時間:2022-06-16 18:14:19
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20世紀60年代,學科進入獨立發展階段,各建設部門制定自己的勘察規范,以山區工程建設為主,對工程地質提出更高的要求,巖土測試技術提高,定量評價有所發展。到了以經濟建設為中心和改革開放的年代,各方面的建設蓬勃發展,工程地質在已往在基礎上取得了重大發展。勘察質量提高,新的勘察規范制定,向著工程領域拓展,承擔勘測、工程處理的系統工作。新型、巨型工程向工程地質勘察提出了新的要求。科學研究工作取得豐碩成果,創立了自己的新的理論,引入有關科學的新理論、新方法。
2工程地質勘察對工程建設的重要性
工程地質的任務就在于為工程建筑進行工程地質勘察,為建筑的位址選擇和設計、施工提供地質依據。國家規定的基建程序是:任何工程建設不進行勘察工作就不準設計,沒有設計不準施工。這就賦予了工程地質重大而光榮的職責,避免了不顧地質條件是否適宜而盲目興建工程給國家造成的損失。建筑設計分為可行性研究、初步設計、技(術)施(工)設計等階段,工程地質勘察也隨之分階段進行,對工程地質條件的了解愈來愈深入,這是完全符合認識規律的。建筑位址的選擇具有戰略意義,起著充分利用有利的地質條件、避開不利條件的作用。位址選得好,不但能保證工程的安全,而且工程處理也較簡單,經濟上合理。位址的地質選擇只是一個方面,還要看政治、經濟等方面的因素,最后綜合考慮選定。工程地質學為工程建設服務,是通過工程地質勘查來實現的,通過勘察和分析研究,闡明建筑地區的丁程地質條件,指出并解決所存在的工程地質間題,為建筑物的設、施工以至使用提供所需的地質資料。它的主要任務是:(1)闡明建筑地區的工程地質條件,并指出對建筑物有利的和不利的岡京;(2)論證建筑物所存在的工程地質問題,進行定性和定計的評價,作出確切的結論;(3)選擇地質條件優良的建筑場址,并根據場址的地質條件合職配段各個注筑物;(4)根據建筑場址的具體地質條件,提出有關建筑物類型、規模、糾構和施工力法的合理建議,以及保證建筑物正常使用所應注意的地質要求;(5)研究工程建筑物興建后對地質環境的影響,預測義發展演化趨勢,并提山對地質環境合理利用和保護的建議;(6)為擬定改善和防治不良地頂作用的措施方案提供地質依據。工程建筑的類型很多,如工業民用建筑物、鐵路、公路、水運建筑、水利水電建筑、礦山建筑、海港工程和近海石油開采以及國防工程等。每一類型建筑又有一系列建筑物群體組成,如高樓大廈、工業廠房、道路、橋梁、隧道、地鐵、運河、海港、堤壩、電站、礦井、巷道、油庫、飛機場等。這些建筑物有些位于地面上,有的埋于地下,都脫離不開地殼,無不與地質環境息息相關。他們的形式不同、規模各異,對地質環境的適應性以及對地質環境的相互作用也越來越強烈,越來越復雜。我國的各類工程、鐵路公路、水利水電、城鄉建設、工業、國防、礦山、港口等建筑,尤其是大型建筑,都是先做了反復的工程地質勘察工作才進行設計、施工、修建完成的,因而基本上沒有因為地質問題而失敗。
3我國工程地質學理論體系的形成
工程地質問題和環境地質問題是可以預測的,只要查清工程地質條件,又有了規劃設計部門所提供的有關工程建筑的類型和規模,尤其是建筑物作用力的大小和性質,就可以建立二者相互作用的物理模型,進而建立計算模型,做出問題的定性分析和定量分析,對建筑場地給予工程地質評價,指出問題的嚴重,哪些地質因素不利,不能滿足工程建筑的要求。應當采取何種措施予以補救,是減小建筑物的規模以適應地質條件,還是采取工程處理措施,改善條件,以滿足建筑物的要求、消除不良影響。這要從技術條件上和經濟合理性上進行比較才能確定。由上述可知,工程地質學研究的目標在于協調工程建筑與工程地質條件之間的矛盾關系,既保證工程建筑造福人類,又避免它對環境造成不良影響。
4工程地質的科研成就
4.1巖體工程地質力學的建立與巖體力學研究
與土力學相比,巖體力學直到20世紀60年代還是知之甚少。在治淮工程、武漢和南京長江大橋以及三峽工程等一系列工程地質勘察中發現巖體中的裂隙發育情況不同對巖體的力學性質與行為影響很大,而巖體的變形破壞實際上是受其中的軟弱結構面的控制,包括層面、斷層面、裂隙、片理、劈理等,也稱不連續面,使巖體成為非均質、各向異性的不聯系介質。結構面之間的巖石體稱為結構體??傮w上來說巖體就是由結構面和結構體組合而成的。結構面按其延續的長短可以分級,但其形成則受巖石成因和后期地質構造變動的控制,因而其分布規律和形狀、寬度等可以通過地質力學加以分析。這樣他們就把地質力學與巖石力學結合起來對巖體結構加以分析,創立了一門新的分支學科:巖體工程地質力學。把巖體結構分為塊狀結構、鑲嵌結構、碎裂結構、層狀結構、層狀碎裂結構、散體結構等類型。不同結構類型的巖體其力學性質和變形破壞規律也不同。我國在軟弱、破碎巖體的研究方面也取得較大進展,例如斷層巖的分類及其物理力學特性和穩定性評價的研究;泥化夾層的物質與結構特征及其力學性質的研究;膨脹巖的膨脹機理和處理措施的研究等。
4.2環境工程地質與地質災害研究
20世紀80年代以來,環境問題日益嚴重。為了合理利用和保護地質環境,我國開展了環境工程地質的研究。幾十年來在一些重點地區和大型工程地區做了不少研究工作,以工程建筑所引起的閃生地質環境研究為主,包括對人類生存和生產造成損失和威脅的各種地質災害,諸如地面沉降、地面塌陷、地裂縫、滑坡、崩塌、泥石流、水庫誘發地震、沙漠化、水土流失等。
5總結
工程地質教學的主體內涵
為了順利完成工程地質教學活動,有必要使學生明確工程地質學習的主要對象、基本任務和主體內容。首先,工程地質學是評價、預測和改造與工程建筑等有關的地質問題的一門科學,以工程建筑及建設項目為服務對象,以地質學為研究基礎;以數學力學為計算工具的學科。因此,工程地質的教學與學習都是在研究和討論人類在工程活動中行為與地質環境的相互作用與相互適應性,其次,工程地質學習的基本任務就是掌握工程地質條件與工程活動的地質環境特點,明確人類工程活動與地質環境(工程地質條件)之間的相互作用,以便正確評價、合理利用、有效改造和完善保護地質環境。最后,學生通過工程地質課程學習需要重點掌握的內容包括:巖石和土體的物理-力學性質及其工程性質,如巖石與土的礦物組成及其排列形成的微觀結構等對建筑工程穩定性的影響,弄清巖土體的不同的分類要求和指標,了解不良地質條件下的巖土體的改良方法;建立起人與環境和諧發展的工程地質觀念,形成關于自然環境對工程活動的制約與人類工程活動對自然環境的影響的雙向作用機制的基本認識,在此基礎上,掌握崩塌、滑坡、泥石流及地震等物理地質作用對工程建筑的危害及其預測、評價和防治措施;熟悉工程常見的地基、硐室等工程地質問題,以及地下水運動規律及其對工程活動的影響;掌握主要勘察程序、方法和手段。通過上面的對工程地質教學主體內涵的論述可以看出,在教學活動中學生需要領悟和掌握的內容很多,如果沒有好的教學思路,往往會導致教學活動成為就事論事,事倍而功半,很難使學生把握這門學科的精髓。同時,工程地質會涉及眾多的相關學科知識,如與地球科學相關的巖石學、構造地質學、地層學、地貌學等,與工程學和基礎學科相關的物理力學、數學等。
