)對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行模塊化單元分類，在每一模塊單元結(jié)束后，結(jié)合當(dāng)下鉆探向綠色環(huán)保方向發(fā)展的要求，展開(kāi)一次特色專題討論，重點(diǎn)介紹為避免在施工作業(yè)中對(duì)環(huán)境的破壞，在施工設(shè)備、轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)場(chǎng)方式、施工工藝、配套泥漿體系、配套鉆具及金剛石碎巖工具等方面所展開(kāi)的針對(duì)性改進(jìn)措施，進(jìn)一步開(kāi)闊學(xué)生的學(xué)科視野，提高課程學(xué)習(xí)興趣。

加強(qiáng)配套實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè) 受課程學(xué)時(shí)較少的限制，以及當(dāng)下相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)出于人身安全及生產(chǎn)效率等方面的顧慮，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)普遍存在參觀為主、時(shí)間較短、無(wú)實(shí)操等現(xiàn)實(shí)情況，簡(jiǎn)短的現(xiàn)場(chǎng)參觀無(wú)法幫助學(xué)生全面了解鉆探施工的整個(gè)流程，實(shí)習(xí)效果欠佳。

在實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)中首先宜重視鉆探虛擬教學(xué)平臺(tái)建設(shè)，利用多媒體虛擬仿真技術(shù)幫助學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室體驗(yàn)并熟悉整個(gè)鉆探流程，進(jìn)行虛擬實(shí)操。其一方面能夠彌補(bǔ)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)存在的不足，另一方面能夠在一定程度上解決鉆探實(shí)踐教學(xué)中存在的成本高、安全風(fēng)險(xiǎn)大等問(wèn)題[5]。

其次宜實(shí)行開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室制度，教師應(yīng)加強(qiáng)諸如鉆頭切削齒齒型優(yōu)化設(shè)計(jì)、不同地層鉆井液配置、鉆具結(jié)構(gòu)局部改良等對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備要求不高、難度適中、學(xué)生能夠短時(shí)間內(nèi)完成的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)，盡可能多地提高教學(xué)實(shí)驗(yàn)資源的利用率，讓學(xué)生在參與開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中提高自身創(chuàng)新思維能力。

此外，在實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)加強(qiáng)專業(yè)思想教育，培養(yǎng)樹立扎實(shí)肯干、刻苦鉆研的鉆探精神，為學(xué)習(xí)好本課程打下基礎(chǔ)。

課程考評(píng)方法改進(jìn) 合理設(shè)計(jì)課程考評(píng)方式是提高學(xué)生創(chuàng)新思維和自主學(xué)習(xí)能力的有效措施?，F(xiàn)有的閉卷考試方式是對(duì)學(xué)生能力與教學(xué)效果評(píng)估的唯一檢驗(yàn)標(biāo)尺，該種測(cè)評(píng)方式一定程度上影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，學(xué)生易過(guò)分依賴標(biāo)準(zhǔn)答案以獲取高分?jǐn)?shù)，不利于創(chuàng)新探索和實(shí)踐鉆研精神的培養(yǎng)。新的考評(píng)體系應(yīng)注意綜合考慮學(xué)生參與教師創(chuàng)新科研項(xiàng)目、學(xué)習(xí)學(xué)術(shù)論文寫作、撰寫相關(guān)章節(jié)學(xué)習(xí)筆記等衡量創(chuàng)新意識(shí)與鉆研精神的量化指標(biāo)，以期提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。

教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)

首先，在師資隊(duì)伍的構(gòu)建上應(yīng)注意年齡梯度，形成老中青不同年齡層次教師的合理搭配。一方面，教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富的老教師能夠幫助青年博士提升教學(xué)技能，盡早完成由學(xué)生向教師的角色轉(zhuǎn)型；另一方面，青年博士能夠發(fā)揮自身外語(yǔ)水平高、文獻(xiàn)追蹤能力強(qiáng)、PPT等多媒體制作技能豐富的優(yōu)點(diǎn)，查閱最新資料、豐富教學(xué)素材，提升課件質(zhì)量，幫助學(xué)生更加清晰直觀地理解相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。

其次，應(yīng)多鼓勵(lì)青年博士深入一線鉆探現(xiàn)場(chǎng)和相關(guān)配套行業(yè)的生產(chǎn)單位，在一線了解行業(yè)的發(fā)展動(dòng)態(tài)和趨勢(shì)，提升自身專業(yè)素質(zhì)和實(shí)踐應(yīng)用能力。

最后，宜邀請(qǐng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富且又有理論基礎(chǔ)的一線高級(jí)工程師以適當(dāng)?shù)男问絽⑴c教學(xué)過(guò)程，幫助學(xué)生更好地了解和掌握行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。

4 結(jié)語(yǔ)

巖土鉆掘工程課程具有學(xué)科交叉、知識(shí)面廣的特點(diǎn)，其對(duì)培養(yǎng)實(shí)踐與創(chuàng)新能力兼顧的探礦類人才提出更高的要求，教學(xué)改革勢(shì)在必行。教學(xué)過(guò)程中應(yīng)以適應(yīng)新形勢(shì)下的人才培養(yǎng)需求為原則，注重培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用和思維創(chuàng)新意識(shí)，在增強(qiáng)教學(xué)效果的同時(shí)，為學(xué)生日后從事相關(guān)工作及繼續(xù)深造打下良好的理論基礎(chǔ)。

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