岩土工程专业爆破工程教学改革探讨

    陈世万　左双英　鲁鲲鹏

    

    摘 ?要 岩土工程本科专业爆破工程教学过程中存在四个方面的问题：岩土工程专业学生对爆破工程课程重视不足;爆破试验器材受严格管制，教学实验难以开展;爆破理论复杂抽象，不利于学习形成技能;教学内容对岩土工程针对性不强。针对这些问题，提出“问题导向、兴趣牵引、考核驱动、过程控制”的综合改革方案。

    关键词 爆破工程;岩土工程;教学改革;案例库;影像库;实验室

    中图分类号：G642.0 ? ?文献标识码：B

    文章编号：1671-489X（2020）06-0096-03

    Teaching Reform in Blasting Engineering for Geotechnical Engi-

    neering//CHEN Shiwan， ZUO Shuangying， LU Kunpeng

    Abstract Four challenges in Blasting Engineering teaching for civil

    engineering graduates are analyzed in this study， which are insuffi-cient attention for students， lacking of blasting experiment device as

    explosives are controlled seriously， and theories regarding blasting are profound， and most textbooks are not focusing on civil enginee-ring. Comprehensive teaching reform programmes are proposed to resolve these problems as problems guidance， interest cultivation， assessment drive and education process control.

    Key words blasting engineering; geotechnical engineering; teaching reform; case base; image library; lab

    1 引言

    爆破工程是土木工程、地质资源与地质工程、矿业工程等工学类学科的重要课程。虽然近年来盾构机和隧道掘进机（TBM）装备和技术的发展较快，但工程爆破仍然是矿业开发、水利工程、特种拆除、高铁建设等领域不可或缺的重要技术。扎实的爆破工程理论素养和技术是岩土工程本科生知识体系的必要组成部分。相对于其他本科课程，爆破工程具有基础理论深奥、教学过程抽象、实验实践难以开展等特点。

    蒲传金等[1]分别分析了采矿工程、交通工程和安全工程专业学生应主要掌握的爆破工程理论和技术，有针对性地建立了相关本科专业爆破工程课程教学内容体系。

    王晓雷等[2]分析了爆破工程在教学内容、教学方法和教学手段三方面的问题，并论述了采矿工程专业教学改革的措施。

    王新生[3]提出从精选典型案例、讨论分析教学、应用数值模拟软件、再现实验过程等六个方面进行爆破工程教学改革。

    肖定军等[4]应用高速摄影对爆破工程多个试验进行观测和记录，改善了学生对炸药爆轰理论、爆破破岩机理等抽象理论的教学效果，提升学生的学习兴趣。

    总的来说，近年来爆破工程本科教学的难点已得到国内各高校相关专业教师的重视，并通过教学改革措施取得较好的效果。但由于爆破工程鲜明的试验危险性和理论抽象性，制约了进一步改善教学效果。本文将针对岩土工程本科爆破工程教学过程中的问题和难点，探讨爆破工程教学改革措施。

    2 岩土工程专业爆破工程教学目标

    工程爆破是当前岩土工程中应用最为广泛的施工手段，是城市地下空间开发、边坡与基坑工程、地基与基础等工程不可或缺的重要手段。工程爆破的理论和方法是岩土工程专业本科生知识体系的重要组成部分。针对岩土工程本科学生的教学主要目标为：掌握爆破工程设计和施工的基本理论和知识;熟悉爆破器材、方法以及岩石爆破破碎机

    理;掌握光面爆破、微差爆破理论与方法;掌握地下和露天工程爆破施工工艺，并能进行具体爆破工程设计;熟悉爆破危害效应的监测和控制，了解拆除控制爆破的基本原理和设计方法;具备独立设计爆破工程的基本技能，为从事专业工程技术和科学研究工作打下必要的基础。

    3爆破工程教学中的问题

    在对岩土工程本科生的爆破工程教学过程中主要存在下面一些问题。

    岩土工程专业学生对爆破工程课程重视不足 ?与采矿工程专业学生相比，岩土工程专业对爆破工程课程重视不足;同時，相对于基础工程、边坡工程和地下工程等课程，同作为岩土工程类学生专业选修课的爆破工程也未得到对应其重要性的重视。原因在于：

    一是基础工程、边坡工程和地下工程课程直接面对具体工程对象，学生更能直观感受其重要性，而爆破工程作为建造这些工程的主要施工手段，并未落脚于具体工程;

    二是教研室重视不足，各专业教师在其他工程类课程教学中对爆破工程作为主要施工手段的重要性强调不够，学科间衔接不足;

    三是教学课时偏少，未专门安排课程设计学时和学分。

    爆破试验器材受严格管制，无教学实验演示设备 ?由于爆破试验具有一定危险性，同时爆破器材管控严格，国内较多开设爆破工程课程的学校没有爆破工程实验室。而爆破工程中许多内容较为抽象，需要借助试验来阐明，如爆炸内外部作用裂纹形成过程及机制试验、高速摄像机测定爆速试验、雷管电阻测试、导爆管导爆索传爆试验、殉爆试验等，这些试验的开展十分有利于学生对爆破破岩理论和机理的掌握，加深对爆破器材和爆破技术的认识。而对于没有爆破实验室的学校来说，相关部分的教学内容只能通过课堂讲授，难以激发学生的学习兴趣，学生在上完爆破工程课程后还从未见过雷管等爆破器材，不能形成直观的认识和工程实践能力。

