“隧道工程”课程教学改革与实践

摘要:对于隧道工程这门实践性非常强的工科专业课程来讲,“书本教育≠理论教育”,更不等同于实践教育,仅依靠单一的课堂教学、单一的教学手段和方法不能培养出合格的工程型创新人才。为了改变过去课程教学内容落后于实际工程、教学手段相对单一的特点,笔者尝试在教学内容、教学方法、教学手段方面进行改革,以此来适应科学技术飞速发展的时代特点以及本课程的专业特点,培养出更多、更全面的工程科学技术人员。

关键词:隧道工程;教学改革;教学方法;教学手段

隧道工程作为土木工程、交通工程类的一门主要技术基础课程,涉及的教学内容较多,要求学生在学习材料力学、结构力学和工程地质学等力学系列、工程基础系列课程的基础上,进一步掌握埋置于地层中的结构物的荷载特征、受力特点、计算原理和方法以及施工方法和工艺,为有关专业课程学习、进行工程结构设计与施工以及科学研究打好基础,培养综合分析与解决问题的能力。而过去这类专业课程的学习往往普遍存在“重论文、轻设计、重成绩、缺实践”的问题。为彻底改变这种状况,真正培养出工程技术型人才,我们必须要在教学内容以及教学方法、手段方面进行改革,以此来促进课程教学的规范化、系统化建设,提高教学质量和师资水平。

一、教学内容的改革

教学内容的改革是隧道工程课程改革的主要方向。教材更新作为教学内容改革的主要体现就成为重中之重,它反映了教学改革的深度和力度。此外还有课程中实践环节的改革。只有经过实践,学生对理论课程的学习才能有更深刻的认识,才能进一步地理解和掌握。

1.注重教材建设

石家庄铁道学院隧道工程课程授课已有50多年的历史,其间,所用教材历经多次修订,其中1985年版和1996年版均被列为铁道部高等院校统编教材,2005年版更是普通高等教育“十一五”国家级规划教材,其修改版也于2007年5月正式出版。

在教材建设中,我们注重理论与实践并重,经典理论、方法与现代新技术、新方法相结合,引导学生掌握理论知识,注重解决实际工程技术问题能力的培养,力求做到教材内容丰富、信息量大、知识结构系统。

另外,在新版教材中,除继续保持原书特色外,我们还将章节内容适当调整,使学生能了解国内外隧道工程技术的新进展和国内隧道工程的新成果,并按照当前隧道建设事业的新发展,增加了高速铁路、高速公路隧道构造,不良地质隧道施工,隧道运营养护,以及一些新技术、新方法和新工艺等相关内容。书中理论与实践并重,并结合大量工程实例介绍了各种理论和知识的实际应用。

2.运用独特的“3+1+1”教学组织形式激活学生的学习兴趣

为了适应新世纪社会发展的需要,培养高素质宽口径工程技术人才,石家庄铁道学院于1995年首先在隧道工程专业实行“3+1+1”的教学模式,1999年后,在土木工程专业全面展开。学生先在校学习3年,对基础知识及隧道工程的概况有一个初步了解;第四年去各用人单位实习1年,在实习过程中,学生必须扎扎实实地在施工现场作为技术员从事一线工作,系统了解隧道工程施工的全过程,使学生在适应社会、积累实践经验的同时,反思自己理论及实践等各方面的不足;第五年再回到学校根据实习期间在现场带回的技术难题继续学习隧道工程课程,这样学生从过去的“要我学”变成“我要学”,从“要我学什么”变为“我要学什么”,大大增加了学生的学习兴趣,提高了学生学习效率和解决实际问题的能力,改变了过去学习盲目的状况,明确了在第五年要补充什么知识。

3.产、学、研紧密结合实现教学内容的常动常新

任课教师、学生利用科研、实习的机会深入隧道工程施工现场,使理论知识与工程实践紧密结合,只要有隧道施工的地方就有我们的老师、学生;另外还积极吸纳工程科技人员到学校兼职,及时将国内外隧道工程设计与施工的新成果充实到教学中,不断更新隧道设计、施工新技术、新方法等教学内容。教学中着重学生能力的培养,注重理论联系实际,基础理论与工程案例、理论课与实践教学相结合,才能够解决隧道设计与施工中的技术问题,真正实现产、学、研相结合,而不是仅靠孤立的几个课题或项目。

4.注重实践教学

隧道工程是地下结构理论与工程实践并重的课程,实践性要求较高。本课程课内总共有64学时,课堂教学安排60学时(包括综合性习题课学时),两个实验课题4学时,三次录像不占课内学时(课外集中播放或学生独自在校园网上观看)。除课堂教学外,还通过大量的教学录像、实际项目、实验和综合性习题以及课程以外的生产实习、毕业实习,不断拓宽学生知识面,加深学生的理解,加强学生的能力培养[1]。另外,在地下工程实验室建设的基础上,我们结合土木工程仿真实验室建设,建立了拥有1台曙光天湖4000高性能计算机、9个曙光天阔工作站和96台微机的计算机房;购置了ANSYS和MIDAS著名软件网络版,使学生能随时获得最先进的训练计算分析能力的机会与条件。

