隧道工程教学体系改革方法探索
鲍先凯+张春梅+王英浩+刘欣宇+崔广芹
[摘 要]要对隧道工程教学体系进行改革，应该针对隧道工程课程的特点和教学中存在的一些问题，在总结以往教学和实践经验的基础上，对教学方法、考核方法、理论与实践的关系及教学与科研的关系等制订改革方案并付之于教学实践中。事实证明，这些改革方法对提高教学效果和教学质量方法可行并具有积极的现实意义。
[关键词]隧道工程;教学改革;教学方法;教学目标
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）11-0095-03
伴随着新一轮高速铁路的建设以及城市地铁的大规模发展，我国已成为世界隧道大国，已运营铁路隧道总长度已达世界之最。在这种情况下，出现了越来越多地质条件复杂的隧道及地下工程，这必然需要有大量理论基础扎实、实践经验丰富的专业技术人员。[1]在此背景下，内蒙古科技大学土木工程专业下开设了岩土与地下工程专业方向，其中隧道工程课程是岩土与地下方向的专业必修课程。隧道工程是一门综合性、实践性极强的专业技术课，对培养土木工程技术人才具有至关重要的意义，而传统的教学方法与手段由于诸多原因的限制已经不能满足现行工程实践的需要。所以，如何调动学生学习本课程的积极性，如何提高教学质量，是目前教学面临的严峻挑战。
一、课程特色与改革的必要性
（一）课程特色
隧道工程是一门涉及工程地质、结构力学、混凝土结构、高等数学和岩石力学等知识的课程，课程涉及学科领域多，内容广泛，交叉性强，也是一门将理论与实践高度结合的课程。该课程要系统讲授隧道工程的勘察、设计、施工与运营管理等方面的理论、方法与相关知识。如在采用荷载-结构法进行隧道结构计算时，就会涉及结构力学、岩土力学、高等数学、混凝土结构等学科的知识。所以说隧道工程所包含的内容庞杂，结构体系松散、涉及学科领域多，内容广泛。同时，隧道工程又是一门基础理论和工程应用紧密结合的专业课程，课程内容较多，公式复杂难懂。基础理论涉及隧道勘察、围岩分级、围岩压力及衬砌结构计算等内容，衬砌结构是一种超静定结构[2]，在利用力法方程计算时公式较为复杂、难懂。另一方面，该课程又具有较强的实践性。例如：隧道施工技术中有新奥法施工、传统的矿山法施工、TBM机法等各种施工方法，这些方法实践性强，需要学生到工地实习参观后才能真正的理解和掌握，单凭上课的理论教学，学生理解困难，不易掌握。
（二）改革的必要性
结合我校多年的教学情况来看，隧道工程课程主要存在以下一些问题：
1.教学形式、方法落后，课堂气氛沉闷
隧道工程传统的教学手段只能依靠教科书、黑板、图片及流程图等形式，采用的教学手段就是教师黑板演示加口述表达。单纯依靠教师的讲解，学生理解依赖于自己的想象，有时候理解起来很困难，还会产生误解。[3]这就导致了学生总觉得上课枯燥、索然无味，经常出现课堂气氛沉闷、无聊，学生上课玩手机、睡觉等情况，这直接导致了上课效果不佳的结果。
2.实践与理论存在脱节的现象
隧道工程是一门理论和工程应用结合非常紧密的课程，因此学生要做到理论学习和工程实践紧密结合[4]，如在讲授隧道的各种明洞、洞门、衬砌形式、施工及监测方法等知识时，由于缺少实践的机会，光凭教师的课堂讲授，学生有时就是搞不清楚各种明洞、洞门的形式，更弄不清楚各种明洞、洞门的适用条件。隧道施工工艺复杂、作业条件艰苦、作业面狭小、噪音大、粉尘多，所以施工单位为了安全，不愿意接收学生实习，这也使得学生不能全面了解工程的建设过程，也不能形成系统深刻的工程印象，造成学生不能将理论知识运用到工程实践中，理论与实践严重脱节。
3.教学与科研脱节
