交通特色型院校土木工程地質(zhì)實習的教學改革探討

滕繼東，董安太，喬世范，朱志輝

（中南大學 土木工程學院，湖南 長沙 410075）

引言

工程地質(zhì)學是研究與工程建筑活動問題有關(guān)的地質(zhì)問題學科，屬于應用地質(zhì)學的范疇［1］。它是一門具有較強實踐性的專業(yè)基礎課，不僅要求學生對教材中關(guān)于地質(zhì)學基礎、巖土工程性質(zhì)、工程地質(zhì)問題相關(guān)理論的理解與掌握，而且要求培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題的觀察能力、分析問題的思維能力、解決問題的動手能力及創(chuàng)新能力［2］。

工程地質(zhì)實習是課程理論和土木工程實踐相結(jié)合的重要途徑，是培養(yǎng)綜合性土木工程人才的基礎［3］。學生思維創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與實習過程教學的方式方法息息相關(guān)。比如，效果顯著的工程地質(zhì)實習，可以開闊學生的思維視野，為學生未來專業(yè)發(fā)展打開一扇窗。因此，加強實習實踐教學力度，改革實習教學內(nèi)容與方法，緊密聯(lián)系不同學科所學內(nèi)容，使學生在工程地質(zhì)實習中能夠自主探索、融會貫通顯得尤為重要［4］。

一、現(xiàn)狀分析

目前，國內(nèi)高校開設“工程地質(zhì)實習”課程主要包括理論教學、室內(nèi)試驗和野外實習三個環(huán)節(jié)。由于地質(zhì)條件是千變?nèi)f化的，幾乎找不到兩個完全相同的地質(zhì)條件，作為野外實踐環(huán)節(jié)的工程地質(zhì)實習就顯得尤為重要［5］。長期以來，中南大學土木工程學院依托高速鐵路建造國家工程實驗室、重載鐵路工程結(jié)構(gòu)教育部重點實驗室等先進的科研平臺及土木工程專業(yè)特色顯著的行業(yè)背景，通過與廣州鐵路公司婁底工務段的合作，共建“產(chǎn)—學—研—用”的工程地質(zhì)野外實習基地。該實習基地自20世紀60年代開始接受中南大學土木工程專業(yè)學生進行現(xiàn)場實習，距今已有近50多年歷史，實踐設施完善，可提供各種具有典型地質(zhì)特征的實習現(xiàn)場。在實習期間，通過切合鐵路工程實際、極具行業(yè)特色的實踐教學，學生了解和強化了對各種工程地質(zhì)現(xiàn)象的野外鑒別特征實踐能力，培養(yǎng)了分析不同地質(zhì)條件對工程設計、施工及工程應用的影響基本分析能力，其實習成效有目共睹。

但是，當前正處于百年未有的大變局，中南大學土木工程專業(yè)作為“雙一流”建設重點高校的國家級重點學科，如果僅滿足于現(xiàn)有的建設成果無異于故步自封。針對工程地質(zhì)實習所提出的目標：（1）理解和掌握室內(nèi)所學的基礎理論和基本原理；（2）增強和提高野外動手能力、文圖表達能力和科技創(chuàng)新能力；（3）培養(yǎng)和建立綜合的地質(zhì)思維和初步的科研意識。通過分析調(diào)查，發(fā)現(xiàn)相當大比例的人可以達到第一項要求，一部分人符合第二項要求，只有極少部分學生能夠全部符合這三項要求。學生的思維創(chuàng)新和野外實踐能力關(guān)乎學生未來的發(fā)展，是國家在新的教育背景下對土木工程專業(yè)學生新的期待與要求。因此，進一步的教學改革應著眼于提高學生自主探索的主觀能動性，以及靈活運用已有知識解決工程實際問題的思維和能力，從而達到應用型、創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標。

