學(xué)科交叉背景下工程力學(xué)專業(yè)的“隧道工程”教學(xué)效果提升策略

岳健，朱鐵環(huán)，陳秋南，安永林

(湖南科技大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 湘潭 411201)

學(xué)科交叉融合是科技創(chuàng)新的重要源頭，也是未來科學(xué)發(fā)展的必然趨勢(shì)。2020年11月，國家自然科學(xué)基金委員會(huì)的交叉科學(xué)部正式成立；隨后的2021年1月，教育部新設(shè)置“交叉學(xué)科”，成為我國第14個(gè)學(xué)科門類。這些舉措將“學(xué)科交叉”推向了前所未有的高度，但目前“學(xué)科交叉”還沒有統(tǒng)一的定義[1-3]。本研究中的“學(xué)科交叉”指的是兩個(gè)或兩個(gè)以上學(xué)科相互借用、相互影響、相互滲透以及相互融合[4-6]。“學(xué)科交叉”與“交叉學(xué)科”雖密切相關(guān)，但二者不能等同。學(xué)科交叉是行為的過程，而交叉學(xué)科是此種行為的一種結(jié)果。學(xué)科交叉的目的并非必須形成交叉學(xué)科，也可以是解決實(shí)際問題、創(chuàng)新理論認(rèn)識(shí)、推動(dòng)科技進(jìn)步、提升教學(xué)效果、培養(yǎng)復(fù)合型人才等[7-9]。以往學(xué)科交叉大多出現(xiàn)在科研領(lǐng)域或者研究生培養(yǎng)領(lǐng)域，但隨著社會(huì)對(duì)具有學(xué)科交叉能力的復(fù)合型人才的需求越來越迫切，在本科教學(xué)中進(jìn)行適當(dāng)?shù)膶W(xué)科交叉已然不可避免[10-12]。隨著我國地下工程的蓬勃發(fā)展，社會(huì)迫切需要大量既懂地下工程知識(shí)又懂力學(xué)知識(shí)的復(fù)合型人才，以期將力學(xué)知識(shí)應(yīng)用到地下工程中，確保地下工程的安全建設(shè)與健康服役。

在這樣的背景下，土木工程學(xué)科中的地下工程專業(yè)與力學(xué)學(xué)科中的工程力學(xué)專業(yè)需要進(jìn)行交叉融合，體現(xiàn)在本科教學(xué)上：盡管歷來“隧道工程”就是地下工程專業(yè)的核心專業(yè)課程，但近些年來，一些高校為了滿足社會(huì)需求與促進(jìn)學(xué)生就業(yè)，給工程力學(xué)專業(yè)的本科生也設(shè)置了“隧道工程”這一門理論課，并且將其作為必修課。因此在一些高校中，地下工程專業(yè)的學(xué)生與工程力學(xué)專業(yè)的學(xué)生都須學(xué)習(xí)“隧道工程”這一門理論課，這門課程由土木工程學(xué)院的地下工程專業(yè)教師負(fù)責(zé)講授，而且把兩個(gè)專業(yè)的學(xué)生都安排在同一學(xué)期學(xué)習(xí)這一門課，總學(xué)時(shí)也都一樣，兩個(gè)專業(yè)的學(xué)生也使用同樣的教材，最后都要求閉卷考試通過才算合格。既然如此，起初有教師認(rèn)為應(yīng)該一視同仁，對(duì)兩個(gè)專業(yè)的學(xué)生要怎么講就都怎么講。但結(jié)果發(fā)現(xiàn)：對(duì)于同一門“隧道工程”理論課，地下工程專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果較好，而工程力學(xué)專業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中經(jīng)常出現(xiàn)聽不懂、無興趣與沒信心等問題，學(xué)習(xí)效果欠佳。出現(xiàn)這種狀況的主要原因是：對(duì)于工程力學(xué)專業(yè)的“隧道工程”理論課，教師與學(xué)生分屬兩個(gè)不同的一級(jí)學(xué)科，這門課的教學(xué)存在學(xué)科交叉的問題，這給教師的“教”與學(xué)生的“學(xué)”都帶來明顯的“不適應(yīng)”。

