淺談應(yīng)用技術(shù)型本科院?！豆こ痰刭|(zhì)》教學(xué)改革

關(guān)洪亮 張昂

【摘要】工程地質(zhì)是土木工程專業(yè)本科生的一門基礎(chǔ)必修課，在土木工程建設(shè)中的重要性十分明顯。本文結(jié)合近年來的授課實(shí)踐，對工程地質(zhì)課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進(jìn)行了初步研究。教學(xué)內(nèi)容上分為工程巖土學(xué)、工程地質(zhì)分析、工程地質(zhì)勘察三部分；教學(xué)方法上分為課堂講授法、實(shí)驗(yàn)室參觀標(biāo)本、野外現(xiàn)場教學(xué)法三種。實(shí)踐證明，教學(xué)的改革，進(jìn)一步提高了教學(xué)質(zhì)量，增強(qiáng)了教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】工程地質(zhì) 教學(xué)內(nèi)容 教學(xué)方法 改革

1.前言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛躍發(fā)展，國內(nèi)的土木工程領(lǐng)域出現(xiàn)了前所未有的研究熱潮，各種工程地質(zhì)問題也應(yīng)運(yùn)而生。例如，地鐵施工遇到的工程地質(zhì)問題、邊坡穩(wěn)定性治理的工程地質(zhì)問題，高層建筑物深基坑開挖支護(hù)的工程地質(zhì)問題、地震引發(fā)的工程地質(zhì)問題、水庫誘發(fā)地震的工程地質(zhì)問題等。

工程地質(zhì)學(xué)作為土木工程專業(yè)的一門基礎(chǔ)課，旨在培養(yǎng)學(xué)生具有最基本的工程地質(zhì)知識和基本技能，從而在工程設(shè)計(jì)、施工等一線崗位上更好地工作。在新形勢下，各種規(guī)范不斷更新及近年來國家啟動的注冊土木工程師執(zhí)業(yè)資格考試制度不斷調(diào)整，傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法單一，不再能夠滿足工程建設(shè)的實(shí)際需求。因此，本文結(jié)合幾年來的實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進(jìn)行初步探討，從而達(dá)到使學(xué)生具有創(chuàng)新實(shí)踐意識和解決工程實(shí)際問題能力的目的。

2.教學(xué)內(nèi)容的改革

近年來，工程地質(zhì)學(xué)的教材版本層出不窮，但里面的內(nèi)容不乏都是傳統(tǒng)的理論知識，諸如，三大巖類、地貌與第四紀(jì)地質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、地下水、地表地質(zhì)作用、巖土體工程分級分類、工程地質(zhì)勘察技術(shù)與方法。有的理論知識偏于地質(zhì)學(xué)方向，并且概念、理論深晦難懂，而有的章節(jié)只是泛泛而談，沒有重點(diǎn)。再者，教材內(nèi)容難度較大，不適合三本院校的學(xué)生選用。

因此，有必要對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，本人嘗試著把整個工程地質(zhì)學(xué)分為工程巖土學(xué)、工程地質(zhì)分析、工程地質(zhì)勘察三部分來講授。