    爆破理论复杂抽象，多重视阐述原理和经验，不利于学习形成技能 ?爆破工程中有一些对于本科生较难的理论知识，如冲击波的传播理论（反射/折射）及其破岩机理;同时也有较多的根据经验总结的公式，如岩石的可爆性分级和爆破漏斗理论等。一方面冲击动力学方面的理论推导难度较大，且难以实际应用;另一方面通过大量经验总结出的经验公式对于缺乏实际工程经验的学生吸引力不强，学生常认为相关经验理论先进性不强。

    教材针对岩土工程专业针对性不强 ?当前的爆破工程教材和教学大纲多是根据采矿工程专业需求制定的，对岩土工程针对性不强。如地下工程爆破主要是小断面巷道掘进爆破和爆破落矿，露天工程爆破主要内容是露天深孔台阶爆破。而岩土工程中涉及的地下工程多為大断面工程，如高速公路隧道、地铁隧道、地下商业体等，通常会应用分步爆破开挖的工艺，对爆破精细开挖和危害控制提出更高的要求;岩土工程涉及的露天工程，如边坡开挖通常开挖方量小于露天采矿工程，但通常地形地质条件更复杂，对边坡损伤控制的要求更高。因此，若按常规的教学内容而不结合岩土工程实际设计针对性强的教学内容，将不利于激发学生的兴趣，难以形成学以致用的能力。

    4 教学改革措施

    针对以上岩土工程专业爆破工程课程存在的问题，制定“问题导向、兴趣牵引、考核驱动、过程控制”的综合教学改革方案，如图1所示。

    问题导向：依托课程改革课题，形成基本试验影像库针对爆破试验器材受管制，缺少教学实验设备的问题，申报专门教改课题，建设基本试验影像库。由于客观条件的限制，难以建设满足爆破工程的实验室，但如前所述，爆破工程所需开展的试验并不太多，主要为熟悉爆破器材及其性能、爆破破岩过程和机理、爆破漏斗试验等。因此，可依托课程改革课题，采用摄像机、高速相机等记录设备全方位记录各个爆破试验的声音、影像，形成全面的爆破试验影像库。同时，借助计算机模拟和可视化技术，模拟和再现爆破过程，有助于学生掌握爆破理论和相关技术。

    兴趣牵引：依托课程组，加强案例教学，提升学生重视度和兴趣 ?针对岩土工程学生对爆破工程重视和兴趣不足的问题，一方面依托本教研室建立的课程组型教学团队[5]，将爆破工程列为边坡工程、地下工程和岩土工程施工的先导基础课程，形成课程组，为学生厘清知识结构体系脉络;另一方面建立覆盖面广、内容丰富的岩土工程爆破设计施工案例库，涵盖地下工程、边坡工程、基础工程等多种工程现场爆破设计和施工的案例库。案例库包含爆破设计和爆破全过程的多种地质资料，注重视频和图片的直观展示。依托全面丰富的案例库，将爆破工程的基本理论和主要技术融入案例中去讲解，提升学生的重视度和兴趣，改善教学效果。

    考核驱动，过程控制：注重过程控制，精心布置课程设计，注重形成技能 ?要调动学生的学习积极性，过程考核十分必要。爆破工程是一门实践性很强的学科，爆破网络、地下和露天爆破工程等多项主要内容都要求学生形成实践能力。在这些内容的教学过程中，注重考核驱动和过程控制。根据岩土工程中边坡工程、地下工程和地基工程的特点，注重形成实践技能，有针对性地设计开放性的课程设计作业，鼓励学生分小组完成;同时优化考核机制，将课程成绩适当向平时课程设计和课堂测验倾斜，控制教学过程，确保教学效果。

    此外，通过尝试开发爆破工程教学展示设备，利用计算机开发相关软件辅助教学，探索创新课堂教学方法，依托教师资源开展现场参观教学等手段，有助于丰富课堂，提升学生的兴趣。

    5 结语

    针对岩土工程专业爆破工程课程教学存在的问题，提出“问题导向、兴趣牵引、考核驱动、过程控制”的综合教学改革方案，主要通过三个方面改进教学效果：依托课程组，加强案例教学，提升学生重视度和兴趣;依托课程改革课题，形成基本试验影像库，解决无试验设备的问题;注重过程控制、精心布置课程设计，注重形成技能。当然，取得良好教学效果的保障是在爆破工程课程教学目标导向下，精心设计每一节课，不断优化教学方法，提高教学效率。

    参考文献

    [1]蒲传金，肖定军.爆破系列课程教学内容体系的优化改革[J].中国教育技术装备，2011（30）：56-57.

    [2]王晓雷，陈超.采矿专业《爆破工程》教学改革[J].河北联合大学学报：社会科学版，2012，12（4）：89-90，93.

    [3]王新生.《爆破工程》课程教学改革与实践[J].教育教学论坛，2016（24）：131-132.

    [4]肖定军，蒲传金，张磊.高速摄影技术在《爆破工程》实验中的应用[J].实验科学与技术，2012，10（6）：6-8.

    [5]吴道勇，左双英，史文兵.课程组型教学团队建设的探索与实践：以贵州大学勘查技术与工程专业为例[J].中国地质教育，2019，28（1）：20-23.