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安全专业《岩土工程测试技术》课程教学改革探究

2020-11-21 167 上传者：管理员

摘要：岩土工程测试技术既是保障岩土工程质量的关键前提，也是衡量项目安全投入与经济效益的重要因素。近年来，伴随岩土工程在复杂施工区域的大规模开展，建设项目所需获取的工程数据和安全信息日益增多，对监测监控理论、信号采集方法、数据传输手段与装备平台研发等技术提出了更高的要求。为更好地服务社会，太原科技大学安全工程教学团队在深入剖析岩土工程测试技术课程特性的基础上，以教学环节优化为切入点，围绕课堂教学、试验教学和实践教学对该课程进行了有针对性的系统改革。实践表明，教学改革效果良好，毕业生从事岩土工程领域工作的适应性与竞争力得到了显著提高。

关键词：
岩土工程
岩土工程测试技术
教学方法优化
教学质量评估
教育教学改革
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岩土工程是以工程地质学、土力学、岩体力学等学科为理论基础，旨在探讨各类土建工程中岩土体的科学利用、系统整治或合理改造的一门系统学科[1]。随着中国与“一带一路”沿线国家基础设施建设的深入推进，岩土工程在资源能源、市政建设、铁路桥隧、水利水电、离岸工程、地热开发等领域的作用日益凸显，这一学科也得到了前所未有的迅猛发展。由于岩土工程往往具有场地区域性、施工隐蔽性及测试不确定性等特点[2]，项目开展之前、实施期间和竣工之后，必须借助一系列行之有效的测试技术为项目质量与施工安全提供保障[3]。此外，通过反演分析方法，可以依据检测结果对工程参数进行科学推算与合理优化，进而达到提高工程效益的目的[4]。由此可知，岩土工程测试技术对项目质量、安全和经济均产生了重要影响，并始终是工程建设中最为基础和核心的环节之一。

在普通高等院校教学知识体系之中，作为测试技术在岩土工程中的重要应用，岩土工程测试技术不仅是土木、建筑、水电、采矿和交通等工学专业和方向学生的必修课程，同时也是包括太原科技大学在内等诸多安全工程开设高校的重要选修课程。结合太原科技大学鲜明的重型机械背景和大部分毕业生的就业去向，本校安全工程专业选取任建喜教授编著的《岩土工程测试技术》[5]为指导教材，经过长时间教学实践与总结完善，取得了一定的经验积累。在此基础上，教学组对《岩土工程测试技术》的课程特点进行深入剖析，并进行了有针对性的教育教学改革。

一、安全专业《岩土工程测试技术》课程的特点

（一）一般通识模块与专业方向模块并重

图1岩土工程测试技术知识脉络图（安全专业）

图2路桥工程检测技术知识脉络图（土木工程道桥方向）

作为典型“宽口径、厚基础、重实践、偏应用”的工学交叉专业，安全工程与力学、数学等传统学科的课程设置存在明显差异。以《测试技术》为例，太原科技大学安全工程与土木工程在专业教学大纲中就存在如下区别：

1.授课内容不同：安全工程沿袭“通识模块+方向模块”的课程设置模式，《测试技术》涉及《安全监测与监控技术》、《岩土工程测试技术》、《噪声与振动控制》等内容，其中通识模板《安全监测与监控技术》[6]重点阐述监测监控系统的工作原理，《岩土工程测试技术》则以建筑桩基、边坡工程、矿山建设、地铁盾构和桥梁隧洞监测技术为主要讲授内容，具有覆盖面广、注重应用的特性；相应地，土木工程（道路桥梁方向）开设的《路桥工程检测技术》[7]仅关注道路工程与桥梁结构试验检测，体现出研究对象具体、研究范围集中和研究内容精细的性质。两者之间的差异通过课程知识脉络图（图1～2）得到显著体现；2.课程定位不同：《岩土工程测试技术》在安全工程专业仅为专业选修课之一，2学分，32学时（含4学时试验），考核方式为平时成绩（40%）+研究报告（60%），属考查课程范畴；相应地，《路桥工程检测技术》在土木工程专业课程设置中虽也属于专业选修课程，但与土木工程检测试验、土力学与地基基础、桥梁工程、土木工程事故分析与处理等课程密切相关，同时辅以一周的课程实践，学生关注程度较高；3.基本要求不同：安全工程本科人才培养方案中针对《岩土工程测试技术》的要求是“理解本课程在土木工程中的作用和意义，了解信息化施工技术的研究现状。掌握现场测试中各种仪器的原理，了解国内外现场测试仪器的最新进展……”，明确学生对课程的掌握以仪器理解与实践应用为主；相应地，土木工程课程教学大纲将《路桥工程检测技术》定位为“掌握路基、路面及桥梁工程试验检测的基本内容及技术要求，掌握路基、路面、桥梁、地基基础检测的常规试验方法、抽样及试验数据处理方法，了解现代测试技术在土木工程质量检测中的基本应用……”，显然，土木工程专业要求毕业生对测试技术的质量更高、程度更深，内容也更为专业化。

