隧道與地下工程專業(yè)實習(xí)教學(xué)模式改革探討

沈世偉，代樹林，徐 燕，于清楊，張 敏

（吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院，吉林 長春130026）

中國工程院院士、國家最高科學(xué)技術(shù)獎獲得者錢七虎教授在山東科技大學(xué)做專題報告中指出：“二十一世紀(jì)是地下空間開發(fā)利用的世紀(jì)”。隨著國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)步伐逐步加快，高速公路、高速鐵路等國家重大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)將向西部地區(qū)延伸和擴展。由于西部地區(qū)地形復(fù)雜、多山的地理條件，隧道工程建設(shè)數(shù)量將逐年增加，同時，國家對隧道工程高層次人才的需求量也將逐年增大。

目前，國內(nèi)各高校在土木工程專業(yè)[1-2]、城市地下空間專業(yè)[3-5]等各領(lǐng)域均開展了教學(xué)模式探討工作，也取得了一定的教育教學(xué)改革成果。隧道與地下工程是土木工程的一個分支，同時使一個理論聯(lián)系實際的專業(yè)，在教學(xué)過程中必須同時注重理論知識教學(xué)與實踐教學(xué)。專業(yè)實習(xí)是學(xué)生就業(yè)前接觸隧道實際工作方法和相關(guān)現(xiàn)場測試方法的重要途徑和手段，是隧道與地下工程教學(xué)環(huán)節(jié)中不可缺少的部分。

1 隧道與地下工程專業(yè)實習(xí)模式改革的意義

隧道與地下工程作為典型的理論聯(lián)系實際型專業(yè)，在隧道工程勘察、設(shè)計、分析、監(jiān)測檢測多方面均表現(xiàn)出顯著的工程導(dǎo)向。在隧道工程相關(guān)課程教學(xué)過程中，學(xué)生經(jīng)歷以基本理論教學(xué)為主的學(xué)習(xí)，而對于實際工程需要和工程問題的解決方法，并未經(jīng)歷系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，僅僅通過課堂教學(xué)難以達到培養(yǎng)應(yīng)用型專業(yè)人才的培養(yǎng)目標(biāo)。因此，有必要在理論教學(xué)的同時，加強實踐和實習(xí)教學(xué)環(huán)節(jié)。

隧道與地下工程專業(yè)實習(xí)的主要目的，是通過學(xué)生自主實驗，開展以隧道圍巖力學(xué)性質(zhì)測試為主的實驗與監(jiān)測檢測項目，培養(yǎng)學(xué)生動手能力與理論聯(lián)系實際能力，在實驗過程中了解隧道工程中實際存在的問題及其解決方案，并通過實驗數(shù)據(jù)處理，服務(wù)于隧道工程設(shè)計、施工、監(jiān)測檢測等實際工程建設(shè)過程。

通過實習(xí)基地建設(shè)，從實驗項目開設(shè)、實習(xí)方案編制、室內(nèi)授課與現(xiàn)場實驗過程以及數(shù)據(jù)分析處理等環(huán)節(jié)，改進和完善教學(xué)體系，使學(xué)生全面掌握隧道與地下工程相關(guān)的圍巖原位測試及隧道監(jiān)測檢測操作過程，對提升學(xué)生動手能力及理論聯(lián)系實際能力，解決隧道與地下工程現(xiàn)場實際問題有重要的實際意義。

2 隧道與地下工程專業(yè)實習(xí)中存在的不足

現(xiàn)階段的隧道與地下工程專業(yè)實習(xí)存在以下不足之處：①開設(shè)的實驗項目與實際工程差距較大，與學(xué)科前沿及行業(yè)需求結(jié)合度不夠，制約學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。目前的隧道工程建設(shè)，逐步表現(xiàn)出隧道跨度及長度大、工程地質(zhì)條件復(fù)雜、高地應(yīng)力隧道、巖溶隧道、寒區(qū)隧道、水下隧道、連拱隧道、偏壓隧道等特殊形式隧道越來越多等特點。因此，常規(guī)實驗及實習(xí)項目已難以滿足實際工程發(fā)展需要。另一方面，以基本理論及基本實驗手段為主的實習(xí)內(nèi)容，嚴(yán)重制約了學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，已難以適應(yīng)學(xué)生就業(yè)后面臨復(fù)雜工程問題的現(xiàn)狀。②教學(xué)方法和手段相對單一，多強調(diào)指導(dǎo)教師講解和現(xiàn)場指導(dǎo)，而對學(xué)生的觀察及描述方面訓(xùn)練不足，不利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的提升。隧道與地下工程相關(guān)課程均是典型的理論聯(lián)系實際的課程，在課堂理論教學(xué)之外，必須注重學(xué)生動手能力和操作能力的培養(yǎng)。只有這樣，才能使學(xué)生學(xué)以致用，真正達到知行合一的目的。③教學(xué)和實習(xí)形式與其他課程及工程實際聯(lián)系不夠緊密，對學(xué)生理論聯(lián)系實際能力的培養(yǎng)不足。隧道與地下工程專業(yè)學(xué)生的就業(yè)方向是面向隧道勘察、設(shè)計及施工等一線工程現(xiàn)場，因此必須培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力。

