土木工程地質學課程教學改革研究

李斌 馮柯

土木工程地質學課程教學改革研究

李斌 馮柯

在調查一些高校工程地質教學現狀和自己的教學經驗心得的基礎上,作者分析了工程地質學教學中存在的問題,提出相應改革構想,以期為工程地質學課程教學提供指導。

工程地質學,創造性思維,教學改革

0 引言

工程地質學是地質學的一個分支,是研究與人類工程建筑活動有關的地質問題的學科,是介于地質學與工程學之間的一門邊緣交叉課程。該課程以人類工程活動與自然地質環境之間的相互關系作為研究的核心內容,其目的在于查明擬建地區或擬建筑場地的工程地質條件,結合具體工程的性質、規模和用途等屬性進行分析、預測和評價可能存在和發生的工程地質問題,并對建筑物和地質環境的影響和危害提出防治不良地質現象的措施,為保證工程建設的合理規劃、建筑物的正確設計、順利施工和正常使用,提供可靠的地質科學依據的一門專業基礎課程。

1 工程地質學在土木工程專業體系中的課程定位

合理的工程應是因地制宜的工程和自然地質環境的理想耦合[1],探明和解決擬建工程與地質環境之間的主要矛盾,是關乎到整個工程建設成敗的關鍵。對于專門培養土木工程建設技術人員的土木工程專業來講,使學生全面、系統掌握工程地質學的基本理論和工程地質學分析問題的方法是非常必要和必需的,這就決定了工程地質學必然成為土木工程專業的一門必修的專業基礎課程。

筆者走訪了幾所土木工程專業實力較強的工科院校,調查顯示,在土木工程專業課程體系設置中,無一例外的把工程地質學設置為不可或缺的重要組成部分,同時在制定工程地質教學大綱時又把它定位為后續的土力學、巖體力學、基礎工程學等專業課程學習的基礎理論。

2 工程地質學課程教學存在的基本問題和原因分析

1)工程地質學的課時設置不足。

通過調查,國內多數院校的土木工程專業體系中,工程地質學課程課時設置為 36學時,個別院校設置為 18學時。

就土木工程專業而言,工程地質學講授的主要內容包括四個基本內容：

a.地質學基本理論篇章,包括地質作用、巖石和礦物、地質構造、地下水等;

b.巖石、巖體和土體的工程性質;

c.常見的不良地質現象及地質災害,包括河流地質作用、巖石的風化、邊坡的工程地質研究、巖溶的工程地質研究、地震地質研究和泥石流的工程性質研究等;

d.探明工程地質條件的方法,包括鉆探、坑探、物探、遙感、工程地質測繪、原位測試等。這些內容涉及眾多學科領域,具有知識面很廣、概念廣、理解抽象、實踐性強等特點。從專業學習的效果看,開設這門課程應有先期的普通地質學基本理論作為鋪墊,才能保證良好的教學效果。若要產生良好的教學效果則必須用較多的課時來加強地質學方面基礎知識的講解。因此工程地質學課程課時的設置在教學中顯得捉襟見肘。

2)學生對工程地質學學科的特點認識不清,缺乏工程地質學應有的思維方式。

工程地質學作為一門應用性很強的學科,具有自身的學科特點、思維方式和研究方法,工程地質學以地質學基本理論作為背景,以地質學的總體思維為依托,它既不同于數學、物理、化學等具有嚴密邏輯推導關系的學科,也不同于政治、英語、建筑施工等以識記為主的學科,它具有地質學的思維特點和研究方法,采用的邏輯思維方法主要有分類、總結、歸納和演繹,在對具體的工程地質條件因素進行認識和論證時,總的思維方式常常是“將今論古”“以古證今”和“以點帶面”。

然而,在實際的教學過程中,把工程地質學學習限定為對基本地質理論的識記,工程地質學的教學質量高低往往以學生掌握多少基本知識點為基本評價準則,課堂教學基本上以“滿堂灌”為主的教學方式,缺乏必要的引導教學模式,忽略對學生邏輯思維和發散思維能力等創造性思維的培養。所以,在客觀上,工程地質的學習除了掌握基本理論外,更重要的是邏輯思維和發散思維即創造性思維的培養,要使學生懂得從自然地質條件和現象中緊扣事物的本質,找出引起工程地質問題的主要矛盾。