綜攝教學法的運用
綜攝法又稱類比思考法,其源自在我們對外部事物的學習和認識過程中,常常是在某些帶有啟發暗示的“指揮下”進行的,而這種“指揮”與我們的思考方法和意識關系不大,卻是我們日常生活中的所見所聞密切相關[11]。因此,可以利用外物來啟發思考、激發靈感解決問題。工程地質教學中,我們可以借助于學生已有的相關學科知識和日常生活經歷,在此基礎上開綜攝法教學。在教學中鍛煉學生對所面對事物的異質同化和同質異化兩種思維方式。當我們面臨未知的或者不熟悉的事物時,常常會采取拿性質不同的現有事物的分析和模擬方式去與之相對比,在此基礎上提出設想。這種方式稱之為異質同化,即根據已有的經驗和知識來分析比較所面對的問題。例如,當開展某項工程的地質問題調查時,可以與醫生全面診斷病人一樣,先逐項檢查,然后根據檢查結果分析存在的病癥,這樣會使得技術(研究)路線明晰,而且有很強的可操作性與指導性。如何擺脫固有的思維方式和問題分析方法的桎梏,進行創造性分析和解決問題是我們需要面對的難題。因此,如何運用新的知識或從新視角進行審視、分析、研究和處理原有的資料和技術手段顯得十分必要,在此基礎上使得認識有新的突破,這過程即為同質異化思考方法。例如,在狹窄的海邊場地進行海底隧道掘進時,一方面需要的很大的場地存放施工材料(如做襯砌),另一方面又需要相關場地堆放掘進所產生的大量巖屑廢渣,那么可以通過同質異化思維,我們可以考慮在不影響地質環境的情況下,用掘進產生的廢料進行人為營造陸地,同時解決了材料堆放和廢料處理的問題。
為了在教學中可以使學生的創造力的潛能得到進一步鍛煉,可以進行以下4種模式的訓練。人格性的模擬,充分調動和發揮學生主體感官認識。例如,在邊坡相關知識的講授中,可以讓學生假設自己是邊坡,針對坡腳、坡肩、坡體等不同位置的特點與自己身體做對比,如果邊坡發生失穩可以采取什么手段,如何去處理,然后再尋找解決問題的方案,最終歸結為削肩、捆腰、壓腳三個主體內容。直接性的模擬,根據所要關注的對象與模擬事物之間的關聯性,將模擬對象視為范本,在此基礎上進行論證思考,提出處理問題的方案。例如,邊坡災害的問題,很多學生的家鄉或學校周邊有生活的例子,可以直接作為例子講授,既直接,又有生活氣息。象征性的模擬,通過把問題構想成為直接的物質對象,使學生形成形象化的物質對象,進而激勵其腦力活動,開發其創造潛力。例如,在學習巖石風化時,可以將植物的根劈破壞直接視為巖石的拉裂破壞。想象性的模擬,利用人大腦的自由想象能力,引導學生通過幻想和聯想等為工程地質問題的分析和解決尋找靈感,提出創造性方案。例如,在某處發生地震,可以讓學生發揮主觀能動性,分析可能出現的次生災害問題,進而擴展成地質災害鏈和立體防災減災教學??傊C攝教學法在工程地質中的應用就是以生活中的實例或學生已有知識為媒介,將學習內容分成若干要素,針對具體的要素進行分析討論,并組織構建各要素之間的綜合關聯性,在此基礎上激發學生的潛在靈感,形成系統的認識學習,進而掌握工程地質的內涵要素。
【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089(2014)10-0213-02
安全科學與工程作為一級學科始,前人在學科發展[1][2]、課程建設[3][4]、教學方法[5]、人才培養[6-8]等方面進行了卓有成效的研究,工程地質學是安全工程專業一門重要的基礎課程,四川師范大學在構建安全工程卓越工程師教育教學體系過程中,工程地質學課程結構、教學方法及教學模式相對滯后,本文結合工程地質學課程及安全工程專業特點,探討安全工程專業工程地質學課程存在的問題,提出課程改革的思路和措施。
1.工程地質學的特點
工程地質學以地質問題為研究對象,是工程科學、地質科學及環境科學相互滲透、交叉形成的一門邊緣科學[9]。我校安全工程專業開設的工程地質學涉及建筑、礦山兩大學科領域,涉及內容包括基礎地質學、巖土工程性質、地質勘察與評價等,具有鮮明的專業特色。
1.1基礎地質學特點?;A地質學是研究地球及其演變的一門自然科學[10],涉及內容包括礦物巖石學、構造地質學、資源、環境學等多門學科。當前很難為學生傳授一種統一的思想來解決今后可能遇到的地質問題,因此在講授基礎地質學基本理論的同時,重點啟發學生應用地質學基本原理具體問題具體分析,為培養能分析、解決實際問題,具有創新能力的卓越工程師奠定基礎。
1.2巖土工程性質特點。巖土工程性質是討論巖土的成因類型、巖石礦物學特征、組成成分、結構和構造,他們的物理性質和力學性質,巖土工程分類以及不良性質的改善和處理等。不同礦物形成的巖體或土體其性質不同。巖土的物理、力學性質影響巖、土體的強度、變形及其滲流構成了巖土工程地質性質的理論基礎,是教學的核心內容。
1.3地質勘察與評價特點。工程地質勘察是為查明影響工程建筑物的地質因素而進行的地質調查研究工作[9]。主要是對地質災害、工業與民用建筑物、地下建筑工程、水利水電及礦山地質的勘察。在教學過程中,不僅要講授工程地質勘察的通用方法,還要讓學生了解不同方法的適用性、工程地質勘察與評價的研究進展及發展趨勢。
1.4工程地質學課程特點。工程地質學課程涉及基礎地質學、巖土工程學、地質勘察學、土木工程學及煤礦地質學等相關學科領域內容,其研究對象具有復雜性,研究方法具有多樣性,課程內容廣泛、知識點多、理論性強等特點,內容相對抽象、難以理解,在教學過程中應充分研究內容特點,綜合應用不同的教學方法,引導學生對知識進行理解掌握,以達到教學目的。
2.工程地質教學存在的問題
大規模工程建設、煤炭資源開發帶來眾多新的復雜的工程地質問題(如高邊坡工程、深基坑工程、長隧道工程、深部煤炭開發、高溫高壓礦井等),安全生產存在眾多隱患。如何在有限的學時內,讓學生既能夯實理論基礎,又具備能解決實際問題的能力是擺在本課程教學面前重要的問題。當前教學過程中還存在著教學內容不合理、教學方法單一、教學模式落后等問題影響課程教學質量。
