安全工程《巖土工程測(cè)試技術(shù)》課程教學(xué)改革模式研究

謝建林 孫曉元

摘? 要：巖土工程測(cè)試技術(shù)既是保障巖土工程質(zhì)量的關(guān)鍵前提，也是衡量項(xiàng)目安全投入與經(jīng)濟(jì)效益的重要因素。近年來(lái)，伴隨巖土工程在復(fù)雜施工區(qū)域的大規(guī)模開展，建設(shè)項(xiàng)目所需獲取的工程數(shù)據(jù)和安全信息日益增多，對(duì)監(jiān)測(cè)監(jiān)控理論、信號(hào)采集方法、數(shù)據(jù)傳輸手段與裝備平臺(tái)研發(fā)等技術(shù)提出了更高的要求。為更好地服務(wù)社會(huì)，太原科技大學(xué)安全工程教學(xué)團(tuán)隊(duì)在深入剖析巖土工程測(cè)試技術(shù)課程特性的基礎(chǔ)上，以教學(xué)環(huán)節(jié)優(yōu)化為切入點(diǎn)，圍繞課堂教學(xué)、試驗(yàn)教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)對(duì)該課程進(jìn)行了有針對(duì)性的系統(tǒng)改革。實(shí)踐表明，教學(xué)改革效果良好，畢業(yè)生從事巖土工程領(lǐng)域工作的適應(yīng)性與競(jìng)爭(zhēng)力得到了顯著提高。

關(guān)鍵詞：巖土工程測(cè)試技術(shù);教學(xué)方法優(yōu)化;教育教學(xué)改革;教學(xué)質(zhì)量評(píng)估

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-000X（2020）35-0136-04

Abstract： Geotechnical engineering testing technology is not only the key premise to guarantee the quality of geotechnical engineering， but also an important factor to measure the safety investment and economic benefits of the project. In recent years， with the large-scale development of geotechnical engineering in complex construction areas， more and more engineering data and safety information are needed for construction projects， which puts forward higher requirements for monitoring theory， signal acquisition method， data transmission means and equipment platform development. In order to serve the society better， based on the in-depth analysis of the characteristics of geotechnical engineering testing technology course， the teaching team of safety engineering in Taiyuan University of Science and Technology has carried out a systematic reform through optimizing the teaching links as the breakthrough point and focusing on classroom teaching， experimental teaching and practical teaching. Practice has proved that results of teaching reformis good， and the adaptability and competitiveness of graduates in the field of geotechnical engineering have been significantly improved.

Keywords： geotechnical engineering testing technology; teaching method optimization; education and teaching reform; teaching quality evaluation

巖土工程是以工程地質(zhì)學(xué)、土力學(xué)、巖體力學(xué)等學(xué)科為理論基礎(chǔ)，旨在探討各類土建工程中巖土體的科學(xué)利用、系統(tǒng)整治或合理改造的一門系統(tǒng)學(xué)科[1]。隨著中國(guó)與“一帶一路”沿線國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的深入推進(jìn)，巖土工程在資源能源、市政建設(shè)、鐵路橋隧、水利水電、離岸工程、地?zé)衢_發(fā)等領(lǐng)域的作用日益凸顯，這一學(xué)科也得到了前所未有的迅猛發(fā)展。由于巖土工程往往具有場(chǎng)地區(qū)域性、施工隱蔽性及測(cè)試不確定性等特點(diǎn)[2]，項(xiàng)目開展之前、實(shí)施期間和竣工之后，必須借助一系列行之有效的測(cè)試技術(shù)為項(xiàng)目質(zhì)量與施工安全提供保障[3]。此外，通過(guò)反演分析方法，可以依據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)工程參數(shù)進(jìn)行科學(xué)推算與合理優(yōu)化，進(jìn)而達(dá)到提高工程效益的目的[4]。由此可知，巖土工程測(cè)試技術(shù)對(duì)項(xiàng)目質(zhì)量、安全和經(jīng)濟(jì)均產(chǎn)生了重要影響，并始終是工程建設(shè)中最為基礎(chǔ)和核心的環(huán)節(jié)之一。

