安全工程《巖土工程測試技術》課程教學改革模式研究

謝建林 孫曉元

摘? 要：巖土工程測試技術既是保障巖土工程質量的關鍵前提，也是衡量項目安全投入與經濟效益的重要因素。近年來，伴隨巖土工程在復雜施工區域的大規模開展，建設項目所需獲取的工程數據和安全信息日益增多，對監測監控理論、信號采集方法、數據傳輸手段與裝備平臺研發等技術提出了更高的要求。為更好地服務社會，太原科技大學安全工程教學團隊在深入剖析巖土工程測試技術課程特性的基礎上，以教學環節優化為切入點，圍繞課堂教學、試驗教學和實踐教學對該課程進行了有針對性的系統改革。實踐表明，教學改革效果良好，畢業生從事巖土工程領域工作的適應性與競爭力得到了顯著提高。

關鍵詞：巖土工程測試技術;教學方法優化;教育教學改革;教學質量評估

中圖分類號：G642? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2020）35-0136-04

Abstract： Geotechnical engineering testing technology is not only the key premise to guarantee the quality of geotechnical engineering， but also an important factor to measure the safety investment and economic benefits of the project. In recent years， with the large-scale development of geotechnical engineering in complex construction areas， more and more engineering data and safety information are needed for construction projects， which puts forward higher requirements for monitoring theory， signal acquisition method， data transmission means and equipment platform development. In order to serve the society better， based on the in-depth analysis of the characteristics of geotechnical engineering testing technology course， the teaching team of safety engineering in Taiyuan University of Science and Technology has carried out a systematic reform through optimizing the teaching links as the breakthrough point and focusing on classroom teaching， experimental teaching and practical teaching. Practice has proved that results of teaching reformis good， and the adaptability and competitiveness of graduates in the field of geotechnical engineering have been significantly improved.

Keywords： geotechnical engineering testing technology; teaching method optimization; education and teaching reform; teaching quality evaluation

巖土工程是以工程地質學、土力學、巖體力學等學科為理論基礎，旨在探討各類土建工程中巖土體的科學利用、系統整治或合理改造的一門系統學科[1]。隨著中國與“一帶一路”沿線國家基礎設施建設的深入推進，巖土工程在資源能源、市政建設、鐵路橋隧、水利水電、離岸工程、地熱開發等領域的作用日益凸顯，這一學科也得到了前所未有的迅猛發展。由于巖土工程往往具有場地區域性、施工隱蔽性及測試不確定性等特點[2]，項目開展之前、實施期間和竣工之后，必須借助一系列行之有效的測試技術為項目質量與施工安全提供保障[3]。此外，通過反演分析方法，可以依據檢測結果對工程參數進行科學推算與合理優化，進而達到提高工程效益的目的[4]。由此可知，巖土工程測試技術對項目質量、安全和經濟均產生了重要影響，并始終是工程建設中最為基礎和核心的環節之一。

在普通高等院校教學知識體系之中，作為測試技術在巖土工程中的重要應用，巖土工程測試技術不僅是土木、建筑、水電、采礦和交通等工學專業和方向學生的必修課程，同時也是包括太原科技大學在內等諸多安全工程開設高校的重要選修課程。結合太原科技大學鮮明的重型機械背景和大部分畢業生的就業去向，本校安全工程專業選取任建喜教授編著的《巖土工程測試技術》[5]為指導教材，經過長時間教學實踐與總結完善，取得了一定的經驗積累。在此基礎上，教學組對《巖土工程測試技術》的課程特點進行深入剖析，并進行了有針對性的教育教學改革。

一、安全專業《巖土工程測試技術》課程的特點

（一）一般通識模塊與專業方向模塊并重

作為典型“寬口徑、厚基礎、重實踐、偏應用”的工學交叉專業，安全工程與力學、數學等傳統學科的課程設置存在明顯差異。以《測試技術》為例，太原科技大學安全工程與土木工程在專業教學大綱中就存在如下區別：