2.1教學內容不合理。安全工程專業目前使用的教材為趙法鎖教授等編寫的“工程地質學”[11] ,主要參考書為李智毅教授編寫的“工程地質學概論”[9]、李雋蓬教授編寫的“土木工程地質”[12] 和胡紹祥教授編寫的“礦山地質學”[13],使用教材重點突出基礎地質、巖土及地質災害內容。但未包含礦山工程中常見的工程地質問題,缺少與本校安全工程相適應的知識結構,很難讓學生全面了解礦山工程地質的特點和問題。而“礦山地質學”則缺少與建筑安全相適應的知識構架。
2.2教學方法單一。目前,工程地質學的教學依然采用課堂講授輔以ppt演示的傳統方式。且ppt未經過合理的開發,造成一些具體講解的基本原理和公式的推導過程被忽略[14],教學效果不理想。
2.3教學模式落后。以往的工程地質學教學以“教師書本講解――學生接受學習”為主。缺少對實際問題的分析及不確定問題的探討;教學以教師為主體,忽略了學生的主體地位;缺少與學生的有效交流和溝通,學生的主觀能動性得不到發揮。
3.工程地質學課程改革
由于“工程地質學”課程對安全工程本科生的培養立足于掌握基礎地質、巖土工程性質及工程勘察的基礎知識,初步具備分析建筑工程、礦山工程實際地質問題的能力。因此,針對目前課程存在的問題,從課程結構、教學手段、教學模式三個方面提出了課程改革思路和措施。
3.1優化教學模塊,調整課程結構。將“工程地質學”課程內容分為基礎理論模塊和專業特色模塊?;A理論模塊包括基礎地質學、巖土工程性質、工程地質勘察三篇內容,重在強化理論基礎。專業特色模塊兼有建筑、礦山特色,其中建筑特色選取地基工程、邊坡工程及地下工程中與工程地質相關知識內容,重在面向建筑安全;礦山特色選取煤炭資源、煤礦工程與工程地質相關內容,重在面向礦山,培養學生初步分析實際問題的能力,各模塊的具體內容見表1。
表1 “工程地質學”課程模塊分配表
3.2豐富教學手段,夯實基礎知識?;A知識是進行生產和科研的基礎,考慮到工程地質學課程特點,傳統的單一教學方式講解不便,學生聽講積極性不高,教學效果不理想。圖文并茂的多媒體課件調動課堂情緒;典型案例分析提高學生學習主動性及自主分析實際問題的能力;引導式教學引導學生主動思考,思維發散;討論式教學讓學生進行思想碰撞,總結歸納;實驗教學提高學生的專業素質及科研思維。通過多種教學方法的結合達到夯實基礎知識,提升專業素質,提高科研思維的效果。
3.3 “課上思考學習、線上交流學習”教學模式充分發揮學生的“主體”地位,教師作為“客體”在教學課程中起到引導及監督作用。課堂上主要通過圖片、視頻等引出問題,學生分析基礎知識,引導學生學習思路,由學生自主思路完成基本知識的學習,實現“課上思考學習”。如在講解土的三相介質物質組成時,首先展示建筑傾倒照片,引出地基失穩工程地質問題,使學生帶著問題去思考,然后通過講解抽取地下水引起地面沉降引導學生去發現、理解土是由固相、液相、氣相組成的三相介質。
由于“課上思考學習”時間短、任務重,許多教學問題難以在課堂解決,而網絡即時通訊軟件可以使教師、學生互動交流且不受時間限制,為“線上交流學習”提供了條件。如2014年4月7日19時,云南省曲靖市麒麟區東山鎮下海子煤礦透水事故,媒體關注,通過qq群即時與同學們討論透水事故發生可能的水源、通道及影響因素,引導學生分析透水事故產生及預防措施,并實時跟蹤事故情況,通過即時實例來完成知識的學習。
關鍵詞:工程地質學;教學改革
中圖分類號:G451 文獻標識碼:A
1 引言
工程地質學為地質學的一個應用分支,研究的是人類工程活動與地質環境之間的相互制約關系。土木工程活動會改變地質環境,從而帶來相應的各種工程地質問題,只有對工程建設的地質條件進行深入研究分析,才能避免各類問題的產生,所以工程地質學這門課程在土木工程專業中是至關重要的,是土木工程專業的一門專業基礎課,為后續《土力學》、《基礎工程》、《道橋工程》、《地下工程》等課程打下基礎。
土木工程專業選用的《工程地質學》教材不同于地質專業教材,涵蓋內容廣泛,課時少,知識不夠細致深入是本課程的一個主要特點,課程知識實踐性較強,學生學習多停留的知識表面,不能由表及里,加之此課程在土木工程專業多為考查課,不能引起學生足夠重視,所以以往的教學手段方法不能滿足現行的課程設置,教學改革勢在必行。結合自己教學經驗談談教學中的一些改革方法,實現應用型人才的培養。
2教學中存在的問題
1)課程課時量不夠
我校工程地質學課程總學時為32學時,其中含2課時實驗室認識實習。筆者走訪了多個院校,土木工程專業的工程地質學課時量設置多為32學時,有些院校設置為24學時。對于地質學相關專業課時量設置多為64課時。土木專業的工程地質學主要內容包括地質學基本理論,巖石、巖體和土體的工程性質以及常見的不良地質現象及地質災害以及工程地質各類勘查方法,因此本課程內容繁雜,涉及面廣,抽象難解,學生想在課程上對知識融會貫通是比較困難的。
2)學生興趣不濃
土木工程專業的學生缺乏地質學方面的基礎知識背景,學生對于課程內容理解起來有難度,影響了學生學習的積極性。土木工程專業地質學相關課程只有一門工程地質學,沒有 《普通地質學》、《巖石學》、《構造地質學》、《水文地質學》等課程做基礎,更加增大了老師教授和學生學習的困難。
學生對于這門課程的重視度不夠。工程地質學多被定為考查課,學生多認為考查課不重要,學習中不能引起學生的重視,同時,在土木工程專業課程中,工程地質與其他專業課聯系不是很緊密,學生認識不到工程地質學的重要性,認為其在專業中的用途不大。
3)教學實踐環節薄弱。
工程地質學實踐應包括室內試驗和野外實習兩部分。通過筆者調查,土木工程專業的室內實驗,對于力學實驗,土工實驗大多高校都比較完善,而對于地質類實驗室大部分高校都不太健全。對于野外實踐,由于學校師資有限,實習基地不好確定,學生眾多不好管理,對于許多高校的土木工程專業工程地質實驗是非常欠缺甚至是不存在的。正是由于實踐教學的缺乏,導致學生學習只能看到知識的表象以及掌握一些基本概念,不能深入內容的實質,不能由表及里。
3 教學改革探討
1)教學內容改革
工程地質學課程內容多,涉及范圍廣,從兩方面進行調整:(1)適當增加課程量,學時不低于38課時,保證其教學質量。(2)精簡教學內容,根據工程地質課程的內容,結合土木工程專業相關知識之間的聯系,對課程內容進行刪減和補充。工程地質學內容劃分為三部分,第一部分是地質學基礎知識,主要講解地質作用、巖石、地質構造等知識,本專業學生對地質學基礎知識相對缺乏,因此,首先要向學生介紹工程地質學基礎知識,讓學生具備地質思維方式思考工程地質問題。第二部分為工程地質理論,主要講解巖土層工程地質性質及各種工程地質問題,這部分教學應以寬、泛為主,詳、探為輔。第三部分為工程地質勘查,針對專業側重點,著重講解相關地質勘察方法。
