工程地質(zhì)學(xué)的教學(xué)改革研究

關(guān)鍵詞：工程地質(zhì)學(xué)；土木工程專業(yè)； 教學(xué)改革 

　　一、 工程地質(zhì)學(xué)的學(xué)科地位 

　　土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案提出的培養(yǎng)目標(biāo)是：畢業(yè)生能在房屋建筑、工程勘察、地基基礎(chǔ)、地下建筑、道路、橋梁等設(shè)計(jì)、研究、施工、教育、管理、投資開發(fā)部門從事技術(shù)或管理工作。工程地質(zhì)學(xué)是土木工程專業(yè)一門必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，一方面為土力學(xué)與基礎(chǔ)工程學(xué)等專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，另一方面擔(dān)負(fù)著與工程地質(zhì)勘察有關(guān)的應(yīng)用地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí)學(xué)習(xí)及實(shí)踐實(shí)習(xí)的重要任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力及創(chuàng)新精神。工程地質(zhì)學(xué)通過(guò)巖土工程勘察為工程建設(shè)服務(wù)。在工程建設(shè)中首先要查明建設(shè)地區(qū)或建筑場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件，分析、預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)可能存在和發(fā)生的工程地質(zhì)問(wèn)題，及其對(duì)建筑物和地質(zhì)環(huán)境的影響和危害，提出防治不良地質(zhì)作用的措施�？梢姳仨氁�有扎實(shí)的工程地質(zhì)學(xué)知識(shí)才能在實(shí)際工程建設(shè)中完成工程地質(zhì)勘察任務(wù)。 

　　工程地質(zhì)問(wèn)題，是涉及生命和財(cái)產(chǎn)安全的大問(wèn)題，稍有疏忽即可釀成大禍。西安建筑科技大學(xué)舊圖書館、鐵一局幼兒園教學(xué)樓以及西安化工六院某家屬樓等，都是由于建筑場(chǎng)地地質(zhì)條件沒(méi)勘察清楚，剛好建在地裂縫上而遭到破壞。1976年7月28日唐山7.8級(jí)大地震，造成65萬(wàn)多間房屋坍塌，24萬(wàn)多人死亡，主要是建筑結(jié)構(gòu)防震措施缺失及地基液化造成的房屋倒塌，原唐山礦冶學(xué)院的圖書館樓因地基液化下陷了一層半。委內(nèi)瑞拉曾發(fā)生6.4級(jí)地震，致使樓房地基土液化下陷，也屬于地基處理方案不合理造成的工程地質(zhì)問(wèn)題。2009年6月27日上海“倒樓”工程事故， 13層樓房（7號(hào)樓）整體倒覆，事故原因是施工方將樓房南側(cè)開挖4.6 m深的地下室挖出的土方堆置在樓北側(cè)，高度達(dá)10 m左右，加上雨水滲入誘發(fā)土體失穩(wěn)，致使基礎(chǔ)樁折斷樓房失去支撐而倒覆。該工程事故屬人工改變地質(zhì)環(huán)境及雨水滲入誘發(fā)土體失穩(wěn)的工程地質(zhì)問(wèn)題。從以上工程事故案例可以看出，天災(zāi)固然不可抗拒，但人禍可以避免，這就要求土木工程師熟練掌握工程地質(zhì)學(xué)知識(shí)�？梢姽こ痰刭|(zhì)學(xué)課程設(shè)置，在土木工程建設(shè)中具有舉足輕重的學(xué)科地位。 

　　二、工程地質(zhì)學(xué)課程存在的主要問(wèn)題 

　　據(jù)調(diào)查了解及結(jié)合學(xué)院的實(shí)際情況，目前土木工程專業(yè)工程地質(zhì)學(xué)教學(xué)在師資、實(shí)踐教學(xué)方面存在許多問(wèn)題[1]，而最突出的問(wèn)題主要有以下兩方面。 