工程巖土學(xué)的任務(wù)是以地質(zhì)學(xué)的觀點(diǎn)研究作為建筑物地基、建筑介質(zhì)或建筑材料的地表巖土體的工程地質(zhì)性質(zhì)及其形成變化規(guī)律和巖土體的改良。因此，該部分可以分為兩篇：第一篇為土和土體的工程地質(zhì)研究，第二篇為巖石和巖體的工程地質(zhì)研究。分別闡述土和巖石的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)、分類及性質(zhì)改良原理等內(nèi)容。第一篇主要講述土的物質(zhì)組成。土是一種物質(zhì)材料，它通常是由固體顆粒、液態(tài)水和氣體組成。固體顆粒是土的主要組成部分，充當(dāng)土的骨架，由許多大小不等、形狀各異的礦物顆粒按照不同的排列方式和組合在一起，稱為“土粒”。土顆粒、液態(tài)水、氣體三者是相互聯(lián)系、相互作用、共同作用形成土的工程地質(zhì)性質(zhì)。由此可見，各種土中三相物質(zhì)自身的特點(diǎn)、它們的質(zhì)量體積比例關(guān)系和相互作用，是決定土的工程地質(zhì)最本質(zhì)的因素。粘粒與水的相互作用方面，粘粒與水相互作用是研究固體土顆粒與空隙溶液相互作用后產(chǎn)生的一系列特性。卵礫、砂粒，由于顆粒大，比表面積小，表面能小，與空隙中溶液相互作用后，對它的工程地質(zhì)影響甚微；粘粒顆粒細(xì)小、比表面積大、表面能大，是土中較活躍的組成部分，與孔隙溶液相互作用后表現(xiàn)出來的一系列表面現(xiàn)象，將直接影響著細(xì)粒土的工程地質(zhì)性質(zhì)的變化，甚至與土的性質(zhì)改良也有關(guān)。因此，研究粘粒與水的相互作用更具有理論與實(shí)踐意義。土的物理性質(zhì)方面，土的物理性質(zhì)實(shí)際上就是研究土中三相物質(zhì)在質(zhì)量與體積之間的相互比例關(guān)系，以及固、液兩相相互作用所表現(xiàn)出來的性質(zhì)，前者稱為土的基本物理性質(zhì)，主要研究土的密實(shí)程度及土的干濕狀況；后者反映固、液兩相的相互作用，也稱為土的水理性質(zhì)，主要研究土的稠度與塑性、土的膨脹性與收縮性、土的透水性和毛細(xì)性等。土的力學(xué)性質(zhì)方面。土的力學(xué)性質(zhì)是土在外力作用下所表現(xiàn)出來的性質(zhì)，主要包括土的壓縮性、抗剪性，亦即土的變形和強(qiáng)度特性。壓縮性和抗剪性是在不同的應(yīng)力下表現(xiàn)出來的。在壓應(yīng)力作用下，土體產(chǎn)生壓縮變形，表現(xiàn)出可壓縮性；在剪應(yīng)力作用下，土體產(chǎn)生剪切變形，表現(xiàn)出抗剪性或者強(qiáng)度特征。

工程地質(zhì)分析的主要任務(wù)是研究與工程活動相關(guān)的工程地質(zhì)問題，分析這些問題產(chǎn)生的地質(zhì)條件、力學(xué)機(jī)制和發(fā)展趨勢，從而正確評估和防治它們產(chǎn)生的不良影響，該部分系統(tǒng)地論述了如何分析與評價(jià)人類工程活動中經(jīng)常遇到的一些主要工程地質(zhì)問題，包括區(qū)域穩(wěn)定性、工程巖（土）體穩(wěn)定性問題，與地下滲流有關(guān)的和與河、海、湖侵蝕堆積有關(guān)的工程地質(zhì)問題等四個方面。為了深刻理解地質(zhì)體或工程巖體變形失穩(wěn)機(jī)制，還專門論述了巖體的結(jié)構(gòu)特征，天然應(yīng)力狀態(tài)及巖體在加、卸荷載和動荷載下的變形破壞機(jī)制。密切聯(lián)系人類工程活動的實(shí)際，以工程活動的地殼表層地質(zhì)環(huán)境這一大的開放系統(tǒng)為研究對象，以合理開發(fā)和保護(hù)、發(fā)行這一環(huán)境為目標(biāo)，通過地質(zhì)分析識別和提取工程涉及的地質(zhì)體或巖體變形發(fā)展到失衡破壞全過程的內(nèi)部信息，再盡可能實(shí)現(xiàn)地質(zhì)體或巖體各種參量的定量描述和定量表達(dá)，通過物理模擬或（和）數(shù)值模擬再現(xiàn)和驗(yàn)證變形到失穩(wěn)破壞這一動態(tài)力學(xué)過程，最后定量或半定量地判定穩(wěn)定現(xiàn)狀，并對未來的失穩(wěn)破壞作用預(yù)測。這就是工程地質(zhì)分析原理所采用的地質(zhì)分析與力學(xué)機(jī)制分析并重，定性評價(jià)與定量評價(jià)相結(jié)合的工程地質(zhì)問題分析與評價(jià)的技術(shù)途徑。它反映和體現(xiàn)了現(xiàn)代工程地質(zhì)學(xué)在地質(zhì)學(xué)與土力學(xué)、巖體力學(xué)緊密結(jié)合的基礎(chǔ)上，廣泛吸收數(shù)學(xué)、力學(xué)的最新成就，充分運(yùn)用現(xiàn)代測試技術(shù)與現(xiàn)代計(jì)算技術(shù)，沿多學(xué)科交叉與綜合的途徑發(fā)展的總趨勢。

