關(guān)鍵職業(yè)能力視域下工程地質(zhì)學(xué)模塊化課程體系研究

張海龍 湯 楊

(重慶文理學(xué)院 土木工程學(xué)院，重慶 402160)

引言

畢業(yè)生職業(yè)生涯發(fā)展的后勁主要取決于職業(yè)基礎(chǔ)能力的培養(yǎng)。以土建類畢業(yè)生職業(yè)發(fā)展譜為軌跡，從入職崗、發(fā)展崗和潛力崗三層級(jí)職業(yè)發(fā)展路徑角度出發(fā)，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的工程識(shí)圖，工程測(cè)量、勘察，工程結(jié)構(gòu)、施工組織設(shè)計(jì)，施工操作、設(shè)施建造，工程項(xiàng)目管理、施工管理，工程結(jié)構(gòu)檢測(cè)、材料檢測(cè)以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作等關(guān)鍵職業(yè)能力，培養(yǎng)“懂設(shè)計(jì)、精施工、會(huì)管理、敢創(chuàng)新、重責(zé)任”的現(xiàn)場(chǎng)工程師[1，2]。

霍爾三維模型為解決土建工程的前期規(guī)劃，施工組織和全壽命周期的管理提供了思路和方法，從三個(gè)維度(知識(shí)維、邏輯維和時(shí)間維)將工程分為七個(gè)階段和七個(gè)步驟[3]，在大型在建工程中得到了廣泛應(yīng)用。以工程地質(zhì)課程為例，通過霍爾三維模型對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，強(qiáng)化實(shí)踐知識(shí)體系，提高工程應(yīng)用能力，能夠全面協(xié)調(diào)各個(gè)關(guān)鍵職業(yè)能力之間的相互關(guān)系，從而對(duì)多崗位三層級(jí)職業(yè)發(fā)展路徑進(jìn)行有效分析，促進(jìn)土木工程專業(yè)學(xué)生職業(yè)發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義[4]。

本文以“線上+線下”方式對(duì)工程地質(zhì)課程內(nèi)容進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，分析關(guān)鍵核心職業(yè)能力及模塊化知識(shí)體系，通過課程魚刺圖，可視化展示關(guān)鍵職業(yè)能力矩陣，構(gòu)建工程地質(zhì)課程的霍爾三維模型結(jié)構(gòu)，從知識(shí)維度進(jìn)行了模塊化設(shè)計(jì)，從邏輯維度進(jìn)行了教學(xué)改革與實(shí)踐，從時(shí)間維度推進(jìn)與實(shí)施。

1 工程地質(zhì)學(xué)課程體系

工程地質(zhì)學(xué)主要解決工程活動(dòng)與地質(zhì)環(huán)境的關(guān)系，工程學(xué)主要解決工程建設(shè)(規(guī)劃—設(shè)計(jì)—施工—運(yùn)營(yíng))問題。

圖1 工程地質(zhì)學(xué)課程體系

施工對(duì)象主要為房屋建筑工程、地下及隧道、橋梁鐵路、水利礦山工程等工程； 地質(zhì)學(xué)主要解決地質(zhì)環(huán)境問題，對(duì)象為巖土特性、地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)、不良地質(zhì)作用及天然建筑材料。綜合考慮造價(jià)、質(zhì)量、工期和地質(zhì)災(zāi)害，形成工程地質(zhì)學(xué)[3]，如圖1所示。

2 工程地質(zhì)學(xué)課程教學(xué)現(xiàn)狀

2.1 課程內(nèi)容方面

現(xiàn)有工程地質(zhì)教材內(nèi)容冗雜，既涉及到地質(zhì)學(xué)又設(shè)計(jì)到工程學(xué)，包括礦物與巖石、地層與地質(zhì)構(gòu)造及年代、地貌及第四紀(jì)地質(zhì)、地下水及其工程影響、不良地質(zhì)及其防治，以及工程地質(zhì)勘察，課程內(nèi)容知識(shí)點(diǎn)及邏輯體系不強(qiáng)[5]。

2.2 課程實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)方面

工程地質(zhì)室內(nèi)試驗(yàn)主要有巖土物理性質(zhì)試驗(yàn)、巖石力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)、土體變形試驗(yàn)與土體力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)(壓縮、無側(cè)限壓縮、直剪、三軸、土的動(dòng)力強(qiáng)度等試驗(yàn)和擊實(shí)試驗(yàn))； 工程地質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)主要有靜力荷載試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)、十字板剪切試驗(yàn)、圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)、扁鏟側(cè)賬試驗(yàn)、旁壓試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)剪切試驗(yàn)等[6]。在本科教學(xué)中，工程地質(zhì)室內(nèi)試驗(yàn)部分學(xué)校試驗(yàn)條件較好，學(xué)生能完成基本的力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)，但由于考慮到學(xué)生安全方面等因素，現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)開展的較少[7，8]。