湖南科技大學(xué)的“隧道工程”課程由筆者所在的教學(xué)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)講授，團(tuán)隊(duì)中的各位教師在申請(qǐng)與完成各類自然科學(xué)基金的過程中，都很好地鍛煉了學(xué)科交叉的科研能力。既然如此，面對(duì)本科教學(xué)中出現(xiàn)的上述問題，我們建議教師秉承科教融合的理念，把學(xué)科交叉的科研思維應(yīng)用到本科教學(xué)中，把學(xué)科交叉的科研成果轉(zhuǎn)化為本科教學(xué)資源，研究得出了若干針對(duì)性的教學(xué)策略，以提升工程力學(xué)專業(yè)的“隧道工程”課程的教學(xué)效果[13-15]。

1 采用“因人而異”的策略提升教學(xué)效果

在科研中進(jìn)行學(xué)科交叉應(yīng)“因人而異”，不能盲目照搬，這種思想也可以應(yīng)用到本科教學(xué)的學(xué)科交叉中。即便對(duì)于同一門課程，如果把這一專業(yè)的授課計(jì)劃盲目照搬到另一專業(yè)上，容易導(dǎo)致教學(xué)效果不佳。因此我們建議采用“因人而異”的策略提升教學(xué)效果，具體而言就是：首先，任課教師應(yīng)該清楚地認(rèn)識(shí)到，不同專業(yè)的本科生在學(xué)習(xí)“隧道工程”之前，都應(yīng)先學(xué)習(xí)一些相關(guān)的基礎(chǔ)課程，其中地下工程專業(yè)與工程力學(xué)專業(yè)在先修的基礎(chǔ)課程方面存在明顯不同；然后，任課教師相應(yīng)地對(duì)這兩個(gè)專業(yè)的學(xué)生采取不同的授課計(jì)劃，分配給各章的學(xué)時(shí)應(yīng)該有所不同。

通過仔細(xì)研讀地下工程專業(yè)與工程力學(xué)專業(yè)的培養(yǎng)方案，發(fā)現(xiàn)在第6學(xué)期學(xué)習(xí)“隧道工程”這一門理論課之前，兩個(gè)專業(yè)的學(xué)生在先修的基礎(chǔ)課程上主要存在如下不同(如表1所示)。

(1)表1中的地下工程專業(yè)簡(jiǎn)稱為“地”，工程力學(xué)專業(yè)簡(jiǎn)稱為“力”；一個(gè)學(xué)時(shí)即一節(jié)課的時(shí)長為45分鐘。與地下工程專業(yè)相比，工程力學(xué)專業(yè)的“理論力學(xué)”課程要多8個(gè)學(xué)時(shí)，“材料力學(xué)”課程要多16個(gè)學(xué)時(shí)，“彈性力學(xué)”課程要多16個(gè)學(xué)時(shí)，還要多開設(shè)一門“彈性力學(xué)課程設(shè)計(jì)”。因此，工程力學(xué)專業(yè)學(xué)生比地下工程專業(yè)學(xué)生的力學(xué)基礎(chǔ)明顯更好。

表1 比較地下工程專業(yè)與工程力學(xué)專業(yè)的先修課程

(2)地下工程專業(yè)不僅會(huì)開設(shè)32學(xué)時(shí)的“工程地質(zhì)”理論課，也會(huì)進(jìn)行1周的工程地質(zhì)野外實(shí)習(xí)，還會(huì)開設(shè)32學(xué)時(shí)的“巖體力學(xué)”課程(大部分授課內(nèi)容都與工程地質(zhì)密切相關(guān))；而工程力學(xué)專業(yè)則不要求學(xué)習(xí)這些課程。因此與地下工程專業(yè)的學(xué)生相比，工程力學(xué)專業(yè)學(xué)生的工程地質(zhì)知識(shí)基礎(chǔ)薄弱。

給工程力學(xué)專業(yè)學(xué)生講授“隧道工程”理論課的教師基本上都畢業(yè)于地下工程專業(yè)，基本上都沒有在工程力學(xué)專業(yè)學(xué)習(xí)的經(jīng)歷，如果任課教師認(rèn)識(shí)不到兩個(gè)專業(yè)的上述不同之處，就很容易被本身的專業(yè)慣性思維所支配，把面向地下工程專業(yè)學(xué)生的授課計(jì)劃照搬給工程力學(xué)專業(yè)的學(xué)生，這樣很容易出現(xiàn)教學(xué)效果不佳的問題。