2)教學方法改革
(1)布置課外作業。
布置課外作業的方式我們并不陌生,但對于工程地質學這門課程作用尤為明顯??梢圆贾靡恍┱n本上找不著但又與教學內容相關的問題,那么學生帶著疑問就會利用圖書館、網絡或者實地參觀考察以及其他更有力的手段才能完成,培養了學生自己解決問題的能力。另外,還可以布置以分組形式完成的作業,每個組成員都有自己的任務,這樣帶著責任大家都會很積極,努力完成自己的部分。甚至組與組之間在完成作業的優劣方面形成競爭,加強了每個學生的團隊意識和危機意識。
(2)課堂考核。
對當堂課所學知識,隨機抽取幾位同學回答即時問題,雖然方法平常,但在一定程度上會使學生時刻保持“警惕”狀態,提高學習效率。或者是每次交作業后,在課堂上隨機抽取幾位同學在講堂上向大家講解自己的作業,雖然學生有怨言,但大多數同學認為收益頗豐。
(3)改變現代化的教學手段。
在教學過程中,積極采用多媒體技術使教學內容與表現形式呈現多樣化,加大了授課信息量,但也需要注意一些問題。多媒體教學不應只是文字、圖像、視頻的簡單羅列,而是在簡單的內容鋪墊之后快速進入正題,展示出所應該掌握的內容,然后利用一些有針對性的圖像、視頻文件加以輔助,即時抓住學生的思維和興趣,使他們在盡量短的時間內了解并掌握重點知識。因為學生在課堂上不可能每一刻都能全神貫注,如果所講內容過于枯燥,或者教學時間過長,學生在堅持認真聽課一段時間后未免會走神,所以多媒體教學中的內容安排順序要適當,能夠在短時間內吸引學生注意力,讓學生在聚精會神的時間段內完成知識的學習,從而大大提高課堂教學的效率和質量。
3)實踐教學改革
工程地質學是一門實踐性很強的課程,最終能夠達到學以致用,才是教學的最終目的。工程地質實踐教學應該積極開展室內試驗和野外實習。室內試驗主要包括室內礦物、巖石鑒定,即用肉眼鑒定主要造巖礦物的特征及鑒定方法,對三大類巖石的成分、結構、構造和產狀等方面進行鑒定。學生可以把課本上的知識和實物聯系起來,使思維方式立體化。以往礦物和巖石的認識通常是根據已知礦物或巖石來對其特征進行描述,可以通過給學生提供未知的標本,根據學生觀察其特征來確定其類別,從而提高了學生的思考和動手能力,加深知識的理解。如果條件允許還應積極開展野外地質實習,通過對自然界的地質結構、構造和工程結構的直接觀察和接觸,進一步理解和掌握本課程課堂教學所學理論知識。
4)考核方式改革
工程地質考核方式多樣化,摒棄以往閉卷考試的考核方式??梢宰寣W生提交讀書報告及小論文的形式,培養學生獨立學習獨立思考的能力。針對學生讀書報告內容進行答辯,一方面考察學生對這門課程知識的掌握程度,另一方面讓學生對自己的報告進行總結,享受收獲,彌補不足。工程地質學采取考查的考核方式,針對學生重視不夠,上課積極性不高,缺課請假等現象,在尊重學院教學考核規定的基礎上,最大限度地增大平時成績的考核分值,把平時成績的比重增加到40%,把學生“限制”在課堂上。
5結論
工程地質學作為一門專業基礎課,內容廣泛,教學存在難度。通過教學內容、教學方法等方面的改革增強學生的學習興趣,使學生認識到這門課程的重要性,讓學生在多樣化的考核方式中加強對知識的認知、理解和掌握,提高學生發現問題、解決問題的能力。
參考文獻:
許兆義.工程地質學基礎[M]中國鐵道出版社,2011
工程地質學是水利工程、土木工程、地質資源與地質工程等學科的一門較重要的專業基礎課。它是研究人類工程建設活動與自然地質環境相互作用和相互影響的一門地質科學,是以地學學科的理論為基礎,應用數學、力學的知識和工程學科的技術與方法,來解決與工程規劃、設計、施工和運營有關的地質問題[2]。由于工程地質學涉及內容多,概念廣,實踐性很強,且學生缺乏必要的實踐經驗和機會,因此,如何在有限的教學時間內合理安排教學環節,使學生既能牢固掌握工程地質學的基本概念及基本原理,又具備分析工程地質條件、解決工程地質問題的能力,是一個值得探討的問題。筆者結合近年來在工程地質學課程教學與實踐經驗,針對目前工程地質學課程教學中存在的問題,就如何提高水文與水資源工程專業工程地質學課程教學質量與教學效果進行探討。
一、煤炭院校水文與水資源工程專業工程地質學課程教學存在的問題
(一)課程內容多,授課學時少
根據國家高等教育對人才培養的要求,近些年來,多數院校在培養方案的制定上存在著向公共課傾斜的現象,這使得專業課學時被不斷壓縮。主要表現在課程學時少,尤其是實踐教學環節。過去動輒幾十學時乃至上百學時的課程,現在多為32~48學時。在多數煤炭院校中,水文與水資源工程專業開設有基礎地質學、礦物巖石學、構造地質學等課程,具有一定的地學背景。即便如此,工程地質學課程仍涉及工程巖土學、工程動力地質作用、巖土工程勘察等方面的內容,這使得該課程教學內容繁雜,教師上課難度增大。在此情況下,如不進行課程教學改革,教師就無法很好地完成相關內容的講授;同時學生對專業領域知識的學習也將停留在較淺的感性認知階段,不能理解機理性的問題,更不能深刻地認識該課程在國民經濟建設中的作用,這勢必對學生未來就業產生不利的影響。
(二)教學方法單調
工程地質學課程基本概念和基本原理較多,同時該課程又具有很強的實踐性,因此,單一的多媒體或板書授課模式很難調動學生的積極性。加之個別教師實踐經驗不足,存在照本宣科的現象;而個別教師授課又完全脫離指定教材,這些都容易使學生產生厭學心理。此外,課程中涉及的一些教學內容,諸如崩塌、滑坡等災害的形成機理及演化過程等比較抽象,單純在PPT中以圖片形式展示,不能很好地呈現,學生缺少感性的認識,這在一定程度上挫傷了學生學習的積極性和主動性。
(三)實踐環節薄弱
近些年來,隨著高校的不斷擴張,教學資源的投入問題已經成為高校普遍面臨的問題。具體到實踐教學環節,主要體現兩個方面:一方面野外實踐場地或基地功能缺失,滿足不了野外實踐教學的需求;另一方面學生人數與設備臺套數不成比例,同時也存在部分試驗儀器無場地安放的尷尬局面,導致部分試驗無法開出,學生動手能力得不到培養。此外,還存在實驗教學方式和時間不靈活等問題。目前多數院校的室內實驗都是教師準備好試驗后,學生在制定的條件下按照實驗指導書進行,學生真正思考的較少,部分學生既不動腦也不動手,而是依靠同組其他同學來完成實驗,這不利于學生實踐能力的培養,容易導致學生實踐能力不足或喪失。
(四)考核方式單一
考核成績比例分配不合理,多數院校該課程考核成績都是由期末考試成績(約占70%~80%)和平時成績(占20%~30%)組成,而平時成績又多以上課出勤率、課外作業以及實踐環節表現等形式存在,其中上課出勤率占主導地位。這樣難免會存在一些學生到課不聽課,考前突擊且考分很高的現象。此外,考核的內容也不夠全面,多側重于理論知識,往往忽視學生動手能力的考核,最終導致校內所學知識與實際工作脫節,不利于綜合人才的培養。
