鮑先凱，崔廣芹，張博華，田志超，張童

（內(nèi)蒙古科技大學(xué) 土木工程學(xué)院，內(nèi)蒙古包頭 014010）

在我國經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的歷史背景下，經(jīng)濟(jì)發(fā)展正在從依賴資源、勞動(dòng)力向依賴創(chuàng)新人才、應(yīng)用型人才轉(zhuǎn)型，培養(yǎng)學(xué)生成為創(chuàng)新應(yīng)用型人才成為必然選擇。《國家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020 年）》將創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力作為培養(yǎng)人才的重要指標(biāo)[1]。以本科生教育為主的大學(xué)也以培養(yǎng)應(yīng)用創(chuàng)新型人才為目標(biāo)，調(diào)整學(xué)生本科階段的教學(xué)培養(yǎng)計(jì)劃，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和專業(yè)實(shí)踐能力。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，土木工程也迎來了快速發(fā)展時(shí)期，特別是地下空間的開發(fā)進(jìn)入了一個(gè)新的階段[2-3]。

隧道工程是高校土木工程專業(yè)的核心課程[4]，課程內(nèi)容豐富、知識(shí)點(diǎn)多，行業(yè)規(guī)范要求高，其教學(xué)具有很強(qiáng)的理論性、實(shí)踐性、綜合性等特點(diǎn)。因此，結(jié)合隧道工程課程的特點(diǎn)探討更為適用的教學(xué)體系和教學(xué)模式是非常必要的。傳統(tǒng)的教學(xué)模式主要依賴板書教學(xué)，教師、學(xué)生互動(dòng)少，教學(xué)方式單一?，F(xiàn)今，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)十分發(fā)達(dá)，開展多媒介、多形態(tài)的現(xiàn)代化信息技術(shù)教學(xué)能夠營造豐富多彩的課堂教學(xué)環(huán)境[5-6]，調(diào)動(dòng)學(xué)生上課積極性，提高教學(xué)效率。為了加強(qiáng)課堂上教師與學(xué)生之間的互動(dòng)，可采取線上資源和線下教學(xué)混合模式教學(xué)[7]，分為課前預(yù)習(xí)、課中學(xué)習(xí)與課后復(fù)習(xí)3 個(gè)階段，提高教學(xué)效率。除此之外，數(shù)值仿真教學(xué)[8-9]是突破傳統(tǒng)教學(xué)模式，用直觀、綜合、擴(kuò)展和經(jīng)濟(jì)的方式，形象地將隧道圍巖應(yīng)力重分布、掘進(jìn)過程、襯砌支護(hù)等內(nèi)容展現(xiàn)出來，深入分析隧道工程中材料破壞本質(zhì)、工程支護(hù)和穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。綜上所述，基于隧道工程行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)和高校教學(xué)資源，應(yīng)采用新思想、新技術(shù)、新手段提高教學(xué)質(zhì)量和培養(yǎng)質(zhì)量。本文提出隧道工程課程“一體六翼”教學(xué)模式改革，以培養(yǎng)隧道工程創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才為目標(biāo)，提高教學(xué)效果和人才培養(yǎng)質(zhì)量，可為相關(guān)課程教學(xué)改革提供參考。

1 隧道工程課程教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 涉及學(xué)科較多，知識(shí)面廣

隧道工程課程內(nèi)容不僅包括工程地質(zhì)學(xué)、巖石力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、測(cè)量學(xué)、爆破工程、建筑材料等方面的基礎(chǔ)理論知識(shí)，還包括隧道施工工藝和輔助施工方法、裝渣與運(yùn)輸、初期支護(hù)、二次襯砌、監(jiān)控量測(cè)和隧道通風(fēng)、照明等專業(yè)內(nèi)容[10]，學(xué)生在隧道工程課程的學(xué)習(xí)過程中，感覺課程內(nèi)容具有較強(qiáng)的零散性和實(shí)踐性。除此之外，課程還涉及諸多施工技術(shù)和施工方法，并且其在工程實(shí)踐中不斷更新調(diào)整，特別是近年來國內(nèi)外諸多地質(zhì)條件復(fù)雜地區(qū)大規(guī)模開展隧道工程建設(shè)，提出了許多新的設(shè)計(jì)理念和施工方法，這些應(yīng)用到工程中的新理念和施工方法也需要及時(shí)補(bǔ)充到教學(xué)過程中。