任課教師在認(rèn)清上述不同的基礎(chǔ)上，接下來應(yīng)該對(duì)兩個(gè)專業(yè)的學(xué)生采取不同的授課計(jì)劃，分配給各章的學(xué)時(shí)應(yīng)該有所不同。在目前“隧道工程”課程僅有32學(xué)時(shí)的前提下，筆者建議各章學(xué)時(shí)分配如表2所示(本文都以陳秋南等編的“隧道工程”教材為例[16])。對(duì)照給地下工程專業(yè)的授課情況，教師在給工程力學(xué)專業(yè)的學(xué)生講授“隧道工程”時(shí)，建議相對(duì)多講隧道力學(xué)計(jì)算的知識(shí)，而相對(duì)少講隧道地質(zhì)的知識(shí)，這樣對(duì)于工程力學(xué)專業(yè)的學(xué)生而言，可以揚(yáng)長避短，可以發(fā)揮學(xué)生善于力學(xué)計(jì)算的特長，從而增加學(xué)生學(xué)習(xí)“隧道工程”的興趣，有力地提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。當(dāng)然，一些優(yōu)秀的工程力學(xué)專業(yè)學(xué)生在掌握了課堂知識(shí)的情況下，如果還有空余時(shí)間，可以通過授課教師的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源學(xué)習(xí)隧道地質(zhì)等知識(shí)。

表2 “隧道工程”教材各章的學(xué)時(shí)分配

2 采用“追本溯源”的策略提升教學(xué)效果

以“隧道工程”教材中的松動(dòng)圍巖壓力公式推導(dǎo)中的一個(gè)知識(shí)點(diǎn)為例說明。針對(duì)礦山法隧道的埋深不超過分界深度Hp但要超過等效荷載高度hq的情況，求松動(dòng)圍巖壓力。圖1為受力分析圖。教材中提到了“FH或EG則并非破裂面，因此該面的θ值應(yīng)小于φc值”，這個(gè)知識(shí)點(diǎn)是個(gè)難點(diǎn)，需要進(jìn)行學(xué)科交叉才能理解，“隧道工程”中的這個(gè)知識(shí)點(diǎn)可以用工程力學(xué)專業(yè)學(xué)生學(xué)過的“理論力學(xué)”知識(shí)解釋：

圖1 “隧道工程”課程中的案例受力分析圖

(1)如圖2所示，我們首先回顧“理論力學(xué)”教材中的“滑動(dòng)摩擦”的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)[17-18]：外部介質(zhì)對(duì)滑塊的全約束力為沿接觸面切向的約束力與沿接觸面法向的約束力的合力；當(dāng)滑塊處于由靜止平衡轉(zhuǎn)為滑動(dòng)的臨界狀態(tài)時(shí)，外部介質(zhì)對(duì)滑塊的全約束力F與接觸面法線間的夾角為摩擦角(以下稱為臨界摩擦角)；而當(dāng)外部介質(zhì)對(duì)滑塊的全約束力T與接觸面法線間的夾角小于臨界摩擦角時(shí)，滑塊處于靜止平衡狀態(tài)，即處于“摩擦自鎖”狀態(tài)，不用擔(dān)心滑塊滑動(dòng)。

圖2 “理論力學(xué)”課程中的案例受力分析圖

(2)如果我們把隧道特定范圍內(nèi)的巖體當(dāng)作理論力學(xué)中的滑塊，我們考慮隧道洞室開挖完并施作支護(hù)后的兩類關(guān)鍵的接觸面：一方面，洞室正上方的巖體EFHG與兩側(cè)的巖體AEC或BFD之間存在接觸面EG(FH)；另一方面，巖體AEC或BFD與外側(cè)的巖體之間存在接觸面AC(BD)。那么在前述埋深條件下，這兩類接觸面到底誰先開裂破壞呢？根據(jù)大量的設(shè)計(jì)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)計(jì)算圍巖壓力時(shí)認(rèn)為接觸面AC(BD)先開裂破壞，因此我們計(jì)算的就是接觸面AC(BD)剛好達(dá)到臨界開裂破壞這一時(shí)刻的圍巖壓力。

(3)當(dāng)接觸面AC(BD)處于臨界破壞狀態(tài)時(shí)，巖體BACD與外側(cè)的巖體之間處于由靜止向滑動(dòng)錯(cuò)開轉(zhuǎn)變的臨界狀態(tài)，外側(cè)巖體對(duì)BACD這一塊巖體的切向摩擦力剛好達(dá)到最大靜滑動(dòng)摩擦力，最大靜滑動(dòng)摩擦力與法向接觸壓力的合力即為外側(cè)巖體對(duì)BACD這一塊巖體的全約束力F，臨界破壞狀態(tài)時(shí)全約束力F與接觸面AC(BD)的法線間的夾角為臨界摩擦角，在隧道工程中這個(gè)臨界摩擦角就為巖體的計(jì)算摩擦角φc。

