“工程地质学”课程教学的现状及优化路径论文

 

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　　摘要：为了提高“工程地质学”课程教学效率，文章首先对相关背景进行了概述，然后阐述了“工程地质学”课程的特点，接着分析了“工程地质学”课程教学的现状，最后提出了“工程地质学”课程教学的优化路径。

　　关键词：“工程地质学”课程教学；学习效果；应用型人才

　　“工程地质学”课程属于交叉学科，主要研究与各类工程建设活动有关的地质与水文问题，教学内容繁杂、抽象而难以理解，综合性强。该课程是土木工程专业课程体系中非常重要的专业基础课，其教学目的是培养学生理解项目各种地质勘查资料、分析工程项目所处的工程地质条件、解决项目建设过程中遇到的工程地质与水文问题的实践能力，并为后续“土力学”“隧道工程”“路基工程”等课程的学习奠定扎实的专业基础。下面，本文拟在阐述相关背景及“工程地质学”课程特点的基础上，通过系统分析“工程地质学”课程教学存在的问题，提出有针对性的优化路径，从而全面提高学生的学习效果，以期为培养新型应用型人才打下扎实的基础。

　　一、相关背景概述

　　工程地质是研究工程建设等活动与项目地质环境相互作用及影响的一门学科，即研究、解决各类项目工程建设活动有关的地质与水文问题的学科。几十年来，随着我国工程建设向着“深高大”的方向发展，城市建设中开挖的基坑不仅越来越深，对周围环境的影响也越来越大[1]。由于工程结构型式、规模的不同，地质环境对工程建设活动的影响也不一样。现阶段，在国内一些大型基础工程建设项目中，因为地质条件不良而造成的工程地质问题越来越多，甚至可能直接导致项目建设失败，因此对工程项目建设的场地选择标准及场地的地质条件要求也越来越高。基于此，“工程地质学”课程的重要性愈发突出，其教学内容也随之不断更新。

　　“工程地质学”是一门非常重要的专业基础课，通过该课程的学习，学生能认识并解决工程项目建设中的各种工程地质问题，了解项目所处工程地质情况对工程建筑设计、施工和运营过程中的各种影响，并能正确处理地质问题和科学利用地质条件，以取得较好的综合社会效益；能掌握各种工程地质勘察的要求和方法，正确布置勘察任务，合理利用勘察成果解决设计和施工问题，进而成为创新应用型人才。

　　二、“工程地质学”课程的特点

　　“工程地质学”课程具有以下特点。一是知识面广，内容繁多。工程地质学涉及普通地质学、构造地质学、岩体力学、水文地质学等多个地质学科，多个学科的知识点相互交织在一起，涉及的地质名词和工程地质现象等内容较多，学生需要理解掌握的“工程地质学”课程知识点分散。二是理论系统，知识点难以掌握。“工程地质学”课程虽然将众多学科的知识浓缩在一起，但课程的理论较为系统，自成一体，且都有其领域的专业概念作为支撑，导致学生难以掌握其知识点。三是内容理解困难，实践性强。“工程地质学”课程涉及的地质术语和概念比较抽象，想要直接理解通常较为困难，学生需要在工程项目现场、实验室和野外场地进行实地考察与实践，才能更好地理解。四是应用广泛，专业侧重点各异。随着我国基建规模的快速发展及对环境保护越来越重视，各类大型或超大型工程项目建设过程中遇到的工程地质方面的问题也将越来越多，而工程地质学作为直接为工程建设服务的学科，重点研究如何解决工程建设活动与地质环境之间的相互制约关系，因此学生学习该门课程，可以较好地解决众多工程建设实际问题。同时，由于工程项目的结构类型、规模大小有所不同，地质环境对工程建设活动的影响也会不同，如在土木和水利两大类专业中，“工程地质学”课程可分为工程地质、工程地质与水文两门课程，这导致教师针对不同专业学生讲解具体工程问题时的侧重点也有所不同，即针对土木类专业的学生，会重点讲解地基、公路和隧道的工程地质问题，而针对水利专业的学生，则会重点讲解水库、边坡和坝基的工程地质问题。