1.2 具有很強(qiáng)的應(yīng)用性和實(shí)踐性

隧道工程施工場(chǎng)地往往較偏遠(yuǎn)，可供學(xué)生選擇的實(shí)習(xí)地點(diǎn)較少，且施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)面狹小、環(huán)境惡劣、安全性差，學(xué)生很難完成實(shí)踐任務(wù)，開展實(shí)踐教學(xué)困難重重。

1.3 社會(huì)需要大量專業(yè)型、創(chuàng)新型、應(yīng)用型隧道工程技術(shù)人才

隨著我國在“一帶一路”沿線國家基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目的大規(guī)模興建，大量設(shè)計(jì)新理念、新工法、新設(shè)備被應(yīng)用到工程項(xiàng)目中，鐵路、公路、城市地鐵以及軌道交通等隧道工程領(lǐng)域需要一大批具有扎實(shí)理論、實(shí)踐能力和科研創(chuàng)新能力的隧道工程專業(yè)技術(shù)人才。高等院校的隧道工程課程教學(xué)必須進(jìn)行探索與改革，以提高創(chuàng)新能力為課程核心，以提高實(shí)踐能力為出發(fā)點(diǎn)，以培養(yǎng)創(chuàng)新、應(yīng)用型人才為標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合隧道工程的特點(diǎn)探討更為適用的教學(xué)體系和教學(xué)模式，將學(xué)生培養(yǎng)成基礎(chǔ)知識(shí)牢固、專業(yè)能力過硬、擁有創(chuàng)新意識(shí)的現(xiàn)代化隧道工程專業(yè)技術(shù)人才。

2 “一體六翼”教學(xué)模式創(chuàng)建

為解決隧道工程課程教學(xué)中存在的問題，本文運(yùn)用現(xiàn)代化教學(xué)思想和教學(xué)理念，以線上線下全方位教學(xué)模式為抓手，以模塊化、案例化、先進(jìn)化、信息化、多樣化教學(xué)為支撐，以教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)與學(xué)生評(píng)價(jià)為標(biāo)準(zhǔn)，提出“一體六翼”教學(xué)改革模式。

“一體六翼”教學(xué)改革模式是一種以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主、以教師教學(xué)為輔的教學(xué)模式，即以提高應(yīng)用型、創(chuàng)新型的人才培養(yǎng)質(zhì)量，推進(jìn)信息化、現(xiàn)代化教學(xué)改革為目的，把握信息化教學(xué)本質(zhì)與方向，推動(dòng)以學(xué)生為主導(dǎo)的教育教學(xué)改革實(shí)踐?！耙惑w”是目標(biāo)主體，“六翼”是“一體”的實(shí)現(xiàn)路徑，從教學(xué)內(nèi)容模塊化[11-12]，理論教學(xué)可視化[13-14]，施工事故案例化，教學(xué)內(nèi)容、大綱、講義、教案與時(shí)俱進(jìn)化，教學(xué)方法多樣化，教學(xué)手段、培養(yǎng)方式先進(jìn)化6 個(gè)方面圍繞“一體”協(xié)同發(fā)展、相輔相成、相互聯(lián)系、相互促進(jìn)[15]。

2.1 “一體”

針對(duì)當(dāng)今隧道工程專業(yè)對(duì)人才需求與課程教學(xué)局限性之間的矛盾，提出新形勢(shì)下的人才培養(yǎng)模式。通過開展隧道工程課程教學(xué)的一系列改革，重新構(gòu)建人才培養(yǎng)模式和教學(xué)實(shí)踐體系，開展新模式下的課程改革和創(chuàng)新，以提高培養(yǎng)人才質(zhì)量。“一體”指的是以培養(yǎng)“應(yīng)用創(chuàng)新型人才”為教學(xué)目標(biāo)這一主體。根據(jù)新工科發(fā)展方向和現(xiàn)行背景下的人才需求，展開科學(xué)調(diào)查研究和實(shí)踐論證，進(jìn)一步確定應(yīng)用創(chuàng)新型人才應(yīng)具備的核心能力，將核心能力定義為團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)、創(chuàng)新意識(shí)以及實(shí)踐能力。

