巖土鉆掘工程課程建設與人才培養探討

王佳亮

摘 要 針對巖土鉆掘工程課程教學中存在的問題，通過廣泛調研并結合現場教學經驗，從教材建設、教學方法、考評方式、實踐教學體系建設、團隊組成等方面提出改進措施，以期提高課程的教學質量和激發學生的學習興趣，滿足新形勢下對學生實踐能力和創新意識綜合培養的實際需求。

關鍵詞 巖土鉆掘工程；教材；SolidWorks；實踐教學；虛擬教學平臺

中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2018）14-0098-03

Construction and Practice of Teaching System of Drilling and Tunneling Engineering//WANG Jialiang

Abstract According to the shortcomings of drilling and tunneling engineering course and based on the practice of course teaching ex-

perience， this paper analyses the case from teaching material con-struction， teaching approach， performance appraisal method， practice

teaching system， teaching team construction to improve teaching effectiveness and stimulate interest to study， meeting the demand for cultivating student the ability of practice and innovation.

Key words drilling and tunneling engineering； teaching material； SolidWorks； practice teaching； virtual teaching platform

1 前言

巖土鉆掘工程是地質類專業的必修基礎課程，其以資源勘查為應用背景，重點介紹在資源勘探過程中所涉及的巖心鉆機配套設備、金剛石碎巖工具、泥漿配方體系、鉆進工藝等，為相關專業學生畢業后從事礦產資源勘查、水文地質及油氣井鉆探、地下深部科學探測的方面工作奠定理論基礎和知識儲備[1-2]。本課程涉及地質學、機械設計原理、流體力學、粉末冶金學、地下工程與施工等多學科知識，具有較強的學科交叉性，對于完善學生的專業知識體系、培養實踐創新能力具有重要意義[3]。本文結合在巖土鉆掘工程課程教學過程中發現的問題進行探討，旨在提高課程的教學質量，激發學生的學習興趣，培養其綜合素質與專業技能，以滿足時下資源勘查行業快速發展的實際需求。

2 巖土鉆掘工程課程教學現狀

巖土鉆掘工程是一門實用性和實踐性很強的專業課程，著重培養學生在工程應用中的創新與實踐能力，對學生的知識儲備體系要求較高。巖土鉆掘工程課程在教學過程中存在以下幾方面問題。

不同專業對課程側重存在較大差異 本課程的授課對象主要是地質和地下工程相關專業的學生，不同專業對本課程的側重點各不相同。地質類專業往往更多側重于地質因素影響，在諸如巖心鉆機、取心鉆具結構及工作原理等涉及機械設計和工程技術的章節學習中，由于學生相關基礎知識較薄弱，往往產生為難情緒，無法準確理解相關知識點。地下工程類專業則往往更多關注施工技術規程和設備本身的性能，缺乏對地質因素影響的綜合考慮意識。然而，巖土鉆掘工程既涵蓋了地質學的基本知識，又兼顧了工程技術和方法，屬于多學科交叉領域，只有將二者有機結合，才能更好地培養學生綜合運用多學科知識處理工程實際問題的能力[4]。

教材內容有待進一步更新 巖土鉆掘工程作為一門集理論、實踐、應用于一體的綜合性課程，隨著新技術的應用和發展，其所授內容的知識更新較快。現有的教材雖然根據不同的授課專業對象特點，各有側重，但是均存在課程教學內容相對陳舊，章節內容不夠精練，無法較好地與實際相結合等問題。例如：在鉆機與泵的章節中，仍以介紹立軸式鉆機結構為主，而近年來在綠色鉆探理念下迅速發展的輕便模塊化全液壓鉆機、便攜式鉆機、直驅式頂驅鉆機、海底取心鉆機卻未提及；在土樣及巖礦心的采取章節中，介紹的繩索取心鉆具仍以老舊的S-75為原型，而在實踐中對到位報信機構、彈卡定位機構不斷改進完善并得到廣泛應用的新型繩索取心鉆具卻未介紹，使得學生在生產實習中容易出現現場見到的書本沒有講、書本講的現場找不到的情況。