　　三、“工程地质学”课程教学的现状

　　(一)教学内容庞杂，课时不足

　　“工程地质学”课程涉及的学科较多，包括普通地质置勘察任务，合理利用勘察成果解决设计和施工问题，学、岩土勘察等多个学科，知识面广、知识点分散且难以理解。同时，受到“工程地质学”课程教学安排与设置特点的影响，在学习该门课程时，学生通常还没有开始其他地质学相关课程的学习，这样容易导致其难以理解教学内容，进而出现核心知识和术语掌握不好等情况。此外，由于学校培养规划的修正，“工程地质学”课程的学时经过多次调整，已经从原来的40学时缩减至24或32学时，并且其中还包括实验室教学的学时。基于此，课堂教学学时明显不足，进而导致教师向学生传授系统工程地质学的知识点与相关问题时显得捉襟见肘，故要想在授课内容上做到面面俱到自然十分困难。概言之，学生难以掌握现代化工程地质设计和施工过程中亟待解决的问题，且难以全面了解到最新的施工技术、设计方案、科研进展等信息。在学时有限的情况下，教师具体到每章内容的教学时，只能侧重于较核心的部分，其余内容往往一笔带过，这样一来，学生难以扎实地掌握地质基础知识，教学效果往往会大打折扣[2]。
 

　　(二)教学方法和手段单一，材料与设备应用不到位

　　随着当前科学技术和大型基础建设的飞速发展，地质工程涉及的新理论、新技术不断涌现，如何让学生更好地了解学科前沿动态，掌握本学科的新理论、新技术和新方法，已经成为“工程地质学”课程教学重要任务。目前，现代多媒体技术已成为课堂教学过程中非常重要的辅助手段，可以对传统的“工程地质学”课程教学方法和手段进行革新和补充。当前的“工程地质学”课程的教学方法还比较单一，更多的是运用PPT课件和短视频，尽管这样在一定程度上提高了学生在课堂听课的积极性，但教师还可以运用更先进的教学手段。同时，受课程学时不足的限制，教师通常只能重点讲授课程的核心内容，而无法在课堂上开展其他与该课程相关的背景知识和典型项目施工案例的教学，仅能为学生提供相关的文献、现场施工等参考资料，因而课堂教学效果受到一定的影响，与学校的教学目标存在一定的差距。“工程地质学”课程具有实践性强的特点，相关的地质实验课程较多，需要教师对种类齐全的地质矿物标本进行展示，虽然学校实验室依计划采购了一些常见的矿物、岩石标本、地层构造模型和挂图等基础实验材料，以及地质罗盘、显微镜等一些相关仪器设备，但是目前距离满足该课程的实验教学活动相关标准的要求还有一定的差距。此外，学校实验室还缺少一些更高精密的设备仪器来支持更高要求的实验教学，如高分辨率显微镜、扁铲侧胀仪等。当前，“工程地质学”的课程考核通常分为两个部分，即平时成绩和期末考试成绩。其中，平时成绩占比为30%，包括课堂表现、出勤和作业等；期末考试成绩占比为70%，这种方式通常可以较好地反映出学生对知识的掌握程度，但难以量化评价学生的实践操作能力。同时，野外实践(实习)依然还是以教师为主，学生只是按教师的布置与计划进行野外记录、观察和测量。野外实践(实习)课程通常会安排在学期末进行，这个时候学生对原先课堂上所学的工程地质基础知识可能有所遗忘，以至于身处野外，需要在短时间内对现场的地质情况进行辨认和分析时，可能会感到迷茫。另外，野外实践(实习)的成绩考核通常以学习小组为单位，对其所交的实习报告进行评价，如果部分学生学习态度不积极，则可能会出现参考别个学生报告的问题，这样就会影响野外实践的教学效果和学生实践能力的提升。

　　(三)实践(实习)教学场地偏少，经费不足

　　“工程地质学”课程教学的目标侧重于提升学生的实践能力，因此非常强调现场实践的教学成果，而实践教学的主要方式就是野外现场实习或项目基地实习等。通过形式多样的实习，学生可以具备一定的地质思维能力，如独立观察、对比分析和综合判断各种工程地质情形的能力。“工程地质学”课程的实习教学场地主要有以下场所：校园内的小山、湾里的狮子峰公园及位于市郊的砂石场等。在校内的山体和狮子峰等教学基地，学生可以了解石灰岩的外部特征、岩层结构与构造、不良的结构面特征及边坡的结构、护坡的措施等。在郊区砂石场的教学基地，学生可以认识到一些常见的岩石与矿物实物，也可以较好地了解基地附近地形地貌的特征和水文地质情况。通过这些实习，学生一方面能增强对课堂所学知识的理解；另一方面也能提高对“工程地质学”课程学习的积极性。但是由于设立的实践(实习)基地数量不足，缺少一些工程地质内容的典型代表，所以并不能很好地满足当前“工程地质学”课程实践教学的要求。另外，由于学校办学经费紧张，用于“工程地质学”课程实践(实习)教学的经费有限，仅在校外附近实践(实习)基地的大巴租车和学生生活补助等方面够用，因此教师只能在附近的实践(实习)教学基地组织实践教学。通过对几届学生实习情况的反馈调研可知，实习经费不足在一定程度上影响了学生对课程的热爱和实践(实习)教学效果。

