隧道與地下工程專業(yè)實習教學模式改革探討

沈世偉，代樹林，徐 燕，于清楊，張 敏

（吉林大學建設工程學院，吉林 長春130026）

中國工程院院士、國家最高科學技術獎獲得者錢七虎教授在山東科技大學做專題報告中指出：“二十一世紀是地下空間開發(fā)利用的世紀”。隨著國家基礎設施建設步伐逐步加快，高速公路、高速鐵路等國家重大基礎設施建設將向西部地區(qū)延伸和擴展。由于西部地區(qū)地形復雜、多山的地理條件，隧道工程建設數量將逐年增加，同時，國家對隧道工程高層次人才的需求量也將逐年增大。

目前，國內各高校在土木工程專業(yè)[1-2]、城市地下空間專業(yè)[3-5]等各領域均開展了教學模式探討工作，也取得了一定的教育教學改革成果。隧道與地下工程是土木工程的一個分支，同時使一個理論聯系實際的專業(yè)，在教學過程中必須同時注重理論知識教學與實踐教學。專業(yè)實習是學生就業(yè)前接觸隧道實際工作方法和相關現場測試方法的重要途徑和手段，是隧道與地下工程教學環(huán)節(jié)中不可缺少的部分。

1 隧道與地下工程專業(yè)實習模式改革的意義

隧道與地下工程作為典型的理論聯系實際型專業(yè)，在隧道工程勘察、設計、分析、監(jiān)測檢測多方面均表現出顯著的工程導向。在隧道工程相關課程教學過程中，學生經歷以基本理論教學為主的學習，而對于實際工程需要和工程問題的解決方法，并未經歷系統的學習，僅僅通過課堂教學難以達到培養(yǎng)應用型專業(yè)人才的培養(yǎng)目標。因此，有必要在理論教學的同時，加強實踐和實習教學環(huán)節(jié)。

隧道與地下工程專業(yè)實習的主要目的，是通過學生自主實驗，開展以隧道圍巖力學性質測試為主的實驗與監(jiān)測檢測項目，培養(yǎng)學生動手能力與理論聯系實際能力，在實驗過程中了解隧道工程中實際存在的問題及其解決方案，并通過實驗數據處理，服務于隧道工程設計、施工、監(jiān)測檢測等實際工程建設過程。

通過實習基地建設，從實驗項目開設、實習方案編制、室內授課與現場實驗過程以及數據分析處理等環(huán)節(jié)，改進和完善教學體系，使學生全面掌握隧道與地下工程相關的圍巖原位測試及隧道監(jiān)測檢測操作過程，對提升學生動手能力及理論聯系實際能力，解決隧道與地下工程現場實際問題有重要的實際意義。

2 隧道與地下工程專業(yè)實習中存在的不足

現階段的隧道與地下工程專業(yè)實習存在以下不足之處：①開設的實驗項目與實際工程差距較大，與學科前沿及行業(yè)需求結合度不夠，制約學生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。目前的隧道工程建設，逐步表現出隧道跨度及長度大、工程地質條件復雜、高地應力隧道、巖溶隧道、寒區(qū)隧道、水下隧道、連拱隧道、偏壓隧道等特殊形式隧道越來越多等特點。因此，常規(guī)實驗及實習項目已難以滿足實際工程發(fā)展需要。另一方面，以基本理論及基本實驗手段為主的實習內容，嚴重制約了學生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，已難以適應學生就業(yè)后面臨復雜工程問題的現狀。②教學方法和手段相對單一，多強調指導教師講解和現場指導，而對學生的觀察及描述方面訓練不足，不利于學生自主學習能力的提升。隧道與地下工程相關課程均是典型的理論聯系實際的課程，在課堂理論教學之外，必須注重學生動手能力和操作能力的培養(yǎng)。只有這樣，才能使學生學以致用，真正達到知行合一的目的。③教學和實習形式與其他課程及工程實際聯系不夠緊密，對學生理論聯系實際能力的培養(yǎng)不足。隧道與地下工程專業(yè)學生的就業(yè)方向是面向隧道勘察、設計及施工等一線工程現場，因此必須培養(yǎng)學生理論聯系實際的能力。

具體說來，使課堂理論知識所學與工程實際相結合，切實解決實際工程中可能存在的問題，是本專業(yè)學生培養(yǎng)的重中之重。

3 隧道與地下工程專業(yè)實習教學模式的改進

基于上述不足，隧道與地下工程專業(yè)實習教學模式需進行如下改進。

3.1 實習實驗大綱的修訂及實驗項目開設調整

針對目前所開設的實驗項目與工程實際和學科前沿貼近度不夠的問題，計劃結合課程組教師主持的相關科研項目，了解實際工程面臨的主要問題，同時對典型隧道工程開展實地調研，在此基礎上結合工程實際和學科前沿問題，對實習大綱及項目開設情況進行調整，使實習教學和項目開設滿足學生就業(yè)后的工作需要。

利用吉林大學特有的凈月巖體力學實習基地，增加隧道工程相關現場實驗項目。例如在隧道勘察階段，增加地表鉆孔，在孔內取芯進行巖石物理力學性質室內實驗，掌握隧道勘察階段能夠獲得的圍巖物理力學性質指標；此外，在鉆孔內進行巖體波速測試，并結合室內實驗，獲取巖體完整性系數。基于此，使學生掌握按照《工程巖體分級標準》[6]進行隧道圍巖初步分級的方法；另外，在洞內開展圍巖波速測試、巖體回彈實驗等項目，并結合隧道工程地質條件，調研各個區(qū)段地下水條件、主控結構面條件、地應力條件等參數，使學生掌握隧道圍巖詳細分級過程，并講解圍巖分級在隧道勘察、設計、施工中的重要作用。