随着科学技术的不断进步，一些新的设计理念、新的施工技术不断应用在隧道工程的建设中，要想搞好教学工作，教师必须进行适当的科研活动，了解科技发展的前沿动态，以保证知识结构的更新和教材内容的发展。教学与科研是对立统一，相互依赖、相辅相成，不可分割的。[5] [6]一个出色的教育工作者，也应该是一个好的科研工作者。教学中的基础理论知识是学生学习的基础，科学研究是把理论知识应用到工程实践中，来解决工程中不断出现的新问题和新挑战。如果教学与科研不能有机结合，学生没有接触科学研究的机会，其将永远不会获得解决问题的能力，这也达不到人才培养的目标。
4.考核方式单一，不能培养学生的综合技能
考试是考查学生掌握知识的一种手段，能够评定教师的教学效果和学生的学习情况。然而，传统的考试方法也存在着一些问题，隧道工程课对学生的考核长期以来都是以闭卷考试为主，有的学生记忆力较好，考前搞突击复习，但是对知识理解和掌握不是十分牢固。学生在大学学习专业知识的过程，也是其他技能如表达能力、分析问题、解决问题能力培养的过程。
二、教学改革与实践的思考
为了改变目前这种状况，培养出符合工程实际需要的人才，我们在教学体系的构建、教学方法手段、考核方式等方面进行了改革。希望提高教学质量和学生的学习积极性和主动性。
（一）多媒体与传统教学结合、互动教学
隧道工程是一门实践性很强的专业课，既涉及基础理论计，又涉及施工工艺等实践性很强的专业知识。由于传统板书形式单一、信息量小，学生不能直观、生动的理解课程内容，而先进的多媒体教学可以使授课内容更加生动形象[7]，这不但激发了学生的学习兴趣，也使得学生理解和掌握知识变得相对容易，提高了教学效率。但是两种教学手段都具有各自的优缺点，所以在教学的过程中，我校教师采用多媒体与传统教学相结合的措施，适合采用板书的内容绝不使用多媒体。如在讲解隧道衬砌受力计算部分时，由于公式推导多，所以采用板书的方式，一步一步推导，易于学生理解。在讲解隧道洞门、明洞、洞身结构、施工工艺等部分内容时，采用多媒体课件和适当的录像形式，学生在图像、动画、声音相结合的教学中，很容易掌握和理解所学的知识，使学习变得轻松愉悦，有助于调动学生学习的兴趣和积极性。根据教学内容的不同，两种教学手段可有机结合，取长补短，这能提高教学效率和质量，起到事半功倍的效果。
学生是教学活动的主体，所以在教学活动中我们要积极引导学生学习的积极性和主动性，激发学生的学习热情。这是我们教学工作的重要理念。在这个理念的指导下，经过多年的教学实践，我们逐步形成了一套讨论式、互动式的教学方法。在课堂上提出问题，给学生留出思考和讨论的时间，这种方式有利于激发学生的求知欲望，培养了学生的联想能力和发散思维，提高了学生发现问题、解决问题的能力。[8]如在将要讲到隧道结构计算这一部分内容时，笔者就要求学生课下先预习这部分内容以及结构力学中有关力法方程方面的知识，在下一次上课时找学生说出结构计算的思路以及具体的求解过程。学生有的在纸上画，有的在讨论，课堂气氛非常活跃，然后笔者稍加讲解与引导，学生就弄懂了这部分内容，教学效果非常好。所以在课堂上应该多与学生互动，多鼓励学生回答问题，这样也有利于学生形成良好的学习习惯。
（二）加强理论教学与工程实践的结合，让学生走进施工现场
在教学的过程中加强案例分析教学，针对工程实例组织学生分组讨论，上网查找。[9]大家在课堂上各抒己见，在讨论中弄清楚了原来不懂的知识，也激发了学生的学习兴趣，而且更不容易忘记，最重要的是他们对知识有了更清晰的认识和对自己更加充满了信心，增加了学生对即将从事行业的了解。
为进一步加强学生的实践能力，学校利用暑假时间（2个月左右）安排学生到工地实习。在施工现场观摩学习的过程中，教师不但要求学生要亲身参与施工的整个过程，同时还要请工程技术人员给学生讲解工程的设计、施工的详细情况，保证每个学生都得到切实的指导。学生在现场可以观看到钻进炮眼、充填炸药、形成断面、架立钢筋网片、锚杆的锚固、喷射混凝土、绑扎钢筋、架立模板、灌注混凝土等施工过程。通过实习，学生加深了对基础知识的理解和掌握，更了解了工程现场的整个施工工艺。