　　四、“工程地质学”课程教学的优化路径

　　“工程地质学”课程教学的目标是培养学生运用地质学理论知识分析并解决项目上实际工程地质问题的能力，主要包括对常见矿物、岩石的鉴定和判断的能力、地质图的阅读和分析能力、不良地质现象的观测和辨别能力，了解并掌握工程地质勘察的各种方法和仪器。教师通过改革课程教学内容，综合应用多种教学手段，强调实践过程中创新思维能力培养，改革课程考核方式等措施，可以让学生在牢固掌握课程知识的同时[3]，运用所学课程知识分析并解决工程地质问题，培养勇于创新的科学思维习惯，从而实现培养创新人才的目标。

　　(一)改革教学内容，保障充足的教学课时

　　“工程地质学”课程教学内容既要按教学大纲进行设计，又要满足培养创新人才的标准，适时增加新的理论与技术内容。笔者拟改革的课程教学内容主要集中在以下五个方面。①课程规划上保证有足够的课时，选用合适的教材，并提供一些主要参考书清单。基于该课程的特点和难点，教师在教学课程规划上要有明确规定，保证有34个课时的教学时间，并另外安排好实践(实习)的课时，这样才能从根源上保证实现授课内容较为充分。教师可参考国内外各种工程地质类教材的精华和最新的学科科研成果编排教案，同时将精选的教材推荐给学生，并作为学生学习的主要参考书，同时鼓励学生有计划地阅读其他相关书籍和文献资料。学生只有博览群书，有丰富的学科知识，才能创造性地提出问题，产生新思想[4]。②以地质作用为主线，科学安排课程的主要内容，引申出与地质作用有关的矿物与岩石、地质构造、水的地质作用、不良地质等内容，这些都是复杂地质作用的结果，也是地质条件评价的主要内容。③把一些学科的最新进展和创新技术放在相关章节后面进行介绍。介绍完相关内容后，教师可告诉学生还有哪些没有解决的问题和难点，让学生进行思考。在进行工程地质学发展历史的教学时，教师可介绍国内正在建设的摩天大厦和我国西南地区正在建设的大型水电站，如上海中心大厦、白鹤滩水电站；在进行岩石的工程性质教学时，可穿插介绍东海大桥、杭州湾大桥在建设过程中遇到的地质情况；在进行不良地质作用教学时，可介绍当下进行的高速公路和高铁建设工程，并结合宜遂高速建设情况进行讲授。通过讲解一些国内重大工程项目建设的情况，学生可以对本课程国内学科研究现状有一个比较清晰的了解，从而激发学习动力。④对于能够在实践(实习)中完成教学的知识点，教师上课时可一句带过。如地质罗盘的使用、常见岩石矿物的鉴别与分析，即便教师在课堂上费很大的力气讲解，学生也不一定明白，但是在实验室拿着罗盘和岩石矿物标本进行简单讲解，学生就能很容易理解和掌握，同时这样也有利于培养学生的动手能力。⑤鼓励学生参与学校或教师的科研项目。教师应鼓励学生参与科研项目，因为项目涉及工程地质问题，通常需要做不同的现场实验和鉴定实验，这样可充分调动学生的兴趣；当学生在科研过程中遇到问题时，教师可指导学生查询文献资料，并对学生进行一些基本的科研实验训练，这样可促使学生形成一定的科研能力和团队精神。以科研项目带动学生的实践(实习)，可以实现实验室功能和利用率的最优化，从而提高实践(实习)教学的效果。
 

