任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法在盾構(gòu)管片環(huán)教學(xué)中應(yīng)用

謝立棟 高興元 智友海

（徐州工程學(xué)院土木工程學(xué)院1） 江蘇徐州 221018 中國礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與土木工程學(xué)院2） 江蘇徐州 221116）

1 引言

針對以實(shí)踐性和操作性為特色的教學(xué)內(nèi)容，應(yīng)用任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法能夠取得良好教學(xué)效果，它的實(shí)質(zhì)是以富有趣味性，能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動機(jī)與好奇心的情景為基礎(chǔ)，與教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合的任務(wù)為載體，使學(xué)生在完成特定任務(wù)的過程中獲得知識與技能的一種教學(xué)方法。任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法基本特征是學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)，完成知識傳授為明線、使學(xué)生高效掌握知識和技能為暗線[1]。朱世友[2]介紹了盾構(gòu)隧道管片常用的2 種管片環(huán)組合形式，方式1 采用（標(biāo)準(zhǔn)環(huán)+左轉(zhuǎn)彎環(huán)+右轉(zhuǎn)彎環(huán)）組合，施工方便，但各種管片生產(chǎn)數(shù)量的控制相對復(fù)雜，需3 套模具，模具利用率低；“方式2”采用通用楔形環(huán)管片，只需要1 套模具，模具利用率高，管片生產(chǎn)控制簡單，但管片拼裝相對復(fù)雜，通過管片環(huán)的整體旋轉(zhuǎn)來進(jìn)行線路擬合。戴仕敏[3]講到“方式1”錯(cuò)縫拼裝形式單一，管片環(huán)旋轉(zhuǎn)角度固定（一般只能旋轉(zhuǎn)3 個(gè)角度，左右20o角范圍內(nèi)）。

盾構(gòu)管片環(huán)知識點(diǎn)在《地鐵與輕軌》課程中地位：是教學(xué)難點(diǎn)而不是教學(xué)重點(diǎn)，理論性強(qiáng)、技術(shù)性強(qiáng)、實(shí)踐性強(qiáng)，但學(xué)生將來從事此項(xiàng)工作概率小，這就注定了該類知識點(diǎn)在教學(xué)大綱上所占學(xué)時(shí)少，在課堂上很難講透，課程考核時(shí)也很少涉及這部分知識點(diǎn)，結(jié)果是老師不重視、學(xué)生也不重視，該知識點(diǎn)教學(xué)效果不理想。如何在有限學(xué)時(shí)內(nèi)講透、弄懂該知識點(diǎn)成為教師和學(xué)生共同關(guān)心話題。謝立棟[4]利用教學(xué)樓比擬車站，讓學(xué)生感受車站內(nèi)客流流線規(guī)律，使學(xué)生高效掌握車站規(guī)劃、建筑設(shè)計(jì)等知識點(diǎn)。本文首先介紹任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法特點(diǎn)，然后利用“切香蕉”實(shí)驗(yàn)使學(xué)生輕松感性認(rèn)知盾構(gòu)管片環(huán)知識，最后將含有計(jì)算過程完整工程實(shí)例的6 篇科技文獻(xiàn)作為學(xué)生課后學(xué)習(xí)任務(wù)，通過這一系列工作，學(xué)生輕松愉快高效地掌握了盾構(gòu)管片環(huán)知識點(diǎn)。

2 “切香蕉”感性實(shí)驗(yàn)

盾構(gòu)管片環(huán)分類如圖1 所示，通用環(huán)與普通環(huán)中的楔形環(huán)本質(zhì)上相同，這也是學(xué)生最容易迷惑的地方。普通環(huán)擬合線路時(shí)不涉及環(huán)的旋轉(zhuǎn)，施工簡單；通用環(huán)擬合線路時(shí)，涉及到環(huán)的旋轉(zhuǎn)角度（即封頂塊位置），施工復(fù)雜。

