土木工程地质学课程教学改革研究

李斌 冯柯

土木工程地质学课程教学改革研究

李斌 冯柯

在调查一些高校工程地质教学现状和自己的教学经验心得的基础上,作者分析了工程地质学教学中存在的问题,提出相应改革构想,以期为工程地质学课程教学提供指导。

工程地质学,创造性思维,教学改革

0 引言

工程地质学是地质学的一个分支,是研究与人类工程建筑活动有关的地质问题的学科,是介于地质学与工程学之间的一门边缘交叉课程。该课程以人类工程活动与自然地质环境之间的相互关系作为研究的核心内容,其目的在于查明拟建地区或拟建筑场地的工程地质条件,结合具体工程的性质、规模和用途等属性进行分析、预测和评价可能存在和发生的工程地质问题,并对建筑物和地质环境的影响和危害提出防治不良地质现象的措施,为保证工程建设的合理规划、建筑物的正确设计、顺利施工和正常使用,提供可靠的地质科学依据的一门专业基础课程。

1 工程地质学在土木工程专业体系中的课程定位

合理的工程应是因地制宜的工程和自然地质环境的理想耦合[1],探明和解决拟建工程与地质环境之间的主要矛盾,是关乎到整个工程建设成败的关键。对于专门培养土木工程建设技术人员的土木工程专业来讲,使学生全面、系统掌握工程地质学的基本理论和工程地质学分析问题的方法是非常必要和必需的,这就决定了工程地质学必然成为土木工程专业的一门必修的专业基础课程。

笔者走访了几所土木工程专业实力较强的工科院校,调查显示,在土木工程专业课程体系设置中,无一例外的把工程地质学设置为不可或缺的重要组成部分,同时在制定工程地质教学大纲时又把它定位为后续的土力学、岩体力学、基础工程学等专业课程学习的基础理论。

2 工程地质学课程教学存在的基本问题和原因分析

1)工程地质学的课时设置不足。

通过调查,国内多数院校的土木工程专业体系中,工程地质学课程课时设置为 36学时,个别院校设置为 18学时。

就土木工程专业而言,工程地质学讲授的主要内容包括四个基本内容：

a.地质学基本理论篇章,包括地质作用、岩石和矿物、地质构造、地下水等;

b.岩石、岩体和土体的工程性质;

c.常见的不良地质现象及地质灾害,包括河流地质作用、岩石的风化、边坡的工程地质研究、岩溶的工程地质研究、地震地质研究和泥石流的工程性质研究等;

d.探明工程地质条件的方法,包括钻探、坑探、物探、遥感、工程地质测绘、原位测试等。这些内容涉及众多学科领域,具有知识面很广、概念广、理解抽象、实践性强等特点。从专业学习的效果看,开设这门课程应有先期的普通地质学基本理论作为铺垫,才能保证良好的教学效果。若要产生良好的教学效果则必须用较多的课时来加强地质学方面基础知识的讲解。因此工程地质学课程课时的设置在教学中显得捉襟见肘。

2)学生对工程地质学学科的特点认识不清,缺乏工程地质学应有的思维方式。

工程地质学作为一门应用性很强的学科,具有自身的学科特点、思维方式和研究方法,工程地质学以地质学基本理论作为背景,以地质学的总体思维为依托,它既不同于数学、物理、化学等具有严密逻辑推导关系的学科,也不同于政治、英语、建筑施工等以识记为主的学科,它具有地质学的思维特点和研究方法,采用的逻辑思维方法主要有分类、总结、归纳和演绎,在对具体的工程地质条件因素进行认识和论证时,总的思维方式常常是“将今论古”“以古证今”和“以点带面”。

然而,在实际的教学过程中,把工程地质学学习限定为对基本地质理论的识记,工程地质学的教学质量高低往往以学生掌握多少基本知识点为基本评价准则,课堂教学基本上以“满堂灌”为主的教学方式,缺乏必要的引导教学模式,忽略对学生逻辑思维和发散思维能力等创造性思维的培养。所以,在客观上,工程地质的学习除了掌握基本理论外,更重要的是逻辑思维和发散思维即创造性思维的培养,要使学生懂得从自然地质条件和现象中紧扣事物的本质,找出引起工程地质问题的主要矛盾。

3)教学实践环节薄弱。

土木工程地质学教学实践环节包括室内实验和野外实践实习教学。笔者在经过大量调查中发现,对于室内实验,普通涉及土工方面的实验一般高校都能做好,但涉及地质领域的实验室,如各类岩石标本实验室、地质构造模型室等,大部分高校就差强人意。野外实践实习包括两部分基本内容：a.地质学背景实习;b.工程地质实习,包括不良工程地质现象认识实习和岩土工程勘查实践实习,地质类的工科高校都有野外固定的地质实习基地,而对不少开办土木工程专业的高校来说,野外实习基地相对比较欠缺,甚至根本没有。

3 工程地质学教学改革构想

1)提高土木工程地质学课时设置。

为保证工程地质学教学的质量,笔者认为该课程理论讲授学时设置不应低于 54个学时,按照讲课内容,建议课时分配如下：

地质学基本理论篇章(包括岩石和矿物、地质年代、地质构造、第四纪地貌及沉积物、地质识图、地下水等)18学时;岩石、岩体和土体的工程性质(包括岩石、岩体的物理力学性质、结构面的特征及其物理力学性质、岩体的分类及基本质量指标评价、土体的分类及物理力学指标及土体的物理状态评价等)14学时;不良工程地质作用及工程地质灾害(包括河流地质作用、岩石的风化、边坡的工程地质研究、岩溶的工程地质研究、地震地质研究和泥石流的工程性质研究等)14学时;工程地质勘查(包括原位测试、勘查的程序和常用的方法等)8学时。