具體說來，使課堂理論知識所學(xué)與工程實際相結(jié)合，切實解決實際工程中可能存在的問題，是本專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)的重中之重。

3 隧道與地下工程專業(yè)實習(xí)教學(xué)模式的改進

基于上述不足，隧道與地下工程專業(yè)實習(xí)教學(xué)模式需進行如下改進。

3.1 實習(xí)實驗大綱的修訂及實驗項目開設(shè)調(diào)整

針對目前所開設(shè)的實驗項目與工程實際和學(xué)科前沿貼近度不夠的問題，計劃結(jié)合課程組教師主持的相關(guān)科研項目，了解實際工程面臨的主要問題，同時對典型隧道工程開展實地調(diào)研，在此基礎(chǔ)上結(jié)合工程實際和學(xué)科前沿問題，對實習(xí)大綱及項目開設(shè)情況進行調(diào)整，使實習(xí)教學(xué)和項目開設(shè)滿足學(xué)生就業(yè)后的工作需要。

利用吉林大學(xué)特有的凈月巖體力學(xué)實習(xí)基地，增加隧道工程相關(guān)現(xiàn)場實驗項目。例如在隧道勘察階段，增加地表鉆孔，在孔內(nèi)取芯進行巖石物理力學(xué)性質(zhì)室內(nèi)實驗，掌握隧道勘察階段能夠獲得的圍巖物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)；此外，在鉆孔內(nèi)進行巖體波速測試，并結(jié)合室內(nèi)實驗，獲取巖體完整性系數(shù)?；诖?，使學(xué)生掌握按照《工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)》[6]進行隧道圍巖初步分級的方法；另外，在洞內(nèi)開展圍巖波速測試、巖體回彈實驗等項目，并結(jié)合隧道工程地質(zhì)條件，調(diào)研各個區(qū)段地下水條件、主控結(jié)構(gòu)面條件、地應(yīng)力條件等參數(shù)，使學(xué)生掌握隧道圍巖詳細(xì)分級過程，并講解圍巖分級在隧道勘察、設(shè)計、施工中的重要作用。

在隧道設(shè)計階段，結(jié)合凈月潭隧道實際工程地質(zhì)條件及實測圍巖級別，要求學(xué)生采用工程類比法進行不同圍巖級別隧道的爆破方案設(shè)計、初期支護設(shè)計及二次襯砌設(shè)計等，使學(xué)生掌握完整的隧道設(shè)計方法。在隧道施工階段，針對不同的圍巖級別，掌握超前支護施工方法、隧道鉆爆施工方法、初期支護施工方法、二次襯砌施工方法等，真正使實習(xí)與實際工程相結(jié)合，使隧道工程專業(yè)實習(xí)與學(xué)生就業(yè)后從事的具體工作緊密聯(lián)系起來。

3.2 以實習(xí)基地和實驗項目為基礎(chǔ)的學(xué)生創(chuàng)新思維培養(yǎng)模式研究

結(jié)合目前實習(xí)對學(xué)生創(chuàng)新思維培養(yǎng)不足的問題，擬以隧道圍巖現(xiàn)場測試方法及監(jiān)控量測技術(shù)方法需求為導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合實習(xí)開展“大創(chuàng)”項目及其他自主研究項目，抓住學(xué)科前沿，依托實習(xí)基地開展相關(guān)研究工作。

目前，隧道工程建設(shè)規(guī)模及難度逐漸增大，工程項目的特殊性逐步顯現(xiàn)。這就要求實習(xí)過程能夠密切聯(lián)系工程實際，從創(chuàng)新性角度培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。例如在實習(xí)期間，可開展多項實際監(jiān)測及檢測項目，使學(xué)生掌握全站儀、水準(zhǔn)儀、收斂計、多點位移計等監(jiān)測設(shè)備的使用。同時結(jié)合具體工程案例，講解現(xiàn)場監(jiān)測及檢測工作對隧道施工的重要意義，并結(jié)合教師主持的相關(guān)科研項目，向?qū)W生介紹監(jiān)測與檢測工作可能出現(xiàn)的問題與解決方案，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識。

另一方面，啟發(fā)學(xué)生思考大跨度隧道、連拱隧道、偏壓隧道、高地應(yīng)力隧道、寒區(qū)隧道等特殊類型隧道在監(jiān)控量測、現(xiàn)場施工及穩(wěn)定性評價方面的特殊性，啟發(fā)學(xué)生獨立思考上述特殊隧道建設(shè)過程中可能面臨的問題。