（二）教学与科研紧密结合
教师通过参加相关科研活动和科研项目，不但丰富了自己的专业知识，获得最新、最先进的科学知识和实践技能，而且更加加深了对本专业的理解和认识。随着教师学术水平的提高，教师在教学过程中思路更加开阔，及时将国内外隧道工程设计与施工的新技术、新成果充实到教学中，更新了教学内容。同时也能使学生更加了解学科发展的趋势，及时掌握当前隧道工程建设中新技术和新的发展动态，拓宽了学生的知识面，培养和锻炼了学生的科研意识和创新能力。[10]所以说教学与科研相互结合，科研成果支持教学改革，教学活动促进科研的发展，实现教学与科研互动，使教师与学生在教与学中共同提高知识水平和研究能力。
（四）改革考核方式，加强学生综合技能的培养
过去，隧道工程课程的考试通常采用完全闭卷的形式，重点放在学生对力学、施工方法等知识的理解和掌握上，而考查学生解决实际工程问题能力的试题较少。近年来，随着国家提出的素质教育教学改革的深入，针对传统考试方法不利于素质教育的种种弊端，各高校在考试方面进行了大量的改革与探索。变应试教育为素质教育，注重考核学生的学习能力和解决实际问题能力，鼓励学生通过多种渠道获得知识，这对改变学生的学习方法和思维方式具有举足轻重的作用。在考核方式上，改变了过去卷面分数占100%的考核方法，注重平时考核，包括平时出勤率、课堂分组讨论表现和小论文、作业完成情况等（占总成绩的20%），虽然比重不大，但能起到督促学生的作用;平时给学生布置大作业或教学论文（占总成绩的30%），这有利于鼓励学生上网查资料或通过工程实践经验解决问题增加实践环节的考核;另外就是闭卷考核（占总成绩的50%）。这种多种考核方式的组合，促进了学生对基础知识的理解、培养了学生综合应用能力和解决问题的能力，达到了教学的目的。
三、结语
经过几年的教学改革实践，我们在教学手段方法、教学内容、考核方式、学生能力培养、教学质量及教学效果的提高方面取得了一定的成绩，学生对课程的满意度达到95%以上。课程考试通过率也由原来的80%左右提高到了95%以上。这些教学改革的成果既是对我们教学工作的肯定，也将促使我们将改革不断深入下去。但是，教学改革是一个动态的过程，随着隧道工程技术的不断发展，教学内容与课程体系应该随之不断改革，教学方法与教学手段也应及时调整。今后，在教学工作中还需要不断地根据教学中出现的新问题、新情况，大胆地改革与探索，不断总结与完善，全面提高教学质量。只有这样，才能为社会培养出大批具有较高综合素质的专业人才。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 李天祺.隧道工程课程教学改革思考[J].中国建设教育，2010（9）：45-47.
[2] 覃仁辉，王成.隧道工程[M].重庆：重庆大学出版社，2011.
[3] 鲍先凯.岩石力学教学改革与研究[J].高等建筑教育，2014（5）：27-29.
[4] 李晓龙，郭成超.“隧道工程”课程教学模式探讨[J].中国电力教育，2011（29）：96-98.
[5] 王章琼，黄敏，王亚军.“隧道工程”课程研究性教学探索与实践[J].中国地质教育，2015：28-31.
[6] 董增文，邓晓华，张华.研究性教学在工科教育中的实践与反思[J].高等工程教育研究，2013（5）：164-167.
[7] 马亢.隧道工程课程教学改革思考[J].高等建筑教育，2013（1）：82-85.
[8] 王迎超，靖洪文，耿凡.“隧道工程”课程教学改革思路探讨[J].煤炭高等教育，2013（6）：116-118.
[9] 贾蓬.隧道与地下工程课程教学改革探索[J].高等建筑教育，2012（4）：70-73.
[10] ?宋玉香，贾晓云，刘勇.强化科研提升隧道工程教学品质[J].高等建筑教育，2010（4）：96-98.
