“隧道施工”課程教學改革分析和探索

［摘 要］ “隧道施工”課程教學不僅需要講授基礎理論知識和專業知識，還要具有一定的應用性和實踐性。目前，“隧道施工”課程教學存在教學方式局限、教材滯后、理論與實踐脫節、教師教學能力有待提高等問題。為了解決“隧道施工”課程教學存在的問題，教師應提升自己的隧道施工知識水平，同時可從教學內容、教學方式等方面進行改革。通過將學生作為課堂教學的中心，提高了學生學習的積極性；通過采用隧道工程案例教學、引入典型隧道工程施工視頻、運用數值模擬技術等改善了課程教學方法，取得了良好的教學效果。

［關鍵詞］ 隧道施工；教學改革；教學方法

［基金項目］ 2021年度國家級一流本科專業建設項目“土木工程”（教高廳函〔2022〕14號）；2022年度貴州省自然科學基金項目“直剪條件下不共面非貫通節理巖體破壞模式和機理及強度模型研究”（ZK〔2022〕一般082）

［作者簡介］ 劉遠明（1975—），男，貴州銅仁人，博士，貴州大學土木工程學院教授，主要從事隧道工程研究；程家軍（2000—），男，江西上饒人，貴州大學土木工程學院2022級土木工程專業碩士研究生，研究方向為隧道工程；田茂亮（1999—），男，貴州銅仁人，貴州大學土木工程學院2022級土木工程專業碩士研究生，研究方向為隧道工程。

［中圖分類號］ U455 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）47-0053-04 ［收稿日期］ 2023-09-05

引言

隨著我國經濟社會的不斷發展、綜合國力的日益提高，需要建設的隧道工程越來越多。隧道工程的發展需要越來越多的隧道建設人才，這對我國高等院校隧道工程施工教學提出了新的要求。

“隧道施工”是土木工程專業隧道工程及地下工程方向的重要課程，不僅需要講授基礎理論知識和專業知識，還要有一定的應用性和實踐性。曾德榮［1］在卓越工程師計劃的培養要求的基礎上對隧道工程課程的內容、設計等進行了補充和完善。解磊等［2］提出加強校企合作，建立“雙師型”教學制度。李麗娟等［3］以創新實踐能力培養為核心的土木工程實踐教學體系認為，實踐教學是培養創新人才的重要環節。當今世界信息化和科技高度發達，如何將先進的教學理論和方法引入該課程，改進教學方式、優化教學內容、提高教學質量，是一個亟待考慮的問題［4］。由于“隧道施工”課程教學內容較為復雜，理論知識較為抽象，學生不能很好地理解，實踐性和針對性不強，導致學生難以產生學習興趣。為了改變傳統的教學方法，提高學生的理論和實踐能力，激發學生的學習熱情和動力，提升學生的積極性和教學質量，需要進行相關的教學改革。

本文對“隧道施工”課程存在的問題進行了分析，并進行了課程教學改革探索。通過課程教學改革，激發了學生的學習興趣，培養了學生的實踐能力，取得了良好的教學效果。

一、教學中存在的問題

課程教學內容包括隧道施工前需要做的準備、隧道開挖施工的方法、隧道施工作業流程、裝渣運輸、支護施工、特殊地質地段隧道施工以及隧道的養護與維修等的基礎專業知識。學生需要掌握理論知識，同時具備相應的實踐能力。目前，“隧道施工”課程教學存在以下問題。