　　(二)选用启发式教学方法，提升教学效果

　　“工程地质学”课程涉及地质学相关的多个学科，如矿物岩石学、构造地质及灾害地质学等。由于缺少知识系统上的连续性，这些内容对学生来讲是比较抽象和难以理解的，故教师授课时如果不注意教学的方式和方法，就会让学生觉得枯燥无味和学习吃力，进而失去学习兴趣，丧失学习的“勇气”，也就谈不上创新思考了[5]。当能全面掌握该课程知识点时，学生才能开拓出新思路，采用新的技术方法，得出新的结论。在教学实践中，众多教师一直探讨如何把工程地质抽象的知识向学生娓娓道来，让学生在轻松的氛围下较好地进行理解，尽快掌握相关工程地质知识，对此，通过采用启发式教学，可以有效地培养学生的学习兴趣和创新精神。所谓启发式教学，就是引导学生积极参与教学过程，着重培养学生提出、分析和解决问题的能力，鼓励学生打破传统的思维方式，学会对某一问题从不同角度、不同侧面和深度去思考，提出一揽子解决方案。在课堂授课过程中的讨论和提问环节，教师和学生随时可以讨论相关问题。在向学生提问时，就同一个问题，教师可选择不同的学生进行回答。教师应及时点评学生回答过程中哪些答案是正确，哪些答案是错误的，以及其中的原因。教师提问时应尽量结合学生关注的地质问题，如讲到矿物与岩石时，可结合建筑材料课程，提出“哪些岩石能作为水泥材料来源”的问题[6]。在上课时，当学生提出问题时，教师可鼓励学生对已有的观点、结论、理论进行质疑，培养学生发现、分析问题的能力。学生在提出、分析及解决问题的过程中可以提高学习兴趣，同时这也能激发教师的授课激情和成就感。教师在布置课外作业时应有针对性地选择一些有难度的题目，并指导学生查阅相关文献资料和专著，对检索到的文献资料进行筛选、对比分析，最终获取有用的信息，这有利于提高学生分析和解决问题的能力。如教师可布置南昌地区富水砂层的工程地质条件对地铁建设影响的作业，指导学生通过查阅文献资料和项目相关的勘查报告，了解南昌地区有富水砂层、断层破碎带、软土等不利工程地质条件，并有针对性地提出应采取的各种工程措施。“工程地质学”课程涉及当下建设的各种工程，不仅要求授课教师要具有较宽广和扎实的专业知识，而且还要求其有丰富的项目施工或科研实践经验。对此，经验丰富的教师可对年轻教师进行培训与指导，同时学校也要鼓励教师参与相关研究课题和参加国内外的相关学术会议，到大型工程项目工地进行调研，掌握现场施工的最新动态，从而不断更新和充实课程内容。

　　(三)运用多种教学手段，增加实验室的材料与设备

　　针对“工程地质学”课程的特点，教师可综合运用先进的教学手段，以多媒体技术和项目案例教学为主，并结合传统的标本模型、黑板板书等，着力提高教学的质量与效果。上课前，教师可将课程相关信息发到QQ、微信等学习交流群，如授课内容的重点、典型工程案例、参考书清单等，与学生及时交流。多媒体中的多维动画或短视频可将教材中抽象、枯燥的概念以动态、生动的方式呈现，能有效启发学生的形象思维，并培养他们的逻辑思维能力。故教师要把文字、声音、图片、动画、视频有机地结合在一起，制成多媒体文件，增强与学生的互动，提高课堂授课效果[7]。如教师可以运用三维动画演示岩浆岩形成过程：由于复杂地壳运动，在地壳下面可能出现局部应力集中，当其地下岩层所受应力大于本身强度极限时，将发生破裂或裂隙而形成薄弱带，地下深处岩浆受压力影响将沿薄弱带上升，如果突破到地表，这就是火山喷发；如果上升到地表下，则发生侵入，而无论岩浆是侵入还是喷发，当其遇冷凝结形成固态，就是岩浆岩形成的两种方式。学生通过观看生动逼真的动画，很快就能理解岩浆岩形成过程及原理。一些地质术语或地质现象如果不配以各种照片或图片，很难被理解，而配上各种现场图片后，则可以吸引学生的注意力和提升其学习兴趣，故教师通过典型的照片，可将复杂的地质概念和术语简单化、直观化和形象化，如三大类岩石的形成过程图可清晰显示三大类岩石各自形成条件和相互转化关系，变抽象的理论讲解为直观、形象的图画，从而可让学生在轻松的气氛中学习，潜移默化地理解相关知识点，顺利实现教学目标。另外，教师可以工程案例为依托，培养学生运用工程地质学基本原理分析和解决实际工程地质问题的能力[8]。教师可鼓励学生通过工程项目的典型案例进行思考和探索，充分调动学生的学习积极性，使其自觉参与工程地质问题的分析、判断和解决过程，运用已掌握的现有知识，总结出不同的解决问题的方法。在课堂教学中，结合不同章节的内容，教师可以播放一些精选的隧道施工、深基坑施工、锚杆支护施工过程和边坡加固施工过程现场的教学短片，让学生认识不同项目所处工程地质的不同施工方法和场景。此外，为了让学生了解工程项目建设中遇到不同地质情况的最新应对方法，教师可以选择国内的一些典型的重大工程项目作为教学实例进行介绍，并邀请施工单位项目部的管理人员和现场技术人员到校举办周末学术讲座，组织相关班级的学生参加，这样不仅能更好地充实教学内容、开阔学生的知识视野，还可以让学生面对面地与施工现场的技术人员进行交流，从而获得第一手的现场施工经验等资料。同时，学校要重视岩土实验室的各种材料与设备的筹备与完善，在资金投入上有一个长远规划与保障。如可以依托学校的一些重点建设项目，将其捆绑在一起进行实验室建设，拓宽实验就室的投资渠道，也可加大资金投入力度，让学生在实验室能方便地接触到各种地质矿物与岩石标本，从而较好地理解与掌握课本知识[9]。学校也要重视打通实验教学资源壁垒，提高实验教学资源的利用率。学校应以专业人才培养目标为指导，将基础课实验室、专业课实验室和研究所实验室整合起来，实现资源共享，如在专业课实验室为本科生安排大型的综合性实验；在研究所的实验室为本科生安排依托科研项目而需要进行的创新实验；而基础课实验室配备的大型仪器设备可向全校各层次学生及教师科研项目开放，从而有效地提高实验资源的利用率。