(4)當(dāng)接觸面AC(BD)處于臨界破壞狀態(tài)時(shí)，接觸面EG(FH)還沒有達(dá)到臨界破壞狀態(tài)，這就要求外圍接觸巖體對(duì)巖體EFHG的全約束力T與接觸面EG(FH)的法線的夾角θ小于臨界摩擦角，因此θ值應(yīng)小于φc值。

根據(jù)以上案例，我們建議采用“追本溯源”的策略提升工程力學(xué)專業(yè)的“隧道工程”課程的教學(xué)效果，具體論述如下：

(1)通過“追本溯源”，增強(qiáng)學(xué)生進(jìn)行跨學(xué)科學(xué)習(xí)的信心。在科研中進(jìn)行學(xué)科交叉時(shí)，有的科研人員擔(dān)心投入了大量時(shí)間卻還是弄不清楚另一個(gè)學(xué)科的相關(guān)知識(shí)，缺乏信心，不敢放手去做，導(dǎo)致科研進(jìn)展緩慢，同樣的問題也會(huì)出現(xiàn)在本科教學(xué)的學(xué)科交叉中。當(dāng)此一級(jí)學(xué)科的學(xué)生上彼一級(jí)學(xué)科的“專業(yè)課”時(shí)，受過去根深蒂固的專業(yè)壁壘的影響，學(xué)生容易出現(xiàn)學(xué)習(xí)信心不足的問題。案例中的工程力學(xué)專業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)跨越一級(jí)學(xué)科的“隧道工程”專業(yè)課時(shí)，常常會(huì)萌生“這門課不是我們力學(xué)專業(yè)擅長的課程，努力學(xué)習(xí)也得不了高分，不如就混個(gè)60分及格算了”的思想，這樣會(huì)導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果不佳甚至很差。任課教師要引導(dǎo)培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行學(xué)科交叉學(xué)習(xí)的信心。案例中教師“追本溯源”講解“隧道工程”中與力學(xué)有關(guān)的知識(shí)，使工程力學(xué)專業(yè)的學(xué)生理解透徹隧道問題的力學(xué)淵源，這樣就會(huì)使學(xué)生認(rèn)識(shí)到：“原來隧道行業(yè)的很多難點(diǎn)源自力學(xué)，恰恰我們工程力學(xué)專業(yè)的學(xué)生最擅長克服力學(xué)難點(diǎn)了，可見‘隧道工程’并沒有想象中那么高不可攀。”這樣可以有力增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)“隧道工程”的信心，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，從而提高學(xué)習(xí)效果。

(2)通過“追本溯源”，要求學(xué)生深入學(xué)習(xí)學(xué)科交叉的知識(shí)。案例中提到了“FH或EG則并非破裂面，因此該面的θ值應(yīng)小于φc值”，很多工程力學(xué)專業(yè)的學(xué)生并不清楚這句話的真正原因，也就是說并不理解這句話涉及的力學(xué)原理。在這種情況下，這些學(xué)生并不想去深究這個(gè)問題，因?yàn)榧幢悴焕斫膺@句話涉及的力學(xué)原理，只需要按照教材中給出的推薦值表就可以查到θ值，也能算出正確的結(jié)果，似乎也不影響最后的考試分?jǐn)?shù)。在這個(gè)知識(shí)點(diǎn)的講解上，教師也容易出現(xiàn)一種錯(cuò)覺：“我上的是‘隧道工程’課程，我上的又不是力學(xué)課程，這可不歸我講，頂多對(duì)著PPT念一遍算了。”這樣師生雙方在無形之中達(dá)成了一種“避深就淺、皆大歡喜”的默契，顯然這是不可取的。既然開設(shè)了帶有學(xué)科交叉性質(zhì)的課程，那么深入地講解學(xué)科交叉知識(shí)是教師應(yīng)盡的義務(wù)。如同案例一樣，教師應(yīng)“追本溯源”地講清楚相關(guān)交叉知識(shí)點(diǎn)的前因后果，對(duì)于工程力學(xué)專業(yè)的學(xué)生來說，有必要深刻弄清楚“隧道工程”中各個(gè)知識(shí)點(diǎn)涉及到的力學(xué)原理，將來才能把工程力學(xué)知識(shí)正確地應(yīng)用到隧道領(lǐng)域中。學(xué)科交叉的“教”與“學(xué)”都不是把兩門課程的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行表面堆砌，而是要把這門課程的知識(shí)點(diǎn)有機(jī)嵌入到另一門課程的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)中進(jìn)行深入吸收，這也非常有利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科交叉能力。