3)教學實踐環節薄弱。

土木工程地質學教學實踐環節包括室內實驗和野外實踐實習教學。筆者在經過大量調查中發現,對于室內實驗,普通涉及土工方面的實驗一般高校都能做好,但涉及地質領域的實驗室,如各類巖石標本實驗室、地質構造模型室等,大部分高校就差強人意。野外實踐實習包括兩部分基本內容：a.地質學背景實習;b.工程地質實習,包括不良工程地質現象認識實習和巖土工程勘查實踐實習,地質類的工科高校都有野外固定的地質實習基地,而對不少開辦土木工程專業的高校來說,野外實習基地相對比較欠缺,甚至根本沒有。

3 工程地質學教學改革構想

1)提高土木工程地質學課時設置。

為保證工程地質學教學的質量,筆者認為該課程理論講授學時設置不應低于 54個學時,按照講課內容,建議課時分配如下：

地質學基本理論篇章(包括巖石和礦物、地質年代、地質構造、第四紀地貌及沉積物、地質識圖、地下水等)18學時;巖石、巖體和土體的工程性質(包括巖石、巖體的物理力學性質、結構面的特征及其物理力學性質、巖體的分類及基本質量指標評價、土體的分類及物理力學指標及土體的物理狀態評價等)14學時;不良工程地質作用及工程地質災害(包括河流地質作用、巖石的風化、邊坡的工程地質研究、巖溶的工程地質研究、地震地質研究和泥石流的工程性質研究等)14學時;工程地質勘查(包括原位測試、勘查的程序和常用的方法等)8學時。

除此之外,還應同步設置室內試驗環節以加深學生對理論的理解,具體建議是：地質學基本理論篇章安排不低于兩次試驗,主要內容是巖石和礦物的鑒定;巖石、巖體和土體的工程性質篇章安排不低于兩次試驗,主要內容是巖石的力學指標試驗和常規的土工試驗;工程地質勘查安排不低于三次試驗,主要內容是工程鉆機鉆探和原位測試。

2)以基本理論講解為切入點,以培養學生工程地質學思維模式為基本目的。

工程地質學思維以地質思維為總依托,采用“將今論古”“以古證今”和“以點帶面”的思維方式將復雜的地質現象問題簡單化,特殊的地質現象問題典型化,一般地質現象問題規律化等,工程地質學的發展與成熟,使它由一個定性描述為主的地質學學科深入地質與工程,產生地質與工程的融合[1]。

在實踐教學中,培養學生掌握工程地質學的思維方式,發揮他們的創新和開拓意識,需要在具體的教學環節中不斷強化他們的工程地質學思維模式。根據筆者的教學心得,可以從以下幾個方面入手：

a.課堂講授中以引導為主,培養學生養成從地質演化史的角度研究問題的思維習慣。在專業課教學過程中,結合工程實例啟發和引導學生理解工程建設與地質環境、生態環境間的相互關系,找出可能存在的工程地質問題,并用已經發生的地質災害去驗證分析。比如,在講授邊坡的工程地質特征時,從理論上講,影響邊坡穩定性的因素很多,諸多因素通過改變坡體的巖土強度、坡體的應力狀態和邊坡的形狀影響邊坡的穩定性。在實際自然邊坡地質災害中,水是影響邊坡穩定性的最積極的因素,但是,水是如何影響邊坡的穩定性的,則需要引導學生考慮坡體的地質成因,引導他們從宏觀的地質環境過渡到邊坡巖體結構面微觀分析,深入考慮水對坡體的結構的改造和應力狀態的改變,從而找出水對坡體穩定性的影響規律,再聯系到我國滑坡地質災害絕大多數發生在多雨季節,那么學生在理解諺語“大雨大滑,小雨小滑,無雨不滑”就有了深刻的認識。