工程地質(zhì)勘察的任務(wù)是查明與場地有關(guān)的工程地質(zhì)問題和工程地質(zhì)條件，為設(shè)計(jì)、施工提供準(zhǔn)確的資料。因此，該部分主要包括巖土工程勘察的目的、任務(wù)與研究內(nèi)容，巖土工程勘察分級和勘察階段的劃分；巖土工程勘察的基本技術(shù)與方法；各類巖土工程勘察基本技術(shù)要求；場地穩(wěn)定性勘察；特殊巖（土）的勘察等內(nèi)容。根據(jù)工程重要性等級、場地復(fù)雜程度等級和地基復(fù)雜程度等級的不同，把巖土工程勘察等級劃分為三個等級：甲級、乙級，丙級。勘察階段可劃分為可行性階段、初步設(shè)計(jì)階段、技術(shù)設(shè)計(jì)階段、施工設(shè)計(jì)階段四個階段?？辈斓幕炯夹g(shù)與方法主要包括工程地質(zhì)測繪與調(diào)查，勘探（鉆探、坑探、物探、觸探）與取樣。

總之，因?yàn)楣こ痰刭|(zhì)概念繁多、晦澀，課程信息量大、覆蓋面廣，所以在講授時(shí)一定要分清重點(diǎn)難點(diǎn)，切記泛泛而談，眉毛胡子一把抓，這樣就會使學(xué)生思路清晰，學(xué)起來輕松。其次，合理分配學(xué)時(shí)，沒有必要嚴(yán)格按照大綱的課時(shí)，做到隨機(jī)應(yīng)變。比如，第四紀(jì)地質(zhì)年代這一章節(jié)就沒有必要花費(fèi)兩學(xué)時(shí)時(shí)間，三大巖類這一章節(jié)必須要花四到六個學(xué)時(shí)去講授，在課堂上可以拿實(shí)物巖石標(biāo)本進(jìn)行講解，課后安排實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，可以將若干塊巖石標(biāo)本混在一起，讓學(xué)生對其進(jìn)行簡單分類，這就進(jìn)一步加深了學(xué)生對巖石的理解，實(shí)踐證明該方法取得了良好的效果。再次，單班教學(xué)。土木地質(zhì)不分家，工程地質(zhì)學(xué)作為三本土木工程專業(yè)的唯一一門與地質(zhì)有關(guān)的基礎(chǔ)課，在應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式下使學(xué)生具有基本的地質(zhì)知識，顯得尤為重要。目前，大多數(shù)高校仍采取合班上課形式，整個教室一百多人，這樣的授課效果明顯大打折扣。所以，改變傳統(tǒng)的合班上課這一單一模式，果斷采取單班60人授課的精簡方式，這樣可以有更多的時(shí)間用于師生間溝通上，老師也能更容易發(fā)現(xiàn)存在的問題，以便隨時(shí)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。實(shí)踐表明，采取單班授課方式成效良好。

3.教學(xué)方法的改革

打破傳統(tǒng)的老師講學(xué)生聽的教學(xué)模式，豐富課堂內(nèi)容。要把重心從理論知識的掌握轉(zhuǎn)移到實(shí)踐能力的提高上來。改變以往的填鴨式教學(xué)，在課堂中適當(dāng)穿插一些與理論相關(guān)的工程實(shí)例，圍繞該實(shí)例來展開理論的講解。比如，講到滑坡地質(zhì)作用時(shí)，可以拿最近某個地區(qū)發(fā)生滑坡這一真實(shí)的災(zāi)害現(xiàn)象來吸引學(xué)生的注意力，進(jìn)而把與滑坡有關(guān)的理論知識融入進(jìn)去，這樣既達(dá)到了優(yōu)化課程教學(xué)改革的目的又培養(yǎng)了學(xué)生對工程地質(zhì)學(xué)學(xué)習(xí)的興趣。另外，在教學(xué)中可以把當(dāng)前工程地質(zhì)領(lǐng)域內(nèi)的熱點(diǎn)問題融入進(jìn)去，有的章節(jié)完全可以圍繞著某一熱點(diǎn)問題來展開，如地鐵施工遇到的工程地質(zhì)問題、邊坡穩(wěn)定性治理的工程地質(zhì)問題，高層建筑物深基坑開挖支護(hù)的工程地質(zhì)問題、地震引發(fā)的工程地質(zhì)問題、水庫誘發(fā)地震的工程地質(zhì)問題等，從而增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的時(shí)代感、使命感。