1. 授課內容不同：安全工程沿襲“通識模塊+方向模塊”的課程設置模式，《測試技術》涉及《安全監測與監控技術》、《巖土工程測試技術》、《噪聲與振動控制》等內容，其中通識模板《安全監測與監控技術》[6]重點闡述監測監控系統的工作原理，《巖土工程測試技術》則以建筑樁基、邊坡工程、礦山建設、地鐵盾構和橋梁隧洞監測技術為主要講授內容，具有覆蓋面廣、注重應用的特性;相應地，土木工程（道路橋梁方向）開設的《路橋工程檢測技術》[7]僅關注道路工程與橋梁結構試驗檢測，體現出研究對象具體、研究范圍集中和研究內容精細的性質。兩者之間的差異通過課程知識脈絡圖（圖1～2）得到顯著體現;2. 課程定位不同：《巖土工程測試技術》在安全工程專業僅為專業選修課之一，2學分，32學時（含4學時試驗），考核方式為平時成績（40%）+研究報告（60%），屬考查課程范疇;相應地，《路橋工程檢測技術》在土木工程專業課程設置中雖也屬于專業選修課程，但與土木工程檢測試驗、土力學與地基基礎、橋梁工程、土木工程事故分析與處理等課程密切相關，同時輔以一周的課程實踐，學生關注程度較高;3. 基本要求不同：安全工程本科人才培養方案中針對《巖土工程測試技術》的要求是“理解本課程在土木工程中的作用和意義，了解信息化施工技術的研究現狀。掌握現場測試中各種儀器的原理，了解國內外現場測試儀器的最新進展……”，明確學生對課程的掌握以儀器理解與實踐應用為主;相應地，土木工程課程教學大綱將《路橋工程檢測技術》定位為“掌握路基、路面及橋梁工程試驗檢測的基本內容及技術要求，掌握路基、路面、橋梁、地基基礎檢測的常規試驗方法、抽樣及試驗數據處理方法，了解現代測試技術在土木工程質量檢測中的基本應用……”，顯然，土木工程專業要求畢業生對測試技術的質量更高、程度更深，內容也更為專業化。

（二）傳統基礎知識與前沿科技應用并重

巖土工程測試技術是一門注重實踐與應用的課程。現時代新的測試方法、測試技術與測試設備不斷涌現，這就要求課程教學組的參考資料不能僅局限于課本[8]，而要通過大量文獻查閱、實踐關注和現場涉獵，將新的知識不斷豐富到教育教學之中，使學生及時感受與接觸到巖土工程測試技術的前沿科技。

鑒于此，安全工程巖土工程測試技術在課程內容設置上側重分析各種新型設備的檢測原理和檢測適用性，探討工程項目的先進檢測方案與重難點問題的關鍵檢測思路，研究盾構機械等重特大設備安全運行檢測的新方法和新準備等。目的在于時時反映國內外傳感器技術的發展動態，了解巖土工程行業安全檢測的最新需求，不斷擴展和修訂課程的講授內容，同時注重互動式教學[9]，有效地提高學生創新與實踐能力。

（三）課內試驗教學與工程現場實踐并重

巖土工程測試技術具有難度較深、覆蓋面廣、實踐性強的特點，為此安全工程教學大綱中在保障課堂學時的基礎上，對實踐環節給予了更高的關注度。就本課程而言，其實踐部分涵蓋課內試驗教學與工程現場實踐兩大部分，通過課時分配力求兩者達到互相協調與補充增益的效果。經典的動力響應測試、土壓力測試及孔隙水壓力測試在課內實驗教學中完成，一些大型的工程項目監測實驗則與學生生產實習聯系在一起，現場動手實際操作，引導學生靈活運用基本理論知識的能力。

與課堂教學和現場實踐不同，課內試驗對儀器、裝置、軟件及教學秩序提出了更高的要求。《巖土工程測試技術》課程開設之初，由于試驗設備欠缺等原因，往往僅能以演示實驗為主。近年來，借鑒其他學科實驗室建設的先進經驗[10]，安全工程專業一方面大量購置相關設

備，另一方面與相關學院及專業積極合作，共建共用試驗場地與測試裝置。探索的最終模式為基礎性和一般性巖土工程測試實驗在系內實驗室開展，使學生能充分掌握和及時消化課堂知識，同時注重自我動手設計實驗和操作儀器能力的達成。對于相對復雜化和組合化的大型實驗與創新創業項目，則積極協調校內實驗室和共建實驗室進行合理安排，在避免重復建設資源浪費的基礎上提升學生解決工程實踐問題的水平。

二、安全工程《巖土工程測試技術》教學方法的改革

需要指出的是，雖太原科技大學安全專業《巖土工程測試技術》在長期的教育教學實踐中取得了一定的經驗積累，但在日常教學研討和期末學生評教時，反映內容生澀難懂、學習興趣不高、動手能力較弱、理論與實踐脫節等方面的訴求仍相對集中。由此可知，巖土工程測試技術的課程改革最終目標尚未達成，亟需從課堂教學、實驗教學和實踐教學等層面進行多方位、多角度、多途徑的綜合變革，由淺入深、自外而內地進一步完善。

（一）課堂教學方法的改革

首先要關注學生學習興趣的培養。課程伊始，要以講授巖土行業事關安全問題的重大決策和重大戰略導向為出發點，以闡述測試技術在安全控制和事故預警時所發揮出的關鍵作用為支撐點，以引導學生重視安全為著眼點，以重視利用檢測監測手段進行安全控制的能力提升為落腳點。不要忙于講授測試技術的重點章節，而應該從學生生活實踐中的所見所聞入手，如以火車站進站物品安全檢測系統、交通路口違章電子警務系統、室內甲醛超標檢測系統等常見檢測方法為例，介紹這些檢測系統的工作原理和工作方法，再逐漸轉入巖土領域之中，通過實例引導和激發學生的學習積極性，使學生們認識到本課程與生產生活的緊密聯系，自發投入到學習樂趣之中。