　　首先是課程授課學(xué)時(shí)少。土木工程專業(yè)工程地質(zhì)學(xué)為30學(xué)時(shí)，實(shí)際授課課時(shí)為26學(xué)時(shí)。其他多數(shù)院校的課時(shí)設(shè)置為36學(xué)時(shí)[2]。而按新專業(yè)設(shè)置，工程地質(zhì)學(xué)教學(xué)內(nèi)容多，在教學(xué)內(nèi)容安排上除了滿足主要的工業(yè)與民用建筑專業(yè)方向外，還要兼顧道路與橋梁工程、巖土工程、地下工程等專業(yè)方向。地質(zhì)基礎(chǔ)知識(shí)是學(xué)科基礎(chǔ)，必須牢固掌握，而工程巖土學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)、工程地質(zhì)分析及巖土工程勘察是分析和解決工程地質(zhì)問(wèn)題的專業(yè)應(yīng)用部分，這些知識(shí)更加重要。課時(shí)設(shè)置太少，教學(xué)深度難以達(dá)到人才培養(yǎng)方案中的培養(yǎng)目標(biāo)。 

　　其次，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)及野外實(shí)習(xí)少，個(gè)別院校沒(méi)有開設(shè)實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)。 因課時(shí)少，在課程設(shè)計(jì)中往往是首先減少實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)，致使實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱或缺失。同時(shí)，非地質(zhì)院校開設(shè)的土木工程專業(yè)，基本上都沒(méi)有地質(zhì)基礎(chǔ)方面的實(shí)驗(yàn)室，如礦物巖石實(shí)驗(yàn)室、地質(zhì)構(gòu)造模型室，以及野外地質(zhì)實(shí)習(xí)基地。野外地質(zhì)實(shí)習(xí)的師資力量也不足，一般非地質(zhì)院校僅有1～2位工程地質(zhì)學(xué)任課教師，不具備帶領(lǐng)野外實(shí)習(xí)的條件，所以基本上都沒(méi)有開設(shè)野外實(shí)習(xí)。學(xué)生在學(xué)習(xí)中缺少感性認(rèn)識(shí)，紙上談兵使這門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程教學(xué)大打折扣。 

　　三、教學(xué)改革措施 

　　基于工程地質(zhì)學(xué)課程目前存在的主要問(wèn)題及課程設(shè)置的重要性，在適當(dāng)增加教學(xué)課時(shí)及工程地質(zhì)實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)資金投入的同時(shí)，依據(jù)多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)從以下兩方面著手改革。 

　�。ㄒ唬┱n程建設(shè)方面的改革 

　�。�1）相關(guān)課程的任課教師組成教學(xué)科研團(tuán)隊(duì)，開展相關(guān)的教學(xué)科研活動(dòng)。由于工程地質(zhì)學(xué)課程教學(xué)課時(shí)少，所以從事工程地質(zhì)學(xué)教學(xué)的教師相對(duì)較少，不能形成強(qiáng)大的師資隊(duì)伍。但工程地質(zhì)學(xué)、土力學(xué)及基礎(chǔ)工程學(xué)課程知識(shí)相關(guān)性較大，可以組成一個(gè)教學(xué)科研團(tuán)隊(duì)，開展相關(guān)的教學(xué)科研活動(dòng)及設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)研究。對(duì)這些課程中相互交叉、重復(fù)的部分內(nèi)容進(jìn)行協(xié)商調(diào)整。如工程地質(zhì)學(xué)中土的工程地質(zhì)特性，包括土的物質(zhì)組成、土的物理力學(xué)性質(zhì)、土的分類與分級(jí)，以及地下水的徑流狀態(tài)等，在土力學(xué)中屬于重點(diǎn)內(nèi)容。房屋建筑工程地質(zhì)問(wèn)題及深基坑開挖工程地質(zhì)問(wèn)題，在基礎(chǔ)工程學(xué)中有較詳細(xì)講授。這些內(nèi)容在工程地質(zhì)學(xué)中不宜重復(fù)授課。 

