淺談隧道工程課程教學方法改革

劉禮標

摘 要：隧道工程是隧道及巖土工程方向專業(yè)最重要的專業(yè)課程之一，為保證隧道工程課程的教學建設及人才培養(yǎng)能適應新形勢，改變傳統的教學方式以提高教學質量和增強學生學習效果是非常必要的。教學過程中分別就如何提高學生興趣、學生獨立思考能力和解決實際工程問題的能力等方面進行改革，采用的具體措施包括：認知實習、工程實踐活動、分組討論、專題講座和獨立課程設計等手段。通過隧道工程的教學改革，最終旨在培養(yǎng)一批具備一定科研能力和實驗實踐技能的隧道工程建設方面的高級工程技術人才。

關鍵詞：隧道工程 教學改革 專題講座

1.前言

隨著我國交通建設的大力發(fā)展和科學技術的快速發(fā)展，鐵路、公路、城市地鐵及城市建設等領域產生了大量的隧洞與地下工程，因此隧洞與地下工程的穩(wěn)定分析得到了完善和發(fā)展，同時也帶來了大量的問題及經驗教訓。急要解決隧道工程中遇到的問題，需要一批具有理論扎實、實踐結合和一定科研能力的隧道工程專業(yè)技術人才，這對目前高等院校隧道工程專業(yè)教學提出更嚴格要求，因此為保證隧道工程課程的教學建設及人才培養(yǎng)能適應新形勢，突出工程背景，教學模式亟待改革。

該課程需要先修課程巖石力學、材料力學、結構力學、彈性力學和工程地質學等基礎課程后才能開課，因此課程一般在第七學期開設，而此時學生面臨雙選會和考研復習等事情，往往出勤率較低和聽課積極性不高，導致學習效果較差，因此改變傳統的教學方式以提高教學質量和增強學生學習效果是非常必要的。

2.教學方法新思路

2.1投石問路——吸引學生興趣

該課程由于在大四開設，學生面臨的工作和考研等壓力，如何積極主動調動學生學習興趣。以往專業(yè)課學習前，學生對課程的主要內容結構及其應用前景不夠了解，容易導致學習上的盲目性，因此第一次上課就展示隧道的效果圖，給予學生啟發(fā)，提出如何能穩(wěn)定的在山體中修建隧道，如何與周圍景觀協調等。

2.2啟發(fā)學生思考能力

首先，應該選取一本內容全面、充實，符合現行國家標準規(guī)范的教材；其次，在教授過程中一定要讓學生了解隧道設計、施工等方法的真正原因，進行原因分析，不能讓學生只是為了考試而學習；最后，在課堂教學過程中經常提出問題，培養(yǎng)學生的積極性和啟發(fā)學生的思維，如：

深埋隧道圍巖豎向壓力計算公式：

q = 0.45×2s-1×γω 式（2.1）

式中：S—圍巖級別，如屬II級，則S=2；

γ—圍巖容重， （kN/m3）；

ω=1+ i（B-5） — 寬度影響系數；

B — 隧道寬度，（m）；

i —以B=5m為基準，B每增減1m時的圍巖壓力增減率。當B<5m，取i=0.2；當B > 5m，取i=0.1。

由式（2.1）可知，隧道圍巖越好，圍巖豎向壓力越小。然而一般情況，圍巖越好，密度越大，而式（2.1）表示圍巖壓力和密度成正比，分析其原因？

通過一系列提問，啟發(fā)學生的思考能力和查閱文獻能力，吸引學生的興趣，達到教學的效果。

2.3 加強實驗、實踐性教學

在隧道工程專業(yè)學生新生入學第一年期間，組織學生進行實地工程的認識實習，讓學生對隧道工程有個整體了解。在教學過程中，聯絡相關施工單位組織學生參觀施工現場和認識實習，并獨立提交較高水平的認識報告，是目前隧道工程教學與實踐緊密結合的主要途徑。由于隧道施工方法較多，如全斷面法、臺階法、雙側壁導坑法和中隔壁法等，為了讓學生了解各種方法的優(yōu)點的及其開挖步驟，制作不同施工方法的模型圖。