2.2 “六翼”

（1）教學(xué)內(nèi)容模塊化，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。隧道工程課程涵蓋了工程中的地質(zhì)、結(jié)構(gòu)、材料、爆破、機(jī)械、施工等多學(xué)科、多領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)，內(nèi)容豐富，涉及面廣。針對(duì)課程特點(diǎn)，按照課程內(nèi)容屬性劃分成不同模塊。例如，將隧道工程課程內(nèi)容劃分為基本概念、隧道勘察選址、隧道建筑設(shè)計(jì)、隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、隧道施工、隧道運(yùn)營維護(hù)與管理6 個(gè)模塊，學(xué)生逐一學(xué)習(xí)，再將其串聯(lián)在一起，形成對(duì)隧道工程內(nèi)容的整體認(rèn)識(shí)。除此之外，還要拓展教學(xué)內(nèi)容，將隧道工程課程與其他專業(yè)課程相結(jié)合，通過交叉內(nèi)容與其他課程建立聯(lián)系，有利于學(xué)生構(gòu)建專業(yè)知識(shí)體系，理解復(fù)雜、難懂的專業(yè)知識(shí)，使其對(duì)專業(yè)的認(rèn)知度、理解度得到提升，培養(yǎng)其形成勤于思考、敢于創(chuàng)新的思維。

（2）理論教學(xué)可視化，培養(yǎng)學(xué)生的理論知識(shí)。隧道工程是認(rèn)識(shí)性、實(shí)踐性強(qiáng)的學(xué)科，運(yùn)用力學(xué)理論分析復(fù)雜的隧道圍巖、襯砌的受力問題，學(xué)生很難直觀理解圍巖、襯砌受力情況。而現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)室教學(xué)也存在諸多問題，現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)的施工地點(diǎn)較為偏遠(yuǎn)、環(huán)境惡劣、隧道內(nèi)不能同時(shí)進(jìn)入很多學(xué)生，各高校實(shí)驗(yàn)室條件不同，教學(xué)過程存在很大差異。隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，運(yùn)用仿真軟件模擬真實(shí)的工程概況，將開挖、支護(hù)、運(yùn)營等各階段圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)相互作用的動(dòng)態(tài)過程直觀呈現(xiàn)，改變參數(shù)，建立不同尺寸、不同圍巖類型、支護(hù)形式的模型，通過計(jì)算機(jī)運(yùn)算得出不同的結(jié)果。還可以做預(yù)實(shí)驗(yàn)，將實(shí)驗(yàn)過程通過計(jì)算機(jī)模擬出來，學(xué)生運(yùn)用理論解釋模擬結(jié)果，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，加深對(duì)實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的了解，提高對(duì)抽象理論的理解程度。為此，可以安排學(xué)生課后使用巖土數(shù)值分析軟件ANSYS、FLAC、MIDAS 等分析具體的工程實(shí)例，將上述圍巖力學(xué)問題通過圖片或動(dòng)畫演示的方式直觀展現(xiàn)，通過數(shù)值仿真技術(shù)，將抽象理論可視化，有利于學(xué)生理解和掌握抽象理論，提高教學(xué)效果。

