地方高校水利類專業工程地質實驗和實習教學改革初探

王銀梅 續會勇 李兵

（太原理工大學水利科學與工程學院 山西太原 030024）

我國高等教育改革迅速發展，培養具有實踐能力和創新能力相結合的高素質人才已成為高校的培養目標。地方高校水利類學科普遍設有水利水電工程、農田水利工程等專業，工程地質是這些專業中的一門重要的基礎課程。該課程知識體系復雜，但知識點關聯度小，包括巖石的工程地質性質，褶皺、節理和斷層等地質構造，河流地質作用，地下水和邊坡、壩基及地下洞室的工程地質問題，水利工程地質勘察技術，地質災害及災害防治措施等內容。水利工程地質的任務是使學生掌握與水利工程有關的工程地質和水文地質基礎知識和技能，為學習土力學、水工建筑物、水利工程施工等后續課程奠定基礎，為學生畢業后從事水利工程規劃、設計、施工和管理工作，做好地質知識、地質工作技能的儲備和積累。

水利工程地質課程的特點之一是理解抽象、實踐性強。課堂的理論授課僅僅是課程的一個教學環節，目的是使學生對地質及工程地質問題具有最基本的理論認識，但一些地質術語因抽象甚至需要想象，直接理解比較困難，而為了加深學生對各種基本概念和地質特性的理解，需要通過實踐的途徑加以解決。工程地質實踐性教學環節由室內實驗和野外實習兩部分構成。在室內實驗和野外實習中，學生可以真實地感受和了解礦物、巖石、各種地質構造和巖溶等重要的地質現象，親自觀察和體驗各種礦物和巖石的分布及狀態，使學生獲得地形地貌等工程地質條件的感性認識，增加對水庫等工程建設中地質問題的具體感知，將所學到的水利工程地質基本理論知識與實際工程地質條件及工程地質問題結合起來，更深刻地認識到學習工程地質的意義，有助于鞏固學生的專業思想，進一步領會水利工程地質專業知識和水利工程各專業的基本任務，以此，學生的工作技能和工程素質得以培養。因此，實踐教學在達成水利類專業高等人才培養目標體系中均占有重要地位，應加強實踐教學［1-2］。

1 水利工程地質實驗和實習教學現狀

目前，多數地方水利類高校的工程地質實踐性教學，由于實驗室面積和設備數量不足、實踐學時有限、實習經費偏少及受重視程度不高等多方面的原因，學生實際操作技能與分析能力的培養遇到困難，影響了水利工程專業人才培養的質量。加強室內實驗和野外地質實習成為當前水利工程專業基礎教育十分緊迫的任務［3-4］。

太原理工大學水利工程地質課程包括地質課堂教學、實踐性教學兩部分，實踐性教學環節又分為室內實驗以及野外地質實習兩個教學體系。

室內試驗現在為巖礦鑒定，安排在課內，為6 學時，主要目的是認識常見的幾種造巖礦物，區分三大巖類，這是對課內教學內容的有益補充。學生通過實際礦物標本的觀察，才能深刻理解礦物物理性質中的光澤、透明度、條痕色、解理與斷口、硬度等物理性質方面的抽象概念；通過對巖漿巖、沉積巖和變質巖類標本的觀察，掌握三大巖類的特征，加深對課堂上理論學習的認識，從而更進一步理解巖石的工程性質。

地質實習單獨設置，獨立考核計分，一般在學期結束前進行，時間為1周。主要是到大自然中去，在野外學習基本的地質工作方法，在野外原位認識巖石、地質構造、地質災害、水利工程地質條件、工程地質問題及治理方法等。野外實習教學是水利等工程專業人才培養的搖籃，進一步培養大學生團結合作、吃苦耐勞的優良作風。

筆者的研究方向為水利工程地質，1989年研究生畢業后在太原理工大學任教至今，講授水利工程地質30 余年，長期承擔該課程的實驗和實習工作。多年來，水利工程地質課程雖能按教學計劃完成任務，但教學效果不很理想，總結起來在實踐教學環節主要存在以下問題。

