淺談應用技術型本科院校《工程地質》教學改革

關洪亮 張昂

【摘要】工程地質是土木工程專業(yè)本科生的一門基礎必修課，在土木工程建設中的重要性十分明顯。本文結合近年來的授課實踐，對工程地質課程的教學內容和教學方法進行了初步研究。教學內容上分為工程巖土學、工程地質分析、工程地質勘察三部分；教學方法上分為課堂講授法、實驗室參觀標本、野外現(xiàn)場教學法三種。實踐證明，教學的改革，進一步提高了教學質量，增強了教學效果。

【關鍵詞】工程地質 教學內容 教學方法 改革

1.前言

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

工程地質學作為土木工程專業(yè)的一門基礎課，旨在培養(yǎng)學生具有最基本的工程地質知識和基本技能，從而在工程設計、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整，傳統(tǒng)的教學內容和教學方法單一，不再能夠滿足工程建設的實際需求。因此，本文結合幾年來的實際教學經驗，對教學內容和教學方法進行初步探討，從而達到使學生具有創(chuàng)新實踐意識和解決工程實際問題能力的目的。

2.教學內容的改革

近年來，工程地質學的教材版本層出不窮，但里面的內容不乏都是傳統(tǒng)的理論知識，諸如，三大巖類、地貌與第四紀地質、地質構造、地下水、地表地質作用、巖土體工程分級分類、工程地質勘察技術與方法。有的理論知識偏于地質學方向，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。再者，教材內容難度較大，不適合三本院校的學生選用。

因此，有必要對教學內容進行調整，本人嘗試著把整個工程地質學分為工程巖土學、工程地質分析、工程地質勘察三部分來講授。

工程巖土學的任務是以地質學的觀點研究作為建筑物地基、建筑介質或建筑材料的地表巖土體的工程地質性質及其形成變化規(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研究，第二篇為巖石和巖體的工程地質研究。分別闡述土和巖石的物質組成、結構、物理性質、力學性質、分類及性質改良原理等內容。第一篇主要講述土的物質組成。土是一種物質材料，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性質。由此可見，各種土中三相物質自身的特點、它們的質量體積比例關系和相互作用，是決定土的工程地質最本質的因素。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，對它的工程地質影響甚微；粘粒顆粒細小、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，將直接影響著細粒土的工程地質性質的變化，甚至與土的性質改良也有關。因此，研究粘粒與水的相互作用更具有理論與實踐意義。土的物理性質方面，土的物理性質實際上就是研究土中三相物質在質量與體積之間的相互比例關系，以及固、液兩相相互作用所表現(xiàn)出來的性質，前者稱為土的基本物理性質，主要研究土的密實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，主要研究土的稠度與塑性、土的膨脹性與收縮性、土的透水性和毛細性等。土的力學性質方面。土的力學性質是土在外力作用下所表現(xiàn)出來的性質，主要包括土的壓縮性、抗剪性，亦即土的變形和強度特性。壓縮性和抗剪性是在不同的應力下表現(xiàn)出來的。在壓應力作用下，土體產生壓縮變形，表現(xiàn)出可壓縮性；在剪應力作用下，土體產生剪切變形，表現(xiàn)出抗剪性或者強度特征。

工程地質分析的主要任務是研究與工程活動相關的工程地質問題，分析這些問題產生的地質條件、力學機制和發(fā)展趨勢，從而正確評估和防治它們產生的不良影響，該部分系統(tǒng)地論述了如何分析與評價人類工程活動中經常遇到的一些主要工程地質問題，包括區(qū)域穩(wěn)定性、工程巖（土）體穩(wěn)定性問題，與地下滲流有關的和與河、海、湖侵蝕堆積有關的工程地質問題等四個方面。為了深刻理解地質體或工程巖體變形失穩(wěn)機制，還專門論述了巖體的結構特征，天然應力狀態(tài)及巖體在加、卸荷載和動荷載下的變形破壞機制。密切聯(lián)系人類工程活動的實際，以工程活動的地殼表層地質環(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、發(fā)行這一環(huán)境為目標，通過地質分析識別和提取工程涉及的地質體或巖體變形發(fā)展到失衡破壞全過程的內部信息，再盡可能實現(xiàn)地質體或巖體各種參量的定量描述和定量表達，通過物理模擬或（和）數值模擬再現(xiàn)和驗證變形到失穩(wěn)破壞這一動態(tài)力學過程，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)破壞作用預測。這就是工程地質分析原理所采用的地質分析與力學機制分析并重，定性評價與定量評價相結合的工程地質問題分析與評價的技術途徑。它反映和體現(xiàn)了現(xiàn)代工程地質學在地質學與土力學、巖體力學緊密結合的基礎上，廣泛吸收數學、力學的最新成就，充分運用現(xiàn)代測試技術與現(xiàn)代計算技術，沿多學科交叉與綜合的途徑發(fā)展的總趨勢。