b.教學過程中,充分發揮學生的主觀創造性思維,開拓學生的獨立思考能力和創新思維意識。

創造性思維是人腦黑體與思維模塊的作用中,超越傳統的帶有創造性的思維方式。這種思維方式多表現為某領域潛意識形態中,思維主體突破了傳統的思維定式束縛而進行的一種挑戰性的思維嘗試。在實際教學實踐中,使學生在專業領域學習中養成創造性思維的品格和素養是十分重要的,這些品質可歸結為：廣泛獵奇的品質;敢于挑戰權威的品質;較強的歸納和演繹能力。

c.在整個教學工作中注重學科的整體性、系統性、層次性和預見性[2]。

明確土木工程體系中工程地質學與其他課程之間的聯系,分清重點和先后次序。根據學生學習的不同階段,尊重學生思維的變化規律,探索其內在的必然性,制定出一套整體的、系統的教學方案,逐步實施和完成由低層次向高層次的思維漸變。

3)加強實踐教學環節。

工程地質學是土木工程專業中一門實踐性比較強的技術基礎課,實踐教學與課堂教學應該相輔相成,不可偏廢,缺乏實踐教學這一環節,工程地質課堂就很難達到理想的教學效果,由于地質背景基礎知識的匱乏,在課堂講授時,一些基本概念比較抽象,學生理解起來很困難,往往需要通過實驗課以及野外地質實習來加深對基本概念的認識,才能使學生獲得基本的工程地質學知識。除此以外,實踐教學是學生掌握專業技能的關鍵環節,是理論與實踐的紐帶,是完成創新人才培養目標的必要途徑。只有理論和實踐結合起來,才能使學生在實踐中迸發出創造的思維火花。

工程地質常規實驗室應根據學科發展要求、人才培養模式和目標及課程教學大綱等方面進行建設[5],室內常規試驗包括巖石、礦物的識別地質構造模型的制作、構造運動的室內模擬實驗和巖土原位測試,野外實習包括地質基礎實習、不良工程地質災害實習和巖土工程勘查實習。

4 結語

土木工程專業體系中,工程地質學是一門專業基礎課程,既有系統理論性,又有較強實踐性,通過本教學改革,力求達到：

1)在土木工程專業課程設置中,工程地質學有不可或缺和不可替代的作用,工程地質學講授的內容更要適應土木工程專業設置的需要,為其他課程的學習打下深厚的基礎;

2)在整個工程地質教學過程中,教師要將培養學生的工程地質思維和創新能力放在首要位置,使學生建立起工程地質思維方法,使他們的創造能力和創新能力得到良好發展;

3)在工程地質教學實踐性環節中,更新傳統的教學思想,整合校內資源,優化實踐教學環境,加大實踐教學經費投入力度,加強實驗室及校內外實習基地建設,強化管理、完善制度,建立科學的實踐教學考核體系,培養學生的動手能力,提高學生認識、分析、解決實際問題的綜合素質。

[1]王思敬.略論工程地質學思維[J].工程地質學報,1997(9)：25-26.

[2]曹麗文.工程地質學思維方法培養的教學研究[J].中國地質教育,2002(4)：37-39.

[3]張曉琪.加強實踐教學推動創新教育[J].中國高等教育,2002(4)：11-13.

[4]劉勇健.加強實踐性教學培養土木工程專業學生的創新能力[J].廣東工業大學學報(社會科學版),2007(7)：52-54.

[5]仲景冰.土木工程施工課程教學改革及思考[J].高等建筑教育,2002(2)：55-56.

Research on teaching reform of engineering geology course of civil engineering

LI Bin FENG Ke

Based on the investigation on the teaching status and self teaching experience on engineering geology course of colleges and universities of higher learning,this paper analyzes the p rob lems existing in engineering geology teaching,and puts forward corresponding reform ideas,with a view to provide guidance for engineering geology teaching.

engineering geology,creative thinking,teaching reform

P64

A

1009-6825(2011)03-0233-02

2010-09-29

李 斌(1972-),男,碩士,講師,河南大學土木建筑學院,河南開封 475004

馮 柯(1972-),女,副教授,河南大學土木建筑學院,河南開封 475004