　�。�2） 充分利用實(shí)驗(yàn)室教學(xué)資源。 據(jù)調(diào)查了解，許多理工科院校在開辦土木工程專業(yè)的同時(shí)，也開設(shè)有地理科學(xué)類專業(yè)，廣東石油化工學(xué)院也開設(shè)了這兩個(gè)專業(yè)。地理科學(xué)類專業(yè)開設(shè)的地質(zhì)學(xué)也都需要進(jìn)行地質(zhì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。為充分利用實(shí)驗(yàn)室教學(xué)資源，節(jié)約實(shí)驗(yàn)室重復(fù)建設(shè)的資金投入，建議兩個(gè)專業(yè)共同建設(shè)使用礦物巖石實(shí)驗(yàn)室、地質(zhì)構(gòu)造模型室，完善地質(zhì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。開展常見造巖礦物及三大類巖石的認(rèn)識(shí)、鑒定實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)礦物、巖石的感性認(rèn)識(shí)，開展地質(zhì)構(gòu)造模型實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生理解并掌握地質(zhì)構(gòu)造的立體空間展布。 　　（3）開設(shè)巖土工程勘察綜合性實(shí)驗(yàn)。在土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)中可見，畢業(yè)生應(yīng)能在工程勘察部門從事技術(shù)及管理工作。因此，在加強(qiáng)巖土工程勘察理論知識(shí)講授的同時(shí)，有必要開設(shè)巖土工程勘察綜合性實(shí)驗(yàn)。把工程地質(zhì)學(xué)、土力學(xué)、基礎(chǔ)工程學(xué)與工程測(cè)量等課程中簡(jiǎn)單、分散、獨(dú)立的相關(guān)實(shí)驗(yàn)統(tǒng)一起來(lái)，組合成為巖土工程勘察綜合性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括對(duì)某一建筑場(chǎng)地測(cè)量定位、鉆探、原位測(cè)試、采取巖土試樣、鑒定描述、室內(nèi)土工試驗(yàn)，綜合分析評(píng)價(jià)，確定土巖層承載力特征值，建議建筑物的基礎(chǔ)持力層及基礎(chǔ)類型，提出與建筑場(chǎng)地、環(huán)境相關(guān)的巖土工程綜合治理建議。綜合性實(shí)驗(yàn)旨在把實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與生產(chǎn)實(shí)際聯(lián)系起來(lái)，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、綜合運(yùn)用能力、創(chuàng)新能力。巖土工程勘察綜合性實(shí)驗(yàn)應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，獨(dú)立設(shè)置課程，時(shí)間具有連續(xù)性，可以培養(yǎng)學(xué)生連續(xù)工作的毅力和能力，利于學(xué)生提前熟悉就業(yè)環(huán)境，增強(qiáng)工程意識(shí)，形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。巖土工程勘察綜合性實(shí)驗(yàn)更貼近土木工程專業(yè)實(shí)際，體現(xiàn)大工程觀的教育思想。 

　�。�4） 開設(shè)工程地質(zhì)相關(guān)的專題講座。 定期開設(shè)工程地質(zhì)相關(guān)專題講座，介紹工程地質(zhì)與工程建設(shè)的依附關(guān)系，介紹工程建設(shè)、巖土工程治理等方面有關(guān)工程地質(zhì)的典型案例和最新研究成果，提高學(xué)生對(duì)工程地質(zhì)學(xué)的學(xué)習(xí)興趣和日后工程建設(shè)設(shè)計(jì)施工時(shí)對(duì)工程地質(zhì)條件的重視。介紹工程地質(zhì)的新理論、新技術(shù)和新方法，拓寬學(xué)生的知識(shí)面，開闊視野，使學(xué)生更多地了解、接受最新的前沿科技成果，使學(xué)生能站在更高、更廣的角度分析問(wèn)題，為學(xué)生將來(lái)成為優(yōu)秀的土木工程師打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。 

