新工科背景下土木工程地质教学探讨
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作者:龙慧 陈文昭 胡萍 彭成 樊军伟
摘 要：土木工程地质是土木工程专业的一门专业基础课程，是该专业毕业生从事土木工程活动的重要基础，具有极强的专业性和实践性。该文基于新工科背景，探讨如何通过教学内容、教学方法、教学资源建设等方面的改革，提升该课程的教学质量，同时在教学过程中提高学生分析问题并利用互联网、VR等信息化手段解决问题的能力，培养具备解决实际工程问题能力的土木工程专业人才。
关键词：土木工程地质 新工科 信息化 实践教学
中图分类号：G642 文獻标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）02（c）-0120-02
土木工程地质是土木工程专业的专业基础课程，是土木工程与地质学交叉的一门交叉学科，是研究人类工程活动与地质环境之间相互关系的一门学科，旨在培养学生分析并合理利用实际工程地质条件，发现并解决部分工程地质问题的能力[1-2]。该课程具有较强的工程实践性，需通过实践教学巩固对理论知识的掌握程度，结合实际工程地质条件对理论知识进行验证，提高学生对实际工程地质问题认识和分析的能力[3-4]，还要求学生掌握一定工程勘察知识和技术。同时，为了主动应对新一轮科技革命与产业变革，积极推进新工科建设，强调在人才培养中以互联网+、大数据、VR等高科技手段[5]，培养实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型新工科人才。该文拟以土木工程地质课程教学为抓手，探讨在当前的新工科背景下，如何使学生能够应用现代信息化手段，结合现场实习实践教学，提高课程的教学效果和学生的实践能力，培养多元化、创新型、具有较强工程实践能力卓越工程人才。
1 当前土木工程地质教学存在的问题
1.1 课时少，教学手段单调
土木工程地质课程作为土木工程专业的专业基础课，在土木工程本科培养中的地位不高，受到学分、课时压缩的影响，一般情况下课程总学时为32个，部分高校将课程总学时减少到24个。由于教学内容和章节较多，在教学中往往顾此失彼，疲于讲授知识点，突出教学重点，难以将更生动的教学方法——如案例教学等方法使用在课堂教学中，学生则忙于机械的接受这些信息，没有足够的时间进行思考，学习效果往往不尽如人意。
1.2 教学资源不足，实践教学困难
土木工程地质教学需要对矿物、岩石、地质构造现象等知识进行教学，而多数高校没有专门的矿物、岩石陈列室或其他教学设施，其他信息化的教学资源建设也比较缺乏和滞后，使得学生无法直观地感受，只能凭空想象，无法取得共鸣。另一方面，由于工程地质实习有别于土木工程专业其他实习，需要去野外实地观察学习，实习环境通常比较困难，实习中讲授时学生无法时时靠近老师，导致实习效果不佳。
2 基于新工科背景提高土木工程地质课程教学质量的探讨
2.1 丰富教学手段，激发学生的兴趣和创新意识
土木工程地质课程的主干知识点大致为充分认识地质学、工程地质学及其与土木工程的关系，熟悉地质作用与地质历史的概念、主要的矿物和岩石及其性质、主要地质构造的研究方法及其工程意义，地下水的概念、类型、运动及其工程意义，主要地表地质作用研究评价方法及其不良地质作用的防治措施，工程地质勘察的基本内容和方法以及工程地质报告书的编写。在满足教学要求的前提下，在教学中依然可以通过改变知识点的描述和展现方式，提升教学内容的趣味性，吸引学生进行自主学习、主动思考，通过提高学生的学习效率来弥补课时较少的缺陷，并在思考中激发学生的创新意识。