在隧道設計階段，結合凈月潭隧道實際工程地質條件及實測圍巖級別，要求學生采用工程類比法進行不同圍巖級別隧道的爆破方案設計、初期支護設計及二次襯砌設計等，使學生掌握完整的隧道設計方法。在隧道施工階段，針對不同的圍巖級別，掌握超前支護施工方法、隧道鉆爆施工方法、初期支護施工方法、二次襯砌施工方法等，真正使實習與實際工程相結合，使隧道工程專業(yè)實習與學生就業(yè)后從事的具體工作緊密聯系起來。

3.2 以實習基地和實驗項目為基礎的學生創(chuàng)新思維培養(yǎng)模式研究

結合目前實習對學生創(chuàng)新思維培養(yǎng)不足的問題，擬以隧道圍巖現場測試方法及監(jiān)控量測技術方法需求為導向，引導學生結合實習開展“大創(chuàng)”項目及其他自主研究項目，抓住學科前沿，依托實習基地開展相關研究工作。

目前，隧道工程建設規(guī)模及難度逐漸增大，工程項目的特殊性逐步顯現。這就要求實習過程能夠密切聯系工程實際，從創(chuàng)新性角度培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的能力。例如在實習期間，可開展多項實際監(jiān)測及檢測項目，使學生掌握全站儀、水準儀、收斂計、多點位移計等監(jiān)測設備的使用。同時結合具體工程案例，講解現場監(jiān)測及檢測工作對隧道施工的重要意義，并結合教師主持的相關科研項目，向學生介紹監(jiān)測與檢測工作可能出現的問題與解決方案，激發(fā)學生的創(chuàng)新意識。

另一方面，啟發(fā)學生思考大跨度隧道、連拱隧道、偏壓隧道、高地應力隧道、寒區(qū)隧道等特殊類型隧道在監(jiān)控量測、現場施工及穩(wěn)定性評價方面的特殊性，啟發(fā)學生獨立思考上述特殊隧道建設過程中可能面臨的問題。

3.3 實習教學方法和教學模式改革

結合目前實習教學方法單一、對學生自主學習能力培養(yǎng)不足的問題，推進教學方式的改革和教學方法的創(chuàng)新。實習教學應分為課堂教學及現場實際操作兩個階段進行。在課堂教學階段，以教師講解為主，擬采用以“引導式教學”和“啟發(fā)式教學”為主的形式進行。除講解各項實驗的目的和操作流程外，點明實際工程中可能遇到的問題，引導學生在實驗前自主查閱資料，尋找解決問題的方法。同時，應在各實驗項目講解完畢后，給學生布置思考題，主要側重本實驗在實際工程中的作用和意義、在實測過程中可能遇到的問題及解決方案等。使學生在課堂學習之余，能夠廣泛查閱相關資料及工程案例，在實際實驗前對實驗目的及過程全面了解。在實驗操作階段，采用以教師指導為輔，學生動手為主的教學模式，在闡明各項實驗的操作規(guī)程和注意事項后，由學生親自動手完成設備安裝調試、實驗數據采集、實驗數據處理分析的全過程。在實驗數據采集過程中，鼓勵學生對不合理數據及操作等問題與教師積極討論，發(fā)現實驗過程中可能存在的不足及對實驗數據產生誤差的影響因素等，以提高數據準確性。另一方面，對隧道圍巖地質條件描述、穩(wěn)定性分析等現場調查工作，采取以學生自主觀察描述為主、教師補充答疑為輔的教學模式。上述教學方法及教學模式，充分表現出以學生為主體、引導和鼓勵學生自主學習的主線，使學生真正在實習過程中發(fā)現問題和解決問題，為今后工作奠定基礎。

3.4 注重實習教學與專業(yè)課課堂教學的連貫性

針對目前實習教學與專業(yè)課教學關聯度不夠的問題，在實習教學過程中注重與專業(yè)課課堂教學的相關性，針對“巖體力學”“隧道施工技術”“地下工程設計”“隧道工程監(jiān)測檢測技術”等主干課程中涉及到的相關內容，在實驗過程中進行詳細講解和分析，主要注重現場操作和數據處理的方法和技巧；另一方面，結合課程組教師的相關研究項目，重點講解實際工程中如何利用實習相關實驗解決工程問題，培養(yǎng)和提高學生理論聯系實際的能力。現場實習是課堂教學的深入和延展，在實習過程中，應對以上各門專業(yè)課的相關室內實驗及現場實驗項目進行歸納總結，各實驗項目不孤立存在，而是以隧道工程為主線融會貫通。比如巖石的各項物理力學性質實驗的目的是為隧道圍巖分級提供力學指標，現場波速測試及工程地質條件調研是為隧道圍巖分級提供巖體完整性指標及修正參數，各類現場監(jiān)測實驗項目是為了保證隧道施工期的安全和穩(wěn)定等。實習的最終目的是通過各項現場實驗，使學生掌握隧道工程勘察、設計、施工、監(jiān)測檢測等各類工作方法，為將來的工作打下根基。

4 結論

針對目前隧道與地下工程專業(yè)實習存在的問題，提出以學生為主體的新型教學模式。通過實習大綱修訂及項目開設、學生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)、學生動手能力及實際操作能力的培養(yǎng)等方面，綜合培養(yǎng)學生利用理論知識解決復雜工程問題的能力，使實習教學真正與實際工程接軌，同時使隧道與地下工程系統教學達到知行合一。