（3）施工事故案例化，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。隧道工程施工對(duì)原有的圍巖造成擾動(dòng)，特別是在圍巖條件差、地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜以及存在不良地質(zhì)體的區(qū)域，施工過程中容易引起隧道發(fā)生大變形、突泥、突水、巖爆等地質(zhì)災(zāi)害。因此，通過工程案例總結(jié)工程經(jīng)驗(yàn)具有重要意義。傳統(tǒng)教學(xué)大多僅介紹事故發(fā)生的類型和原因，并不會(huì)進(jìn)行深入的剖析。教師應(yīng)針對(duì)性選擇貼合教材內(nèi)容的案例，并搜集案例相關(guān)的詳細(xì)資料，對(duì)隧道的選址、水文地質(zhì)條件、施工方法和支護(hù)手段等綜合分析后，補(bǔ)充到課程各章節(jié)內(nèi)容中，形成完整、典型的案例。課堂上通過現(xiàn)場(chǎng)照片直觀展示隧道塌方、涌水、巖爆等事故特征，然后從地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的前、中、后3 個(gè)階段分析設(shè)計(jì)方、施工方、監(jiān)理方處理事故的正確做法和不當(dāng)之處，并引導(dǎo)學(xué)生了解相關(guān)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時(shí)所應(yīng)采取的處置方法。最后，歸納總結(jié)隧道工程在規(guī)劃選址、勘察、設(shè)計(jì)、施工等各個(gè)階段應(yīng)如何規(guī)避和處置塌方、巖爆等地質(zhì)災(zāi)害，從而培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際工程問題的能力。

（4）教學(xué)內(nèi)容、大綱、講義、教案與時(shí)俱進(jìn)化，培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力。隧道工程是一門既蘊(yùn)含深?yuàn)W的數(shù)學(xué)、力學(xué)理論，又與施工工藝、施工方法等工程實(shí)踐緊密聯(lián)系，在工程實(shí)踐中不斷發(fā)展的新興學(xué)科。以工程教育認(rèn)證為標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)劃隧道工程課程的培養(yǎng)目標(biāo)，教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容選用優(yōu)秀教材，制定符合工程教育認(rèn)證要求的教學(xué)大綱、教學(xué)日歷、講義和教案。除此之外，為了保持教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性，教師必須緊跟學(xué)科發(fā)展動(dòng)態(tài)，關(guān)注工程中出現(xiàn)的新工藝、新技術(shù)、新裝備以及新問題，將其引進(jìn)到課堂教學(xué)中，更新教材內(nèi)容。如將“新意法施工”補(bǔ)充到教學(xué)內(nèi)容中，并以某一實(shí)際工程為例，與“新奧法施工”“傳統(tǒng)礦山法施工”進(jìn)行比較和專題討論。教師在充分掌握教材內(nèi)容之后，要精心組織教學(xué)內(nèi)容，編寫新教案，合理組織教學(xué)。教案應(yīng)對(duì)每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，包括教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)重點(diǎn)、教學(xué)難點(diǎn)、教學(xué)過程、教學(xué)方法、板書與多媒體設(shè)計(jì)等內(nèi)容。同時(shí)教師在每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)立創(chuàng)新點(diǎn)，讓學(xué)生積極主動(dòng)學(xué)習(xí)，動(dòng)手設(shè)計(jì)模型，激勵(lì)學(xué)生勤于思考，敢于實(shí)踐，善于總結(jié)，有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新、實(shí)踐能力。教師采用科學(xué)、藝術(shù)的方法設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)充滿興趣。

（5）教學(xué)方法多樣化，培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用、實(shí)踐能力。在以往的教學(xué)過程中，課堂教學(xué)往往以教師講授課本內(nèi)容為主，再輔以手寫板書和PPT 教學(xué)，課堂上學(xué)生缺乏主動(dòng)性，只是被動(dòng)接受知識(shí)。為了改變這種狀態(tài)，應(yīng)改革原有的教學(xué)模式，在課堂上形成教師與學(xué)生積極互動(dòng)的學(xué)習(xí)氛圍，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。教師應(yīng)采用多樣化的教學(xué)方法，如啟發(fā)式、案例式、實(shí)踐式、討論式、研究式、軟件仿真模擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)等,培養(yǎng)學(xué)生的思考能力和創(chuàng)新性思維。例如，通過詳細(xì)講解課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)問題，引入重點(diǎn)工程案例，如港珠澳大橋沉管隧道，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)問題進(jìn)行深入思考、分析；在課堂上加入討論環(huán)節(jié)，讓學(xué)生課前上網(wǎng)查找、圖書館查閱資料、課上積極參與討論、課后總結(jié)歸納，教師和學(xué)生在互動(dòng)中解決問題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提出工程中遇到的新問題、新發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。在講授隧道施工方法時(shí)，針對(duì)情況復(fù)雜、危險(xiǎn)的施工過程，由于施工場(chǎng)地偏僻、環(huán)境差，學(xué)生無法詳細(xì)了解并實(shí)際參與施工過程，可通過引進(jìn)多種工法的隧道工程施工虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和實(shí)踐育人水平。