（一）傳統教學方式的局限性

傳統課堂教學教師大多采用的是語言講授、板書、運用多媒體技術展示PPT等三種教學手段結合進行課堂教學，采用“以教師教為主”的教學方式。教師根據課程學時和教學大綱，將課本上的知識“灌輸式”地教授給學生。這種教學方式的缺點是難以調動學生學習的積極性以及探索知識的熱情，學生被動地理解和掌握知識；學生與教師的互動不多，誤認為教師是課堂的核心，學生被動地接受課堂知識，這樣的教學模式很可能使學生淪為知識的奴隸，不能激發學習的熱情和對探索知識的渴望；理論知識講解較為抽象、枯燥乏味，學生理解起來難度大；學生對具體隧道的施工過程、施工機械及施工中所用的材料等缺乏感性認識，無法具體知道施工機械的作業方式和施工材料的模樣，導致學生難以將學到的課本知識應用于實際工程中；等等。另外，當前很多高校在課程成績的評價方面普遍采用平時課堂表現加期末考核成績的課程評價體系，這使得學生只關心理論知識的學習，部分學生為了確保課程達到及格采用突擊式復習，從而忽略了對隧道施工設備的理解和掌握程度以及實踐能力，這種考核方式只考核了學生的考試作答能力和理論知識掌握程度，導致學生踏入社會后，在工作崗位中較難適應現實的隧道施工場地環境，不熟悉隧道施工的作業流程。

（二）教材內容滯后

有些教材提及的隧道施工工藝還停留在傳統的掘進機法、盾構法、明挖法、沉管法、蓋挖法等，而當今世界上隧道施工的最新方法、先進的掘進設備以及智能化隧道建設技術卻鮮有介紹。這導致在授課過程中，學生無法了解和學習到隧道工程領域內的新信息。

（三）理論與實踐脫節

隧道工程屬于地下工程，大部分隧道都修建于地下。由于地下工程工作面狹窄、現場施工環境惡劣等因素［5］，學校安排學生到施工現場進行生產實習較為困難，學生對于書上學到的知識難以形成立體的認識。這對于學生解讀書本上的知識造成了一定程度上的困難，導致理論與實踐脫節，例如，施工方法中的鉆爆法，由于涉及炸藥、導爆索等危險材料，且隧道爆破現場存在一定危險，安全得不到保障，學生難以進入施工現場進行學習，而爆破技術多種多樣，有光面爆破、光面水壓爆破、預裂爆破等，施工技術工序非常復雜，實踐性強。由于學生無法到現場進行實地考察和學習，學生無法體驗到實際中鉆爆的流程和感受到鉆爆法開挖隧道時的工作場景。

再者，學校的教學內容中雖然包含了生產實習、簡單的室內物理實驗和畢業實習等幾種實習安排，這些安排培養了學生一定基礎上的儀器操作能力，但是，在實際教學過程中，這些安排逐漸將學生邊緣化。即使是簡單的室內實驗，也只是教師在操作并進行講解，學生只是以“走馬觀花”的方式進行旁觀，無法自己進行器械操作，也就無法了解到實驗中會遇到的問題，缺乏自主設計實驗的創新性，難以實現專業知識與實踐過程產學研的真正融合。

（四）教學能力有待提高

隨著隧道技術的迅速發展，對教師的教學能力提出了挑戰。對于學生來說，教師不僅要傳授知識給學生，也要締造和諧的課堂關系，教師的教學能力直接影響著學生的學習成果。然而，目前許多高校“隧道施工”課程的任課教師在教學能力方面存在一些不足。許多剛入職的年輕教師并沒有太多參加過大型隧道施工的經驗，無法對隧道施工中的各個領域展開深入研究和探索。因此，在課堂教學中，他們對隧道施工的講解可能不夠到位，無法激發學生對課程學習的興趣。

二、教學改革的探索

為了解決“隧道施工”課程教學存在的問題，一方面，教師應積極提升自己的隧道施工知識水平，與相關行業保持緊密聯系，了解最新的施工方法和技術。另一方面，可從教學內容、教學方式等方面進行改革；創新實踐教學方式，鼓勵學生進行自主設計實驗，培養學生的創新能力。以貴州大學為例，通過“隧道施工”課程教學改革探索，實現了知識傳授與實踐能力培養的有機融合，提高了“隧道施工”課程教學質量。