　�。ǘ�） 教學(xué)方法改革 

　�。�1）首先要教會(huì)學(xué)生獲取知識(shí)及創(chuàng)新的能力。 大學(xué)本科教學(xué)的核心并不是讓學(xué)生去掌握某一種實(shí)驗(yàn)方法或某一個(gè)專業(yè)知識(shí)，而是讓學(xué)生學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的思路及方法，培養(yǎng)學(xué)生獲取知識(shí)及創(chuàng)新的能力[3]，實(shí)現(xiàn)青出于藍(lán)而勝于藍(lán)。根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)，掌握地質(zhì)學(xué)“將今論古、以古證今”的思維方式和研究方法，養(yǎng)成從地質(zhì)演化角度分析工程地質(zhì)條件的思維習(xí)慣。地球的內(nèi)外力地質(zhì)作用是永不停息的，無(wú)時(shí)無(wú)刻都在按地質(zhì)演化規(guī)律發(fā)生著變化，特定的建筑工程與場(chǎng)地地質(zhì)環(huán)境之間是有條件的、動(dòng)態(tài)的平衡，一旦某一因素的變化超越了平衡極限，平衡被打破，工程地質(zhì)條件就要發(fā)生變化，甚至危害建設(shè)工程，引發(fā)建設(shè)工程事故。學(xué)會(huì)分類、總結(jié)、歸納及演繹的邏輯思維方法，將復(fù)雜的地質(zhì)現(xiàn)象（問(wèn)題）簡(jiǎn)單化，將特殊的地質(zhì)現(xiàn)象（問(wèn)題）典型化，將一般的地質(zhì)現(xiàn)象（問(wèn)題）規(guī)律化[4]。提高學(xué)生自主獲取知識(shí)的能力，拓展思維，使學(xué)生能在課堂授課時(shí)間以外，通過(guò)自學(xué)獲得更多有關(guān)工程地質(zhì)的知識(shí)，為日后的拓展學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)，提升創(chuàng)新能力。 

　�。�2）重視學(xué)生對(duì)實(shí)物標(biāo)本的接觸觀摩鑒定，實(shí)施全開放實(shí)驗(yàn)。為學(xué)生認(rèn)識(shí)、鑒定常見造巖礦物及常見巖石創(chuàng)造條件，實(shí)施全開放實(shí)驗(yàn)。也就是在相應(yīng)的內(nèi)容講授及實(shí)物標(biāo)本鑒定演示后，把多套常見礦物巖石標(biāo)本分組留給學(xué)生長(zhǎng)時(shí)間保管。如圖3所示，學(xué)生在宿舍利用課余時(shí)間做常見礦物巖石鑒定實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在做鑒定實(shí)驗(yàn)時(shí)允許其刻劃、敲打標(biāo)本，讓學(xué)生有較多機(jī)會(huì)接觸、認(rèn)識(shí)、鑒定實(shí)物標(biāo)本，并相互交流討論鑒定體會(huì)，反復(fù)識(shí)記常見造巖礦物及巖石的主要特征。填補(bǔ)部分院校沒(méi)有地質(zhì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室的缺陷，可以收到在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)異曲同工的效果。在實(shí)際工作中常見的礦物主要有石英、長(zhǎng)石、云母、方解石等，常見的巖石主要有花崗巖、閃長(zhǎng)巖、玄武巖、礫巖、砂巖、泥巖、頁(yè)巖、石灰?guī)r、片麻巖、千枚巖等，這些礦物巖石標(biāo)本比較容易采集�？衫�用野外實(shí)習(xí)大量采集這些常見的礦物巖石標(biāo)本，或到地質(zhì)勘察及地質(zhì)礦產(chǎn)生產(chǎn)單位收集這些標(biāo)本，個(gè)別難采集的標(biāo)本應(yīng)投入資金購(gòu)買。正由于這些標(biāo)本容易采集，可當(dāng)作易耗品借給學(xué)生保管，課程結(jié)束后才回收標(biāo)本，提高實(shí)驗(yàn)標(biāo)本的利用率。 

　�。�3）重視地質(zhì)理論與工程實(shí)踐的密切聯(lián)系。 地質(zhì)是工程地質(zhì)，不能脫離工程建設(shè)而單純講授地質(zhì)理論。如講授三大類巖石時(shí)，應(yīng)結(jié)合工程實(shí)例分析其工程性質(zhì)，介紹其作為建筑材料、地基、邊坡與周圍環(huán)境的工程性質(zhì)。在講授地下水對(duì)工程建設(shè)的影響、常見不良地質(zhì)作用及其防治、不同工程類型常見工程地質(zhì)問(wèn)題等內(nèi)容時(shí)，緊密結(jié)合較典型的實(shí)際工程案例講授。如茂名市某單位辦公樓建筑基礎(chǔ)工程案例，建筑物設(shè)計(jì)有一層地下室，設(shè)計(jì)采用天然地基箱型基礎(chǔ)，由于設(shè)計(jì)人員對(duì)地下水設(shè)防水位不重視，沒(méi)有抗浮設(shè)計(jì)，在樓房建到地面時(shí)回填了基坑邊坡，平整了室外地面。當(dāng)建到第二層時(shí)，一場(chǎng)暴雨使整棟建筑物上浮，升高了38 cm，造成工程事故。通過(guò)具體工程案例，與學(xué)生共同分析、討論，找出工程事故的工程地質(zhì)原因，提出有關(guān)工程地質(zhì)問(wèn)題的防治措施，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，及分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。 