5.实行专业教师班主任制度

从教研室教师中选拔出部分学识渊博、年富力强、责任心强、有实践经验的隧道专业课教师作为学生班主任,每周抽出大量课余时间,与学生共同探讨国内外隧道工程施工的新理念、新知识以及隧道建设的新成就,争取能做到与学生随时交流、随时沟通,使学生遇到的专业方面的问题能得到及时解决,大大弥补了辅导员专业方面的不足。

二、教学方法、手段的改革

教学手段必须与教学内容相适应。教师应针对不同类型的教学内容,选择灵活多样的教学手段,以促进教学相长。在当今信息时代,应采取传统教学、多媒体、录像资料等相结合的教学方法。譬如,利用配套齐全的自编文字教材、辅助文字教材、试验教材等,构成系列化教材;利用自行研制开发的多媒体电子教材、网络课程以及电子教学文件等构成立体化教材与实现网络化教学。这些教材、教案,教学内容先进、科学,课程体系完整、新颖,体现了系统化的教学理念,并呈现出数字化教学的特点。另外,还通过教学网站来实现师生互动以及学校与现场的互动。

1.传统的教学手段

对于要求学生重点掌握的、理论性强的内容,通常采用传统教学手段,即教师在黑板上一边推演、一边设问的方法,同时改变过去“以教师为中心,使学生知道了什么”的理念,形成“以学生为中心,使学生会用得怎么样”的新思路。例如,在讲授围岩的应力状态时,采用黑板加粉笔的教学手段比采用计算机辅助教学的效果好,教师可结合学生已具有的力学知识,以设问的方式在黑板上逐步推导出围岩的各次应力状态,然后利用具体实例使学生巩固刚学到的理论知识。这样,学生不仅体会到了已学的知识在该课程中的应用,而且对所学公式记忆深刻,为后续知识的学习奠定了基础。

2.多媒体教学手段

针对学生的工程实践知识薄弱,在教学中需重视加强学生感性认识的特点,我们组织研发了隧道工程多媒体课件。课件采用动静相结合的形式,如模拟隧道的开挖、外部荷载对隧道变形的影响等均采用了动画的形式,合理利用文本、图形、动画及音响等媒体,使得授课内容生动、形象,学生理解和掌握起来也变得相对容易,极大地激发了学生的求知欲。另外,注重课件的科学性、交互性及通用性,教师在课堂上可根据需要随时进行教学内容的选择、切换及重现等操作。这种声、像、文并茂的教学形式,不仅形象生动,而且有利于提高学生学习兴趣,增强学生对学习内容的认识和理解,缩短教学时间,提高教学效率。

3.网络教学手段

充分利用互联网,使学生能通过校园网自学。为使课堂教学与网络教学能优势互补,我们建立了网上教育平台,将隧道工程电子课件、教案、习题集和实录讲课录像等学习资料全部上网,特别是将反映施工过程的录像、动画、照片及相关文字编入电子课件,使学生在课余时间能随时调用,自由掌握学习时间,以弥补课内学时不足的缺陷。

4.典型案例教学法

针对目前地下工程设计中工程类比经验设计仍占重要地位,施工中风险较大,各种方法和技术的针对性、适用性强,设计和施工中各种经验教训的指导性很强的特点,教师在教学中除了概括地讲授基础知识,并作普通的归纳总结外,还应采用工程全过程案例教学法,即在课堂上讲完理论知识后马上针对本节内容讲述相关典型案例,与学生一起思考该案例中设计及施工的经验、教训,使学生印象更深刻,更易于接受。为此,本课程充分利用教研室教师参与隧道工程研究与建设,以及校友广泛分布于各隧道建设领域与项目的便利条件,广泛收集典型工程实录、资料,分析加工、充实典型工程案例,再经过教研组内部的充分研讨与消化,使其适用于课堂教学。这样,就转变了传统的教学理念,提高了学生的学习兴趣,更培养了学生分析问题、解决问题的能力。

三、结论

教学内容和教学方法、手段的改革是课程教学改革的关键,它们直接关系到课程教学能否系统化与规范化[2]。对于这门理论与实践并重的隧道工程课程来说就更是如此。通过近几年的教学实践,我们尝试进行了教学内容和方法的改革,并取得了一定的效果和经验,从课后学生接受情况的反馈信息及毕业生走到工作岗位以后的适应能力来看,教学效果有很大提高。今后我们将进一步沿着这一思路不断探索、完善,以响应国家提出的“呼唤创新工程科技人才培养”的号召,适应建设单位“召之即来,来之能用”的要求,为国家培养出更多的工程技术型创新人才。

参考文献:

[1] 陈彪,韦尧兵,周琦,贺连娟,陶涛.加强实践教学,注重综合训练,培养工程能力强的高级专门人才[J].中国大学教学,2007(9):75-76.

[2] 徐颖.《爆破工程》课程改革[J].安徽理工大学学报(社会科学版),2005,7(4):86-88.

(作者单位:石家庄铁道学院土木工程分院)

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