[责任编辑：刘凤华]
[摘 要]要对隧道工程教学体系进行改革，应该针对隧道工程课程的特点和教学中存在的一些问题，在总结以往教学和实践经验的基础上，对教学方法、考核方法、理论与实践的关系及教学与科研的关系等制订改革方案并付之于教学实践中。事实证明，这些改革方法对提高教学效果和教学质量方法可行并具有积极的现实意义。
[关键词]隧道工程;教学改革;教学方法;教学目标
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）11-0095-03
伴随着新一轮高速铁路的建设以及城市地铁的大规模发展，我国已成为世界隧道大国，已运营铁路隧道总长度已达世界之最。在这种情况下，出现了越来越多地质条件复杂的隧道及地下工程，这必然需要有大量理论基础扎实、实践经验丰富的专业技术人员。[1]在此背景下，内蒙古科技大学土木工程专业下开设了岩土与地下工程专业方向，其中隧道工程课程是岩土与地下方向的专业必修课程。隧道工程是一门综合性、实践性极强的专业技术课，对培养土木工程技术人才具有至关重要的意义，而传统的教学方法与手段由于诸多原因的限制已经不能满足现行工程实践的需要。所以，如何调动学生学习本课程的积极性，如何提高教学质量，是目前教学面临的严峻挑战。
一、课程特色与改革的必要性
（一）课程特色
隧道工程是一门涉及工程地质、结构力学、混凝土结构、高等数学和岩石力学等知识的课程，课程涉及学科领域多，内容广泛，交叉性强，也是一门将理论与实践高度结合的课程。该课程要系统讲授隧道工程的勘察、设计、施工与运营管理等方面的理论、方法与相关知识。如在采用荷载-结构法进行隧道结构计算时，就会涉及结构力学、岩土力学、高等数学、混凝土结构等学科的知识。所以说隧道工程所包含的内容庞杂，结构体系松散、涉及学科领域多，内容广泛。同时，隧道工程又是一门基础理论和工程应用紧密结合的专业课程，课程内容较多，公式复杂难懂。基础理论涉及隧道勘察、围岩分级、围岩压力及衬砌结构计算等内容，衬砌结构是一种超静定结构[2]，在利用力法方程计算时公式较为复杂、难懂。另一方面，该课程又具有较强的实践性。例如：隧道施工技术中有新奥法施工、传统的矿山法施工、TBM机法等各种施工方法，这些方法实践性强，需要学生到工地实习参观后才能真正的理解和掌握，单凭上课的理论教学，学生理解困难，不易掌握。
（二）改革的必要性
结合我校多年的教学情况来看，隧道工程课程主要存在以下一些问题：
1.教学形式、方法落后，课堂气氛沉闷
隧道工程传统的教学手段只能依靠教科书、黑板、图片及流程图等形式，采用的教学手段就是教师黑板演示加口述表达。单纯依靠教师的讲解，学生理解依赖于自己的想象，有时候理解起来很困难，还会产生误解。[3]这就导致了学生总觉得上课枯燥、索然无味，经常出现课堂气氛沉闷、无聊，学生上课玩手机、睡觉等情况，这直接导致了上课效果不佳的结果。
2.实践与理论存在脱节的现象
隧道工程是一门理论和工程应用结合非常紧密的课程，因此学生要做到理论学习和工程实践紧密结合[4]，如在讲授隧道的各种明洞、洞门、衬砌形式、施工及监测方法等知识时，由于缺少实践的机会，光凭教师的课堂讲授，学生有时就是搞不清楚各种明洞、洞门的形式，更弄不清楚各种明洞、洞门的适用条件。隧道施工工艺复杂、作业条件艰苦、作业面狭小、噪音大、粉尘多，所以施工单位为了安全，不愿意接收学生实习，这也使得学生不能全面了解工程的建设过程，也不能形成系统深刻的工程印象，造成学生不能将理论知识运用到工程实践中，理论与实践严重脱节。
3.教学与科研脱节