　　(四)重视实践(实习)教学，建立多样性教学基地

　　“工程地质学”课程通过以理论讲解为中心的第一课堂帮助学生建立关于工程地质学的基本认知体系，但鉴于该课程的特点，笔者认为学校需要重视实践(实习)教学，不能简单地认为这是让学生野外游玩或度假，反而应清楚地认识到通过实践(实习)教学，可以帮助学生加深对理论知识的理解，进一步锻炼其观察能力、思维能力和实践能力。一方面，学校应增加校外实习经费，选择更多的实践(实习)基地，使其更好地服务于第二课堂的实践(实习)教学。学校需要依据教学实际情况与周边在建的重大工程项目情况，由课程教学组灵活申请校外实习经费，严密组织学生到达有现实意义的施工现场或典型地质现场的实践(实习)基地进行教学。另一方面，学校可通过与施工企业合作，或者与当地政府合作等多种方式，适当引入资金，建立多样性实践(实习)教学基地。除了已有的固定实践(实习)基地，学校也可以灵活选择采石场、国家森林公园和湿地公园等作为机动性实践(实习)基地，或者在校园或施工企业内部共同建设施工现场模型基地，这样不仅可以让学生进行现场实验并提取相关的实验数据，而且也可以让学生在安全的环境下真实地观察到现实场景，真正将“第一课堂的”的理论知识应用到实践(实习)当中，有效培养实践能力和动手能力[10]。最后，指导教师可结合不同的教学基地情况，灵活选用适当的实践(实习)教学方式，充分发挥学生的主观能动性。如在教学基地遇到野外出露地层产状、断层性质、褶皱类型等地形地貌时，指导教师可先让学生自己观察、量测、思考和判断，然后再依据学生的问题进行答疑和分析总结。同时，由于每一个实习基地都有其独特的实习内容，故在设置问题讨论环节时，指导教师可有针对性地提出相关问题，让学生在现场结合地质情况展开讨论与解答，从而加深学生对实习内容的理解。

　　五、结语

　　“工程地质学”课程是一门理论与实践结合紧密的专业基础课程，具有内容多、知识面广、实践性强的特点。但是“工程地质学”课程实际教学也出现了课程课时少、实习经费不足、野外实践(实习)基地数量不多等问题，直接影响了该课程的教学效果。因此，对“工程地质学”课程进行教学改革与实践，对传统教学内容与教学模式进行调整，采用启发式教学方法，多种教学手段并举，同时通过校企合作加强实践性教学环节，增加学术会议交流，可使学生较好地掌握学科发展的前沿动态。上述方法与成果较好地实现了提高该课程教学质量和激发学生学习热情的目标，同时对其他课程的教学改革也有一定的借鉴意义和应用价值。

　　参考文献：

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　　[3]王思敬.工程地质学科的世纪演化与前景[J].工程地质学报,2013(1):1-5.

　　[4]王哲,陈东瑞,张勇.土木工程专业工程地质课程实践教学方法探讨[J].高等建筑教育,2019(4):125-127.

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　　[7]侯晓亮,谭晓慧,钱家忠,等.基于OBE理念的“工程地质学”课程教学改革实践[J].教育教学论坛,2021(49):60-63.

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