摘要：隧道與地下工程是一門專業(yè)性和實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，也是土木工程學(xué)科地下工程方向重要的專業(yè)課程之一。文章探討了將多種教學(xué)手段和教學(xué)方法相結(jié)合的新型教學(xué)思路，旨在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力，使其成為

具備堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)理論知識(shí)和實(shí)踐技能，以及外語交流能力和專業(yè)協(xié)作能力強(qiáng)的高級(jí)工程技術(shù)人才。

關(guān)鍵詞：隧道與地下工程；教學(xué)改革；創(chuàng)新思維；雙語教學(xué)

中圖分類號(hào)：TU28；G6420 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1005-2909(2012)04-0070-04

隧道與地下工程是土木工程學(xué)科地下工程方向重要的專業(yè)課程之一，旨在培養(yǎng)學(xué)生具備堅(jiān)實(shí)的地下工程建設(shè)基礎(chǔ)理論知識(shí)和實(shí)踐技能、外語交流能力和專業(yè)協(xié)作能力強(qiáng)、有一定創(chuàng)新研究能力和素質(zhì)的高級(jí)工程技術(shù)人才。該課程要在先行課土力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)和巖石力學(xué)等專業(yè)課程修完后才能開設(shè)，一般安排在第七學(xué)期進(jìn)行。而此時(shí)學(xué)生由于面臨考研、找工作等種種壓力，往往聽課的積極性不高，學(xué)習(xí)效果較差。改變傳統(tǒng)的教學(xué)方式、加強(qiáng)理論與實(shí)踐的聯(lián)系、調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性、提高教學(xué)質(zhì)量和效率成為教學(xué)改革的方向［1］。筆者采用多種現(xiàn)代化教學(xué)方法和教學(xué)手段相結(jié)合，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高他們學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，注重培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維和在專業(yè)領(lǐng)域的外語交流能力，從而培養(yǎng)具有一定創(chuàng)新研究能力和素質(zhì)的工程技術(shù)人才。

一、充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性

能否充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，對教學(xué)效果有著重要影響。學(xué)生在課程學(xué)習(xí)前，往往對課程的主要內(nèi)容、發(fā)展前景、與工作就業(yè)的關(guān)系等不甚了解，如果一開始就進(jìn)入各章節(jié)知識(shí)的學(xué)習(xí)，容易使學(xué)習(xí)產(chǎn)生盲目性。大學(xué)四年級(jí)學(xué)生將大部分精力放在找工作或考研上，容易忽視專業(yè)課程的學(xué)習(xí)。在授課之前應(yīng)充分介紹學(xué)科的內(nèi)容與發(fā)展前景，以及學(xué)好該課程對畢業(yè)后從事相關(guān)工作的重要意義，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到該課程的學(xué)習(xí)與自己未來職業(yè)發(fā)展密切相關(guān)，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。如在為學(xué)生介紹隧道與地下工程的發(fā)展前景時(shí)，筆者引用了王夢恕院士［2］的一席話作為開篇：“21世紀(jì)是隧道與地下工程大發(fā)展的年代——21世紀(jì)人類面臨人口、糧食、資源、環(huán)境的四大挑戰(zhàn)。中國城市化速度2010年達(dá)到45%，如果聽任城市無限制地蔓延擴(kuò)張，將會(huì)嚴(yán)重危害中國土地資源。綜觀當(dāng)今世界，有識(shí)之士已把地下空間開發(fā)利用作為解決城市資源與環(huán)境危機(jī)的重要措施?？梢灶A(yù)測21世紀(jì)末，世界將有1/3的人口工作、生活在地下空間。地下空間的開發(fā)、城市地鐵的快速修建已經(jīng)擺在每個(gè)城市面前。”然后以城市地鐵建設(shè)為例指出土木建筑人才在地下工程方向?qū)⒋笥锌蔀?。在學(xué)生充分了解學(xué)科廣闊的發(fā)展前景后，列舉一系列工程災(zāi)害與工程事故實(shí)例圖片，使學(xué)生了解地下工程所面臨的不確定性和風(fēng)險(xiǎn)，以增強(qiáng)他們作為未來工程師的責(zé)任感和使命感，充分調(diào)動(dòng)他們學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度對待專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)。

