土木工程专业工程地质学课程教学模式探讨

2022-09-10

1 引言

土木工程专业是国家教育部于1998年在原建筑工程专业基础上新颁布的专业目录, 即是由原来的建筑工程、交通土建工程、工业设备安装工程、饭店工程、涉外建筑工程、城镇建设等相近八大专业合并而成, 从而使我国的土木工程专业正式规范于“大土木”的框架。目前的“大土木”专业范畴并不是以前土木工程相关专业的简单归并与重复, 而是更高意义上的整合与扩展。因此, 面对我国高等教育不断改革发展的新形势, 如何逐步构建注重素质教育, 融合传授知识、培养能力与提高素质为一体, 并富有土木工程时代特征的多元化人才培养模式提出了一系列新的教育教学研究课题。

由于不同高校在土木工程专业培养方向上的不同, 工程地质学在教材使用、学时安排、教学内容和教学模式等方面均存在较大差异。如土木工程专业目前正在使用的教材就有《工程地质》、《工程地质及水文地质》、《土木工程地质》、《工程地质学》等若干不同版本, 在教学内容和学时安排上从24～54学时之间也悬殊较大。高等学校土木工程专业指导委员会2001年颁布的课程教学大纲中没有明确具体学时数, 建议由各高校根据自身情况决定。因此, 针对合肥学院地方性、应用型的办学指导思想和定位以及我院土木工程专业人才培养方向, 如何有效地开展工程地质学教学工作、如何灵活地安排教学内容和如何合理地改进传统的教学模式提出了一个急待研究解决的课题。即通过研究要明确这门课程“为什么要开设”和“怎样开设”, 解决学生“学什么”和“怎样学好”等方面的问题。

2 明确课程性质与定位

工程地质学是从地质学发展起来的一门新兴学科, 是研究人类工程活动与地质环境之间相互关系的学科, 是介于地质学与工程学之间的一门边缘交叉学科。土木工程专业的学生以前从未接触或很少接触过工程地质的有关知识, 要通过短短的课程教学, 使学生能读懂地质资料, 并能根据地质资料进行工程设计或改变工程设计, 其学习内容应该既是全面的, 又是基础的, 即必须掌握工程地质各个方面的基本知识。由于工程地质条件是千变万化的, 对某一建筑场地的工程地质评价, 更多的是一种综合性评价, 仅靠一方面或少数几方面的地质知识是很难应付各种变化的地质环境的。这就决定了土木程专业学生对工程地质方面知识的学习必须是全面的和基础的。

工程地质学是土木工程专业的一门必修的专业基础课程, 是土木工程专业课程体系中不可缺少的重要组成部分。通过学习培养学生阅读工程地质资料、分析工程地质条件、解决工程地质问题的能力。土木工程专业的学生毕业以后, 常常担任土木工程建设的项目经理或工程技术人员, 负责某一工程项目的设计或施工。由于项目设计是在地质勘察资料的基础上进行的, 地质条件不同, 设计方案也随之变化。因此, 作为工程技术人员必须能够看懂地质资料, 必须清楚建设范围内的地质条件, 以及可能出现的地质病害和应该采取防治措施, 才能进行正确的设计和施工, 才能有效保证建筑物的安全和稳定。因此, 对工程地质知识掌握的程度, 对从事土木工程建设的技术人员来讲, 是非常重要的。

针对以建筑工程方向为主的土木工程专业而言, 笔者通过多年教学认为, 工程地质课程授课学时在28～32学时为宜, 其中包括4～6学时室内实验, 同时就近安排1～3天的野外地质实习, 使课堂教学、室内实验以及野外地质实习相辅相成, 密切配合。

3 不断更新教学内容

由于现行教材内容相对陈旧, 内容侧重于基本地质学知识, 与各类土木工程实际结合不紧密, 不能全面反映随着科学技术发展而不断涌现的岩土工程新理论、新技术和新方法, 滞后于本学科自身的发展速度, 因此, 无法真正满足“大土木”专业的要求, 笔者认为在传统教学内容基础上应强调和增加以下几个方面的知识点。

(1) 工程建设与地质环境之间的关系

工程建设是在各种地质环境中进行的, 工程建筑物与地质环境之间必然产生一定方式的相互关联和制约。地质环境对工程建筑物的制约, 可以由一定的作用影响工程建筑物的安全和正常运用, 也可以由于某些地质条件欠佳而提高工程造价。工程建设又可以各种方式影响地质环境, 使其产生程度不同、范围不一的变化。它在一定条件下, 又会影响原有的和正建的工程建筑物的安全稳定和正常运用。所以, 工程建设必须根据具体地质环境和工程建设方式、规模和类型, 预见到二者之间相互制约的基本形式和规律, 才能合理有效地开发利用并妥善保护地质环境。工程地质学就是担负着这种任务的应用地质学。因此, 在教学中应着重加强各种工程地质问题的机理分析和评价方法的阐述, 突出环境地质问题对工程建设的影响和特殊工程场地涉及的工程地质问题。

(2) 地质灾害的防治知识

由于我国山河众多, 地形地貌复杂, 降雨时空分布十分不均, 洪涝灾害频繁, 全球气候变暖及越来越多的人类活动等因素影响, 因此中国是地质灾害最为严重的国家之一, 且地质灾害种类多、分布广、危害大, 不仅威胁着人民群众生命财产的安全, 而且严重制约着许多地质灾害多发地区的国民经济发展。作为一名土木工程专业学生必须清醒地认识到土木工程建设与地质灾害防治之间的密切关系。