除此之外,还应同步设置室内试验环节以加深学生对理论的理解,具体建议是：地质学基本理论篇章安排不低于两次试验,主要内容是岩石和矿物的鉴定;岩石、岩体和土体的工程性质篇章安排不低于两次试验,主要内容是岩石的力学指标试验和常规的土工试验;工程地质勘查安排不低于三次试验,主要内容是工程钻机钻探和原位测试。

2)以基本理论讲解为切入点,以培养学生工程地质学思维模式为基本目的。

工程地质学思维以地质思维为总依托,采用“将今论古”“以古证今”和“以点带面”的思维方式将复杂的地质现象问题简单化,特殊的地质现象问题典型化,一般地质现象问题规律化等,工程地质学的发展与成熟,使它由一个定性描述为主的地质学学科深入地质与工程,产生地质与工程的融合[1]。

在实践教学中,培养学生掌握工程地质学的思维方式,发挥他们的创新和开拓意识,需要在具体的教学环节中不断强化他们的工程地质学思维模式。根据笔者的教学心得,可以从以下几个方面入手：

a.课堂讲授中以引导为主,培养学生养成从地质演化史的角度研究问题的思维习惯。在专业课教学过程中,结合工程实例启发和引导学生理解工程建设与地质环境、生态环境间的相互关系,找出可能存在的工程地质问题,并用已经发生的地质灾害去验证分析。比如,在讲授边坡的工程地质特征时,从理论上讲,影响边坡稳定性的因素很多,诸多因素通过改变坡体的岩土强度、坡体的应力状态和边坡的形状影响边坡的稳定性。在实际自然边坡地质灾害中,水是影响边坡稳定性的最积极的因素,但是,水是如何影响边坡的稳定性的,则需要引导学生考虑坡体的地质成因,引导他们从宏观的地质环境过渡到边坡岩体结构面微观分析,深入考虑水对坡体的结构的改造和应力状态的改变,从而找出水对坡体稳定性的影响规律,再联系到我国滑坡地质灾害绝大多数发生在多雨季节,那么学生在理解谚语“大雨大滑,小雨小滑,无雨不滑”就有了深刻的认识。

b.教学过程中,充分发挥学生的主观创造性思维,开拓学生的独立思考能力和创新思维意识。

创造性思维是人脑黑体与思维模块的作用中,超越传统的带有创造性的思维方式。这种思维方式多表现为某领域潜意识形态中,思维主体突破了传统的思维定式束缚而进行的一种挑战性的思维尝试。在实际教学实践中,使学生在专业领域学习中养成创造性思维的品格和素养是十分重要的,这些品质可归结为：广泛猎奇的品质;敢于挑战权威的品质;较强的归纳和演绎能力。

c.在整个教学工作中注重学科的整体性、系统性、层次性和预见性[2]。

明确土木工程体系中工程地质学与其他课程之间的联系,分清重点和先后次序。根据学生学习的不同阶段,尊重学生思维的变化规律,探索其内在的必然性,制定出一套整体的、系统的教学方案,逐步实施和完成由低层次向高层次的思维渐变。

3)加强实践教学环节。

工程地质学是土木工程专业中一门实践性比较强的技术基础课,实践教学与课堂教学应该相辅相成,不可偏废,缺乏实践教学这一环节,工程地质课堂就很难达到理想的教学效果,由于地质背景基础知识的匮乏,在课堂讲授时,一些基本概念比较抽象,学生理解起来很困难,往往需要通过实验课以及野外地质实习来加深对基本概念的认识,才能使学生获得基本的工程地质学知识。除此以外,实践教学是学生掌握专业技能的关键环节,是理论与实践的纽带,是完成创新人才培养目标的必要途径。只有理论和实践结合起来,才能使学生在实践中迸发出创造的思维火花。

工程地质常规实验室应根据学科发展要求、人才培养模式和目标及课程教学大纲等方面进行建设[5],室内常规试验包括岩石、矿物的识别地质构造模型的制作、构造运动的室内模拟实验和岩土原位测试,野外实习包括地质基础实习、不良工程地质灾害实习和岩土工程勘查实习。

4 结语

土木工程专业体系中,工程地质学是一门专业基础课程,既有系统理论性,又有较强实践性,通过本教学改革,力求达到：

1)在土木工程专业课程设置中,工程地质学有不可或缺和不可替代的作用,工程地质学讲授的内容更要适应土木工程专业设置的需要,为其他课程的学习打下深厚的基础;

2)在整个工程地质教学过程中,教师要将培养学生的工程地质思维和创新能力放在首要位置,使学生建立起工程地质思维方法,使他们的创造能力和创新能力得到良好发展;

3)在工程地质教学实践性环节中,更新传统的教学思想,整合校内资源,优化实践教学环境,加大实践教学经费投入力度,加强实验室及校内外实习基地建设,强化管理、完善制度,建立科学的实践教学考核体系,培养学生的动手能力,提高学生认识、分析、解决实际问题的综合素质。

[1]王思敬.略论工程地质学思维[J].工程地质学报,1997(9)：25-26.

[2]曹丽文.工程地质学思维方法培养的教学研究[J].中国地质教育,2002(4)：37-39.

[3]张晓琪.加强实践教学推动创新教育[J].中国高等教育,2002(4)：11-13.

[4]刘勇健.加强实践性教学培养土木工程专业学生的创新能力[J].广东工业大学学报(社会科学版),2007(7)：52-54.

[5]仲景冰.土木工程施工课程教学改革及思考[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,硕士,讲师,河南大学土木建筑学院,河南开封 475004

冯 柯(1972-),女,副教授,河南大学土木建筑学院,河南开封 475004