二、采用雙語教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生在專業(yè)領(lǐng)域的對外交流能力

高校應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生在專業(yè)領(lǐng)域查閱外文科技文獻(xiàn)的能力，以及與國外同行溝通的能力。盡管學(xué)生經(jīng)過多年的英語學(xué)習(xí)，英語聽、說、讀、寫都達(dá)到了一定水平，然而在專業(yè)英語閱讀和應(yīng)用方面卻十分欠缺。很多學(xué)生能熟練使用英語交流和寫作，卻讀不懂專業(yè)英語文獻(xiàn)，更無法與來校訪問或講學(xué)的國外學(xué)者溝通。因此，在專業(yè)課程教學(xué)中采用雙語教學(xué)，使學(xué)生接觸和熟悉常用的專業(yè)外語詞匯，培養(yǎng)他們在專業(yè)領(lǐng)域的對外交流能力就顯得尤為必要。

在教學(xué)過程中，學(xué)生往往在短時(shí)間內(nèi)很難記憶大量的專業(yè)詞匯，因此不應(yīng)急于采用英語教學(xué)，而應(yīng)在多媒體教學(xué)課件中盡量采用中英兩種語言，并將生僻的專業(yè)英語詞匯突出顯示。在講解過程中，教師可以交替使用漢語和英語，并根據(jù)學(xué)生的反應(yīng)，及時(shí)進(jìn)行中英雙語轉(zhuǎn)換。這樣，學(xué)生通過看、聽、思考，較快地熟悉和掌握專業(yè)英語詞匯。在參考書的選擇上，除中文教學(xué)課本外，還需為學(xué)生提供英文原版教材供學(xué)生閱讀。經(jīng)過一段時(shí)間的適應(yīng)后，可以逐漸增加課堂上英語授課的比例。經(jīng)過一個(gè)學(xué)期的中英雙語課程學(xué)習(xí)后，學(xué)生能掌握大部分常用的專業(yè)詞匯，大大提高了他們在專業(yè)領(lǐng)域的外語交流能力。

三、采用多種現(xiàn)代化教學(xué)方法和教學(xué)手段，使教學(xué)內(nèi)容生動(dòng)、直觀

單一的專業(yè)課程教學(xué)方式容易使學(xué)生覺得課程內(nèi)容枯燥乏味，使學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)的興趣和主觀能動(dòng)性。采用現(xiàn)代化的教學(xué)手段、多種教學(xué)模式相結(jié)合的教學(xué)方法，可以增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，大大提高教學(xué)效果。

（一）課件制作生動(dòng)直觀，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)互動(dòng)式教學(xué)

課件的制作是教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，課件質(zhì)量的高低將直接影響學(xué)生對課程內(nèi)容理解和接受程度。隧道與地下工程課程與實(shí)踐結(jié)合較緊密，課件也應(yīng)當(dāng)盡可能做到理論與實(shí)際相結(jié)合。在講解過程中盡可能多地為學(xué)生展示相關(guān)的圖片、照片，以及施工過程和場景，使學(xué)生更好地理解教學(xué)內(nèi)容并留下深刻印象。但是僅憑每次課程兩個(gè)學(xué)時(shí)的時(shí)間，學(xué)生很難將課堂內(nèi)容完全消化和理解，因此該課程搭建了基于Blackboard網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境。學(xué)生通過訪問課程主頁，可以下載教學(xué)課件、觀看施工錄像、習(xí)題自測等，同時(shí)還可以通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)與教師交流，極大地方便了學(xué)生的學(xué)習(xí)。

（二）將數(shù)值計(jì)算技術(shù)引入課堂教學(xué)，再現(xiàn)地下工程破壞過程，實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容直觀化