（二）传统基础知识与前沿科技应用并重

岩土工程测试技术是一门注重实践与应用的课程。现时代新的测试方法、测试技术与测试设备不断涌现，这就要求课程教学组的参考资料不能仅局限于课本[8]，而要通过大量文献查阅、实践关注和现场涉猎，将新的知识不断丰富到教育教学之中，使学生及时感受与接触到岩土工程测试技术的前沿科技。

鉴于此，安全工程岩土工程测试技术在课程内容设置上侧重分析各种新型设备的检测原理和检测适用性，探讨工程项目的先进检测方案与重难点问题的关键检测思路，研究盾构机械等重特大设备安全运行检测的新方法和新准备等。目的在于时时反映国内外传感器技术的发展动态，了解岩土工程行业安全检测的最新需求，不断扩展和修订课程的讲授内容，同时注重互动式教学[9]，有效地提高学生创新与实践能力。

（三）课内试验教学与工程现场实践并重

岩土工程测试技术具有难度较深、覆盖面广、实践性强的特点，为此安全工程教学大纲中在保障课堂学时的基础上，对实践环节给予了更高的关注度。就本课程而言，其实践部分涵盖课内试验教学与工程现场实践两大部分，通过课时分配力求两者达到互相协调与补充增益的效果。经典的动力响应测试、土压力测试及孔隙水压力测试在课内实验教学中完成，一些大型的工程项目监测实验则与学生生产实习联系在一起，现场动手实际操作，引导学生灵活运用基本理论知识的能力。

与课堂教学和现场实践不同，课内试验对仪器、装置、软件及教学秩序提出了更高的要求。《岩土工程测试技术》课程开设之初，由于试验设备欠缺等原因，往往仅能以演示实验为主。近年来，借鉴其他学科实验室建设的先进经验[10]，安全工程专业一方面大量购置相关设备，另一方面与相关学院及专业积极合作，共建共用试验场地与测试装置。探索的最终模式为基础性和一般性岩土工程测试实验在系内实验室开展，使学生能充分掌握和及时消化课堂知识，同时注重自我动手设计实验和操作仪器能力的达成。对于相对复杂化和组合化的大型实验与创新创业项目，则积极协调校内实验室和共建实验室进行合理安排，在避免重复建设资源浪费的基础上提升学生解决工程实践问题的水平。

二、安全工程《岩土工程测试技术》教学方法的改革

需要指出的是，虽太原科技大学安全专业《岩土工程测试技术》在长期的教育教学实践中取得了一定的经验积累，但在日常教学研讨和期末学生评教时，反映内容生涩难懂、学习兴趣不高、动手能力较弱、理论与实践脱节等方面的诉求仍相对集中。由此可知，岩土工程测试技术的课程改革最终目标尚未达成，亟需从课堂教学、实验教学和实践教学等层面进行多方位、多角度、多途径的综合变革，由浅入深、自外而内地进一步完善。

（一）课堂教学方法的改革

首先要关注学生学习兴趣的培养。课程伊始，要以讲授岩土行业事关安全问题的重大决策和重大战略导向为出发点，以阐述测试技术在安全控制和事故预警时所发挥出的关键作用为支撑点，以引导学生重视安全为着眼点，以重视利用检测监测手段进行安全控制的能力提升为落脚点。不要忙于讲授测试技术的重点章节，而应该从学生生活实践中的所见所闻入手，如以火车站进站物品安全检测系统、交通路口违章电子警务系统、室内甲醛超标检测系统等常见检测方法为例，介绍这些检测系统的工作原理和工作方法，再逐渐转入岩土领域之中，通过实例引导和激发学生的学习积极性，使学生们认识到本课程与生产生活的紧密联系，自发投入到学习乐趣之中。

其次要转变传统的教学方法[11]。课堂教学除了阐述必要的基础知识，也要注意理念与方法创新[12]，尽量避免工作原理的枯燥灌输，着重引导仪器仪表的实践应用。就疑难重点开设专题研讨课，调控课堂节奏，形成良好互动，构建学生主体教师主导的格局，营造学生先发言先提问、教师后讲解后点评的氛围。充分发挥学生主观能动性，主张学生利用已有知识自我学习和总结提高。

最后要充分利用多媒体设备进行教学。现代教育设备能够在短时间内展示出大量的信息，包括各类仪器仪表图片，各种工程现场工程测试的实施视频与最终结果，在固定空间和限定时间内可有效提高教学效率。如广泛搜集三峡工程中的检测监控系统，大型边坡、基坑工程的现场检测监控系统，矿井安全生产检测监控系统等内容将有助于增加学生对岩土工程测试的感性认识，使学生即使未进入工程现场实地，也能进行相对直观的现场教学和实测模拟。