二、課程教學改革探索
針對當前教學過程中存在的問題,結合近年來的教學和實踐經驗,提出從教學內容、教學手段和教學環節等幾方面對課程教學進行改革。
(一)合理優化教學內容,改專業通識教學為行業特色教學
在教學內容的選擇上,要突出院校的特色優勢。針對煤炭院校水文與水資源工程專業具有地學背景這一特點,工程地質學課程教學可主要講解三部分的內容,即巖土體工程地質性質研究、工程動力地質作用研究以及工程地質勘察等。巖土體工程地質性質研究是該課程的基礎,該部分主要講授土的物質組成、物理力學性質以及巖土體的工程地質特性;工程動力地質作用研究是該課程的核心內容,講授學時應占總學時的一半以上。該部分主要講授活斷層和地震、斜坡、巖溶、泥石流及地下硐室的工程地質研究;工程地質勘察部分主要講授工程地質測繪、勘探、試驗以及長期觀測等幾種工程地質勘察方法。課程教學要確保在有限的學時內突出重點,同時也要注意前后所學課程內容上的銜接,避免重復。
(二)豐富教學方法和手段,改單一的滿堂灌為交互式教學
工程地質學具有較強的實踐性,其教學目標是要培養學生對于工程地質現象的認識、判斷能力和工程地質問題的分析、處理能力,這需要在傳統教學模式的基礎上,緊扣學科的發展前沿和熱點問題,豐富教學方法和手段,靈活組織課堂教學。
傳統課堂教學方式使學生獲取的知識較多地局限在抽象的經驗上,而現代化的教學手段不僅可以使學生獲取抽象的理論知識,還可以提供豐富的觀察經驗,在一定程度上將理論與實踐相結合,因此要充分利用現代化的教學手段。如在講授滑坡、泥石流等內容時可采用flash動畫或影像資料展示災害的形成過程、危害以及其防治措施;在講授地震的工程地質研究內容時可結合典型的地震(512汶川大地震),講解地震發生的機理及預警預防措施;在講解地下硐室位置的工程地質論證時,可借助物理模型來分析地形、地質構造、巖性特征等對硐室位置的影響等等。這些方法和手段的引入不僅可增強教學的直觀性、主動性,同時也可節省一定的時間,擴大課堂教學的信息量,提高教學效果。
鑒于該課程內容多,課時少,可采取學生自學、教師課堂講解和課外輔導答疑相結合的教學方法,以鍛煉學生的自學能力。還可就工程地質學領域的熱點問題,設置課堂辯論。通過教師布置論題學生收集資料學生課堂辯論教師講解剖析的教學過程,改過去教學單行道(教師到學生)為雙行道(教師到學生,學生到教師),引導學生分析問題和解決問題。例如,針對近期發生的崩塌、滑坡、泥石流等地質災害,可設置地質災害的主要誘因?人類活動or自然條件的論題,讓學生通過查閱與崩塌、滑坡、泥石流等災害相關的資料,展開討論與辯論,從而達到牢固掌握崩塌、滑坡、泥石流等相關知識的目的。此外,還可增加一些工程實例課,讓學生嘗試用所學知識去解決實際問題。例如利用最新發生的地震、滑坡及泥石流等地質災害的工程實例,探討這些災害的發生機理及防治措施,從而鍛煉學生發現問題和分析問題的能力。
(三)加強實踐環節教學,改被動式接受為主動式探索
在實施實踐教學活動時,要強調以學生為主體,培養學生的動手能力,充分發揮實驗教師的引導作用。在進行實驗之前,指導教師可提出實驗要求及注意事項,并給出參考意見,讓學生自行設計實驗方案,將原來的驗證性實驗改為設計性實驗。盡量創造條件讓學生開拓思維,發揮想象力和創造力,激發學生學習的主動性和積極性,提高洞察力,培養嚴肅認真和實事求是的工作作風,提高學生的綜合素質。
野外實踐應有效地將理論與實際相結合。因此,在進行野外實踐教學時地點應盡可能選擇工程地質現象豐富的地方。對河南理工大學而言,可在市區北部的縫山針公園進行為期半天的實踐教學活動。結合園區內原有采石場開挖形成的人工邊坡講解邊坡的應力分布狀態及變化特征,邊坡變形破壞類型及穩定性的影響因素,同時還可結合該園區的生態恢復治理工程講解邊坡變形破壞的防治原則和措施。此外,可結合水文與水資源工程專業學生未來就業意愿和方向,在畢業設計(論文)環節安排一些與工程地質有關的實踐內容,例如巖土工程勘察設計或巖土工程分析與評價、邊坡穩定性分析與評價以及煤矸石堆積體穩定性分析等。在畢業設計(論文)過程中要充分發揮學生的主觀能動性,讓學生多動手、多動腦,多方位培養學生獲取知識的能力和創新能力。
(四)完善考核內容與方式,改重視理論考核為突出實踐性考核
改變考核成績的比例組成,將平時考核成績的比例提高10%~20%,弱化到課率在平時成績中的主導地位,突出學生實踐環節的綜合表現。同時加大課堂表現方面的考核力度,就重點內容的一些問題進行課堂提問,積極主動回答問題者每次加2分,答對的再加3分,這在一定程度上能促進學生思考問題的積極性,也有利于教與學之間的互動。在考核內容上要增加一些綜合能力的考核,不僅要考核理論知識,還要設置一些案例分析題,考核學生運用所學理論知識解決實際問題的能力,使學生綜合素質得到提高。
關鍵詞:工程地質;周口店實習站;教學方法;野外教學
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)15-0251-02
一、引言
周口店野外實踐教學區位于太行山山脈北段與華北平原的臨接處,大地構造單元隸屬于華北陸塊燕山板內(陸內)構造帶教學區內諸多的地質遺跡難易適中,加之區位優勢和便利的交通條件,使周口店野外實踐教學站成為享譽國內教育界的野外實踐教學場所。
周口店地質學基礎野外教學實習是我校地質工程專業(工程地質方向)本科生一門重要的實踐課程,教學效果對本專業人才培養質量有著較大的影響,因此本文針對我校地質工程專業(工程地質方向)培養要求和專業特點,結合前人研究的基礎上,就教學內容以及教學方法進行探討。
二、教學內容探討
周口店地質學基礎野外教學實習由簡到繁、循序漸進,共劃分為:路線地質教學階段、獨立綜合填圖實踐和地質(實習)報告編寫三個階段。
我校地質工程專業(工程地質方向)周口店野外教學為期四周,學生系統地掌握常規的地質調查方法和基本技能,包括:(1)地層的野外觀察和描述;(2)羅盤和地形圖使用;(3)地層實測剖面;(4)獨立地質填圖;(5)野外教學實習報告編寫等五個內容。
地質工程專業(工程地質方向)周口店教學除按照地質學基礎野外教學任務和要求外,考慮到專業特點以及后續教學內容的銜接,筆者認為還需要注意如下方面:
