時間:2023-03-16 16:01:25
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隨著中國科技水平及國際地位的提升,由我國企業負責或參與的國際工程項目也越來越多,特別是在土木和水利工程領域[1]。在該背景下,為了使高等工程教育主動服務國家發展戰略,教育部2010年提出了“卓越工程師教育培養計劃”(簡稱“卓越計劃”)。西南交通大學積極響應,前后成立茅以升學院和詹天佑學院,并以此為依托實施面向高速鐵路的卓越工程教育培養計劃。現已初步構建起“3+X”和“4+X”兩個體系、六種類型的工程人才培養模式,旨在培養出面向國際化高速鐵路的優秀工程師。為了響應學校國際化發展戰略,服從學?!爸居诠?,視野寬,基礎堅,上手快,后勁足,善創造”的工程人才培養目標,“鐵路工程地質學”作為“高速鐵路卓越工程師培養計劃”的重要專業基礎課成為教學改革創新的示范點,正在不斷調整和改革教學模式來適應新的挑戰和機遇。
二、“鐵路工程地質學”發展歷史及教學模式
西南交通大學地質工程專業于1958年成立,是我國非地質院校第一個專門為鐵道部門培養高級工程地質技術人才開設的專業。培養出的工程師遍布鐵道部、交通部各大設計院、工程局、管理局,承擔著重要的行政和技術職務。參與了寶成、成昆、襄渝、貴昆、南昆、京九、西康、京滬、京津、青藏、廈深等鐵路的建設[2]?!拌F路工程地質學”作為專業的重點課程,其全部教學內容和暑期實習都與鐵路建設實踐相結合,是一門研究與解決鐵路工程建設有關地質問題與地質災害的應用性科學。例如,1959年和1960年本專業師生對寶成鐵路的寶雞至廣元段和鷹廈鐵路的路基病害進行工程地質普查。既解決了生產實踐中迫切需要解決的路基病害問題,又鍛煉了教師和學生[2]。目前該課程主要涉及滑坡、崩塌、泥石流等地質災害預測分析和評價,特種巖土的物理力學性狀和加固處理,地下洞室和地基基礎等內容,并形成了具有鮮明鐵路特色的教學模式[3]。面向鐵路建設,教學與生產實踐結合,協同發展,即從理論出發解決工程中的重大地質問題,又從生產中吸納工程經驗彌補理論的缺陷。
三、“鐵路工程地質學”的教改必要性分析
雖然以往教學模式培養了一大批優秀的鐵路工程師,為我國鐵路建設作出了重要貢獻,但隨著學科建設的不斷發展和教學質量要求的提高,傳統教學模式以理論知識的灌輸和短期的地質實習為主要傳授方式,效果不夠明顯[4],往往出現畢業的本科生需要再經過單位入職培訓才能勝任工作。所以“鐵路工程地質學”課程教改已經迫在眉睫。原因大致可以分為兩個方面。1.教材內容陳舊目前使用的《鐵路工程地質學》教材為1990年6月編著,至今已有20多年的歷史。雖然其為我國鐵路建設產生了良好的社會和經濟效益,但隨著國內外高鐵建設的迅猛發展,更復雜的工程地質問題的出現,工程地質研究已不僅僅局限于查明工程地質條件和問題,更重要的是解決這些問題。隨著更嚴格的技術規范標準的出臺,最新的研究成果的公布都對教材的內容提出了更高的要求。此外,學生培養已由原來單一的面向鐵路系統而逐漸轉為公路、水電、機場、碼頭港口、市政工程等領域,也促使《鐵路工程地質學》的內容進行更新和補充,如水電工程地質、水庫區工程地質等方面內容,以使學生得到更多的關于不同類型工程地質所涉及的工作方法、工作內容及成果要求等知識。所以在教材內容的更新上必須大大深化復雜地質條件下重大工程地質問題的研究水平,不僅使該教材成為本科生和碩士生的教科書,而且還盡量成為一本工作手冊型的成果書籍。目前作者和其他教師們正在修編該教材,吸納了大量應用于工程地質領域的新方法和新技術(如3S技術、三維激光掃描技術和數值模擬計算等)。2.教學模式落后傳統“講授—記憶—實習—考試”的教學模式與當前教學體制的不斷改革格格不入,無法滿足新時期下地質人才培養的需求。傳統教學模式以教師為核心,注重學生地質基本知識的獲得。雖然這種灌輸式的教學模式大大提高了教師對學生知識輸出的效率,卻忽視了學生接收并消化知識的程度。