(3) 地质遗产的保护知识

地质遗产 (也称地质遗迹) 是指在地球演化的漫长地质历史时期, 由内力地质作用和外力地质作用形成、发展并遗留下来的不可再生的地质体。地质遗产是世界自然遗产的一个重要内容。反映了地质历史演化过程和物理、化学条件或环境的变化。这是人类认识地质现象、推测地质环境和演变条件的重要依据, 是人们恢复地质历史的主要参数。因此, 任何工程的规划与建设都不能以破坏不可再生的地质资源为代价, 必须加以保护, 这也是土木工程专业学生今后义不容辞的责任和义务。

地球的历史与人类的历史紧密相连。人类在探索地球历史的过程中逐渐认识到保护地质遗产的重要意义, 又从保护地质遗产的过程中, 找到了建立地质公园这种有效的保护方式。目前, 中国已有85处名山大川获得了国家地质公园的殊荣, 其中处为世界地质公园。地质公园的建立, 在全球范围内揭开了保护地质遗产、促进社会经济可持续发展的新篇章。

4 切实改进教学方法

由于工程地质学内容繁杂, 涉及面广, 抽象难解, 加之课堂授课学时普遍安排较少, 如建筑工程方向一般在24～32学时之间, 因此, 切实改进传统的口述加板书授课方法迫在眉睫。笔者认为首先应从以下几个方面做起。

(1) 更新教学手段

为了提高教学质量, 节省上课时间, 充分利用现代化多媒体教学是加强该课程建设的一个重要手段之一。通过多媒体课件可以将各种地质现象及工程地质问题以图片形式给学生演示, 既能帮助学生更好地理解抽象的地质学理论知识, 又能提高学生的学习兴趣。通过影象教学有利于帮助学生理解工程地质学的基本概念, 代替部分野外地质实习教学。如常见的造岩矿物与岩石、岩层与地质构造、地质作用类型及机理、常见的地质灾害、典型的地质遗迹、工程地质勘察与原位测试方法等内容, 都可以通过图像、声音、动画、文字、录象等形式展现出来, 辅助课堂教学。采用多媒体教学不仅可以扩大课堂的信息量, 而且还能增强教学的直观性、主动性。有条件的学校还可以把这些教学课件和影象资料挂在校园网上供学生随时查阅。

(2) 创新教学环节

对于授课教师而言, 授课内容不能仅仅局限于教材, 应在查阅大量参考文献基础上, 对教材内容进行重新组织、加工精练、补充提高, 及时汲取最新的研究成果和工程实例, 做到理论知识恰如其分与具体工程实际紧密结合, 使学生不出课堂就能够把主要知识点与实际工程无缝对接, 在有限的时间内获取尽可能多的知识, 例如三峡大坝、青藏铁路等重大工程的地质问题。因此, 在教师的备课笔记或讲稿和教案中均用反映出各个教学环节的创新点, 只有这样, 才能充分调动学生学习的自觉性和主动性, 变枯燥为生动, 变抽象为具体。

5 突出实践教学环节

工程地质学是土木工程专业的一门实践性比较强的技术基础课, 不仅需要课堂讲授, 而且需要通过实验课以及野外地质实习等多种教学环节和教学方法, 才能使学生获得基本的工程地质学知识。因此, 为了加深学生对各种基本概念和地质特性的理解, 工程地质的实践教学环节尤为重要。实践教学与课堂教学是相辅相成、缺一不可的, 没有实践教学这一环节, 工程地质课堂教学就如纸上谈兵。

工程地质实践由室内实验和野外实习两大部分组成。室内实验是课堂讲授与野外实习的重要桥梁和纽带, 忽视室内实验, 会大大影响野外地质实习的质量和效果。课外地质实习目的在于巩固课堂所学的基本理论, 通过亲自接触各种真实的地质现象及工程地质问题, 利用已学到的理论知识加以辨析、考察和验证, 使学生开阔视野, 拓宽知识面, 培养和提高实际工作能力。

工程地质常规实验室应根据学科发展要求、人才培养目标和课程教学大纲等方面进行建设, 如添置各种成套的矿物和岩石标本、化石标本、地质构造模型、各类地质图、摩式硬度计、地质罗盘等常见的实验教学物品和设备。通过室内实验学生不出校门就可以全面认识矿物和岩石的基本特征, 在满足学生好奇心的同时, 加深了学生对工程地质理论内容的进一步理解, 提高了学生认识问题和分析问题的综合能力, 并为下一步开展野外地质实习奠定了坚实基础。

野外地质实习地点应尽可能选择工程地质现象丰富、与工程建设关系十分密切的地点, 如地质遗迹公园、地质博物馆、岩土工程或基础工程建设工地等。通过野外地质实习是学生懂得野外地质工作的基本方法, 在加深理解的基础上学会分析土木工程与地质的密切关系, 熟悉土木工程建设中常见的地质问题及处理方法, 帮助及时消化和巩固所学的基本理论知识。此外, 走出校门进行野外地质实习, 还可以培养土木工程专业学生吃苦耐劳、遵守纪律、团结协作等优良品质, 激发学生热爱大自然和祖国大好河山的热情, 并有利于学生增强体魄和磨炼意志。在实习过程中要充分发挥同学们的主观能动性, 择机进行启发式教学, 让学生多动手、多动脑, 多方位培养学生获取知识的能力和创新能力。总之, 野外地质实习教学不论是在基础知识的传授上还是在综合能力的培养上都有其独特的不可替代的作用, 它是工程地质课程教学中的一个重要实践环节。