1.1 實驗教學方法陳舊，實驗內容相對較少，實驗報告形式單調

水利工程地質課內實驗的目的是使學生認識常見的礦物、巖石、古生物化石等，并學會各種不同標本的描述方法，能對常見標本進行系統鑒定。目前，室內實驗是在教師已準備好實驗物體和表格的條件下，讓學生進行已知礦物、巖石鑒定，無其他內容。學生進入實驗室，按照要求去做實驗，填寫實驗報告，這種“牽著走”的教學方法，嚴重壓抑了學生學習的主動性和積極性。由于實驗室的硬件條件受限，實驗時標本較少，學生只要按已制好的表格填寫觀察內容即可，觀察的內容簡單，所以敷衍的學生很多，很少有學生深入思考，只是照著書本應付填寫了事，甚至有些學生不來實驗室，實驗前已按書本上的描述寫好了報告，實驗課存在嚴重的表面化問題。

1.2 實習經費投入不足，師資力量欠缺

地方院校受當地經濟條件和多方面因素的影響，實習經費緊張。學校教學資源雖然有很多，但最重要的還是教師隊伍。地質實習指導教師主要為任課教師，近些年，雖然有大批博士補充到教師中，成為指導教師的主力軍，夯實了師資隊伍，其中的年輕教師確實是精力充沛，理論知識豐富，但實踐及實際工程經驗不足，地質理論與工程實際不能很好地結合，欠缺水利工程一線工程師的具體指導。

1.3 實習教學路線開發和應用欠佳，實習質量難以保證

野外實習在工程地質教學中具有舉足輕重的地位。現有的實習基地偏少，作為主要實習地的汾河水庫、汾河二庫、文峪河水庫，雖有很多便利條件，但地質點和地質現象不夠多，不很典型；受實習經費限制，實習時間通常較短，實習準備占2～3d，外業時間短至2d，也就是教師帶隊，沿著設定的路線，走到某個地質點，教師現場講授，學生聽講，在有限的時間內進行簡單實際操作；地質課教師人數偏少，而每屆參加野外實習的學生多至數個班的二三百人。學生集中實習，人多扎堆問題導致很多學生只是走馬觀花，簡單聽講，工作即告完成，不能保證實習質量。而且實習基地建設中存在學校與企業之間較深層次的溝通及深度合作等普遍性問題。

1.4 師生互動不夠，實習教學方法及管理效果等有待提升

學生最喜歡野外實習環節，但在短期的地質實習中，傳統的教學方法仍以教師為教學的第一主角，一般情況下，都是教師提前在教室講授知識，實習時，教師帶領學生沿著實習路線講自己的，學生走馬觀花地看，野外實習流于形式，淪為走過場，學生的學習處于被動地位。積極性高的學生在寬松的實習環境下學習會較為主動，但積極性低的學生在實習中更容易“搭便車”，導致其參與度低，師生互動效果差。為考查學生出勤，以班為單位，由班長點名，有弄虛作假的現象。

1.5 成績評定方法不夠合理

實驗和實習結束均需提交報告，通常指導教師根據學生報告的字數和書寫質量給予評分，這種評價導致部分學生學習過程完全不看、不聽，最后僅抄抄寫寫，東拼西湊提交一份書面美觀的報告即可得高分，一定程度上失去了實驗和實習的最初目的。

由于以上問題沒有很好地解決，部分學生在后續課程的學習中出現困難，甚至畢業后對基本的地質常識都沒有概念，影響正常工作。

2 教改方案

地質學科描述性、定義性的知識雜，概念多，理解抽象，甚至需要想象。水利工程地質與水利工程實際結合，具有實踐性強的特點，需要通過實踐，即實驗和實習的途徑加以解決。

在水利工程地質理論教學的基礎上，著重于調整實踐教學內容，在優化實踐教學方法和手段、更新實習管理和考核方式等方面開展工作［1，5-7］。

2.1 拓展室內實驗內容，基礎實驗和自主實驗相結合，開放實驗教學和管理

在課堂學習階段，將原計劃拓展為8 學時的巖礦鑒定等地質基礎實驗。具體實施實驗教學時，主要是從以下方面做出改進。

（1）將原先學生認知的礦物和巖石鑒定改為未知物的鑒別。實驗前，指導教師提出實驗要求及參考意見，讓學生自行設計實驗方案，發揮想象力和創造力，變“牽著走”為“指著走”，有利于激發學生的學習主動性和積極性，開拓思維和提高洞察力，培養嚴肅認真和實事求是的工作作風，提高學生的綜合素質。