工程地質勘察的任務是查明與場地有關的工程地質問題和工程地質條件，為設計、施工提供準確的資料。因此，該部分主要包括巖土工程勘察的目的、任務與研究內容，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與方法；各類巖土工程勘察基本技術要求；場地穩(wěn)定性勘察；特殊巖（土）的勘察等內容。根據工程重要性等級、場地復雜程度等級和地基復雜程度等級的不同，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、初步設計階段、技術設計階段、施工設計階段四個階段。勘察的基本技術與方法主要包括工程地質測繪與調查，勘探（鉆探、坑探、物探、觸探）與取樣。

總之，因為工程地質概念繁多、晦澀，課程信息量大、覆蓋面廣，所以在講授時一定要分清重點難點，切記泛泛而談，眉毛胡子一把抓，這樣就會使學生思路清晰，學起來輕松。其次，合理分配學時，沒有必要嚴格按照大綱的課時，做到隨機應變。比如，第四紀地質年代這一章節(jié)就沒有必要花費兩學時時間，三大巖類這一章節(jié)必須要花四到六個學時去講授，在課堂上可以拿實物巖石標本進行講解，課后安排實踐教學環(huán)節(jié)，可以將若干塊巖石標本混在一起，讓學生對其進行簡單分類，這就進一步加深了學生對巖石的理解，實踐證明該方法取得了良好的效果。再次，單班教學。土木地質不分家，工程地質學作為三本土木工程專業(yè)的唯一一門與地質有關的基礎課，在應用型人才培養(yǎng)模式下使學生具有基本的地質知識，顯得尤為重要。目前，大多數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，以便隨時對結構進行優(yōu)化。實踐表明，采取單班授課方式成效良好。

3.教學方法的改革

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

除此以外，為了擴大學生視野，有的章節(jié)學習可以進行現(xiàn)場教學，比如，去當地的地質博物館，地質公園等旅游景點，身臨其境地感受地質氣息，讓學生對書本上的概念、現(xiàn)象有一個直接、真實的感受；為了證明這一點，本人與系里其他教師帶領大三學生每年暑期去篙山世界地質公園進行為期一周的工程地質野外實習。在這期間，學生們對地質現(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)構造運動主要包括篙陽運動、中岳運動、少林運動、加里東運動、海西運動、印支運動和燕山運動、喜馬拉雅運動及新構造運動。篙山地區(qū)構造地貌發(fā)育，風化和重力作用地貌、風力和流水地貌、黃土地貌等均有不同程度發(fā)育，因此很適合進行本科低年級學生野外工程地質實習。最具有代表性的觀察點之一就是篙陽書院東北逍遙谷（書院東溝）溝口兩側的輝綠巖墻。該處輝綠巖體呈巖墻產出，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。輝綠巖風化嚴重，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，尤其是地基基礎這部分施工過程，一方面使學生進一步了解工程地質勘察實踐，例如，這塊場地持力層范圍內是什么土層，為什么要對場地土進行強夯處理，為什么要采用樁基礎。另一方面，也激發(fā)學生對土木工程其他專業(yè)課學習的熱情。

最后，適當抽出一些課時留給學生本人，讓其自主學習、自主探索實踐，這主要體現(xiàn)在讓他們去附近的工程場地，這樣可以更早地、更好地將課本所學內容與工程實踐融會貫通，培養(yǎng)學生獨立解決問題的能力，而不是因循守舊地背誦書本上的內容。至于實習單位可以由學生自己聯(lián)系，也可以由學校或老師來聯(lián)系。

4.結論

當今形勢下，我國土木工程領域發(fā)展迅猛，許多工程地質問題也隨之涌現(xiàn)，為了適應這一形勢，加之應用技術型本科院校土木工程專業(yè)學生地質基礎薄弱，那么，工程地質學這門課的教學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。實踐證明，本文所提及的工程地質教學內容改革和教學方法改革使應用型培養(yǎng)模式下應用技術型本科院校土木工程專業(yè)的學生獲益匪淺。不但加深了學生對地質知識的理解，而且拓寬了學生的視野，具備一定的工程實踐能力。對應用型人才培養(yǎng)具有一定的指導意義。

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