在普通高等院校教學(xué)知識(shí)體系之中，作為測(cè)試技術(shù)在巖土工程中的重要應(yīng)用，巖土工程測(cè)試技術(shù)不僅是土木、建筑、水電、采礦和交通等工學(xué)專業(yè)和方向?qū)W生的必修課程，同時(shí)也是包括太原科技大學(xué)在內(nèi)等諸多安全工程開設(shè)高校的重要選修課程。結(jié)合太原科技大學(xué)鮮明的重型機(jī)械背景和大部分畢業(yè)生的就業(yè)去向，本校安全工程專業(yè)選取任建喜教授編著的《巖土工程測(cè)試技術(shù)》[5]為指導(dǎo)教材，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間教學(xué)實(shí)踐與總結(jié)完善，取得了一定的經(jīng)驗(yàn)積累。在此基礎(chǔ)上，教學(xué)組對(duì)《巖土工程測(cè)試技術(shù)》的課程特點(diǎn)進(jìn)行深入剖析，并進(jìn)行了有針對(duì)性的教育教學(xué)改革。

一、安全專業(yè)《巖土工程測(cè)試技術(shù)》課程的特點(diǎn)

（一）一般通識(shí)模塊與專業(yè)方向模塊并重

作為典型“寬口徑、厚基礎(chǔ)、重實(shí)踐、偏應(yīng)用”的工學(xué)交叉專業(yè)，安全工程與力學(xué)、數(shù)學(xué)等傳統(tǒng)學(xué)科的課程設(shè)置存在明顯差異。以《測(cè)試技術(shù)》為例，太原科技大學(xué)安全工程與土木工程在專業(yè)教學(xué)大綱中就存在如下區(qū)別：

1. 授課內(nèi)容不同：安全工程沿襲“通識(shí)模塊+方向模塊”的課程設(shè)置模式，《測(cè)試技術(shù)》涉及《安全監(jiān)測(cè)與監(jiān)控技術(shù)》、《巖土工程測(cè)試技術(shù)》、《噪聲與振動(dòng)控制》等內(nèi)容，其中通識(shí)模板《安全監(jiān)測(cè)與監(jiān)控技術(shù)》[6]重點(diǎn)闡述監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理，《巖土工程測(cè)試技術(shù)》則以建筑樁基、邊坡工程、礦山建設(shè)、地鐵盾構(gòu)和橋梁隧洞監(jiān)測(cè)技術(shù)為主要講授內(nèi)容，具有覆蓋面廣、注重應(yīng)用的特性;相應(yīng)地，土木工程（道路橋梁方向）開設(shè)的《路橋工程檢測(cè)技術(shù)》[7]僅關(guān)注道路工程與橋梁結(jié)構(gòu)試驗(yàn)檢測(cè)，體現(xiàn)出研究對(duì)象具體、研究范圍集中和研究?jī)?nèi)容精細(xì)的性質(zhì)。兩者之間的差異通過(guò)課程知識(shí)脈絡(luò)圖（圖1～2）得到顯著體現(xiàn);2. 課程定位不同：《巖土工程測(cè)試技術(shù)》在安全工程專業(yè)僅為專業(yè)選修課之一，2學(xué)分，32學(xué)時(shí)（含4學(xué)時(shí)試驗(yàn)），考核方式為平時(shí)成績(jī)（40%）+研究報(bào)告（60%），屬考查課程范疇;相應(yīng)地，《路橋工程檢測(cè)技術(shù)》在土木工程專業(yè)課程設(shè)置中雖也屬于專業(yè)選修課程，但與土木工程檢測(cè)試驗(yàn)、土力學(xué)與地基基礎(chǔ)、橋梁工程、土木工程事故分析與處理等課程密切相關(guān)，同時(shí)輔以一周的課程實(shí)踐，學(xué)生關(guān)注程度較高;3. 基本要求不同：安全工程本科人才培養(yǎng)方案中針對(duì)《巖土工程測(cè)試技術(shù)》的要求是“理解本課程在土木工程中的作用和意義，了解信息化施工技術(shù)的研究現(xiàn)狀。掌握現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中各種儀器的原理，了解國(guó)內(nèi)外現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試儀器的最新進(jìn)展……”，明確學(xué)生對(duì)課程的掌握以儀器理解與實(shí)踐應(yīng)用為主;相應(yīng)地，土木工程課程教學(xué)大綱將《路橋工程檢測(cè)技術(shù)》定位為“掌握路基、路面及橋梁工程試驗(yàn)檢測(cè)的基本內(nèi)容及技術(shù)要求，掌握路基、路面、橋梁、地基基礎(chǔ)檢測(cè)的常規(guī)試驗(yàn)方法、抽樣及試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法，了解現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)在土木工程質(zhì)量檢測(cè)中的基本應(yīng)用……”，顯然，土木工程專業(yè)要求畢業(yè)生對(duì)測(cè)試技術(shù)的質(zhì)量更高、程度更深，內(nèi)容也更為專業(yè)化。