（2）針對野外實習階段典型路線的地質景觀，增加取自野外實習路線標本的自主認識實驗，包括如廣布于山西的主要礦產，特征巖類，如砂巖、粉砂巖、頁巖、泥巖、石灰巖、白云巖、泥灰巖、花崗片麻巖、花崗巖等標本將全部源于實習真實線路。

（3）室內實驗的時間安排上注意及時性，可在實驗室進行室內實驗時講授巖礦的基本知識，課堂上不再占用過多的該部分相關理論學習時間，以提高學習效果和記憶深度。

（4）根據學科的發展，補充與更新成套礦物、巖石標本及地質構造教學模型，并通過增加的室內模型，初步認識地質構造；同時，兼顧先進教學設備的引進與購置，如羅盤、回彈儀、點荷載儀，工程地震儀、紅外熱像儀、3D 掃描儀、巖石聲波儀和探地雷達等。學生在室內可親自動手進行操作與實踐，手腦并用，獲得感性認識，深化理性理解，進一步激發學生的學習興趣。

（5）為滿足學生學習地質的興趣，實行開放實驗室制度，可方便學生利用空余時間進出實驗室，多多觀察，充實學習。

（6）在地質構造課程內容之后，增加2學時的地質構造模型觀摩、地質圖閱讀課內實踐。在地質圖的讀圖環節中，教師先講解讀圖方法，再讓學生現場讀圖。通過地質圖的閱讀分析，對與實際工程相關的地質圖的講解閱讀，學生掌握地質圖的閱讀技巧，并結合實際工程，分析在該地質條件下如何發現并處理工程問題、如何進行水利水電工程選址、設計、地基處理及施工等，從而把所學理論與工程實踐結合起來。

2.2 有效利用校區周邊教學資源，構建地質基礎實習教學平臺

結合本校周邊的情況及太原市的地質資源，構建兩個具有地域特色的地質基礎實習教學平臺。該平臺建好后，學生在實習平臺查閱學習地質基礎實習資料將非常方便。

山西省地質博物館作為實驗和實習的補充學習平臺。山西地質博物館是山西省普及礦產資源和地球科學知識的專業科技類博物館，由“穿越時空”“遠古物種”“大地寶藏”和“物華天寶”4個主題展廳組成，該館收藏了具有山西本土特色的巖石、礦產、古生物化石珍品及世界各地礦物。學生在教師指導下在平臺上學習相關內容，學生利用閑暇時間走進博物館，自主學習，可以多次近距離去觀山賞石，享受一場精彩的地學知識盛宴，體驗快樂地質、快樂教學和快樂教育。

交城縣水峪貫鎮是本校地學實習基地平臺，地方特色明顯。該基地為國內多所高校的實習提供了便利。水峪貫鎮距太原市約80km，該區地層由老至新發育齊全，巖層露頭良好，各種地質現象豐富，有完好的背斜向斜裙曲和斷裂構造，有巖漿侵入巖及鐵礦、煤礦，是理想的地學實習場所。在其他學校學院有關專業及本院水文水資源專業多年的本科實習過程中，已積累了大量的教學實習素材和經驗，經編輯整理后，置于平臺可用于學習使用，大大填補以往野外實習路線中地質基礎實習方面的不足。

2.3 完善水利工程實習基地建設，提升現有教學路線內容的科學性和多樣性

依據經濟實用、交通便利、地質現象代表性較強、專業特色突出及規范性的水利工程建設，建立以汾河水庫、汾河二庫、文峪河水庫、柏葉口水庫等為依托，相對獨立完善的野外水利工程地質實習基地，完善野外地質實習路線。結合實習基地的特點，規劃野外地質實習路線，對各地質景點進行全面詳細的資料整理與研究，加注標記，明確各地質點的教學內容，提供具有特色的工程地質解釋，在此基礎上確定最佳實習線路。