常規教學模式無法滿足教學要求 本課程專業性極強，其目標是通過課程教學，使學生全面掌握鉆探過程中的基本工藝原理和鉆進工藝方法，提高學生綜合分析和解決工程問題的能力。本課程的教學模式是結合配套的講義和相關設備結構原理圖，以教師講授為主。教師首先介紹課程大綱及所需的預備知識及參考書目，然后就課程章節內容進行單元模塊分類，根據所授對象的專業背景進行有所側重的講授。這種教學模式主要以教師為主體，師生間的有效交流互動較少。

此外，目前尚未完全建立與巖土鉆掘工程課程教學相匹配的實踐教學環境，存在現場實踐環節流于形式，實驗設備利用率低，實驗資源與實驗學時安排有限等實際問題，難以幫助學生迅速建立專業歸屬感，影響學生進一步深入拓展課程學習內容的興趣，導致實際教學效果不理想。

部分學生的學習積極性較低 一方面，隨著近年來國民經濟發展的穩步提升，地質類專業學生生源來自城鎮的比例大幅提高，作為一個相對艱苦的工程行業，少數學生缺乏吃苦耐勞精神，尚未樹立正確的專業思想；另一方面，隨著我國經濟發展模式向穩增長、促改革、調結構、惠民生的新常態化方向的轉型，傳統地勘行業就業形勢有所下滑，且受當下畢業生就業形式多樣化的影響，部分學生畢業后并不會首選地勘行業，易形成學無所用的錯誤思維，導致其學習積極性下降。

3 巖土鉆掘工程課程建設探索

結合巖土鉆掘工程課程教學的特點和不足，在教材選取、教學方法、實踐教學體系、課程考評方式、團隊建設等方面提出進一步改進措施，以便更好地提高學生的創新和實踐能力。

重視教材的選擇 針對不同專業背景，現有的教材內容側重各有不同，在授課過程中應綜合考慮學校的特色和授課對象專業背景，對教材內容進行合理取舍與補充，以實現“重基礎、寬口徑”的人才培養目標。例如：對于巖土工程方向的學生，在授課過程中宜精講巖土鉆進、工程施工相關部分；對于地質工程方向的學生，宜將教學重點安排在鉆機與泵、回轉鉆進工藝、土樣及巖礦心采取等相關章節，做到既不脫離大綱，也不過分依賴教材。此外，教師應注意追蹤《探礦工程（巖土鉆掘工程）》《煤田地質與勘探》《地質裝備》等行業期刊的文獻更新，將行業的發展前沿與授課內容有機結合，激發學生進一步深入學習和拓展教材內容的興趣。

教學方法改進

首先，教師在教學過程中應將科研項目與教學內容適當結合，為學生提供一個真實的案例情境，有利于培養和強化其發現問題、分析問題的能力。如在講授金剛石鉆頭的相關知識內容時，首先幫助學生分析影響鉆頭鉆進效率的因素，然后開展討論交流，探索如何在兼顧鉆頭壽命的前提下進一步改善其鉆進性能，引導學生利用已掌握的知識對比分析不同改進方案各自的優缺點，鞏固加深相關知識點的理解。開放式的話題討論有利于提高學生利用已有理論知識分析問題的能力，提升課堂的師生互動率，激發學生主動思考、積極探究的創新精神。

其次，由于地質類專業的學生機械設計基礎較薄弱，在諸如鉆機及相關配套機具的工作原理等偏機械類章節的講授時，應重視多媒體技術的運用，通過虛擬裝配演示手段并結合教材中的結構原理圖，幫助學生理解其工作原理。如在講授繩索取心鉆具的工作原理時，借助SolidWorks軟件對鉆具零部件進行虛擬裝配，在裝配演示過程中，學生能夠清晰地觀看到零部件間的配合方式，直觀理解鉆具的單動性能如何實現、收卡筒與彈卡間的聯動方式、到位報信球閥的工作原理等教學難點。

最后，在授課過程中應對課程內容進行模塊化單元分類，在每一模塊單元結束后，結合當下鉆探向綠色環保方向發展的要求，展開一次特色專題討論，重點介紹為避免在施工作業中對環境的破壞，在施工設備、轉運進場方式、施工工藝、配套泥漿體系、配套鉆具及金剛石碎巖工具等方面所展開的針對性改進措施，進一步開闊學生的學科視野，提高課程學習興趣。