圖1 管片環(huán)分類

拼裝管片的過程實(shí)質(zhì)就是利用一系列的短折線擬合隧道設(shè)計(jì)軸線，上述短折線的長度就是管片環(huán)的寬度，一環(huán)管片中心的寬度是確定的（楔形環(huán)為最大寬度與最小寬度平均值）?！皹?biāo)準(zhǔn)環(huán)”概念學(xué)生比較容易理解，實(shí)際線路是空間三維曲線，僅靠標(biāo)準(zhǔn)環(huán)無法實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)隧道實(shí)際軸線與設(shè)計(jì)軸線的擬合，這時(shí)就需要“楔形環(huán)”。管片環(huán)最大寬度和最小寬度的差值即為管片的楔形量，所成角度為楔形角。隧道設(shè)計(jì)曲線中轉(zhuǎn)彎半徑越小，那么應(yīng)當(dāng)選用越小的管片環(huán)寬度和越大的楔形量。當(dāng)然，楔形量越大也容易產(chǎn)生問題，如容易出現(xiàn)管片錯(cuò)臺。

去工地現(xiàn)場觀摩效果雖好，但耗時(shí)費(fèi)力，且學(xué)生無法動手操作。取香蕉數(shù)根，分別垂直軸線剖切，與軸線呈楔形角剖切，再沿著軸線將果皮展開，效果如圖2 所示。通過管片幾何形狀，學(xué)生能感受到模板的復(fù)雜，所以理解了模板數(shù)量是重要評價(jià)指標(biāo)的原因。通過該實(shí)驗(yàn)學(xué)生能整體直觀感受到2 者區(qū)別，實(shí)驗(yàn)效果與實(shí)際工程達(dá)成度高，且實(shí)驗(yàn)過程簡單，可操作性好。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)環(huán)（展開） &楔形環(huán)（展開）

取標(biāo)準(zhǔn)環(huán)數(shù)量/楔形環(huán)數(shù)量不同比例，可以擬合出不同半徑的空間曲線，效果見圖3，學(xué)生自己動手操作之后，短時(shí)間內(nèi)就從整體上消化了該知識點(diǎn)。學(xué)生也理解了為什么采用“方式2”襯砌環(huán)組合形式時(shí)，各種管片生產(chǎn)數(shù)量的控制相對“方式1”復(fù)雜。

3 實(shí)例操作

掌握盾構(gòu)管片擬合路線基本理論，并有了“切香蕉”實(shí)驗(yàn)的感性認(rèn)識，知識掌握還是膚淺，若要深入掌握該知識點(diǎn)，達(dá)到現(xiàn)場設(shè)計(jì)、施工技術(shù)人員水準(zhǔn)，還需具體設(shè)計(jì)實(shí)踐鍛煉。對2 種管片環(huán)形式，分別選取3 個(gè)學(xué)習(xí)案例供學(xué)生課后閱讀（期刊網(wǎng)上文獻(xiàn)眾多，精選文獻(xiàn)由授課教師完成），精選后的文獻(xiàn)見表1，讀懂后，學(xué)生只需改變擬合線路的曲線半徑便可動手練習(xí)，最終掌握該知識點(diǎn)。

圖3 多種比例（標(biāo)準(zhǔn)環(huán)數(shù)量/楔形環(huán)數(shù)量）組合曲線

表1 管片環(huán)擬合曲線精選案例

4 結(jié)語

根據(jù)盾構(gòu)管片環(huán)知識點(diǎn)特征，應(yīng)用任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法完成該知識點(diǎn)教學(xué)任務(wù)，首先采用“切香蕉”實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生從感性上認(rèn)識標(biāo)準(zhǔn)環(huán)、楔形環(huán)幾何特征，根據(jù)真實(shí)的管片空間幾何形狀，學(xué)生認(rèn)識到模板的復(fù)雜性，理解了模板數(shù)量是重要評價(jià)指標(biāo)的原因。通過擬合不同半徑的空間曲線，從控制各種管片生產(chǎn)數(shù)量層面，學(xué)生理解“方式2”管片環(huán)組合形式，相對“方式1”復(fù)雜的原因。

通過授課教師選取的6 篇代表性文獻(xiàn)，學(xué)生掌握了2 種管片環(huán)組合形式的具體計(jì)算過程，能夠?qū)⒅R點(diǎn)應(yīng)用到實(shí)際工程中，學(xué)生有很大成就感，最后學(xué)生能夠?qū)Ρ? 種管片環(huán)組合形式優(yōu)缺點(diǎn)，在具體工程中能做出恰當(dāng)選擇。