新工科背景下土木工程地質(zhì)教學(xué)探討

龍慧　陳文昭　胡萍　彭成　樊軍偉

摘? 要：土木工程地質(zhì)是土木工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，是該專業(yè)畢業(yè)生從事土木工程活動的重要基礎(chǔ)，具有極強(qiáng)的專業(yè)性和實踐性。該文基于新工科背景，探討如何通過教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)資源建設(shè)等方面的改革，提升該課程的教學(xué)質(zhì)量，同時在教學(xué)過程中提高學(xué)生分析問題并利用互聯(lián)網(wǎng)、VR等信息化手段解決問題的能力，培養(yǎng)具備解決實際工程問題能力的土木工程專業(yè)人才。

關(guān)鍵詞：土木工程地質(zhì)? 新工科? 信息化? 實踐教學(xué)

中圖分類號：G642 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）02（c）-0120-02

土木工程地質(zhì)是土木工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是土木工程與地質(zhì)學(xué)交叉的一門交叉學(xué)科，是研究人類工程活動與地質(zhì)環(huán)境之間相互關(guān)系的一門學(xué)科，旨在培養(yǎng)學(xué)生分析并合理利用實際工程地質(zhì)條件，發(fā)現(xiàn)并解決部分工程地質(zhì)問題的能力[1-2]。該課程具有較強(qiáng)的工程實踐性，需通過實踐教學(xué)鞏固對理論知識的掌握程度，結(jié)合實際工程地質(zhì)條件對理論知識進(jìn)行驗證，提高學(xué)生對實際工程地質(zhì)問題認(rèn)識和分析的能力[3-4]，還要求學(xué)生掌握一定工程勘察知識和技術(shù)。同時，為了主動應(yīng)對新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，積極推進(jìn)新工科建設(shè)，強(qiáng)調(diào)在人才培養(yǎng)中以互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)、VR等高科技手段[5]，培養(yǎng)實踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才。該文擬以土木工程地質(zhì)課程教學(xué)為抓手，探討在當(dāng)前的新工科背景下，如何使學(xué)生能夠應(yīng)用現(xiàn)代信息化手段，結(jié)合現(xiàn)場實習(xí)實踐教學(xué)，提高課程的教學(xué)效果和學(xué)生的實踐能力，培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型、具有較強(qiáng)工程實踐能力卓越工程人才。

1? 當(dāng)前土木工程地質(zhì)教學(xué)存在的問題

1.1 課時少，教學(xué)手段單調(diào)

土木工程地質(zhì)課程作為土木工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，在土木工程本科培養(yǎng)中的地位不高，受到學(xué)分、課時壓縮的影響，一般情況下課程總學(xué)時為32個，部分高校將課程總學(xué)時減少到24個。由于教學(xué)內(nèi)容和章節(jié)較多，在教學(xué)中往往顧此失彼，疲于講授知識點，突出教學(xué)重點，難以將更生動的教學(xué)方法——如案例教學(xué)等方法使用在課堂教學(xué)中，學(xué)生則忙于機(jī)械的接受這些信息，沒有足夠的時間進(jìn)行思考，學(xué)習(xí)效果往往不盡如人意。

1.2 教學(xué)資源不足，實踐教學(xué)困難

土木工程地質(zhì)教學(xué)需要對礦物、巖石、地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象等知識進(jìn)行教學(xué)，而多數(shù)高校沒有專門的礦物、巖石陳列室或其他教學(xué)設(shè)施，其他信息化的教學(xué)資源建設(shè)也比較缺乏和滯后，使得學(xué)生無法直觀地感受，只能憑空想象，無法取得共鳴。另一方面，由于工程地質(zhì)實習(xí)有別于土木工程專業(yè)其他實習(xí)，需要去野外實地觀察學(xué)習(xí)，實習(xí)環(huán)境通常比較困難，實習(xí)中講授時學(xué)生無法時時靠近老師，導(dǎo)致實習(xí)效果不佳。

2? 基于新工科背景提高土木工程地質(zhì)課程教學(xué)質(zhì)量的探討

2.1 豐富教學(xué)手段，激發(fā)學(xué)生的興趣和創(chuàng)新意識

土木工程地質(zhì)課程的主干知識點大致為充分認(rèn)識地質(zhì)學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)及其與土木工程的關(guān)系，熟悉地質(zhì)作用與地質(zhì)歷史的概念、主要的礦物和巖石及其性質(zhì)、主要地質(zhì)構(gòu)造的研究方法及其工程意義，地下水的概念、類型、運動及其工程意義，主要地表地質(zhì)作用研究評價方法及其不良地質(zhì)作用的防治措施，工程地質(zhì)勘察的基本內(nèi)容和方法以及工程地質(zhì)報告書的編寫。在滿足教學(xué)要求的前提下，在教學(xué)中依然可以通過改變知識點的描述和展現(xiàn)方式，提升教學(xué)內(nèi)容的趣味性，吸引學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)、主動思考，通過提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率來彌補(bǔ)課時較少的缺陷，并在思考中激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識。