地下工程的穩(wěn)定性是隧道與地下工程設(shè)計(jì)和施工最為關(guān)注的問題。理解地下工程失穩(wěn)、破壞等相關(guān)問題需要學(xué)生對所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識(shí)有深刻的理解，然而地下工程災(zāi)害，如巖爆、涌水、坍塌等往往具有突發(fā)性，僅憑教師口頭描述和解釋其破壞過程和機(jī)理，難以幫助學(xué)生深刻理解相關(guān)理論。利用數(shù)值計(jì)算技術(shù)對地下工程變形和破壞進(jìn)行數(shù)值模擬，不僅具有通用性強(qiáng)、方便靈活、可重復(fù)等特點(diǎn)，而且能得到許多在常規(guī)實(shí)驗(yàn)中難以觀測到的重要信息［3］。通過對破壞過程的模擬和演示，鼓勵(lì)學(xué)生自己建立數(shù)值模型進(jìn)行模擬，有利于學(xué)生對影響地下工程穩(wěn)定性的因素有更加全面和深入地了解和認(rèn)識(shí)，激發(fā)他們強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)興趣和科研動(dòng)力。如在講解隧道工程地質(zhì)環(huán)境時(shí)，通過建立位于水平層狀巖體當(dāng)中三種不同斷面隧道的數(shù)值模型（圖1和圖2），通過施加不同的應(yīng)力邊界條件和改變巖體的力學(xué)參數(shù)，模擬開挖后的失穩(wěn)破壞過程和應(yīng)力場的遷移和演化，并與學(xué)生一起分析和解釋破壞的力學(xué)機(jī)理，使學(xué)生更深刻地認(rèn)識(shí)和理解地應(yīng)力、洞室斷面形狀、圍巖的地質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)造和巖性等因素對隧道失穩(wěn)和破壞的影響。

（三）采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在沉浸式三維環(huán)境中進(jìn)行體驗(yàn)式教學(xué)，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)對現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行全面仿真,能解決學(xué)習(xí)媒體的情景化及自然交互性要求，在教育領(lǐng)域內(nèi)有著極其廣闊的應(yīng)用前景［6］。東北大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)與數(shù)值仿真中心，為實(shí)現(xiàn)沉浸式三維環(huán)境中的體驗(yàn)式教學(xué)提供了有力的支撐（圖3）。學(xué)生佩戴三維立體眼鏡觀看教學(xué)演示視角，猶如身臨其境，有利于加深他們對地下工程的施工環(huán)境、施工過程和風(fēng)險(xiǎn)災(zāi)害等問題的理解，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引領(lǐng)他們探索地下工程當(dāng)中的科學(xué)問題。

（四）通過專題講座和課堂討論拋磚引玉，培養(yǎng)學(xué)生自主思維和初步科研能力

在教學(xué)過程中，應(yīng)充調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，可以就他們感興趣并且在施工當(dāng)中經(jīng)常遇到的問題設(shè)立討論專題，如防水技術(shù)專題、工程災(zāi)害應(yīng)急處置對策專題等。鼓勵(lì)學(xué)生通過主動(dòng)查閱科技文獻(xiàn)、閱讀專業(yè)書籍的方式了解學(xué)科相關(guān)知識(shí)和最新進(jìn)展，并開展專題報(bào)告和討論，培養(yǎng)他們的自主思維和初步科研能力，充分發(fā)揮他們學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性。另外，邀請有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)師和工程師與學(xué)生座談，有助于學(xué)生了解設(shè)計(jì)和施工環(huán)節(jié)的實(shí)際情況，使教學(xué)內(nèi)容更加接近工程實(shí)際。專題講座和討論可根據(jù)課時(shí)的實(shí)際情況，既可以安排在課內(nèi)，也可安排在課后進(jìn)行。