2.4 加強校企合作，校企聯合共建大學生地質實習基地，提高產學研合作水平

與實習基地共建單位協商，本著不僅促進學校實踐教學的質量，而且能為當地經濟的發展帶來一定的社會效益，實現雙贏，走可持續發展的路線，建立校企共建的發展模式。

目前，太原理工大學水利科學與工程學院已與多家地方水利骨干企業簽訂了實習基地協議，依托合作協議，不斷深化校企合作層次，校企共建教學團隊，選聘企業教師指導學生進行水利工程地質實習和畢業實習。

實習時，除安排學校新老結合的指導教師外，增配了水利工程的企業導師現場講解指導，企業導師參與實習指導與成績評定等工作，即校企雙導師制，這也是一流專業培養計劃和卓越工程師教育所要求的。

學校的教師和學生平時參與到實習企業的科研、管理和社會實踐活動中，確實做到校企深度合作。

2.5 充分利用雨課堂等智慧教學工具和新方法，開展實習教學和管理

工程地質實踐教學中傳統的教學方法和教學工具不足以調動學生的興趣和學習積極性，引入新方法和新教學工具勢在必行。

雨課堂是一款智慧教學工具，其將教學課件與微信相結合，實現文字、圖片、音視頻等教學資料的有效傳遞，提供了豐富的師生互動方式，并可以及時反饋學生的學習狀態數據。將雨課堂引入地質實習，靈活方便地實現師生間的資源共享與信息互動。打造網絡化學習新生態，可以激發學生參與實習的積極性。

實習期間，除了將實習資料以網絡課件或微視頻提前發至雨課堂等網絡平臺上，網絡化共享教學模式下，學生提前預習和準備，能夠充分認識實習區的工程地質條件和工程地質問題。針對典型工程案，如三峽水利工程地質條件及主要工程地質問題、鏈子崖滑坡及治理等，制成微視頻，也共享在網絡平臺上，構建社會學習資源的工程案例立體資源庫，學生實習期間可以自主學習。學生通過線上平臺進行“野外實習”，運用多手段教學形式，改善了教學內容的單一性，提高學習效果。

實測巖層產狀常用的是地質羅盤，而在進行巖層產狀實測前，師生先用手機下載的“三維地質羅盤”APP代替地質羅盤進行巖層產狀測量學習。通過手機操作，學生對測量巖層產狀產生了興趣。演練后，學生不但能掌握相關的理論知識和相關的動手操作要領，而且發現手機不僅能拿來打游戲，還可以用來進行地質研學。

結合科學研究，在野外實習工作中，除了采用傳統的地質工作方法，給學生實習時配備羅盤、地質錘外，還可引入回彈儀、聲波測定儀、無人機等新的實習方法，提升學生實習興趣和動手能力。例如，采用便攜式回彈儀，可以測試實習路線中不同巖體的強度，通過測試比較，學生思考不同巖性及構造的巖體其地質屬性與工程力學屬性的相互關系；應用聲波儀測試不同巖體及風化巖體的聲波速度用以判定巖體的風化程度，加深風化作用及風化作用對巖體破壞的認識。總之，讓學生在實習時有事做，而不致茫然、不知所措。

2.6 改進實驗及實習成績評定標準，多角度考核

實驗和野外實習均在教師的引導下，將大班分為若干小組，實行小組制，以小組為單位開展工作。每個學生的實踐成績則從多個方面加以考核評價，包括紀律、記錄、操作技能、實踐報告、面試及答辯討論等方面。成績評價內容不再僅看實驗和實習報告，同時注重實踐過程和效果。

3 結語

深化實踐教學是提高高等學校人才培養質量的重要舉措，是全面深化高等教育綜合改革的重要任務。實踐性教學是保證工程地質教學質量的關鍵。本文針對太原理工大學水利類專業工程地質課程實踐的現狀問題進行分析，提出通過改革水利工程地質實驗和野外實習教學內容，增加新的教學手段和教學方法及考核方式，以強化實踐環節。經本校水工和農水專業兩學年教學的初步探索與實踐，形成了系統的教學改革方案，有效地提高了實踐教學質量。加強工程地質實驗和實習教學，力爭達到地質理論與工程實際相結合，實現學生的知識與能力并重，并以能力培養為主，學生不僅掌握了地質知識，能讀懂地質資料，將來還能根據地質資料能夠進行水利工程設計或變更設計，培養出既懂地質又精通水利的實用人才。