加強配套實踐教學體系建設 受課程學時較少的限制，以及當下相關生產企業出于人身安全及生產效率等方面的顧慮，現場實習普遍存在參觀為主、時間較短、無實操等現實情況，簡短的現場參觀無法幫助學生全面了解鉆探施工的整個流程，實習效果欠佳。

在實踐教學體系建設中首先宜重視鉆探虛擬教學平臺建設，利用多媒體虛擬仿真技術幫助學生在實驗室體驗并熟悉整個鉆探流程，進行虛擬實操。其一方面能夠彌補現場實習存在的不足，另一方面能夠在一定程度上解決鉆探實踐教學中存在的成本高、安全風險大等問題[5]。

其次宜實行開放實驗室制度，教師應加強諸如鉆頭切削齒齒型優化設計、不同地層鉆井液配置、鉆具結構局部改良等對實驗設備要求不高、難度適中、學生能夠短時間內完成的實驗內容設計，盡可能多地提高教學實驗資源的利用率，讓學生在參與開放性實驗的過程中提高自身創新思維能力。

此外，在實踐教學中應加強專業思想教育，培養樹立扎實肯干、刻苦鉆研的鉆探精神，為學習好本課程打下基礎。

課程考評方法改進 合理設計課程考評方式是提高學生創新思維和自主學習能力的有效措施。現有的閉卷考試方式是對學生能力與教學效果評估的唯一檢驗標尺，該種測評方式一定程度上影響了學生的學習積極性，學生易過分依賴標準答案以獲取高分數，不利于創新探索和實踐鉆研精神的培養。新的考評體系應注意綜合考慮學生參與教師創新科研項目、學習學術論文寫作、撰寫相關章節學習筆記等衡量創新意識與鉆研精神的量化指標，以期提高學生的學習積極性和主動性。

教學團隊建設

首先，在師資隊伍的構建上應注意年齡梯度，形成老中青不同年齡層次教師的合理搭配。一方面，教學經驗豐富的老教師能夠幫助青年博士提升教學技能，盡早完成由學生向教師的角色轉型；另一方面，青年博士能夠發揮自身外語水平高、文獻追蹤能力強、PPT等多媒體制作技能豐富的優點，查閱最新資料、豐富教學素材，提升課件質量，幫助學生更加清晰直觀地理解相關知識點。

其次，應多鼓勵青年博士深入一線鉆探現場和相關配套行業的生產單位，在一線了解行業的發展動態和趨勢，提升自身專業素質和實踐應用能力。

最后，宜邀請現場實踐經驗豐富且又有理論基礎的一線高級工程師以適當的形式參與教學過程，幫助學生更好地了解和掌握行業的發展趨勢。

4 結語

巖土鉆掘工程課程具有學科交叉、知識面廣的特點，其對培養實踐與創新能力兼顧的探礦類人才提出更高的要求，教學改革勢在必行。教學過程中應以適應新形勢下的人才培養需求為原則，注重培養學生實踐應用和思維創新意識，在增強教學效果的同時，為學生日后從事相關工作及繼續深造打下良好的理論基礎。

參考文獻

[1]馮建國，高宗軍，林玉祥，等.新形勢下“探礦工程”課程建設和人才培養[J].高教學刊，2016，9（6）：216-217.

[2]楊偉峰，夏筱紅.把握專業應用需求注重實踐觸發創新：以“巖土鉆掘工程”課程創新實踐為例[J].中國地質教育，2011（1）：55-57.

[3]郭艷，馮松寶.鉆探工程學教學改革[J].陰山學刊：自然科學版，2017，31（3）：111-113.

[4]楊偉峰.巖土鉆掘工程系列課程體系建設與教學實踐[J].高等建筑教育，2016，25（5）：83-85.

[5]韋猛，霍宇翔，李謙.虛實結合的地質工程實踐教學方法改革探索：鉆探虛擬仿真實驗教學平臺研究[J].探礦工程：巖土鉆掘工程，2017，44（1）：87-92.