1.注重圖件繪制能力訓練。周口店野外教學實習圖件編制包括地質素描圖、信手剖面圖、實測剖面圖、地層綜合柱狀圖、綜合材料圖、地質平面圖以及構造綱要圖。根據筆者周口店教學經驗,要加強學生圖件的編制能力,首先要強化地質素描以及信手剖面圖的繪制訓練。地質素描的技巧以及步驟詳見《野外地質素描》,在此只針對筆者在教學實踐中總結出幾點注意事項供參考:(1)地質素描是對地質現象的形態特征和規律采用線條為主要表現形式予以表達,故素描之前,首先需要認真觀察、看懂地質現象,然后才能畫出正確的素描。如八角寨埡口附近的石香腸構造素描,除了石香腸特征(形成原因)外,還需要表現出剪切構造的性質、運動方向以及與石香腸構造的先后順序等要點。(2)圖形比例以及關鍵點或者地質現象在圖中的位置。如孤山口火車站復雜褶皺構造素描中可以教會學生根據電線桿長度和間距估算出剖面高和長,然后根據野簿尺寸確定整數比例尺。地質點或現象的定位,首先確定典型的地形地物(擋墻、電線桿)或顯著的構造點位置,再確定其他構造點或者要素的相對位置,從而避免素描失真。(3)先后順序。如進行褶皺類素描時應首先畫兩翼,然后填充地層巖性,這樣可以避免褶皺形態失真;對于斷層則先確定斷層面的位置和產狀,然后再繪兩盤地層巖性。為了表現出不同構造期次,則應遵循由新到老的順序。
信手剖面圖最大的問題是比例失調(地形失真)、巖層產狀不正確以及巖性組合錯誤等三個問題。
比例失調一般出現在手繪地形起伏較大的剖面,可目估剖面起始距離或者從地形圖上讀取以確定剖面長度,再根據野簿尺寸確定橫向比例尺。縱向比例尺則依據地形圖讀取高差或者根據樹木、電線桿等估算山頂與谷底高差來確定縱向比例尺。坡面線則可采用羅盤測量出俯角或仰角,然后基于山頂與坡角的高差和縱向比例尺確定坡面的基準線,然后根據實際坡面起伏修正。
巖層產狀主要為巖層傾向線畫反以及傾角過陡。教學時可以告訴學生巖層傾向與剖面方向夾角小于90°則巖層傾向線向剖面方向傾斜,當二者夾角大于90°時則巖層傾向線向剖面方向相反的方向傾斜。視傾角小于或等于真傾角,故信手剖面上的巖層傾角要小于真傾角,具體數值可查閱野簿后面的附錄表。
巖性組合畫錯的主要原因是學生并沒有養成“邊走邊觀察記錄,邊延伸剖面圖”的習慣,加之天氣炎熱,繪圖功底不扎實,很多學生憑印象畫,甚至有的相互抄襲,以訛傳訛。故教師在路線教學時,一定要嚴格督促學生訓練其信手剖面功能。
2.強化獨立地質填圖訓練。獨立地質填圖是學生掌握常規的地質調查方法和基本技能的必由途徑,也是周口店野外教學成果的有效檢驗手段之一。
根據近六年的教學效果看,學生基本掌握了褶皺區的地質填圖,而且對不同世代的褶皺構造分析具有一定的能力,取得了良好的教學效果。但需要注意的是,部分學生對于大型斷層的確定以及填圖還存在困惑。對于此,筆者建議地質工程專業(工程地質方向)填圖區調正為東區和西區,填圖時間延長至8天,不僅使學生的地質野外功底加強,而且也后利于后續的《工程地質學基礎》和《工程地質勘察》課程的學習。
3.適當突出工程地質專業特色。周口店實習區擁有豐富的野外地質教學資源,部分路線同樣可以作為后續的《工程地質學基礎》課程教學的有益補充,如:
“房山西斷裂觀察”教學路線可以適當補充活斷層、地震以及區域穩定方面的基礎知識。地震區選址問題可以在“八角寨―拴馬莊橋頭”地層路線中的洪水莊組(Pt2h)韌性剪切(鞘褶皺)中結合“中性三角區”予以介紹。
構造地質學在工程地質中的應用在工程地質中,把地質體內的各種構造變形,如褶皺、斷層、節理、劈理,還有其他各種面狀和線狀構造,稱之為結構面,其基本特征、相互關系及現代活動性決定了該區域內的區域穩定性、巖(土)體穩定性及地下水滲流條件等,所以,地質構造控制著工程地質環境和工程地質條件。因此,構造地質學在地基穩定性、斜坡穩定性、地下洞室穩定性、區域穩定性等工程地質問題和滑坡、礦井突水、水庫滲漏、地裂縫等地質災害問題中都有著極其重要的應用。下面著重從區域地殼穩定性、大型工程場地選址、斜坡穩定性評價、地下洞室穩定性等方面,闡述構造地質學在工程地質中的具體應用。
在區域地殼穩定性評價中的應用近年來,根據現代構造地質學研究中的大陸動力學理論和巖石斷裂力學理論,一些學者提出了區域穩定性動力學理論。區域穩定性動力學理論在區域穩定性評價過程中,能夠使大陸地殼動力學過程、構造和地震活動性與巖土體的工程地質條件得到有機統一,最終實現大到區域地殼、小到場地地基的穩定性合理評價。區域深層地殼的穩定性決定于地殼深部的變異層帶的性質特征,按結構和流變性特征,大陸巖石圈分為四套動力學子系統[1]。第一套動力學子系統是在上地幔頂部流變層。上地幔頂部的軟流圈和低速高導層之間夾著較硬的層位,在全球構造應力的作用下,軟層通過流動作用使硬層發生變形,在這個過程中能產生熱效應和力學效應,從而引發地殼各圈層間的拆離、剪切、增溫、加厚或減薄,從而導致巖漿作用和構造作用的發生。第二套動力學子系統是在殼幔過渡流變層。地殼和地幔沿該殼幔過渡流變帶容易發生較大尺度的水平位移,從而造成大規模的造山帶擠壓碰撞和逆沖疊覆及裂陷區的地殼減薄伸展。第三套動力學子系統在地殼軟弱層。大陸地殼按流變性、能干性、持力性等可以分為軟弱層和持力層兩大類,其中軟弱層自上而下還可以分為沉積蓋層與淺變質層間的拆離面、上地殼淺變質巖層與深變質基底間的拆離面、上地殼10km處的低速高導層、中地殼25~30km處的低速高導層等。這些軟弱層面構成了地殼內大尺度的水平滑脫層,常常作為造山帶的逆沖推覆、伸展垮塌、拆沉作用、變質核雜巖的拆離出露邊界,在拉張區中,也常常作為伸展成盆地遷移和滑動邊界。第四套動力學子系統在地殼持力層。地殼持力層在橫向上多被斷裂所切割,其與軟弱層交界處形成脆韌性過渡帶,該過渡帶地震易發;而孕震條件及機理決定于持力層與軟弱層之間形成的動力學作用耦合關系和活動協調性。
在大型工程場地選址中的應用大型工程場地一般都位于造山帶、盆地構造、盆嶺構造這三類構造區帶上,它們是由于近地表上地殼的擠壓推覆、擴張伸展和剪切走滑的構造變形作用所形成的[2]。造山帶一般都作為重大能源工程場地選址區域,資源開發、災害防治和環境保護等工程的進行決定于造山帶的結構、演化和動力學特征。根據造山帶的形成機制,其可以分為逆沖推覆型、伸展型和走滑型三大類。其中,逆沖推覆構造中形成的前鋒帶、沖起塊體和飛來峰等構造,它們的變形最強烈,形成的斷裂最密集,節理最發育,巖體最破碎;伸展構造的滑覆體前緣和滑來峰的穩定性較差。在進行工程選址時,應盡量避開這些構造不穩定地區。盆地是人類主要聚居區,故其選址更為的重要,在一些大型水利工程或者地震災后重建的居民選址工作中,比如三峽移民工程、汶川大地震中災后重建工程、以及舟曲重大泥石流災后的重建工程等等,需要特別注意盆地中的不穩定區域、隱伏的活動性斷裂等。按成因可將盆地分為壓陷盆地、走滑盆地、伸展盆地。其中壓陷盆地較為穩定,除了鄰近造山帶一側活動性較強;受地殼剪切走滑的影響,走滑盆地活動性較強,一般較不穩定;伸展盆地由于盆地中心地殼減薄、淺層破裂較發育,而盆地邊緣則受邊界活斷層的影響大,所以伸展盆地的中心和邊緣穩定性最差。還有,盆地的上下不一致常常導致其轉換處發生地震;盆地內部的隱伏斷裂常常導致地表發生地裂縫,直接威脅工程建筑的安全穩定,比如大同地裂縫的形成,是由于新生代以來,同盆地受來自青藏高原和太平洋方向的側向擠壓,而導致右旋剪切拉張以及地幔上隆,區內地殼減薄,基底地殼斷裂發展到上地幔,再伴隨著斷陷作用而發生地震和地裂縫。盆嶺構造是大陸淺層構造中的重要類型,其由正斷層形成地塹、地壘、掀斜和犁式斷層等組成,其中隆起區為穩定區,沉降區為非穩定區。