其次要轉變傳統的教學方法[11]。課堂教學除了闡述必要的基礎知識，也要注意理念與方法創新[12]，盡量避免工作原理的枯燥灌輸，著重引導儀器儀表的實踐應用。就疑難重點開設專題研討課，調控課堂節奏，形成良好互動，構建學生主體教師主導的格局，營造學生先發言先提問、教師后講解后點評的氛圍。充分發揮學生主觀能動性，主張學生利用已有知識自我學習和總結提高。

最后要充分利用多媒體設備進行教學。現代教育設備能夠在短時間內展示出大量的信息，包括各類儀器儀表圖片，各種工程現場工程測試的實施視頻與最終結果，在固定空間和限定時間內可有效提高教學效率。如廣泛搜集三峽工程中的檢測監控系統，大型邊坡、基坑工程的現場檢測監控系統，礦井安全生產檢測監控系統等內容將有助于增加學生對巖土工程測試的感性認識，使學生即使未進入工程現場實地，也能進行相對直觀的現場教學和實測模擬。

（二）實驗教學方法的改革

實驗教學要針對巖土工程測試技術課程實驗對象和試驗儀器的不同特性來合理安排。在實驗課程的前期要布置實驗任務，任務的布置不宜太過具體也不宜太過抽象，要為學生留有獨立思考的框架與創造發揮的空間。如教師應將動力響應測試實驗演變為橋梁動載測試或道路動載測試等與實際緊密聯系的題目，由學生自行完成測試對象選取、實驗框架構建、測試方法選擇、數據提取處理與最終報告撰寫的全過程，實驗老師僅進行宏觀上的引導即可。

此外，在教學中應重視采用啟發式教學方法，如在土壓力測試試驗中，提示學生注意觀察不同介質、不同壓力情況下的應變曲線與試驗現象，共同探討實驗結果與理論計算誤差產生的原因，鍛煉其發現問題、分析問題和解決問題的能力。同時，結合學生個體的興趣和特點，因材施教，引導學生獨立思考，通過開放性實驗的方法完成教學目標。

（三）實踐教學方法的改革

實踐教學是學生將知識、技能、方法和手段應用于工程實際的重要過程。良好的實踐教學將有利于學生提升創新意識和增強動手能力，有助于高素質復合型卓越人才培養目標的達成[13]。近年來，為提高實踐教學質量，太原科技大學安全專業將《巖土工程測試技術》實踐活動融入到專業課程之中，涵蓋制圖專用周、認識實習、生產實習和畢業實習等環節。僅礦山建設領域，就在制圖專用周中增加“CAD軟件在礦山中的應用”內容，同時與西山煤電集團、晉城煤業集團和山西省安全生產監督管理局等單位建立穩定的合作關系，建成多個礦井實踐基地。同時增加實習時長，與礦方積極溝通，使學生能充分利用現場優勢，獲取實際操作機會，接受基層一線鍛煉，進而達到深化理論認識、拓展學習深度、增強適應能力和提升實踐經驗的目的。

三、《巖土工程測試技術》教學改革質量評估

自太原科技大學安全專業《巖土工程測試技術》2014年開啟新一輪課改以來，樹立了以當前教學瓶頸為突破點，以提升學生素質為出發點，以課堂教學方法改革為切入點，以試驗教學改革為著力點，以實踐教學改革為關鍵點，以增強畢業生競爭力為落腳點的“六點方案”。經過幾年努力，安全工程畢業生從事土木領域工作的人數大幅提高，從事土木領域工作的畢業生占比也不斷攀升。以2019年為例，從事土木領域工作的畢業生高達44人，占全部就業生的比例達到57.14%。

需要指出的是，造就教學改革后安全畢業生從事土木領域相關工作不斷高漲良好局面的原因是多方面的，既反映了我國當前大力推進基礎建設的背景，更與太原科技大學畢業生在《巖土工程測試技術》教改后從事巖土工程等土木行業的積極性激發、適應性提升和競爭力增強存在必然聯系。

四、結束語

本文針對太原科技大學安全專業特色，深入剖析巖土工程測試技術課程特點，在此基礎上對教學內容和教育方法進行系統優化，構建適合培養方向的知識模塊體系，圍繞課堂教學、試驗教學和實踐教學破解當前存在的突出問題。新課程體系的實施對畢業要求與培養目標的達成起到積極促進作用，有助于提高學生從事巖土工程領域工作的適應性與競爭力。

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