2.3 課程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐方面

工程地質(zhì)學(xué)課程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐需具有識(shí)別常見的礦物和巖石、使用地質(zhì)羅盤能夠判斷巖層走向傾向、并且能夠較好、較快速地閱讀工程地質(zhì)剖面圖、縱向圖和水文圖等，通過赤平投影法判斷巖體工程中裂隙及斷裂對(duì)工程施工方法的影響，且在以后的選址和施工中做出正確的選擇。同時(shí)能夠進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘探和現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)試驗(yàn)，撰寫基本的巖土工程勘查報(bào)告。因此，這門課程具有實(shí)踐性強(qiáng)特點(diǎn)[9，10]。

2.4 課程學(xué)時(shí)方面

工程地質(zhì)課程教學(xué)任務(wù)安排在大二第一學(xué)期，該課程的前期先行課是土木工程概論，專業(yè)的地質(zhì)學(xué)知識(shí)為零，基礎(chǔ)薄弱。由于本科生工程地質(zhì)課程學(xué)時(shí)一般為32學(xué)時(shí)，課時(shí)少，因此對(duì)于教師在有限的時(shí)間內(nèi)全面系統(tǒng)地講授知識(shí)點(diǎn)有一定的難度[11，12]。

2.5 學(xué)生學(xué)習(xí)方面

學(xué)生前期課程基礎(chǔ)比較薄弱，既沒有學(xué)習(xí)工程方面的專業(yè)知識(shí)，也沒有學(xué)習(xí)地質(zhì)學(xué)方面的知識(shí)，尤其對(duì)工程地質(zhì)勘察方面更是知之甚少。學(xué)生獲取知識(shí)較單一，主要通過教材和課堂教學(xué)獲取知識(shí)點(diǎn)。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，理論知識(shí)掌握較好，但現(xiàn)場(chǎng)感知和現(xiàn)場(chǎng)勘查方面知之甚少。學(xué)生主要完成教師布置的作業(yè)和完成期末考試，多數(shù)學(xué)生靠死記硬背，考前突擊復(fù)習(xí)，獨(dú)立思考較少，學(xué)習(xí)興趣不濃，自主學(xué)習(xí)意識(shí)較差[13]。

2.6 教師授課方面

教師教學(xué)手段單一，主要通過課堂多媒體講授，缺少翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，課堂教學(xué)中學(xué)生參與度少，討論不充分，案例教學(xué)不徹底。另外，教師自身工程實(shí)踐缺乏，工程現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)勘探勘查和現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)幾乎沒有，缺乏理論聯(lián)系實(shí)際[14，15]。

3 土建類課程模塊化體系構(gòu)建

根據(jù)土建類專業(yè)學(xué)生關(guān)鍵職業(yè)能力，提出了“七字訣”模塊化知識(shí)體系(“識(shí)”、“測(cè)”、“設(shè)”、“施”、“管”、“檢”、“協(xié)”)，構(gòu)建土木類課程魚刺結(jié)構(gòu)圖，如圖2所示。工程地質(zhì)學(xué)與土木工程概論處于課程的最前端，學(xué)生的地質(zhì)方面知識(shí)為零基礎(chǔ)，從而對(duì)后續(xù)課程具有重要的鋪墊和引導(dǎo)作用，如果工程地質(zhì)學(xué)課程內(nèi)容學(xué)生沒有深入掌握，則影響后續(xù)課程的深度學(xué)習(xí)。因此，通過霍爾三維結(jié)構(gòu)模型，從關(guān)鍵職業(yè)能力視角下進(jìn)行模塊化課程設(shè)計(jì)及教學(xué)改革實(shí)踐。

圖2 土建類課程魚刺結(jié)構(gòu)圖

4 工程地質(zhì)學(xué)課程內(nèi)容霍爾三維模型構(gòu)建

基于課程魚刺結(jié)構(gòu)圖，對(duì)工程地質(zhì)學(xué)進(jìn)行霍爾三維建模，如圖3所示。從知識(shí)維度進(jìn)行課程內(nèi)容模塊化設(shè)計(jì)，從邏輯維度進(jìn)行課程改革與實(shí)踐，與從時(shí)間維度進(jìn)行課前—課中—課后全過程的推進(jìn)與實(shí)施。

4.1 知識(shí)維—模塊化設(shè)計(jì)

(1)類型

地質(zhì)作用及類型，地質(zhì)年代的概念、相對(duì)年代與絕對(duì)年代的確定方法； 常見礦物的性質(zhì)； 三大巖類的形成、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，常見巖石的鑒別； 巖石的工程地質(zhì)性質(zhì)及影響因素、巖石的工程類型、風(fēng)化巖的概念及工程地質(zhì)性質(zhì)、風(fēng)化作用類型以及風(fēng)化帶劃分； 土體分類及其工程地質(zhì)性質(zhì)、特殊土的主要工程地質(zhì)性質(zhì)。

(2)構(gòu)造

巖層產(chǎn)狀及其測(cè)定和表述方法、褶皺、褶皺對(duì)工程的影響；斷裂構(gòu)造、裂隙、裂隙工程地質(zhì)評(píng)價(jià)、斷層、斷層的工程地質(zhì)評(píng)價(jià)、斷裂構(gòu)造對(duì)工程的影響；地質(zhì)圖的閱讀、巖體結(jié)構(gòu)特征以及結(jié)構(gòu)面的極射赤平投影圖示方法。