（一）調動學生學習的積極性

“隧道施工”課程涉及內容廣泛，各個章節之間有一定的獨立性，需要系統地學習和分析整合。如果學生缺乏學習熱情和動力，既會影響他們對理論和實踐學習的熱情和興趣，也會影響學習效果。

學習熱情和興趣是推動學生進行學習的內在動力，是激發學生學習、保持學習并將學習導向特定目標的驅動力。能否有效調動學生的學習興趣、學習積極性和主動性，對于提高教學效果至關重要。學生在開始學習課程之前，通常對課程的主要內容不太了解，如果教師上課時直接進入課程內容的知識講解，容易讓學生感到盲目學習。因此，在教授課程內容之前，教師可以簡單介紹隧道的發展歷史、國內外著名的隧道等，以及學習該課程對未來工作和學習的重要性和意義，讓學生認識到該課程對未來學習和就業的價值，從而提高學生的學習熱情。

教師應將學生作為課堂教學的中心，在課堂中關注學生的學習積極性和學習狀態，并布置一些課后習題，以鞏固與提高學生對這節課所學知識的掌握程度。通過這種方式，培養學生的綜合能力，達到培養目標。

（二）采用案例教學

好的教材可以使教學達到事半功倍的效果，學生能夠由淺入深，更為容易地理解教材中的知識。選用最新版的教材，即由宋秀清主編的《隧道施工》（第三版）。本教材共有十四個章節，從第一章開始介紹隧道的構造、隧道的主體建筑物和附屬建筑，像洞身襯砌、洞門類型防排水設施等；第二章介紹隧道施工準備，介紹了施工調查、技術準備、資源配置等知識；第三章介紹了隧道開挖方法，明挖法、盾構法、臺階法、中隔壁法等開挖工藝；第四章的開挖作業，開挖機具、鉆頭形式、炸藥的基本知識等。整個內容按照了隧道施工的順序，由淺入深，發散講解，涵蓋的內容非常廣泛。在課程教學中，教材中每一章節后都附有一個實際工程，在課堂教學中加入實際工程的講解，可以把“隧道施工”課程的知識融入實際工程中，與工程實際相聯系，這樣學生在學習時可以更輕松地理解課堂中所學到的知識，既能將抽象的知識形象化，又能讓課堂氛圍變得輕松，提高學生的學習熱情和動力。

實際工程案例教學就是以解決工程在施工中遇到的問題為重點，以學生學習從遇到問題、到分析問題、再到解決問題的這樣一個思路為主，引導學生學會思考并使用自己在課堂中所學到的知識，去解決實際工程中遇到的難題。在課堂中講解工程案例是啟發式教學方法，可以使理論知識與工程實踐之間建立連接，從而激發學生的學習熱情和動力。教師可以結合目前我國一些著名隧道的修建，講解這座隧道修建中所用到的有關這一章節的知識內容，再根據教學大綱和教學要求，結合課程的具體學時，科學地安排教學內容。在課程教學中穿插介紹國內外隧道施工技術的重大工程實例，并介紹國內外最新施工技術或最新施工設備等，可以讓學生了解到隧道施工領域內的新消息。這對于培養學生適應工程現場的能力，以及跟進時代的發展具有重要的意義。

（三）引入典型隧道工程施工視頻

由于隧道工程的特殊性，實習環境較差，組織學生到施工現場參與實習存在困難。此外，隧道建設工期長，學生無法見識到隧道從開挖再到支護的整個過程。僅僅通過教師的講解和課堂上的圖片，學生難以深入了解具體的隧道施工過程和關鍵施工工藝。

為了解決這個問題，可以通過觀看國內外典型隧道施工的視頻資料或3D模擬隧道開挖過程的動畫幫助學生進行理解。例如，觀看鉆爆法中的全斷面法、臺階法、雙側壁導坑法等不同的開挖方法的工藝，盾構法中盾構機的模樣和工作方式，以及模擬施工材料，如不同種類的錨桿和管棚的結構等。通過這些視覺資料，可以讓學生更清楚、直觀地了解隧道施工的不同開挖方法、開挖設備的工作流程以及隧道從開挖到支護的整個過程。這能讓學生更好地掌握所學的課程知識、隧道施工工藝。