　�。�4）充分利用多媒體技術(shù)教學(xué)。 多媒體教學(xué)不僅可以擴(kuò)大課堂教學(xué)的信息量，而更主要的是增強(qiáng)教學(xué)直觀性，提高教學(xué)質(zhì)量。如將各種地質(zhì)現(xiàn)象、工程地質(zhì)問(wèn)題、不良地質(zhì)作用及其防治措施，特別是由于地質(zhì)原因造成的工程事故及處理措施，以圖片的形式給學(xué)生演示，輔助教學(xué)。把地質(zhì)構(gòu)造、地層接觸關(guān)系等地質(zhì)演化形成過(guò)程制作成動(dòng)畫，使學(xué)生更容易理解并增強(qiáng)記憶。如背斜、向斜構(gòu)造的形成過(guò)程及在地面出露的巖層新老關(guān)系特征，以動(dòng)畫展示各階段的過(guò)程：地殼下降的同時(shí)沉積一套從下至上、由老到新的地層層序→地層受水平運(yùn)動(dòng)擠壓形成背斜、向斜褶皺構(gòu)造→顯示背斜核部為老巖層，兩翼為新巖層，向斜核部為新巖層，兩翼為老巖層→地殼上升的同時(shí)背斜、向斜上部地層被風(fēng)化剝蝕削平或背斜成谷向斜成山→從地表面顯示中間為老巖層，兩側(cè)新巖層對(duì)稱重復(fù)出現(xiàn)的為背斜；中間為新巖層，兩側(cè)老巖層對(duì)稱重復(fù)出現(xiàn)的為向斜。利用錄像設(shè)備將野外地質(zhì)實(shí)習(xí)、巖土工程勘察施工（包括各種測(cè)試、鉆探等）制作成電視錄像片，在講授相應(yīng)的內(nèi)容時(shí)播放，或放在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，讓學(xué)生隨時(shí)下載觀看。增強(qiáng)感性認(rèn)識(shí)，為實(shí)踐實(shí)習(xí)打好基礎(chǔ)，也可以節(jié)省實(shí)踐實(shí)習(xí)時(shí)間，或代替部分實(shí)踐實(shí)習(xí)，填補(bǔ)部分院校沒(méi)有開設(shè)實(shí)踐實(shí)習(xí)教學(xué)的不足。生動(dòng)、形象、直觀的教學(xué)使學(xué)生更容易理解。 　　四、結(jié)語(yǔ) 

　　工程地質(zhì)學(xué)是土木工程專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，是一門學(xué)時(shí)不多、內(nèi)容豐富、教學(xué)難度較大、富有挑戰(zhàn)性的課程。要培養(yǎng)基礎(chǔ)理論知識(shí)充實(shí)，具有較強(qiáng)的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神，綜合素質(zhì)高的優(yōu)秀土木工程師，學(xué)校必須要加大對(duì)專業(yè)建設(shè)的投入：完善基礎(chǔ)地質(zhì)實(shí)驗(yàn)室并定期補(bǔ)充足夠數(shù)量的實(shí)驗(yàn)標(biāo)本，建立野外地質(zhì)實(shí)習(xí)基地，確保相應(yīng)的實(shí)踐實(shí)習(xí)，包括工程地質(zhì)勘察實(shí)習(xí)。任課教師更要加強(qiáng)學(xué)習(xí)，不斷總結(jié)、改革教學(xué)方法，更新工程地質(zhì)新技術(shù)、新方法，收集積累工程實(shí)踐案例，從工程建設(shè)實(shí)際出發(fā)培養(yǎng)具有綜合素質(zhì)的高級(jí)工程技術(shù)人才。 

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