(3)地貌

各種地貌形態(tài)的特征和成因； 第四紀(jì)分期、第四紀(jì)堆積物主要成因類型及其工程地質(zhì)性質(zhì)。

(4)水文

地下水儲(chǔ)水條件、埋藏分類、地下水循環(huán)； 滲透定律、地下水流向集水構(gòu)筑物運(yùn)動(dòng)的計(jì)算；典型地貌區(qū)地下水分布特征、地下水對(duì)工程的各種作用和影響。

(5)不良

地震震級(jí)、烈度及傳播等知識(shí)點(diǎn)； 巖溶、土洞、塌陷、崩塌、滑坡、泥石流，采空區(qū)、地面沉降等對(duì)工程的影響，以及斷裂活動(dòng)、分類識(shí)別和地震的關(guān)系以及對(duì)工程的影響。

(6)勘察

場(chǎng)地等級(jí)、地基等級(jí)、勘察等級(jí)、勘察階段的劃分；工程地質(zhì)勘察方法主要類型、工程地質(zhì)測(cè)繪、工程地質(zhì)勘探、物探；常見工程地質(zhì)原位試驗(yàn)，掌握原位試驗(yàn)的原理。

4.2 邏輯維——改革與實(shí)踐

從邏輯維對(duì)工程地質(zhì)學(xué)課程進(jìn)行改革，運(yùn)用“線上+線下”資源，融入現(xiàn)代教學(xué)理念和信息交互技術(shù)，引入超星“學(xué)習(xí)通”APP，從課程內(nèi)容、教學(xué)活動(dòng)、課程資源、作業(yè)統(tǒng)計(jì)、班級(jí)通知、作業(yè)布置、線上測(cè)試及考試、線上討論和班級(jí)管理等幾個(gè)模塊進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，如圖4所示。基于知覺重組理論進(jìn)行課堂教學(xué)改革與實(shí)踐，從課堂講授、案例教學(xué)、慕課、翻轉(zhuǎn)課堂、作業(yè)反饋、討論學(xué)習(xí)、移動(dòng)學(xué)習(xí)、沉浸式學(xué)習(xí)、程設(shè)計(jì)、實(shí)踐訓(xùn)練、技術(shù)服務(wù)、知識(shí)片段及記憶痕跡知識(shí)重組等邏輯維度進(jìn)行教學(xué)改革與實(shí)踐。

4.3 時(shí)間維——推進(jìn)與實(shí)施

基于知識(shí)維模塊化設(shè)計(jì)，邏輯維改革與實(shí)踐，時(shí)間維以課程學(xué)時(shí)為單位推進(jìn)。工程地質(zhì)課程總共32學(xué)時(shí)，每個(gè)學(xué)時(shí)分為課前預(yù)習(xí)、課堂教學(xué)和課后溫故知新三個(gè)階段。課前預(yù)習(xí)進(jìn)行任務(wù)驅(qū)動(dòng)、線上課程資源上傳； 課堂教學(xué)側(cè)重于知覺，喚醒和重組，創(chuàng)新案例教學(xué)、實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂、進(jìn)行基于移動(dòng)終端的討論學(xué)習(xí)、沉浸式學(xué)習(xí)和移動(dòng)學(xué)習(xí)； 課后進(jìn)行新任務(wù)的下達(dá)，作業(yè)布置和線上測(cè)試及考試。

圖3 工程地質(zhì)課程霍爾三維模型圖

圖4 基于“學(xué)習(xí)通”的工程地質(zhì)學(xué)線上信息化教學(xué)平臺(tái)

4 結(jié)論

本文基于“懂設(shè)計(jì)、精施工、會(huì)管理、敢創(chuàng)新、重責(zé)任”的現(xiàn)場(chǎng)工程師培養(yǎng)要求，在“七字訣”模塊化知識(shí)體系的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了工程地質(zhì)學(xué)課程霍爾三維模型，從知識(shí)維進(jìn)行了模塊化設(shè)計(jì)，從邏輯維進(jìn)行了教學(xué)改革與實(shí)踐，從時(shí)間維進(jìn)行推進(jìn)與實(shí)施，結(jié)果表明：

(1)通過實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方式以來，參與“線上+線下”討論的學(xué)生比例明顯提升，“線上”討論參與度提高了20%，“線下”討論參與度提高了40%；

(2)構(gòu)建的“七字訣”核心職業(yè)能力矩陣和工程地質(zhì)學(xué)霍爾三維結(jié)構(gòu)，使教學(xué)設(shè)計(jì)有效度和流暢度明顯提高，知識(shí)傳達(dá)度得到了拓寬；

(3)超星“學(xué)習(xí)通”APP線上作業(yè)提交及無紙化測(cè)試考試，使作業(yè)成果形式多樣，作業(yè)質(zhì)量得到了提高，無紙化線上考試節(jié)約了成本，提高了效率；

(4)本文進(jìn)一步強(qiáng)化了工程地質(zhì)學(xué)課程的知識(shí)體系，提高了課程教學(xué)質(zhì)量，對(duì)提高學(xué)生工程應(yīng)用能力具有重要的意義。