(3)通過“追本溯源”，模擬再現(xiàn)幾個(gè)學(xué)期之前學(xué)生當(dāng)時(shí)的學(xué)習(xí)場(chǎng)景，為如今學(xué)科交叉知識(shí)點(diǎn)的備課提供參考。一方面，教師在講解學(xué)科交叉知識(shí)點(diǎn)之前，通過走訪調(diào)查，可以詢問學(xué)生，也可以詢問當(dāng)時(shí)的任課教師。教師要調(diào)查清楚學(xué)生對(duì)于先修的某一門課程中的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，頭腦中模擬再現(xiàn)幾個(gè)學(xué)期之前學(xué)生當(dāng)時(shí)的學(xué)習(xí)場(chǎng)景，思考跨越一級(jí)學(xué)科的學(xué)生在如此學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，在“隧道工程”課堂上聽講可能會(huì)遇到哪些難點(diǎn)，教師應(yīng)該采用什么樣的方式講解，從而為學(xué)科交叉知識(shí)點(diǎn)的充分備課提供參考。另一方面，對(duì)于學(xué)生而言，上哪一門課就只帶哪一本教材似乎是再正常不過的事情了，但在之中的學(xué)科交叉案例的一堂課中，便會(huì)同時(shí)用到“隧道工程”與“理論力學(xué)”這兩門課的兩本教材。教師計(jì)劃要在某一次課堂上講解學(xué)科交叉知識(shí)點(diǎn)了，提前備課時(shí)要找到學(xué)生當(dāng)時(shí)使用的另一門課程的教材，認(rèn)真研讀此教材，頭腦中模擬再現(xiàn)幾個(gè)學(xué)期之前學(xué)生當(dāng)時(shí)的學(xué)習(xí)場(chǎng)景，以做到充分備課。教師要提前告訴學(xué)生上課時(shí)要帶上兩本教材，以便在課堂上把兩本實(shí)物教材的交叉轉(zhuǎn)變成頭腦中兩門課程知識(shí)的交叉。

3 采用“融合貫通”的策略提升教學(xué)效果

以“隧道工程”教材中的深埋圓形隧道圍巖應(yīng)力公式推導(dǎo)為例說明。對(duì)于彈性狀態(tài)下的深埋圓形隧道，開挖后、施作支護(hù)前的隧道圍巖中任意一點(diǎn)的法向應(yīng)力計(jì)算公式的極坐標(biāo)表示形式為：

(1)

參考圖3，式(1)中：γc為圍巖的重度；Hc為隧道圓心到地表面的豎直距離；r0為隧道開挖半徑。

圖3 深埋圓形隧道圍巖應(yīng)力的示意圖

“隧道工程”教材中給出了式(1)，但并沒有給出式(1)的推導(dǎo)過程；式(1)是應(yīng)用“彈性力學(xué)”課程知識(shí)進(jìn)行推導(dǎo)得到的[19]，這又是一個(gè)學(xué)科交叉的難題。建議教師以“隧道工程”為背景，以“彈性力學(xué)”為基礎(chǔ)，把兩門課程的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行融合貫通，形成便于學(xué)生理解的講授思路：

(1)如圖3所示，前提假設(shè)有：

①假設(shè)圍巖為均質(zhì)、連續(xù)、各向同性的介質(zhì)。

②假設(shè)在隧道開挖前的狀態(tài)下，巖體只有自重應(yīng)力，而沒有構(gòu)造應(yīng)力等其它應(yīng)力。

③假設(shè)隧道開挖后的圍巖仍處于彈性狀態(tài)，并沒有進(jìn)入塑性狀態(tài)，因此可以把求解的隧道工程問題轉(zhuǎn)化為彈性力學(xué)中的厚壁圓環(huán)問題。r0為圓環(huán)的內(nèi)圓半徑(隧道開挖半徑)，rb為圓環(huán)的外圓半徑。假設(shè)rb比r0大的多，即圓環(huán)的外圓邊界遠(yuǎn)離隧道，因此外圓邊界上的應(yīng)力分布不受隧道開挖的影響。