（四）運用數值模擬技術

運用Midas GTS NX數值模擬技術也是提高教學水平的一種方法。Midas GTS NX是一款針對巖土工程領域的通用有限元分析軟件，不僅支持靜力分析、動力分析、施工階段分析等，還適用于隧道、樁基、基坑等各種實際工程中，可以解決工程中各種問題。利用Midas GTS NX模擬隧道運用不同開挖方法的開挖過程，從而得出隧道開挖后圍巖與襯砌的受力情況、地表沉降情況和隧道周邊收斂等情況，通過數值計算技術形象展示隧道的施工過程，這樣可以較大程度地增強課程內容的直觀性。

如圖1所示，運用Midas GTS NX有限元軟件展示隧道運用不同施工法開挖的3D數值模型，可以直觀地看到不同施工法的施工工藝流程。在通過模型計算后，可以了解隧道開挖后的應力分布、地表沉降、拱頂沉降等情況，有助于學生對課程教授知識的接受。不僅如此，學生也可以更早地了解和學習到有限元軟件的使用，對以后的學習生涯或是工作生涯有很大的幫助。

結語

“隧道施工”課程不僅需要講授基礎理論知識和專業知識，還要求有一定的應用性和實踐性。本文分析了目前“隧道施工”課程教學中存在的問題，如教學方式局限、教材修訂滯后、理論與實踐脫節、教師教學能力有待提高等。為了解決“隧道施工”課程教學存在的問題，可從教師自身知識水平提高和教學內容、教學方式等方面進行改革。通過調動學生學習積極性、采用案例教學、引入典型隧道工程施工視頻、運用數值模擬技術等對“隧道施工”課程教學改革探索，取得了良好的教學效果。通過“隧道施工”教學改革探索，實現了傳授知識與培養實踐能力的有機融合，提高了該課程教學質量。

參考文獻

［1］曾德榮.基于卓越工程師計劃的隧道工程課程設計教學改革及實踐［J］.教育現代化，2020，7（3）：43-45.

［2］解磊，雷勇.城市地下空間工程專業應用型人才培養模式研究與實踐［J］.教育教學論壇，2017（29）：146-147.

［3］李麗娟，劉勇健.以創新能力為核心的土木工程實踐教學體系［J］.實驗室研究與探索，2015，34（4）：169-173.

［4］張亮，張勝，鄧宗偉，等.“隧道及地下工程”課程教學改革探索與創新路徑研究［J］.科技風，2022（29）：113-115.

［5］崔光耀，宋志飛，姚海波.新工科背景下《隧道與地下工程施工》課程教學改革的思考和分析［J］.科學咨詢，2020（3）：31-32.

Analysis and Exploration of Teaching Reform in the Course of Tunnel Construction

LIU Yuan-ming， CHENG Jia-jun， TIAN Mao-liang

（School of Civil Engineering， Guizhou University， Guiyang， Guizhou 550025， China）

Abstract： The teaching of the course Tunnel Construction not only requires teaching basic theoretical knowledge and professional knowledge， but also has a certain degree of practicality. At present， there are problems in the teaching of the course Tunnel Construction， such as limitations in teaching methods， outdated textbooks， disconnection between theory and practice， and the need to improve teachers’ teaching abilities. In order to solve the problems in the teaching of the course Tunnel Construction， teachers should enhance their knowledge of tunnel construction and reform the teaching content and methods. By placing students at the center of classroom teaching， students’ learning enthusiasm has been enhanced， and teaching methods have been improved and good results have achieved through the use of tunnel engineering case studies， the introduction of typical tunnel engineering construction videos， and the use of numerical simulation technology.

Key words： Tunnel Construction; teaching reform; teaching methods