除此以外，為了擴(kuò)大學(xué)生視野，有的章節(jié)學(xué)習(xí)可以進(jìn)行現(xiàn)場教學(xué)，比如，去當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)博物館，地質(zhì)公園等旅游景點(diǎn)，身臨其境地感受地質(zhì)氣息，讓學(xué)生對書本上的概念、現(xiàn)象有一個直接、真實(shí)的感受；為了證明這一點(diǎn)，本人與系里其他教師帶領(lǐng)大三學(xué)生每年暑期去篙山世界地質(zhì)公園進(jìn)行為期一周的工程地質(zhì)野外實(shí)習(xí)。在這期間，學(xué)生們對地質(zhì)現(xiàn)象和根源探索的積極性很高。篙山地區(qū)地層擁有舉世聞名的五代同堂（太古宇、元古宇、古生界、中生界、新生界），篙山地區(qū)構(gòu)造運(yùn)動主要包括篙陽運(yùn)動、中岳運(yùn)動、少林運(yùn)動、加里東運(yùn)動、海西運(yùn)動、印支運(yùn)動和燕山運(yùn)動、喜馬拉雅運(yùn)動及新構(gòu)造運(yùn)動。篙山地區(qū)構(gòu)造地貌發(fā)育，風(fēng)化和重力作用地貌、風(fēng)力和流水地貌、黃土地貌等均有不同程度發(fā)育，因此很適合進(jìn)行本科低年級學(xué)生野外工程地質(zhì)實(shí)習(xí)。最具有代表性的觀察點(diǎn)之一就是篙陽書院東北逍遙谷（書院東溝）溝口兩側(cè)的輝綠巖墻。該處輝綠巖體呈巖墻產(chǎn)出，侵人與登封群郭家窯組條帶狀混合巖中，巖墻斜切圍巖片麻理，呈直立狀，走向NE850，長約300米，高約30米，寬約8米。南壁呈波狀彎曲，北壁參差不齊并有巖脈穿人圍巖。輝綠巖風(fēng)化嚴(yán)重，基性斜長石常蝕變?yōu)殁c長石、黝簾石、綠簾石和高嶺石；輝石常蝕變?yōu)榫G泥石、角閃石和碳酸鹽類礦物。

再者，還可以選擇近距離的一些施工現(xiàn)場，尤其是地基基礎(chǔ)這部分施工過程，一方面使學(xué)生進(jìn)一步了解工程地質(zhì)勘察實(shí)踐，例如，這塊場地持力層范圍內(nèi)是什么土層，為什么要對場地土進(jìn)行強(qiáng)夯處理，為什么要采用樁基礎(chǔ)。另一方面，也激發(fā)學(xué)生對土木工程其他專業(yè)課學(xué)習(xí)的熱情。

最后，適當(dāng)抽出一些課時(shí)留給學(xué)生本人，讓其自主學(xué)習(xí)、自主探索實(shí)踐，這主要體現(xiàn)在讓他們?nèi)ジ浇墓こ虉龅?，這樣可以更早地、更好地將課本所學(xué)內(nèi)容與工程實(shí)踐融會貫通，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決問題的能力，而不是因循守舊地背誦書本上的內(nèi)容。至于實(shí)習(xí)單位可以由學(xué)生自己聯(lián)系，也可以由學(xué)校或老師來聯(lián)系。

4.結(jié)論

當(dāng)今形勢下，我國土木工程領(lǐng)域發(fā)展迅猛，許多工程地質(zhì)問題也隨之涌現(xiàn)，為了適應(yīng)這一形勢，加之應(yīng)用技術(shù)型本科院校土木工程專業(yè)學(xué)生地質(zhì)基礎(chǔ)薄弱，那么，工程地質(zhì)學(xué)這門課的教學(xué)改革對于每個講授這門課的老師來說既是一個迫在眉睫的問題，也是必須面對的問題。實(shí)踐證明，本文所提及的工程地質(zhì)教學(xué)內(nèi)容改革和教學(xué)方法改革使應(yīng)用型培養(yǎng)模式下應(yīng)用技術(shù)型本科院校土木工程專業(yè)的學(xué)生獲益匪淺。不但加深了學(xué)生對地質(zhì)知識的理解，而且拓寬了學(xué)生的視野，具備一定的工程實(shí)踐能力。對應(yīng)用型人才培養(yǎng)具有一定的指導(dǎo)意義。

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