④深埋隧道的圓心到地表面的豎直距離Hc遠(yuǎn)大于rb，自然Hc也遠(yuǎn)大于r0。在本例中，把圓環(huán)單獨(dú)拿出來進(jìn)行受力分析，用作用在圓環(huán)外圓邊界上的均布?jí)毫0近似代替周圍巖體對(duì)圓環(huán)的力學(xué)作用，假設(shè)p0等于隧道中心點(diǎn)的自重應(yīng)力：

p0=γcHc

(2)

(2)眾所周知，“彈性力學(xué)”教材中的軸對(duì)稱應(yīng)力的通用表達(dá)式為：

(3)

根據(jù)本例隧道的受力情況確定邊界條件為：

τrθ|r=r0=0，τrθ|r=rb=0

σr|r=r0=0，σr|r=rb=-p0

(4)

將邊界條件式(4)代入式(3)，再結(jié)合位移單值條件，可求得常數(shù)：

(5)

將求得的常數(shù)代回式(3)中，得到：

(6)

對(duì)于式(6)，前面已經(jīng)假設(shè)rb比r0大的多，因此r0平方與rb平方的比值很小，這一項(xiàng)可以略去，并將式(2)帶入。“彈性力學(xué)”教材中規(guī)定法向應(yīng)力以拉為正，但由于隧道結(jié)構(gòu)在大部分情況下以受壓為主，以受拉為輔，所以“隧道工程”教材中規(guī)定法向應(yīng)力以壓為正，因此還要把σr與σθ的表達(dá)式中的負(fù)號(hào)去掉，終于得到了式(1)。

根據(jù)以上案例，我們建議采用“融合貫通”的策略提升工程力學(xué)專業(yè)的“隧道工程”課程的教學(xué)效果，具體論述如下：

(1)在本科教學(xué)中進(jìn)行學(xué)科交叉，只有拒絕簡(jiǎn)單拼湊，才能真正做到融合貫通。國家自然科學(xué)基金委員會(huì)交叉科學(xué)部的某位專家反映：“有一些申請(qǐng)項(xiàng)目只是不同學(xué)科知識(shí)的簡(jiǎn)單拼湊，只是為了申請(qǐng)項(xiàng)目而交叉，并不是為了解決問題而交叉，并沒有做到實(shí)質(zhì)性的學(xué)科交叉融合。”科研中的這種問題也會(huì)出現(xiàn)在本科教學(xué)的學(xué)科交叉中，我們要做到的是“融合”而不是“湊合”。在案例中，如果僅僅是把“彈性力學(xué)”與“隧道工程”這兩門課程的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)單拼湊羅列，顯然無法解釋清楚如下問題：對(duì)于式(1)中的法向應(yīng)力的正負(fù)規(guī)定，“隧道工程”教材與“彈性力學(xué)”教材為什么恰好是相反的；相比“彈性力學(xué)”教材，式(1)在“隧道工程”教材中為什么把外壓力p0進(jìn)一步進(jìn)行了計(jì)算；對(duì)于同一變量，這兩類教材為什么經(jīng)常用不同的字母表示。任課教師應(yīng)該認(rèn)識(shí)到把各門力學(xué)課程知識(shí)應(yīng)用到“隧道工程”課程中時(shí)，一些情況下是不能直接應(yīng)用的，而是要根據(jù)隧道的工程特點(diǎn)進(jìn)行一些變換后才能應(yīng)用，這樣才能解釋清楚上述問題，這也體現(xiàn)了融合貫通的真正涵義。