（二）实验教学方法的改革

实验教学要针对岩土工程测试技术课程实验对象和试验仪器的不同特性来合理安排。在实验课程的前期要布置实验任务，任务的布置不宜太过具体也不宜太过抽象，要为学生留有独立思考的框架与创造发挥的空间。如教师应将动力响应测试实验演变为桥梁动载测试或道路动载测试等与实际紧密联系的题目，由学生自行完成测试对象选取、实验框架构建、测试方法选择、数据提取处理与最终报告撰写的全过程，实验老师仅进行宏观上的引导即可。

此外，在教学中应重视采用启发式教学方法，如在土压力测试试验中，提示学生注意观察不同介质、不同压力情况下的应变曲线与试验现象，共同探讨实验结果与理论计算误差产生的原因，锻炼其发现问题、分析问题和解决问题的能力。同时，结合学生个体的兴趣和特点，因材施教，引导学生独立思考，通过开放性实验的方法完成教学目标。

（三）实践教学方法的改革

实践教学是学生将知识、技能、方法和手段应用于工程实际的重要过程。良好的实践教学将有利于学生提升创新意识和增强动手能力，有助于高素质复合型卓越人才培养目标的达成[13]。近年来，为提高实践教学质量，太原科技大学安全专业将《岩土工程测试技术》实践活动融入到专业课程之中，涵盖制图专用周、认识实习、生产实习和毕业实习等环节。仅矿山建设领域，就在制图专用周中增加“CAD软件在矿山中的应用”内容，同时与西山煤电集团、晋城煤业集团和山西省安全生产监督管理局等单位建立稳定的合作关系，建成多个矿井实践基地。同时增加实习时长，与矿方积极沟通，使学生能充分利用现场优势，获取实际操作机会，接受基层一线锻炼，进而达到深化理论认识、拓展学习深度、增强适应能力和提升实践经验的目的。

三、《岩土工程测试技术》教学改革质量评估

自太原科技大学安全专业《岩土工程测试技术》2014年开启新一轮课改以来，树立了以当前教学瓶颈为突破点，以提升学生素质为出发点，以课堂教学方法改革为切入点，以试验教学改革为着力点，以实践教学改革为关键点，以增强毕业生竞争力为落脚点的“六点方案”。经过几年努力，安全工程毕业生从事土木领域工作的人数大幅提高，从事土木领域工作的毕业生占比也不断攀升。以2019年为例，从事土木领域工作的毕业生高达44人，占全部就业生的比例达到57.14%。

图3教改后安全工程毕业生土木领域工作情况表

需要指出的是，造就教学改革后安全毕业生从事土木领域相关工作不断高涨良好局面的原因是多方面的，既反映了我国当前大力推进基础建设的背景，更与太原科技大学毕业生在《岩土工程测试技术》教改后从事岩土工程等土木行业的积极性激发、适应性提升和竞争力增强存在必然联系。

四、结束语

本文针对太原科技大学安全专业特色，深入剖析岩土工程测试技术课程特点，在此基础上对教学内容和教育方法进行系统优化，构建适合培养方向的知识模块体系，围绕课堂教学、试验教学和实践教学破解当前存在的突出问题。新课程体系的实施对毕业要求与培养目标的达成起到积极促进作用，有助于提高学生从事岩土工程领域工作的适应性与竞争力。

参考文献：

[1]王锺琦,孙广忠,刘双光,等.岩土工程测试技术[M].北京:中国建筑工业出版社,1986.

[2]罗友俊.岩土工程测试与检测技术的应用[J].中国资源综合利用,2017,35(8):121-122,125.

[3]叶平华.论述岩土工程测试与检测技术的主要内容及其应用[J].科技创新与应用,2013(13):38-38.

[4]潘周展.岩土工程测试与检测技术的主要内容及其应用[J].江西建材,2014(06):221.

[5]任建喜.岩土工程测试技术[M].武汉:武汉理工大学出版社,2009.

[6]李树刚,魏引尚.安全监测与监控[M].徐州:中国矿业大学出版社,2011.

[7]胡昌斌,韩建刚,王建华.道路与桥梁检测技术[M].北京:人民交通出版社,2015.

[8]朱彬,任建喜,谷栓成.岩土工程测试技术课程教学改革思路[J].土木建筑教育改革理论与实践,2009(11):326-328.

[9]颜醒华.互动教学改革创新的理论思考[J].高等理科教育,2007(1):21-24.

[10]张树永,张剑荣,陈六平.大学化学实验教学改革的基本问题和措施初探[J].大学化学,2009,24(4):24-28.

[11]叶晶.新课改背景下高校课堂教学改革初探[D].西安:陕西师范大学,2011:6-7.