随着科学技术的不断进步，一些新的设计理念、新的施工技术不断应用在隧道工程的建设中，要想搞好教学工作，教师必须进行适当的科研活动，了解科技发展的前沿动态，以保证知识结构的更新和教材内容的发展。教学与科研是对立统一，相互依赖、相辅相成，不可分割的。[5] [6]一个出色的教育工作者，也应该是一个好的科研工作者。教学中的基础理论知识是学生学习的基础，科学研究是把理论知识应用到工程实践中，来解决工程中不断出现的新问题和新挑战。如果教学与科研不能有机结合，学生没有接触科学研究的机会，其将永远不会获得解决问题的能力，这也达不到人才培养的目标。
4.考核方式单一，不能培养学生的综合技能
考试是考查学生掌握知识的一种手段，能够评定教师的教学效果和学生的学习情况。然而，传统的考试方法也存在着一些问题，隧道工程课对学生的考核长期以来都是以闭卷考试为主，有的学生记忆力较好，考前搞突击复习，但是对知识理解和掌握不是十分牢固。学生在大学学习专业知识的过程，也是其他技能如表达能力、分析问题、解决问题能力培养的过程。
二、教学改革与实践的思考
为了改变目前这种状况，培养出符合工程实际需要的人才，我们在教学体系的构建、教学方法手段、考核方式等方面进行了改革。希望提高教学质量和学生的学习积极性和主动性。
（一）多媒体与传统教学结合、互动教学
隧道工程是一门实践性很强的专业课，既涉及基础理论计，又涉及施工工艺等实践性很强的专业知识。由于传统板书形式单一、信息量小，学生不能直观、生动的理解课程内容，而先进的多媒体教学可以使授课内容更加生动形象[7]，这不但激发了学生的学习兴趣，也使得学生理解和掌握知识变得相对容易，提高了教学效率。但是两种教学手段都具有各自的优缺点，所以在教学的过程中，我校教师采用多媒体与传统教学相结合的措施，适合采用板书的内容绝不使用多媒体。如在讲解隧道衬砌受力计算部分时，由于公式推导多，所以采用板书的方式，一步一步推导，易于学生理解。在讲解隧道洞门、明洞、洞身结构、施工工艺等部分内容时，采用多媒体课件和适当的录像形式，学生在图像、动画、声音相结合的教学中，很容易掌握和理解所学的知识，使学习变得轻松愉悦，有助于调动学生学习的兴趣和积极性。根据教学内容的不同，两种教学手段可有机结合，取长补短，这能提高教学效率和质量，起到事半功倍的效果。
学生是教学活动的主体，所以在教学活动中我们要积极引导学生学习的积极性和主动性，激发学生的学习热情。这是我们教学工作的重要理念。在这个理念的指导下，经过多年的教学实践，我们逐步形成了一套讨论式、互动式的教学方法。在课堂上提出问题，给学生留出思考和讨论的时间，这种方式有利于激发学生的求知欲望，培养了学生的联想能力和发散思维，提高了学生发现问题、解决问题的能力。[8]如在将要讲到隧道结构计算这一部分内容时，笔者就要求学生课下先预习这部分内容以及结构力学中有关力法方程方面的知识，在下一次上课时找学生说出结构计算的思路以及具体的求解过程。学生有的在纸上画，有的在讨论，课堂气氛非常活跃，然后笔者稍加讲解与引导，学生就弄懂了这部分内容，教学效果非常好。所以在课堂上应该多与学生互动，多鼓励学生回答问题，这样也有利于学生形成良好的学习习惯。
（二）加强理论教学与工程实践的结合，让学生走进施工现场
在教学的过程中加强案例分析教学，针对工程实例组织学生分组讨论，上网查找。[9]大家在课堂上各抒己见，在讨论中弄清楚了原来不懂的知识，也激发了学生的学习兴趣，而且更不容易忘记，最重要的是他们对知识有了更清晰的认识和对自己更加充满了信心，增加了学生对即将从事行业的了解。
为进一步加强学生的实践能力，学校利用暑假时间（2个月左右）安排学生到工地实习。在施工现场观摩学习的过程中，教师不但要求学生要亲身参与施工的整个过程，同时还要请工程技术人员给学生讲解工程的设计、施工的详细情况，保证每个学生都得到切实的指导。学生在现场可以观看到钻进炮眼、充填炸药、形成断面、架立钢筋网片、锚杆的锚固、喷射混凝土、绑扎钢筋、架立模板、灌注混凝土等施工过程。通过实习，学生加深了对基础知识的理解和掌握，更了解了工程现场的整个施工工艺。