在斜坡穩定性評價中的應用我國是個多山區的國家,每年都會因為斜坡地質災害的發生而造成人員的傷亡和財產的損失,因此,做好災前的斜坡穩定性評價十分的必要?;隆⒈浪?、泥石流等是斜坡地質災害中最常見的三種,它們發生的主要因素都是來自自然方面的地形地貌、地質構造、地層巖性、巖土體結構特性、新構造活動及地下水條件等。其中,地質構造控制著中國山體的總體格局,新構造活動的強弱反映該地區地殼的穩定性,而地貌與構造共同控制著滑坡、崩塌、泥石流災害的發育程度。所以,滑坡、崩塌、泥石流的形成與斷裂構造之間有著密切的關系,斷裂的性質、破碎帶寬度、節理裂隙的發育程度及其組合特征等都是影響斜坡地質災害的重要因素。在工程地質學中,通常根據巖體的結構面發育類型及程度將其分成Ⅰ~Ⅴ5個等級,不同等級的結構面的性質與組合形式不同,以此來判斷巖土體的穩定性與變形破壞方式,從而進行斜坡的穩定性評價。工程地質學中的結構面就是構造地質中的構造結構面,指巖體中具有一定方向、力學強度相對較低、兩向延伸的地質界面(或地質帶),例如巖層層面、節理、軟弱夾層以及各種成因的斷裂、裂隙等,反映了在長期內外動力作用下的地質構造現象?;碌男纬膳c發展受地質構造的影響表現為兩個方面:第一,滑坡往往沿斷裂破碎帶成群成帶的分布形成;第二,滑動面的空間展布及滑坡的范圍受到巖層面、斷層面、節理面、片理面及不整合面等各種軟弱結構面控制。因此,在斜坡穩定性評價中,必須先根據結構面確定滑動面的總體形態和空間展布,從而確定其規模,以此來采取相應的預防措施。地質構造對崩塌的控制作用也表現在兩個方面:第一是斷裂構造對崩塌的控制作用。具體表現在,當陡峭的斜坡走向與區域性斷裂平行或大致平行時,沿該斜坡發生的崩塌一般較多;而大型崩塌往往發生在幾組斷裂交匯的峽谷區;在斷層密集分布區,巖層較破碎,坡度較陡的時候,斜坡常發生崩塌或落石。第二,褶皺構造對崩塌的控制作用。褶皺核部巖層變形強烈,大量垂直層面的張節理在核部形成,而且在多次構造作用和風化作用的不斷影響下,破碎巖體往往產生一定的位移,從而形成潛在崩塌巖體,當褶皺軸向與坡面方向垂直時,斜坡一般多產生落石和小型的崩塌;當褶皺軸向與坡面平行時,在高陡邊坡上就容易產生規模較大的崩塌。由于構造作用形成的高差大、高坡度及大面積的流域溝谷等地形地貌,新構造運動下形成的巖體變形與構造結構面,為泥石流的發生創造了必要條件。因此,可以從構造角度分析泥石流的產生條件,提前做好預防措施,可以達到杜絕災害發生或者減少災害損失的目的。#p#分頁標題#e#
關鍵詞:土木工程地質;課程教學;教學方法;教研改革
隨著國家對新疆“一帶一路”核心圈經濟建設的大力投入,大量基礎建設中需要具備較強工程地質專業背景的復合型人才。新疆大學作為邊疆重點高校之一,正著力培養服務于西部開發與“一帶一路”工程建設需要的綜合性技術人才。通過工程地質課程的學習,學生了解實際工程建設中可能遇到的工程地質問題及其對工程本身的影響,依據所學知識能正確防治各類地質災害,以保證工程建筑物的安全、經濟和穩定。因此本課程對土木工程專業來講是非常重要的一門專業基礎課。
一、課程教學中存在的不足
1.前導課程設置不合理。工程地質學作為地質學的一門分支課程,其前導課程為“地質學基礎”“水文地質學基礎”“土力學”“巖體力學”等課程。根據新疆大學建筑工程學院土木專業最新培養計劃,工程地質被安排大一下學期進行,因此會導致學生無法有效地理解和掌握一些工程地質術語的概念,導致學習效果不理想。在實際教學中,針對巖土體物理力學參數方面,學生在沒有“巖體力學”“土力學”課程學習的前提下,不能較好地理解參數的具體含義及用途。此外,在滑坡穩定性計算案例中,學生不僅需要掌握巖土體物理力學的具體含義,還要具備一定的編程能力(包括Excel、C語言等)用于滑坡穩定性計算公式的編寫,因此前導課程的不合理安排,導致許多教學任務無法順利開展,這勢必會影響學生專業知識掌握的熟練度。2.課程學時少、內容多。隨著高校學分制的推行,筆者所在學院“土木工程地質”課時已縮短至28學時。為在有限的教學時間內完成教學任務,教師需要對教學內容做出一定調整與壓縮,從而導致學生理論學習偏少,影響了課程教學質量。課程學時的壓縮主,最直接的影響是案例的教學環節,學生理論知識需要借助于實際工程案例講解才能較好地消化,如巖石礦物教學環節,必須讓學生親眼看見巖石、親手感觸到礦物才能印象深刻。此外,各類地質災害也需要用到大量的工程案例來支撐講解,學生往往對實際工程案例更加感興趣。通過實際案例,學生不僅能更快掌握理論知識,也能更加今后工程實踐中的工程地質問題。3.工程地質理論教學環節薄弱。目前的土木工程地質教學大綱主要側重于地質基礎知識的講解,如巖石礦物、地層地質構造等,而具體的工程地質理論占總教學學時比例較少,如地下工程地質問題、邊坡工程地質問題等。這勢必會導致學生對工程地質的認識僅停留在基礎地質方面,對今后工程實踐可能遇到的邊坡穩定、圍巖穩定等問題缺乏足夠的認識與重視。光靠地質基礎知識根本無法解決實際工程中的各類工程地質問題。地質基礎知識的學習是為了更好地掌握工程地質理論,但僅側重地質基礎知識的學習而忽視工程地質理論的學習,就無法凸顯工程地質學學習的意義,學生今后無法從容應對工程實踐中突發的工程地質現象與問題。4.實踐教學環節沒形成完整教學體系。工程地質是一門緊密聯系實際工程的課程,需要學生在理論學習的基礎上通過實踐教學環節加以消化理解。然而,目前筆者所在學院土木工程地質實踐環節尚無固定的實習路線,沒有專業的實習指導書,因此實踐教學效果較差,學生無法將課本所學理論知識聯系實際,導致今后在實際工程中遇到工程地質問題無法快速識別與解決。實踐教學環節預期效果不夠理想主要表現在三方面:一是地質基礎技能的掌握,如野外巖石識別、羅盤使用等;二是工程地質勘查實踐能力,如滑坡、泥石流野外勘察能力;三是實習時間較短、路線長,許多學生難以掌握教學內容,實習報告編寫質量堪憂。筆者針對所在學院土木專業的“土木工程地質”課程教學實踐環節中存在的諸多問題進行分析總結,學校要解決這些不足,就必須采取一些行之有效的教學改革手段進行嘗試探討。