（五）觀看教學(xué)錄像，了解國內(nèi)外先進(jìn)的施工技術(shù)和施工方法

隧道與地下工程課程涉及到的施工內(nèi)容較多，單憑教師口頭講解和靜態(tài)圖片展示，很難讓學(xué)生了解實(shí)際的施工過程和施工工藝。觀看國內(nèi)外典型工程的視頻資料不失為一種行之有效的輔助教學(xué)方式，有利于學(xué)生了解國內(nèi)外先進(jìn)的施工技術(shù)和施工方法。

四、將教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)相結(jié)合培養(yǎng)其創(chuàng)新思維

培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和初步科研能力是本科教學(xué)的目標(biāo)之一。在教學(xué)過程中，鼓勵(lì)一部分有科研興趣的學(xué)生從課程學(xué)習(xí)中引伸出研究課題，申報(bào)國家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目以及本科生進(jìn)實(shí)驗(yàn)室計(jì)劃項(xiàng)目。在教師的指導(dǎo)下通過自主選題設(shè)計(jì)、獨(dú)立組織實(shí)施并進(jìn)行信息分析處理和撰寫總結(jié)報(bào)告等工作，培養(yǎng)學(xué)生提出問題、分析和解決問題的興趣和能力，調(diào)動(dòng)他們學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性，激發(fā)他們的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識(shí)，掌握思考問題、解決問題的方法，提高創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。

五、通過現(xiàn)場教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力

隧道與地下工程專業(yè)課程的學(xué)習(xí)應(yīng)當(dāng)注重理論與實(shí)踐并重，學(xué)生到設(shè)計(jì)和施工單位進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)習(xí)是教學(xué)中不可或缺的一部分。由于課時(shí)有限，現(xiàn)場教學(xué)可以分階段進(jìn)行，如：在學(xué)生入校后的認(rèn)知實(shí)習(xí)階段，帶領(lǐng)學(xué)生到隧道與地下工程施工現(xiàn)場進(jìn)行初步認(rèn)知實(shí)習(xí)，了解隧道與地下工程的結(jié)構(gòu)構(gòu)造以及施工的基本過程；在生產(chǎn)實(shí)習(xí)階段，安排學(xué)生到設(shè)計(jì)和施工單位進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)習(xí)，在現(xiàn)場通過指導(dǎo)教師和工程師的幫助，培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力；在畢業(yè)設(shè)計(jì)階段，對畢業(yè)設(shè)計(jì)為

地下工程方向的學(xué)生進(jìn)行為期兩周的設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)，深入設(shè)計(jì)和施工單位，針對自己的設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行現(xiàn)場學(xué)習(xí)和調(diào)研，通過完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步鞏固所學(xué)知識(shí)，為今后從事相關(guān)工作奠定基礎(chǔ)。

六、結(jié)語

隧道與地下工程專業(yè)課程的教學(xué)內(nèi)容涉及地下工程的規(guī)劃、勘測、設(shè)計(jì)、施工和養(yǎng)護(hù)等多方面的知識(shí)，是一門專業(yè)性和實(shí)踐性較強(qiáng)的課程。因此，在教學(xué)過程中采用多種現(xiàn)代化教學(xué)手段和教學(xué)方法，充分培養(yǎng)和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)他們主動(dòng)思考、注重實(shí)際的學(xué)習(xí)習(xí)慣，無疑有助于他們掌握扎實(shí)的理論知識(shí)和實(shí)踐技能，發(fā)展創(chuàng)新思維，提高綜合素質(zhì)。お

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お

Teaching reform of tunnel and underground engineering course

JIA Peng

(College of Resources and Civil Engineering, Northeast University, Shenyang 110004, P. R. China)

Abstract： Tunnel and underground engineering is not only a specialized and practical course, but also a very important major course in the branch of underground engineering of civil engineering. In this paper, a new teaching method combined multiple teaching means and teaching methods is discussed, the aim of which is to provoke interest, foster the innovation ability, so as to successfully realize the training objective of cultivating top-ranking engineering personnel with solid basic knowledge, practical skills as well as the ability of communication and cooperation in professional English.

Keywords： tunnel and underground engineering; education reform; innovative thinking; bilingual teaching

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