二、實習教學改革探討

（一）自主探索式工程地質(zhì)實習教學的改革探討

在以往的工程地質(zhì)實習中，學生常常慣性地沿襲理論教學環(huán)節(jié)傳統(tǒng)的以教師為中心的學習方式［6］。每到一個觀察點位就會出現(xiàn)這樣一個現(xiàn)象：教師指著巖層出露面或某個地質(zhì)構(gòu)造詳細講述，旁邊學生低頭忙于記筆記，等學生記完筆記后教師留有觀察提問環(huán)節(jié)，但學生參與討論程度相對較低。這種學習方式的沿襲往往導致學生的積極性變低，實習效果較多停留在筆記本和實習報告冊上。要改變這種狀況，必須改良以教師為中心的教學理念，將學生真正帶入實踐環(huán)節(jié)，這就要求建立一種教師引導、學生探索、全員全程參與的實習方式。

具體而言，就是在到達一個地層分界或地質(zhì)構(gòu)造的點位處，學生先行自主地參照實習指導書完成初步地層觀察、產(chǎn)狀測量、構(gòu)造描述等基本環(huán)節(jié)，然后教師再進行有針對性的提問和點評，以調(diào)動學生學習積極性，在進行系列講解和總結(jié)后才能開始下一個點位學習（如圖1所示）。在教師和學生共同參與的過程中，學生的求知欲大大提高，實習效果較好。在學生掌握基本野外地質(zhì)調(diào)研的技能后，教師還可以布置相對簡單的調(diào)研任務，如尋找某幾個地層的分界線和褶皺斷裂等地質(zhì)構(gòu)造，讓學生以小組的形式在實習區(qū)域內(nèi)自主選擇線路，然后根據(jù)所選線路自主尋找線路上相應的地質(zhì)觀察點位進行分析和描述記錄，最后提交匯報成果，教師進行點評。與傳統(tǒng)的被動接受過程相比，這種讓學生自主探索發(fā)現(xiàn)的過程對于提高土木工程專業(yè)學生的自我學習能力及團隊相互合作意識具有十分顯著的優(yōu)勢。

圖1 自主探索教學模式流程圖

（二）加強計算機技術(shù)應用的工程地質(zhì)實習教學的改革探討

如今，多學科交叉、培養(yǎng)復合型人才的教育理念要求培養(yǎng)學生具有較高的動手能力，能夠?qū)W以致用［7］。因此，在大學的課程設置中，工程地質(zhì)實習開始前，學生一般已經(jīng)完成了相關(guān)計算機語言和一些繪圖軟件如AutoCAD課程的學習，嘗試將這些知識靈活地運用到工程地質(zhì)實習，會加強學生的動手能力和信息化技術(shù)應用水平。例如，針對本專業(yè)工程地質(zhì)實習的內(nèi)容，教師可以事先對計算機繪制剖面圖的技巧稍加講解和引導，之后鼓勵學生嘗試采用AutoCAD完成地質(zhì)圖繪制環(huán)節(jié)。如此，不僅能夠鞏固學生之前所學的理論知識，更為難得的是使學生獲得了對于所學知識技術(shù)有用武之地的收獲感。另外，在統(tǒng)計節(jié)理數(shù)目、繪制玫瑰花圖、分析結(jié)構(gòu)面特征及邊坡穩(wěn)定性分析時，可以利用已經(jīng)學習的編程語言設計程序進行統(tǒng)計和分析，在提高工作效率的同時，也是對本專業(yè)多學科知識的交叉運用。

（三）工程案例啟發(fā)式的工程地質(zhì)實習教學的改革探討

工程地質(zhì)的實踐性要求教學內(nèi)容必須緊緊與工程實際相結(jié)合，僅局限于講解掌握課本理論與方法容易落入“走馬觀花”的窠臼，學生學習也缺乏興趣與目標，很難達到實習效果［8］。工程地質(zhì)實習與土木工程實踐零距離接觸，是鍛煉學生野外實踐能力及培養(yǎng)創(chuàng)新思維的難得機會。