（6）教學(xué)手段、培養(yǎng)方式先進(jìn)化，培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用、創(chuàng)新能力?？紤]到隧道工程課程的特點(diǎn)，在教學(xué)手段上，以提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新意識(shí)、實(shí)踐能力為目標(biāo)，突出學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的原則，推動(dòng)了線上、線下教學(xué)相結(jié)合、專業(yè)性與創(chuàng)新性結(jié)合、線上與線下的評(píng)價(jià)反饋相結(jié)合的混合式課程教學(xué)手段。線上教學(xué)，教師將按照教學(xué)大綱要求，講解各章節(jié)知識(shí)點(diǎn)，并將其錄制成視頻文件，作為線上教學(xué)的基本課件。同時(shí)，為豐富教學(xué)資源，教師推薦優(yōu)秀網(wǎng)課資源，如慕課MOOC、網(wǎng)易公開課等，或是采用現(xiàn)場(chǎng)錄制的教學(xué)視頻、PPT 課件、思維導(dǎo)圖、重難點(diǎn)講解、仿真動(dòng)畫、思政故事等內(nèi)容。教師線上主要是引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，學(xué)生在課前預(yù)習(xí)、課后總結(jié)、測(cè)試以及實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)反饋，并在線提出問題，與教師進(jìn)行討論。線下課堂教學(xué)除教師通過傳統(tǒng)板書講授理論知識(shí)外，學(xué)生在課堂上將自主學(xué)習(xí)遇到的問題及時(shí)反饋，教師及時(shí)調(diào)整授課側(cè)重點(diǎn)，解決學(xué)生自主學(xué)習(xí)遇到的重難點(diǎn)問題。教師線下組織學(xué)生分組探討學(xué)習(xí)過程中遇到的問題，并對(duì)章節(jié)內(nèi)容梳理總結(jié)，繪制思維導(dǎo)圖。

另外，可以科研促進(jìn)教學(xué)。學(xué)校重視學(xué)生科研活動(dòng)，每年選拔優(yōu)秀本科生參與到教師的科研項(xiàng)目中，引導(dǎo)學(xué)生查閱文獻(xiàn)、搜集、整理資料，提出問題，啟發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考和解決問題，為本科生提供良好的科研訓(xùn)練機(jī)會(huì)；將教師的最新研究成果引入課堂教學(xué)，通過引入相應(yīng)領(lǐng)域的前沿知識(shí)提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)；將學(xué)生課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)等教學(xué)環(huán)節(jié)與教師科研相結(jié)合，為學(xué)生提供更好的學(xué)習(xí)平臺(tái)，為培養(yǎng)應(yīng)用創(chuàng)新型人才提供有力支撐。

3 結(jié)束語

在隧道工程課程教學(xué)中，應(yīng)積極采用“一體六翼”教學(xué)模式，通過實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容模塊化，抽象理論可視化，施工過程案例化，教學(xué)內(nèi)容、大綱、講義、教案與時(shí)俱進(jìn)化，教學(xué)方法多樣化，教學(xué)手段、培養(yǎng)方式先進(jìn)化6 個(gè)方面，增強(qiáng)課堂教學(xué)的趣味性，使學(xué)生上課時(shí)注意力集中、缺課次數(shù)減少、學(xué)習(xí)積極性增強(qiáng)、理論基礎(chǔ)扎實(shí)，同時(shí)還具備較強(qiáng)的工程實(shí)踐分析能力和創(chuàng)造性思維能力，形成學(xué)生自主學(xué)習(xí)、教師輔助教學(xué)的良好氛圍，將學(xué)生培養(yǎng)成具備創(chuàng)新意識(shí)、合作意識(shí)和實(shí)踐能力的適合社會(huì)需求的創(chuàng)新應(yīng)用型人才。