(2)在本科教學(xué)中進(jìn)行學(xué)科交叉，要做到有機(jī)的融合貫通，沒有必要處處強(qiáng)求同化。案例中的4條假設(shè)是將“彈性力學(xué)”假設(shè)與“隧道工程”假設(shè)有機(jī)融合形成的，這些假設(shè)無論是放在“彈性力學(xué)”中還是放在“隧道工程”中都能說得通，可以認(rèn)為做到了融合貫通。需要說明的是，融合貫通強(qiáng)調(diào)兩個(gè)學(xué)科之間要有機(jī)聯(lián)系，并不是強(qiáng)求兩個(gè)學(xué)科處處同化。筆者認(rèn)為：地下工程專業(yè)與工程力學(xué)專業(yè)都開設(shè)“隧道工程”這一門課程是完全可以的，但最后要求兩個(gè)專業(yè)的學(xué)生都采用同一套閉卷考試題則是沒有必要的，因?yàn)閮蓚€(gè)專業(yè)的學(xué)生分屬兩個(gè)不同的一級(jí)學(xué)科，如果是基礎(chǔ)課，采用同一套試題尚且可以；但對(duì)于“隧道工程”這種專業(yè)課，如果也采用同一套試題，為了使不同基礎(chǔ)的兩個(gè)專業(yè)的學(xué)生都能“適應(yīng)”，教師所出的考試題只能簡(jiǎn)單化，而且學(xué)科交叉的內(nèi)容在很多情況下無法閉卷考試，這樣就不能達(dá)到“以考促學(xué)”的目的，這會(huì)導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)效果不佳。筆者建議對(duì)于工程力學(xué)專業(yè)的“隧道工程”課程，盡量采用綜合性與開放性的考查方式，例如以“力學(xué)知識(shí)在隧道工程中的應(yīng)用”為主題，要求學(xué)生上交具有一定融合深度與融合廣度的論文才能通過考核，這樣會(huì)促使學(xué)生認(rèn)真學(xué)習(xí)學(xué)科交叉的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。

(3)開設(shè)跨越一級(jí)學(xué)科的專業(yè)課程，不僅僅只是為了讓學(xué)生多掌握一門課程知識(shí)，而且希望通過這種具有學(xué)科交叉性質(zhì)的課程，培養(yǎng)學(xué)生融合貫通的能力。學(xué)科交叉能使學(xué)生跳出單一學(xué)科眼界的限制，能用批判性視角看待問題，從而把問題理解得更加透徹。案例中，最后把應(yīng)力的負(fù)號(hào)去掉了，這在常規(guī)上似乎是錯(cuò)誤的操作，但在“隧道工程”中是可以的，學(xué)生在這個(gè)知識(shí)點(diǎn)上往往先是批判然后在教師的講解下理解并認(rèn)同，這就加深了對(duì)知識(shí)的掌握程度。目前，實(shí)際隧道中的很多難題都要通過隧道、力學(xué)、計(jì)算機(jī)等多個(gè)領(lǐng)域中的專家通力合作才能解決，教師在課堂上告訴學(xué)生這一現(xiàn)狀，能夠激發(fā)學(xué)生開展學(xué)科交叉的積極性，從而提升教學(xué)效果。工程力學(xué)專業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)“隧道工程”的過程中，為了能將各種力學(xué)知識(shí)與“隧道工程”知識(shí)融合貫通，經(jīng)常請(qǐng)教地下工程專業(yè)的學(xué)生，這也能培養(yǎng)學(xué)生們的溝通能力，以期將來合作解決實(shí)際工程中的學(xué)科交叉問題。

4 結(jié)語

目前我國正在大力推進(jìn)學(xué)科交叉融合創(chuàng)新，在本科教學(xué)中也應(yīng)適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行學(xué)科交叉，以培養(yǎng)社會(huì)急需的復(fù)合型人才。工程力學(xué)專業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)地下工程專業(yè)教師講授的“隧道工程”課程時(shí)，由于教師與學(xué)生分屬兩個(gè)不同的一級(jí)學(xué)科，容易導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)效果不佳。鑒于此，建議教師秉承科教融合的理念，把學(xué)科交叉的科研思維應(yīng)用到本科教學(xué)中。通過比較研究與案例研究，得出了提升教學(xué)效果的若干策略：即便對(duì)于同一門課程，教師也應(yīng)對(duì)不同專業(yè)的學(xué)生采取不同的授課計(jì)劃；教師應(yīng)追本溯源深入講解學(xué)科交叉知識(shí)，以增強(qiáng)學(xué)生跨學(xué)科學(xué)習(xí)的信心；教師應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生在學(xué)科交叉方面的融合貫通能力。實(shí)踐表明：應(yīng)用這些策略明顯提升了工程力學(xué)專業(yè)的“隧道工程”課程的教學(xué)效果。近些年來，在隧道領(lǐng)域就業(yè)的工程力學(xué)專業(yè)學(xué)生越來越多，這些畢業(yè)生將力學(xué)知識(shí)應(yīng)用到隧道領(lǐng)域中，為促進(jìn)我國隧道行業(yè)的快速發(fā)展作出了顯著的成績，這也反映了科教融合在學(xué)科交叉中具有重要的作用。