二、課程教學模式改革建議
為提高工程地質課程教學效果,讓學生更深刻掌握課程知識,根據筆者所在學院“土木工程地質”教學現狀,本文提出如下建議。1.優化培養計劃課程編排。學校將“工程地質”課程安排在大二下學期進行,在學生學習完“土力學”“巖體力學”“計算機基礎”等前導課程后學習“工程地質”課程。教師利用學生已學知識,課堂上引導學生自己探索巖土體各物理力學參數對圍巖、邊坡(滑坡)的穩定性影響規律,鼓勵學生通過EXCEL或者C語言編程滑坡、崩塌體等地質災害穩定性計算程序。2.突出教學重點。在無法增加課時量的情況下,教師需要把主要教學內容放在重點章節上。工程地質課程的主要任務是讓學生了解工程建設中可能出現的各類工程地質現象和問題,分析各類工程地質問題對工程建設的影響,能提出相應的防治措施。因此在教學環節中,教師應重點講解各類工程地質現象與問題的成因、影響因素、誘發機制、穩定性評價等,使學生能將所學知識能直接應用于實際工程建設中。針對部分地質基礎知識,教師可適當減少教學內容,學生掌握其基本概念即可。3.加強地域特色案例教學。新疆位于我國西北邊陲,處于亞歐中心,是我國陸地面積最大的省份。新疆地形地貌多元化特征明顯,既有沙漠、隔壁、荒山,也有草甸、森林、河流。教師以新疆常發地質災害類型重點分析,不僅能提高學生學習興趣,也能為學生日后快速融入本地生產項目提供基礎。裴向軍通過對天山區公路邊坡地質災害發育特征的收集整理得出,新疆地區地質災害類型主要表現為凍土、巖體凍融風化破壞、泥石流、水毀、雪害、凍害。因此,教師應在今后的工程地質教學與實踐環節中,突出上述地質災害類型的講解,盡可能地在實踐教學環節中加入上述案例現場教學。4.重視實踐教學環節。新疆地貌特征雖然豐富,但由于幅員遼闊,不同地質現象相距甚遠,因此導致學生的實習路線較長,學生在有限的實習時間內很難完成實習內容。因此,學校需要盡量選擇地質現象特征明顯、地質現象豐富的地區作為固定實習基地,安排專業教師提前踩點優化實習路線與實習日程安排,并制定完善好實習指導書。5.重視工程地質實習報告編寫。學生工程地質專業知識掌握好壞的程度主要體現在工程地質實習報告中,通過實習報告,教師可知道學生是否掌握工程地質相關基本概念、羅盤使用是否正確、工程地質專業術語表述是否準確和恰當。因此,實習環節中教師需要認真指導學生識別地質現象、正確使用地質羅盤,使學生掌握野外記錄薄的記錄要求和地質素描技巧。教師要每天檢查學生野外記錄本內容,及時發現實習教學環節中的不足加以改進。實習后期,教師要加強學生實習報告編寫指導,實習報告要圖文并茂,地質現象描述準確。
三、結論
“工程地質”課程教學內容需要綜合課程理論知識與工程實踐,其教學內容多、涉及面廣。教師要想在有限的課時內完成教學目標,需要在優化課程教學安排基礎上突出教學重點,結合新疆地域特色,重點引入本地常見地質災害案例,使學生快速消化理論知識。此外,教師需要重視教學環節,加強學生野外地質基本功練習,使學生更加快速牢固地掌握工程地質理論知識,達到培養復合型人才的要求。
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工程地質實踐教學
工程地質實習是工程地質專業本科教學中十分重要的教學環節,是該專業4年教學中必不可少的實習。是學生在學完土質土力學、巖體力學、工程地質學基礎、工程地質勘察等課程理論知識的基礎上,按工程地質選址勘察、初步勘察階段的技術要求,通過對工程地質條件的野外實地考察、測繪和有關勘察手段使用的現場參觀和實踐,使學生獲得工程地質實踐的感性知識并鞏固和深化理論,促進理論與實際相結合,為今后從事工程地質選址勘察或勘察工作打下初步基礎。
1.實習內容和要求。巖石、土的肉眼鑒定,地層剖面觀察;褶皺和斷裂構造的基本判識;巖體結構面類型、結構體形狀識別,野外鑒別和判識不同巖體結構類型,巖體結構面測繪統計;土體結構類型識別;地下水類型及水文地質條件的了解;各種環境地質及不良地質現象(滑坡、溶洞、坍塌等)野外識別、調查、測繪,成因和對場地穩定性影響初步分析和評價;以掌握工程地質測繪工作方法為主,并參觀了解靜力觸探、標貫、鉆探編錄和取樣等工程地質勘探手段;在了解杭州市區區域地層、構造等基礎上,以浙江大學附近區為主,通過工程地質測繪,資料收集,編制工程地質剖面圖、平面圖和選址勘察文字報告。
2.實習教學。實習分為四條路線,路線一為大橋地層剖面路線,六和塔錢塘江大橋北鐵路線八卦田玉皇山;路線二為錢塘江岸—南高峰不良地質現象調查路線;路線三為浙大—青芝塢—靈峰—玉皇山—玉泉;路線四為浙大—黃龍洞—蝙蝠洞。實習內容為系統識別杭州地區地層巖性及其分界標志層;進行巖性描述,對出露巖石的顏色、成分、結構、構造、化石和風化程度等進行觀察和描述,掌握觀察方法和描述要點并采集巖樣標本;巖體結構類型野外判別方法;滑坡識別、形態測繪等;洞穴調查、測繪;落水洞、巖溶塌陷調查;巖體節理裂隙統計;判識地貌單元及確定分區界線等內容。
工程地質實踐教學方法探討
工程地質學是一門實踐性很強的科學,很多的工程地質現象,僅通過書本上的概念、理論而不配合一定的實習,是收不到良好的教學效果的。正如俗話所說“實踐出真知”,充分說明了實驗實習教學的重要性。通過實習可以驗證、鞏固和學習與實驗有關的理論知識,加深對學科知識的理解,培養學生符合辯證唯物主義的、實事求是的科學思維和嚴謹的工作作風,激發和培養學生的創造能力。
1.激發學生對工程地質的興趣。杭州作為實習基地本身對學生即是很大的吸引力。在實習過程中循循誘導學生對工程地質專業的熱愛。啟發式教學具有多種功能,通過啟發教學,能激勵學生的興趣和探索精神,調動學生的主動性和積極性,從而使學生切實地掌握知識和技能,促進學生智力因素、非智力因素以及思想品德的形成和發展。每一條實習路線,都要在實習前布置好任務;每爬一座山,都要每位同學抱著征服高山的勇氣,去翻越它,研究它,并對工程地質現象了然于心。對率先完成任務的小組要給予獎勵。在山上野餐時,表演節目活躍氣氛。激發同學的實習熱情。在實習過程中,老師應該對實習地的風土人情、歷史地理有所了解,把地質現象與人文知識、風俗習慣、經濟發展聯系起來。比如某些特殊地形地貌在古代兵家戰爭中起過什么作用;一個地區的地層與該地的聞名土特產有什么關系;某些因地質作用形成的湖光山色在當地有哪些民間傳說,在旅游業中起到什么作用等。這些都會增強學生對大自然的興趣,從而也增強對工程地質的興趣。