在實習過程中，在對實習區(qū)域的不良地質(zhì)工程現(xiàn)象及相關(guān)的治理工程講解前，可以先劃分小組、布置任務，讓學生自主尋找區(qū)域內(nèi)的不良地質(zhì)與治理工程，如鐵路線兩側(cè)為防治滑坡而設置的護坡工程、橋梁基礎建設前未探明巖溶狀況而引發(fā)的工程事故等，然后小組分工通過現(xiàn)場勘察、資料搜集等方式對不良地質(zhì)做出初步認識，針對該不良地質(zhì)的形成機理、工程危害、防治措施進行組內(nèi)討論，最終以匯報的方式展示調(diào)研成果。在展示過程中，教師要注重對學生分析問題、解決問題的思維進行引導，由表及里、層層深入，鼓勵學生的創(chuàng)新性思維。通過這種啟發(fā)式的引導教學，學生最終不僅掌握了工程地質(zhì)的理論方法，而且提高了發(fā)現(xiàn)問題、分析問題及最終解決問題的專業(yè)思維和能力，收獲了對解決土木工程問題的自信。

（四）交通特色型工程地質(zhì)實習的教改探討

“工程地質(zhì)”課程涉及地質(zhì)學基礎、工程巖土學、水文地質(zhì)基礎、不良工程現(xiàn)象、工程地質(zhì)問題及工程勘查技術(shù)等寬廣的知識面，學生在系統(tǒng)地掌握基本工程地質(zhì)理論的基礎上還應該突出工程重點，注重系統(tǒng)性與專業(yè)性的有機結(jié)合。

由于中南大學土木工程學院是具有傳統(tǒng)鐵路交通特色的院校，所以在工程地質(zhì)實習中將上述內(nèi)容與鐵（公）路工程（選線、橋梁、隧道與路基等）及建筑工程等的勘察、設計和施工結(jié)合起來進行恰如其分點撥和有條理的講授，同樣是本次野外實習的重要特色。如滑坡和崩塌作為鐵路最主要的地質(zhì)災害類型，在兩側(cè)有滑坡治理工程的鐵路線旁進行地質(zhì)實習時，可以先帶領學生觀察滑坡的治理措施，如抗滑支擋、截排水系統(tǒng)、植被護坡等，然后針對不同因素誘發(fā)的滑坡總結(jié)并分析所采取不同治理措施的依據(jù)。具體到鐵路工程結(jié)構(gòu)本身，也與工程地質(zhì)條件息息相關(guān)。在婁底實習基地的鐵路線上可以觀察到由于春季冰雪融化和降雨入滲形成的翻漿冒泥現(xiàn)象，教師可以引導學生對翻漿冒泥的形成機理、對鐵路運行穩(wěn)定性的不利影響，以及對目前通常采取的防治措施進行討論評價，最后再由教師進行系統(tǒng)的點評與總結(jié)。在這個完整體系的過程中，學生加深了對地質(zhì)災害引發(fā)工程問題的思考。

實際上，如軟土、膨脹土、凍土等特殊土和石灰?guī)r地區(qū)的巖溶現(xiàn)象帶來的工程地質(zhì)問題一直是影響鐵路施工和長期運營的技術(shù)難題，在這一部分介紹時，教師可以逐步引導學生先從這些特殊類巖土的成因、組成和物理性質(zhì)出發(fā)，探究由于這些特殊類巖土基本屬性導致的工程地質(zhì)問題，最后討論如何根據(jù)實際問題提出解決工程實踐問題的一系列防治措施。如此一來，由抽象到具體、由問題到本質(zhì)，不僅使學生掌握了理論知識，而且鍛煉了學生從工程地質(zhì)條件出發(fā)，分析解決工程地質(zhì)問題的邏輯思維，可謂“授之以漁”。

中南大學土木工程學院工程地質(zhì)實習將理論學習與工程實際相聯(lián)系，是培養(yǎng)交通特色的土木工程師的重要環(huán)節(jié)。結(jié)合我校多年野外工程地質(zhì)實習取得的寶貴經(jīng)驗，針對新時期培養(yǎng)土木工程人才的需求，分別對學生自主探索式的參與性與體驗性教學、計算機應用教學、工程案例啟發(fā)式教學及交通特色型教學進行了探討，提出了實習教學改革的思考和建議。在不斷強化實踐環(huán)節(jié)進行創(chuàng)新性探索和實踐的過程中，培養(yǎng)的學生能夠在未來工程實踐中逐步應對復雜多變的工程地質(zhì)條件，達到新時期對土木工程人才的衡量標準。