任务驱动教学法在盾构管片环教学中应用

谢立栋 高兴元 智友海

（徐州工程学院土木工程学院1） 江苏徐州 221018 中国矿业大学力学与土木工程学院2） 江苏徐州 221116）

1 引言

针对以实践性和操作性为特色的教学内容，应用任务驱动教学法能够取得良好教学效果，它的实质是以富有趣味性，能够激发学生学习动机与好奇心的情景为基础，与教学内容紧密结合的任务为载体，使学生在完成特定任务的过程中获得知识与技能的一种教学方法。任务驱动教学法基本特征是学生为主体、教师为主导，完成知识传授为明线、使学生高效掌握知识和技能为暗线[1]。朱世友[2]介绍了盾构隧道管片常用的2 种管片环组合形式，方式1 采用（标准环+左转弯环+右转弯环）组合，施工方便，但各种管片生产数量的控制相对复杂，需3 套模具，模具利用率低；“方式2”采用通用楔形环管片，只需要1 套模具，模具利用率高，管片生产控制简单，但管片拼装相对复杂，通过管片环的整体旋转来进行线路拟合。戴仕敏[3]讲到“方式1”错缝拼装形式单一，管片环旋转角度固定（一般只能旋转3 个角度，左右20o角范围内）。

盾构管片环知识点在《地铁与轻轨》课程中地位：是教学难点而不是教学重点，理论性强、技术性强、实践性强，但学生将来从事此项工作概率小，这就注定了该类知识点在教学大纲上所占学时少，在课堂上很难讲透，课程考核时也很少涉及这部分知识点，结果是老师不重视、学生也不重视，该知识点教学效果不理想。如何在有限学时内讲透、弄懂该知识点成为教师和学生共同关心话题。谢立栋[4]利用教学楼比拟车站，让学生感受车站内客流流线规律，使学生高效掌握车站规划、建筑设计等知识点。本文首先介绍任务驱动教学法特点，然后利用“切香蕉”实验使学生轻松感性认知盾构管片环知识，最后将含有计算过程完整工程实例的6 篇科技文献作为学生课后学习任务，通过这一系列工作，学生轻松愉快高效地掌握了盾构管片环知识点。

2 “切香蕉”感性实验

盾构管片环分类如图1 所示，通用环与普通环中的楔形环本质上相同，这也是学生最容易迷惑的地方。普通环拟合线路时不涉及环的旋转，施工简单；通用环拟合线路时，涉及到环的旋转角度（即封顶块位置），施工复杂。

图1 管片环分类

拼装管片的过程实质就是利用一系列的短折线拟合隧道设计轴线，上述短折线的长度就是管片环的宽度，一环管片中心的宽度是确定的（楔形环为最大宽度与最小宽度平均值）。“标准环”概念学生比较容易理解，实际线路是空间三维曲线，仅靠标准环无法实现盾构隧道实际轴线与设计轴线的拟合，这时就需要“楔形环”。管片环最大宽度和最小宽度的差值即为管片的楔形量，所成角度为楔形角。隧道设计曲线中转弯半径越小，那么应当选用越小的管片环宽度和越大的楔形量。当然，楔形量越大也容易产生问题，如容易出现管片错台。

去工地现场观摩效果虽好，但耗时费力，且学生无法动手操作。取香蕉数根，分别垂直轴线剖切，与轴线呈楔形角剖切，再沿着轴线将果皮展开，效果如图2 所示。通过管片几何形状，学生能感受到模板的复杂，所以理解了模板数量是重要评价指标的原因。通过该实验学生能整体直观感受到2 者区别，实验效果与实际工程达成度高，且实验过程简单，可操作性好。

图2 标准环（展开） &楔形环（展开）

取标准环数量/楔形环数量不同比例，可以拟合出不同半径的空间曲线，效果见图3，学生自己动手操作之后，短时间内就从整体上消化了该知识点。学生也理解了为什么采用“方式2”衬砌环组合形式时，各种管片生产数量的控制相对“方式1”复杂。

3 实例操作

掌握盾构管片拟合路线基本理论，并有了“切香蕉”实验的感性认识，知识掌握还是肤浅，若要深入掌握该知识点，达到现场设计、施工技术人员水准，还需具体设计实践锻炼。对2 种管片环形式，分别选取3 个学习案例供学生课后阅读（期刊网上文献众多，精选文献由授课教师完成），精选后的文献见表1，读懂后，学生只需改变拟合线路的曲线半径便可动手练习，最终掌握该知识点。

图3 多种比例（标准环数量/楔形环数量）组合曲线

表1 管片环拟合曲线精选案例

4 结语

根据盾构管片环知识点特征，应用任务驱动教学法完成该知识点教学任务，首先采用“切香蕉”实验，让学生从感性上认识标准环、楔形环几何特征，根据真实的管片空间几何形状，学生认识到模板的复杂性，理解了模板数量是重要评价指标的原因。通过拟合不同半径的空间曲线，从控制各种管片生产数量层面，学生理解“方式2”管片环组合形式，相对“方式1”复杂的原因。

通过授课教师选取的6 篇代表性文献，学生掌握了2 种管片环组合形式的具体计算过程，能够将知识点应用到实际工程中，学生有很大成就感，最后学生能够对比2 种管片环组合形式优缺点，在具体工程中能做出恰当选择。