（二）傳統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)與前沿科技應(yīng)用并重

巖土工程測(cè)試技術(shù)是一門注重實(shí)踐與應(yīng)用的課程?，F(xiàn)時(shí)代新的測(cè)試方法、測(cè)試技術(shù)與測(cè)試設(shè)備不斷涌現(xiàn)，這就要求課程教學(xué)組的參考資料不能僅局限于課本[8]，而要通過(guò)大量文獻(xiàn)查閱、實(shí)踐關(guān)注和現(xiàn)場(chǎng)涉獵，將新的知識(shí)不斷豐富到教育教學(xué)之中，使學(xué)生及時(shí)感受與接觸到巖土工程測(cè)試技術(shù)的前沿科技。

鑒于此，安全工程巖土工程測(cè)試技術(shù)在課程內(nèi)容設(shè)置上側(cè)重分析各種新型設(shè)備的檢測(cè)原理和檢測(cè)適用性，探討工程項(xiàng)目的先進(jìn)檢測(cè)方案與重難點(diǎn)問(wèn)題的關(guān)鍵檢測(cè)思路，研究盾構(gòu)機(jī)械等重特大設(shè)備安全運(yùn)行檢測(cè)的新方法和新準(zhǔn)備等。目的在于時(shí)時(shí)反映國(guó)內(nèi)外傳感器技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)，了解巖土工程行業(yè)安全檢測(cè)的最新需求，不斷擴(kuò)展和修訂課程的講授內(nèi)容，同時(shí)注重互動(dòng)式教學(xué)[9]，有效地提高學(xué)生創(chuàng)新與實(shí)踐能力。

（三）課內(nèi)試驗(yàn)教學(xué)與工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐并重

巖土工程測(cè)試技術(shù)具有難度較深、覆蓋面廣、實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，為此安全工程教學(xué)大綱中在保障課堂學(xué)時(shí)的基礎(chǔ)上，對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)給予了更高的關(guān)注度。就本課程而言，其實(shí)踐部分涵蓋課內(nèi)試驗(yàn)教學(xué)與工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐兩大部分，通過(guò)課時(shí)分配力求兩者達(dá)到互相協(xié)調(diào)與補(bǔ)充增益的效果。經(jīng)典的動(dòng)力響應(yīng)測(cè)試、土壓力測(cè)試及孔隙水壓力測(cè)試在課內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中完成，一些大型的工程項(xiàng)目監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)則與學(xué)生生產(chǎn)實(shí)習(xí)聯(lián)系在一起，現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)手實(shí)際操作，引導(dǎo)學(xué)生靈活運(yùn)用基本理論知識(shí)的能力。

與課堂教學(xué)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐不同，課內(nèi)試驗(yàn)對(duì)儀器、裝置、軟件及教學(xué)秩序提出了更高的要求?！稁r土工程測(cè)試技術(shù)》課程開設(shè)之初，由于試驗(yàn)設(shè)備欠缺等原因，往往僅能以演示實(shí)驗(yàn)為主。近年來(lái)，借鑒其他學(xué)科實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)[10]，安全工程專業(yè)一方面大量購(gòu)置相關(guān)設(shè)

備，另一方面與相關(guān)學(xué)院及專業(yè)積極合作，共建共用試驗(yàn)場(chǎng)地與測(cè)試裝置。探索的最終模式為基礎(chǔ)性和一般性巖土工程測(cè)試實(shí)驗(yàn)在系內(nèi)實(shí)驗(yàn)室開展，使學(xué)生能充分掌握和及時(shí)消化課堂知識(shí)，同時(shí)注重自我動(dòng)手設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和操作儀器能力的達(dá)成。對(duì)于相對(duì)復(fù)雜化和組合化的大型實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，則積極協(xié)調(diào)校內(nèi)實(shí)驗(yàn)室和共建實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行合理安排，在避免重復(fù)建設(shè)資源浪費(fèi)的基礎(chǔ)上提升學(xué)生解決工程實(shí)踐問(wèn)題的水平。