在讲授不良地质现象时，当介绍完不良地质现象的特征、形态及形成原因之后，可以请同学结合自己家乡的地质条件进行介绍，是否存在或者可能存在不良地质现象，并结合教材知识点讨论可能出现的工程地质问题及解决办法，把书本上抽象的知识概念同身边的环境和实际工程地质条件结合起来，把知识点具象化，引发学生对于知识的共鸣，进行更深层次的思考。另外，在教学课件和内容的设计上，应该多增加图片、视频展示与实物展示相结合的方法，结合可视的图像或实物进行讲授说明，可编写VR配套教材，利用手机APP及三维虚拟现实技术即可在教材上直观感受各种矿物、地层、构造、地下水、不良地质现象等地质现象，利用丰富且具有趣味的教学手段提升教学的层次，让学生能够自发地思考和学习，以取得良好的教学效果。
2.2 以问题为导向，引入典型的工程案例进行探讨，提升学生的工程实践意识
在每次课堂教学的开始，提出跟该堂课程相关的典型的工程案例进行介绍，提醒学生思考这些案例中可能存在哪些与工程地质相关的问题，引导学生带着问题学习该堂课程的知识点，并在课堂最后留出部分时间请学生对该案例进行分析讨论，在讨论的过程中，学生既加深了对课程知识点的理解，又锻炼了思考解决工程问题的能力，部分涉及多种地质原因的经典案例还可以多次组织讨论，逐步培养学生全面多因素分析实际工程问题的习惯，不再简单地说一是一，机械地看待复杂的实际工程问题。同时，在工程案例的选择上，尽量选择学生可能有所耳闻或众所周知的经典工程案例，这些案例更容易吸引学生、引导学生进行思考分析。
同样以不良地质现象为例，在讲授滑坡和泥石流的知识时，可选择汶川地震中的典型工程案例，如汶川地震中的北川滑坡、唐家山堰塞湖及之后出现的多处泥石流，先简单介绍各工程案例的基本情况，并提醒学生思考这些不良地质现象发生的原因，之后介绍滑坡、泥石流等不良地质现象发生的条件和影响因素，再请学生对北川滑坡进行讨论，很容易得出北川滑坡的诱因是地震作用的结论，但能引发滑坡的不仅仅只是地震作用。此外，为何数月之后汶川地区又发生了多次泥石流，其直接诱因是大量的降雨，但地震破坏产生的大量破碎岩土体是否也增加了泥石流发生的几率和规模。通过对案例的分析和讨论，可以极大地提高学生分析解决实际工程问题的能力。
2.3 由虚入实，提高土木工程地质实习教学效果
土木工程地质课程对于实践性要求极高，课程包含一周的野外实习，实习地点需要贴近实际工程，具有丰富的地质现象和构造，有足够的面积的结构面可用于地质测绘。实际上很难满足全部条件，教学条件会比较困难，在讲解时受制于实际地质构造面的位置和大小，无法让全部同学近距离观察。另外，在进行岩层产状测量和地质剖面绘制的时候，由于学生仅在课堂上学习理论知识和短时间的地质罗盘操作，在完成上述实习任务时往往效果不佳。可建设VR虚拟教学资源，利用虚拟现实技术让学生在现场实习前实际操作地质罗盘，沉浸式的感受各类地质构造和地质现象，再结合现场实习，使学生的感性认识逐渐加深，达到最佳的实践教学效果。
3 结语
土木工程地质是土木工程专业教学的重要内容，在当前新工科背景下，将各种高科技信息化手段与课程教学结合，建设VR等数字教学资源，改变照本宣科的传统教学模式，将以问题为导向的教学方法应用在课程教学中，培养学生自主学习、独立思考的习惯，逐步提高课程的理论和实践教学质量，最终可使学生的工程实践能力和创新意识能得到较大的提高。
参考文献
[1] 陈文昭，陈振富，胡萍.土木工程地质[M].北京：北京大学出版社，2013.
[2] 白云峰.工程地质[M].郑州：郑州大学出版社，2007.
[3] 王思敬.工程地质学的任务与未来[J].工程地质学，1999（3）：195-199.
[4] 靳鹏伟，何永红.土木工程地质实践教学模式的研究[J].湖南科技学院学报，2013，34（4）：98-99.
[5] 佚名.“新工科”建设复旦共识[J].高等工程教育研究，2017，15（1）：10-11.
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