在講授不良地質(zhì)現(xiàn)象時，當(dāng)介紹完不良地質(zhì)現(xiàn)象的特征、形態(tài)及形成原因之后，可以請同學(xué)結(jié)合自己家鄉(xiāng)的地質(zhì)條件進(jìn)行介紹，是否存在或者可能存在不良地質(zhì)現(xiàn)象，并結(jié)合教材知識點討論可能出現(xiàn)的工程地質(zhì)問題及解決辦法，把書本上抽象的知識概念同身邊的環(huán)境和實際工程地質(zhì)條件結(jié)合起來，把知識點具象化，引發(fā)學(xué)生對于知識的共鳴，進(jìn)行更深層次的思考。另外，在教學(xué)課件和內(nèi)容的設(shè)計上，應(yīng)該多增加圖片、視頻展示與實物展示相結(jié)合的方法，結(jié)合可視的圖像或?qū)嵨镞M(jìn)行講授說明，可編寫VR配套教材，利用手機(jī)APP及三維虛擬現(xiàn)實技術(shù)即可在教材上直觀感受各種礦物、地層、構(gòu)造、地下水、不良地質(zhì)現(xiàn)象等地質(zhì)現(xiàn)象，利用豐富且具有趣味的教學(xué)手段提升教學(xué)的層次，讓學(xué)生能夠自發(fā)地思考和學(xué)習(xí)，以取得良好的教學(xué)效果。

2.2 以問題為導(dǎo)向，引入典型的工程案例進(jìn)行探討，提升學(xué)生的工程實踐意識

在每次課堂教學(xué)的開始，提出跟該堂課程相關(guān)的典型的工程案例進(jìn)行介紹，提醒學(xué)生思考這些案例中可能存在哪些與工程地質(zhì)相關(guān)的問題，引導(dǎo)學(xué)生帶著問題學(xué)習(xí)該堂課程的知識點，并在課堂最后留出部分時間請學(xué)生對該案例進(jìn)行分析討論，在討論的過程中，學(xué)生既加深了對課程知識點的理解，又鍛煉了思考解決工程問題的能力，部分涉及多種地質(zhì)原因的經(jīng)典案例還可以多次組織討論，逐步培養(yǎng)學(xué)生全面多因素分析實際工程問題的習(xí)慣，不再簡單地說一是一，機(jī)械地看待復(fù)雜的實際工程問題。同時，在工程案例的選擇上，盡量選擇學(xué)生可能有所耳聞或眾所周知的經(jīng)典工程案例，這些案例更容易吸引學(xué)生、引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考分析。

同樣以不良地質(zhì)現(xiàn)象為例，在講授滑坡和泥石流的知識時，可選擇汶川地震中的典型工程案例，如汶川地震中的北川滑坡、唐家山堰塞湖及之后出現(xiàn)的多處泥石流，先簡單介紹各工程案例的基本情況，并提醒學(xué)生思考這些不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)生的原因，之后介紹滑坡、泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)生的條件和影響因素，再請學(xué)生對北川滑坡進(jìn)行討論，很容易得出北川滑坡的誘因是地震作用的結(jié)論，但能引發(fā)滑坡的不僅僅只是地震作用。此外，為何數(shù)月之后汶川地區(qū)又發(fā)生了多次泥石流，其直接誘因是大量的降雨，但地震破壞產(chǎn)生的大量破碎巖土體是否也增加了泥石流發(fā)生的幾率和規(guī)模。通過對案例的分析和討論，可以極大地提高學(xué)生分析解決實際工程問題的能力。

2.3 由虛入實，提高土木工程地質(zhì)實習(xí)教學(xué)效果

土木工程地質(zhì)課程對于實踐性要求極高，課程包含一周的野外實習(xí)，實習(xí)地點需要貼近實際工程，具有豐富的地質(zhì)現(xiàn)象和構(gòu)造，有足夠的面積的結(jié)構(gòu)面可用于地質(zhì)測繪。實際上很難滿足全部條件，教學(xué)條件會比較困難，在講解時受制于實際地質(zhì)構(gòu)造面的位置和大小，無法讓全部同學(xué)近距離觀察。另外，在進(jìn)行巖層產(chǎn)狀測量和地質(zhì)剖面繪制的時候，由于學(xué)生僅在課堂上學(xué)習(xí)理論知識和短時間的地質(zhì)羅盤操作，在完成上述實習(xí)任務(wù)時往往效果不佳。可建設(shè)VR虛擬教學(xué)資源，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)讓學(xué)生在現(xiàn)場實習(xí)前實際操作地質(zhì)羅盤，沉浸式的感受各類地質(zhì)構(gòu)造和地質(zhì)現(xiàn)象，再結(jié)合現(xiàn)場實習(xí)，使學(xué)生的感性認(rèn)識逐漸加深，達(dá)到最佳的實踐教學(xué)效果。

3? 結(jié)語

土木工程地質(zhì)是土木工程專業(yè)教學(xué)的重要內(nèi)容，在當(dāng)前新工科背景下，將各種高科技信息化手段與課程教學(xué)結(jié)合，建設(shè)VR等數(shù)字教學(xué)資源，改變照本宣科的傳統(tǒng)教學(xué)模式，將以問題為導(dǎo)向的教學(xué)方法應(yīng)用在課程教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、獨立思考的習(xí)慣，逐步提高課程的理論和實踐教學(xué)質(zhì)量，最終可使學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新意識能得到較大的提高。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳文昭，陳振富，胡萍.土木工程地質(zhì)[M].北京：北京大學(xué)出版社，2013.

[2] 白云峰.工程地質(zhì)[M].鄭州：鄭州大學(xué)出版社，2007.

[3] 王思敬.工程地質(zhì)學(xué)的任務(wù)與未來[J].工程地質(zhì)學(xué)，1999（3）：195-199.

[4] 靳鵬偉，何永紅.土木工程地質(zhì)實踐教學(xué)模式的研究[J].湖南科技學(xué)院學(xué)報，2013，34（4）：98-99.

[5] 佚名.“新工科”建設(shè)復(fù)旦共識[J].高等工程教育研究，2017，15（1）：10-11.