3.3 實習(xí)教學(xué)方法和教學(xué)模式改革

結(jié)合目前實習(xí)教學(xué)方法單一、對學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)不足的問題，推進教學(xué)方式的改革和教學(xué)方法的創(chuàng)新。實習(xí)教學(xué)應(yīng)分為課堂教學(xué)及現(xiàn)場實際操作兩個階段進行。在課堂教學(xué)階段，以教師講解為主，擬采用以“引導(dǎo)式教學(xué)”和“啟發(fā)式教學(xué)”為主的形式進行。除講解各項實驗的目的和操作流程外，點明實際工程中可能遇到的問題，引導(dǎo)學(xué)生在實驗前自主查閱資料，尋找解決問題的方法。同時，應(yīng)在各實驗項目講解完畢后，給學(xué)生布置思考題，主要側(cè)重本實驗在實際工程中的作用和意義、在實測過程中可能遇到的問題及解決方案等。使學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)之余，能夠廣泛查閱相關(guān)資料及工程案例，在實際實驗前對實驗?zāi)康募斑^程全面了解。在實驗操作階段，采用以教師指導(dǎo)為輔，學(xué)生動手為主的教學(xué)模式，在闡明各項實驗的操作規(guī)程和注意事項后，由學(xué)生親自動手完成設(shè)備安裝調(diào)試、實驗數(shù)據(jù)采集、實驗數(shù)據(jù)處理分析的全過程。在實驗數(shù)據(jù)采集過程中，鼓勵學(xué)生對不合理數(shù)據(jù)及操作等問題與教師積極討論，發(fā)現(xiàn)實驗過程中可能存在的不足及對實驗數(shù)據(jù)產(chǎn)生誤差的影響因素等，以提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。另一方面，對隧道圍巖地質(zhì)條件描述、穩(wěn)定性分析等現(xiàn)場調(diào)查工作，采取以學(xué)生自主觀察描述為主、教師補充答疑為輔的教學(xué)模式。上述教學(xué)方法及教學(xué)模式，充分表現(xiàn)出以學(xué)生為主體、引導(dǎo)和鼓勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)的主線，使學(xué)生真正在實習(xí)過程中發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，為今后工作奠定基礎(chǔ)。

3.4 注重實習(xí)教學(xué)與專業(yè)課課堂教學(xué)的連貫性

針對目前實習(xí)教學(xué)與專業(yè)課教學(xué)關(guān)聯(lián)度不夠的問題，在實習(xí)教學(xué)過程中注重與專業(yè)課課堂教學(xué)的相關(guān)性，針對“巖體力學(xué)”“隧道施工技術(shù)”“地下工程設(shè)計”“隧道工程監(jiān)測檢測技術(shù)”等主干課程中涉及到的相關(guān)內(nèi)容，在實驗過程中進行詳細(xì)講解和分析，主要注重現(xiàn)場操作和數(shù)據(jù)處理的方法和技巧；另一方面，結(jié)合課程組教師的相關(guān)研究項目，重點講解實際工程中如何利用實習(xí)相關(guān)實驗解決工程問題，培養(yǎng)和提高學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力?，F(xiàn)場實習(xí)是課堂教學(xué)的深入和延展，在實習(xí)過程中，應(yīng)對以上各門專業(yè)課的相關(guān)室內(nèi)實驗及現(xiàn)場實驗項目進行歸納總結(jié)，各實驗項目不孤立存在，而是以隧道工程為主線融會貫通。比如巖石的各項物理力學(xué)性質(zhì)實驗的目的是為隧道圍巖分級提供力學(xué)指標(biāo)，現(xiàn)場波速測試及工程地質(zhì)條件調(diào)研是為隧道圍巖分級提供巖體完整性指標(biāo)及修正參數(shù)，各類現(xiàn)場監(jiān)測實驗項目是為了保證隧道施工期的安全和穩(wěn)定等。實習(xí)的最終目的是通過各項現(xiàn)場實驗，使學(xué)生掌握隧道工程勘察、設(shè)計、施工、監(jiān)測檢測等各類工作方法，為將來的工作打下根基。

4 結(jié)論

針對目前隧道與地下工程專業(yè)實習(xí)存在的問題，提出以學(xué)生為主體的新型教學(xué)模式。通過實習(xí)大綱修訂及項目開設(shè)、學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)、學(xué)生動手能力及實際操作能力的培養(yǎng)等方面，綜合培養(yǎng)學(xué)生利用理論知識解決復(fù)雜工程問題的能力，使實習(xí)教學(xué)真正與實際工程接軌，同時使隧道與地下工程系統(tǒng)教學(xué)達到知行合一。