二、安全工程《巖土工程測(cè)試技術(shù)》教學(xué)方法的改革

需要指出的是，雖太原科技大學(xué)安全專業(yè)《巖土工程測(cè)試技術(shù)》在長(zhǎng)期的教育教學(xué)實(shí)踐中取得了一定的經(jīng)驗(yàn)積累，但在日常教學(xué)研討和期末學(xué)生評(píng)教時(shí)，反映內(nèi)容生澀難懂、學(xué)習(xí)興趣不高、動(dòng)手能力較弱、理論與實(shí)踐脫節(jié)等方面的訴求仍相對(duì)集中。由此可知，巖土工程測(cè)試技術(shù)的課程改革最終目標(biāo)尚未達(dá)成，亟需從課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)等層面進(jìn)行多方位、多角度、多途徑的綜合變革，由淺入深、自外而內(nèi)地進(jìn)一步完善。

（一）課堂教學(xué)方法的改革

首先要關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)。課程伊始，要以講授巖土行業(yè)事關(guān)安全問(wèn)題的重大決策和重大戰(zhàn)略導(dǎo)向?yàn)槌霭l(fā)點(diǎn)，以闡述測(cè)試技術(shù)在安全控制和事故預(yù)警時(shí)所發(fā)揮出的關(guān)鍵作用為支撐點(diǎn)，以引導(dǎo)學(xué)生重視安全為著眼點(diǎn)，以重視利用檢測(cè)監(jiān)測(cè)手段進(jìn)行安全控制的能力提升為落腳點(diǎn)。不要忙于講授測(cè)試技術(shù)的重點(diǎn)章節(jié)，而應(yīng)該從學(xué)生生活實(shí)踐中的所見所聞入手，如以火車站進(jìn)站物品安全檢測(cè)系統(tǒng)、交通路口違章電子警務(wù)系統(tǒng)、室內(nèi)甲醛超標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)等常見檢測(cè)方法為例，介紹這些檢測(cè)系統(tǒng)的工作原理和工作方法，再逐漸轉(zhuǎn)入巖土領(lǐng)域之中，通過(guò)實(shí)例引導(dǎo)和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使學(xué)生們認(rèn)識(shí)到本課程與生產(chǎn)生活的緊密聯(lián)系，自發(fā)投入到學(xué)習(xí)樂(lè)趣之中。

其次要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)方法[11]。課堂教學(xué)除了闡述必要的基礎(chǔ)知識(shí)，也要注意理念與方法創(chuàng)新[12]，盡量避免工作原理的枯燥灌輸，著重引導(dǎo)儀器儀表的實(shí)踐應(yīng)用。就疑難重點(diǎn)開設(shè)專題研討課，調(diào)控課堂節(jié)奏，形成良好互動(dòng)，構(gòu)建學(xué)生主體教師主導(dǎo)的格局，營(yíng)造學(xué)生先發(fā)言先提問(wèn)、教師后講解后點(diǎn)評(píng)的氛圍。充分發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性，主張學(xué)生利用已有知識(shí)自我學(xué)習(xí)和總結(jié)提高。

最后要充分利用多媒體設(shè)備進(jìn)行教學(xué)?，F(xiàn)代教育設(shè)備能夠在短時(shí)間內(nèi)展示出大量的信息，包括各類儀器儀表圖片，各種工程現(xiàn)場(chǎng)工程測(cè)試的實(shí)施視頻與最終結(jié)果，在固定空間和限定時(shí)間內(nèi)可有效提高教學(xué)效率。如廣泛搜集三峽工程中的檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，大型邊坡、基坑工程的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，礦井安全生產(chǎn)檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)等內(nèi)容將有助于增加學(xué)生對(duì)巖土工程測(cè)試的感性認(rèn)識(shí)，使學(xué)生即使未進(jìn)入工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地，也能進(jìn)行相對(duì)直觀的現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)和實(shí)測(cè)模擬。

（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的改革

實(shí)驗(yàn)教學(xué)要針對(duì)巖土工程測(cè)試技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)對(duì)象和試驗(yàn)儀器的不同特性來(lái)合理安排。在實(shí)驗(yàn)課程的前期要布置實(shí)驗(yàn)任務(wù)，任務(wù)的布置不宜太過(guò)具體也不宜太過(guò)抽象，要為學(xué)生留有獨(dú)立思考的框架與創(chuàng)造發(fā)揮的空間。如教師應(yīng)將動(dòng)力響應(yīng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)演變?yōu)闃蛄簞?dòng)載測(cè)試或道路動(dòng)載測(cè)試等與實(shí)際緊密聯(lián)系的題目，由學(xué)生自行完成測(cè)試對(duì)象選取、實(shí)驗(yàn)框架構(gòu)建、測(cè)試方法選擇、數(shù)據(jù)提取處理與最終報(bào)告撰寫的全過(guò)程，實(shí)驗(yàn)老師僅進(jìn)行宏觀上的引導(dǎo)即可。