（二）教学与科研紧密结合
教师通过参加相关科研活动和科研项目，不但丰富了自己的专业知识，获得最新、最先进的科学知识和实践技能，而且更加加深了对本专业的理解和认识。随着教师学术水平的提高，教师在教学过程中思路更加开阔，及时将国内外隧道工程设计与施工的新技术、新成果充实到教学中，更新了教学内容。同时也能使学生更加了解学科发展的趋势，及时掌握当前隧道工程建设中新技术和新的发展动态，拓宽了学生的知识面，培养和锻炼了学生的科研意识和创新能力。[10]所以说教学与科研相互结合，科研成果支持教学改革，教学活动促进科研的发展，实现教学与科研互动，使教师与学生在教与学中共同提高知识水平和研究能力。
（四）改革考核方式，加强学生综合技能的培养
过去，隧道工程课程的考试通常采用完全闭卷的形式，重点放在学生对力学、施工方法等知识的理解和掌握上，而考查学生解决实际工程问题能力的试题较少。近年来，随着国家提出的素质教育教学改革的深入，针对传统考试方法不利于素质教育的种种弊端，各高校在考试方面进行了大量的改革与探索。变应试教育为素质教育，注重考核学生的学习能力和解决实际问题能力，鼓励学生通过多种渠道获得知识，这对改变学生的学习方法和思维方式具有举足轻重的作用。在考核方式上，改变了过去卷面分数占100%的考核方法，注重平时考核，包括平时出勤率、课堂分组讨论表现和小论文、作业完成情况等（占总成绩的20%），虽然比重不大，但能起到督促学生的作用;平时给学生布置大作业或教学论文（占总成绩的30%），这有利于鼓励学生上网查资料或通过工程实践经验解决问题增加实践环节的考核;另外就是闭卷考核（占总成绩的50%）。这种多种考核方式的组合，促进了学生对基础知识的理解、培养了学生综合应用能力和解决问题的能力，达到了教学的目的。
三、结语
经过几年的教学改革实践，我们在教学手段方法、教学内容、考核方式、学生能力培养、教学质量及教学效果的提高方面取得了一定的成绩，学生对课程的满意度达到95%以上。课程考试通过率也由原来的80%左右提高到了95%以上。这些教学改革的成果既是对我们教学工作的肯定，也将促使我们将改革不断深入下去。但是，教学改革是一个动态的过程，随着隧道工程技术的不断发展，教学内容与课程体系应该随之不断改革，教学方法与教学手段也应及时调整。今后，在教学工作中还需要不断地根据教学中出现的新问题、新情况，大胆地改革与探索，不断总结与完善，全面提高教学质量。只有这样，才能为社会培养出大批具有较高综合素质的专业人才。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 李天祺.隧道工程课程教学改革思考[J].中国建设教育，2010（9）：45-47.
[2] 覃仁辉，王成.隧道工程[M].重庆：重庆大学出版社，2011.
[3] 鲍先凯.岩石力学教学改革与研究[J].高等建筑教育，2014（5）：27-29.
[4] 李晓龙，郭成超.“隧道工程”课程教学模式探讨[J].中国电力教育，2011（29）：96-98.
[5] 王章琼，黄敏，王亚军.“隧道工程”课程研究性教学探索与实践[J].中国地质教育，2015：28-31.
[6] 董增文，邓晓华，张华.研究性教学在工科教育中的实践与反思[J].高等工程教育研究，2013（5）：164-167.
[7] 马亢.隧道工程课程教学改革思考[J].高等建筑教育，2013（1）：82-85.
[8] 王迎超，靖洪文，耿凡.“隧道工程”课程教学改革思路探讨[J].煤炭高等教育，2013（6）：116-118.
[9] 贾蓬.隧道与地下工程课程教学改革探索[J].高等建筑教育，2012（4）：70-73.
[10] ?宋玉香，贾晓云，刘勇.强化科研提升隧道工程教学品质[J].高等建筑教育，2010（4）：96-98.
[责任编辑：刘凤华]