2.4 引入數值計算可視化教學

影響隧道工程的穩(wěn)定性因素較多，也是確保隧道在施工和運營過程中安全的主要因素。要讓學生充分理解不同施工方法、埋深、圍巖級別下隧道穩(wěn)定性，僅靠教師口頭講授和課本知識難以讓學生掌握到隧道破壞機理。因此，采用數值計算方法能夠很好的演示隧道破壞的過程，可以讓學生更加清晰的了解隧道動態(tài)破壞過程。教學過程中，結合數值模擬方法，不僅簡單易懂、適用性強、經濟性、可操作性和可重復性，而且能彌補實驗的不足和觀察到更多的信息。

2.5 定期開展專題討論及專題講座

在教學過程中，要積極培養(yǎng)學生的思考能力和解決實際工程問題的能力，可以依據目前研究的熱點和難點開展一些專題分組討論和專題講座，如隧道抗震設計、防排水技術、災害事故等專題。同時聘請施工一線人員、專家或高校教授等為學生講解國內外最新研究成果、實際中常遇到的問題及其處理措施等，以拓展學生視野、增長知識、開闊思路、激發(fā)學習興趣等。通過分組開展專題討論，培養(yǎng)學生主動思考和初步科研能力，鼓勵學生通過查閱文獻、咨詢老師、閱讀相關知識及最新研究成果，充分發(fā)揮學生在課堂中的主動能力及課后自學能力。

2.6 靈活的考核制度

為考查學生對隧道工程所學知識的掌握程度，課程教學過程中和結束后需以一定方式對每位學生考核。由于隧道工程課程隸屬工程科學且極富應用實踐性的特點，考核不應簡單以期末試卷為單一評判形式。結合實際教學體會與經驗，作者認為綜合考核應由3部分組成：（1）課堂表現和平時作業(yè)（占30%）。主要考查學生出勤率、聽課表現（提問與回答問題），及課后作業(yè)完成情況；（2）期末理論考試（占40%）。傳統的期末筆試形式仍占考核的主體，建議在試題的設計上，既考查學生對隧道基本原理與知識點的掌握，又考查其對工程實際問題的分析、解決能力；（3） 綜合技能考核（ 占30% ）。主要目的是對學生創(chuàng)新能力、思考能力、學習技能和動手能力等方面的考查，如要求學生查閱最新研究成果；學習相應行業(yè)規(guī)范及技術標準；具體設計圖紙的分析、計算及報告編寫；論文寫作及實習心得等。

2.7 課程設計的獨立性

隧道工程屬于工程科學，具有較強的實踐性、理論要求高等特點，要使學生對隧道有整體了解和處理實際問題的能力，課程設計是最有效、可行的途徑。目前課程設計往往是采用小組討論或多人一題、一班一題的形式，不乏大致很多學生相互抄襲的現象，因此推行課程設計改革，實行1人1題，題目覆蓋了設計、研究、實驗等；設計內容緊密結合實際工程，采用結構分析與計算，實行手工與計算機輔助相結合，培養(yǎng)學生理論知識和動手能力；實行課程設計題目和教師資格審查制度、中期質量檢查制度，解決了多人1題、內容雷同互相抄襲等問題，加強了課程設計過程管理問題，完善了課程設計質量保障體系，使學生的綜合能力大大提高.

3.結論

為了適應我國交通建設的大力發(fā)展，急需培養(yǎng)一批具備一定科研能力和實驗實踐技能的隧道工程專業(yè)高級工程技術人才，結合工程實際、現行規(guī)范、數值模擬、專題講座和課程設計等方法，對隧道工程課程教學方法進行改革，主要包括：緊靠國家現行行業(yè)規(guī)范，以培養(yǎng)適應國家行業(yè)發(fā)展需要的人才；充分采用實際工程和實驗數據及成果，以培養(yǎng)具有一定科研能力和解決實際問題的人才；采用數值模擬、專題講座形式，啟發(fā)學生的思考能力和認知國內外最新研究成果，以培養(yǎng)與時俱進的人才。通過隧道工程課程的教學改革，培養(yǎng)出適應行業(yè)發(fā)展需求、科研能力和工程應用能力等多方面發(fā)展的卓越工程師。

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基金項目：國家自然科學基金資助項目（51027004）；國家自然科學基金資助項目（50878218）；長江學者和創(chuàng)新團隊發(fā)展計劃資助項目（IRT1045）