此外，在教學(xué)中應(yīng)重視采用啟發(fā)式教學(xué)方法，如在土壓力測(cè)試試驗(yàn)中，提示學(xué)生注意觀察不同介質(zhì)、不同壓力情況下的應(yīng)變曲線與試驗(yàn)現(xiàn)象，共同探討實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算誤差產(chǎn)生的原因，鍛煉其發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。同時(shí)，結(jié)合學(xué)生個(gè)體的興趣和特點(diǎn)，因材施教，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考，通過(guò)開放性實(shí)驗(yàn)的方法完成教學(xué)目標(biāo)。

（三）實(shí)踐教學(xué)方法的改革

實(shí)踐教學(xué)是學(xué)生將知識(shí)、技能、方法和手段應(yīng)用于工程實(shí)際的重要過(guò)程。良好的實(shí)踐教學(xué)將有利于學(xué)生提升創(chuàng)新意識(shí)和增強(qiáng)動(dòng)手能力，有助于高素質(zhì)復(fù)合型卓越人才培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成[13]。近年來(lái)，為提高實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量，太原科技大學(xué)安全專業(yè)將《巖土工程測(cè)試技術(shù)》實(shí)踐活動(dòng)融入到專業(yè)課程之中，涵蓋制圖專用周、認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)和畢業(yè)實(shí)習(xí)等環(huán)節(jié)。僅礦山建設(shè)領(lǐng)域，就在制圖專用周中增加“CAD軟件在礦山中的應(yīng)用”內(nèi)容，同時(shí)與西山煤電集團(tuán)、晉城煤業(yè)集團(tuán)和山西省安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局等單位建立穩(wěn)定的合作關(guān)系，建成多個(gè)礦井實(shí)踐基地。同時(shí)增加實(shí)習(xí)時(shí)長(zhǎng)，與礦方積極溝通，使學(xué)生能充分利用現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，獲取實(shí)際操作機(jī)會(huì)，接受基層一線鍛煉，進(jìn)而達(dá)到深化理論認(rèn)識(shí)、拓展學(xué)習(xí)深度、增強(qiáng)適應(yīng)能力和提升實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的目的。

三、《巖土工程測(cè)試技術(shù)》教學(xué)改革質(zhì)量評(píng)估

自太原科技大學(xué)安全專業(yè)《巖土工程測(cè)試技術(shù)》2014年開啟新一輪課改以來(lái)，樹立了以當(dāng)前教學(xué)瓶頸為突破點(diǎn)，以提升學(xué)生素質(zhì)為出發(fā)點(diǎn)，以課堂教學(xué)方法改革為切入點(diǎn)，以試驗(yàn)教學(xué)改革為著力點(diǎn)，以實(shí)踐教學(xué)改革為關(guān)鍵點(diǎn)，以增強(qiáng)畢業(yè)生競(jìng)爭(zhēng)力為落腳點(diǎn)的“六點(diǎn)方案”。經(jīng)過(guò)幾年努力，安全工程畢業(yè)生從事土木領(lǐng)域工作的人數(shù)大幅提高，從事土木領(lǐng)域工作的畢業(yè)生占比也不斷攀升。以2019年為例，從事土木領(lǐng)域工作的畢業(yè)生高達(dá)44人，占全部就業(yè)生的比例達(dá)到57.14%。

需要指出的是，造就教學(xué)改革后安全畢業(yè)生從事土木領(lǐng)域相關(guān)工作不斷高漲良好局面的原因是多方面的，既反映了我國(guó)當(dāng)前大力推進(jìn)基礎(chǔ)建設(shè)的背景，更與太原科技大學(xué)畢業(yè)生在《巖土工程測(cè)試技術(shù)》教改后從事巖土工程等土木行業(yè)的積極性激發(fā)、適應(yīng)性提升和競(jìng)爭(zhēng)力增強(qiáng)存在必然聯(lián)系。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)太原科技大學(xué)安全專業(yè)特色，深入剖析巖土工程測(cè)試技術(shù)課程特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上對(duì)教學(xué)內(nèi)容和教育方法進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，構(gòu)建適合培養(yǎng)方向的知識(shí)模塊體系，圍繞課堂教學(xué)、試驗(yàn)教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)破解當(dāng)前存在的突出問(wèn)題。新課程體系的實(shí)施對(duì)畢業(yè)要求與培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成起到積極促進(jìn)作用，有助于提高學(xué)生從事巖土工程領(lǐng)域工作的適應(yīng)性與競(jìng)爭(zhēng)力。

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