在知識尚未鞏固之時進行實習,多數學生都是心有余而力不足,難以完成對知識的有效遷移與運用??荚嚫桥R時抱佛腳,對知識進行簡單拼湊,應付了事。這種缺乏教學質量的教學模式將學生的主體地位置之不顧,最后的成效也就可想而知?!拌F路工程地質學”是一門綜合性的工程類課程,教師在教學過程中對學生知識與技能兩方面都必須予以高度重視,不可偏廢。這就要求教師根據本學科特色靈活運用教學模式。按照當代國內外的教學模式,教師可以依據課程章節的不同,采用適合的教學模式。比如,發現教學模式,教師可以提出問題,創設問題情境,提出假設,評價驗證,對培養學生獨立探索發現,形成自我獎勵、自主學習的傾向具有重大意義。
四、教學模式改革探索
教學模式改革最終落腳點是學生,必須堅持以學生為本,改革人才評價方式,建立能力培養為核心的教學體系。具體包括培養學生工程思維方式,激發學生潛能,訓練和提升學生的洞察力、應變思維、創造性意識等。而這些又依托感染學生情緒、培養學生興趣、提高教學質量和豐富教學手段來實現。并注重根據學生畢業后發展質量的反饋信息來改善教學模式。
1.工程思維方式培養學生經過大一、大二兩年的專業基礎學習,掌握了一些基礎地質技能,但對專業的認識還不夠深刻,對地質知識的領悟還不夠全面,如何用學到的知識服務于工程,會遇到哪些問題,如何解決這些問題,在這些方面學生幾乎沒有直觀的映像,更談不上理論指導實踐了。因此,在課程緒論部分就應當清楚闡述工程是什么,地質工程是什么,地質條件與工程如何相互作用、涉及哪些內容、會遇到哪些問題、可以用什么手段解決、目前的發展趨勢等等。例如,筆者在課程中采用了《建筑時空》節目關于英吉利海峽隧道建設的視頻資料,既直觀地說明地質與工程的關系,也讓學生明白了工程地質問題出現與解決整個工程處置的演化過程,為今后的教學順利開展奠定了良好的基礎。
2.課程設置工程地質學以地質學理論為基礎,通過勘察、測繪與實驗等技術手段來調查、研究、解決各類工程活動,為合理選址、設計、施工與運營服務的應用地質學[5]。為了突出課程重點,讓學生掌握最有效的工程手段和分析方法,培養出具有創新性的工程師。需要堅持以下幾點原則:(1)在課程內容上,踐行因材施教,關注學生的個性特長,鼓勵學生個性發展,挖掘學生的優勢潛能,要實現學科知識與個人知識的內在整合;(2)在課程實施上,要超越忠實取向,走向相互適應取向和課程創新取向;(3)在課程評價上,要超越目標取向的評價,走向過程取向和主體取向的評價;(4)從教學組織形式入手,改進班級授課制,實現多種教學組織形式的綜合運用。
3.科技創新實踐為了學以致用,提高學生解決工程地質問題的能力,學校廣泛開展了各類創新創業活動,引導鼓勵學生參加各級各類學科競賽、大學生創業競賽、大學生科研訓練計劃(SRTP)、大學生創新性實驗計劃等方式,為學生提供廣泛的實戰平臺,從實踐上鍛煉和提升創新能力。將課程知識與科技訓練項目結合,由指導教師指導學生查閱相關資料,不斷鞏固和提升學科理論知識,同時培養學生團隊合作分析和解決工程實踐問題的能力,訓練學生工程思維方式,建立工程實踐觀念。同時地質專業根據自身實際和發展需要,構建與其學生培養、學科建設、科學研究相適應的高水平實驗室體系(陸地交通抗震及災害防治技術國家工程實驗室),并把實驗教學課程植入,促進實驗教學、個性化實驗與學院的學科建設、科學研究的融合。該項舉措對于培養合格的工程師具有重要的意義。
4.教學實習與生產實習相結合學生工程經驗的積累等必須依靠實習教學。所以,工程地質實習作用不可替代,而且是培養“卓越工程師”創新人才的重要載體和途徑[6]。然而眾多高校的實踐環節,學校承擔全部任務,教師扮演了太多角色,很多時候實習就是室內教學搬到了室外,雖然學生通過實習鞏固了知識,鍛煉了能力,但是仍達不到工程師培養要求。因此,除了暑期實習以外,還應當適當增加寒假實習。可以校企聯合,學生直接去工程所在地實習,身臨生產第一線,培養多方位的感官認識,突出實踐能力鍛煉和技術應用能力的培養。
5.教學組織設計(1)發揮教師主導作用的同時,堅持“以學生為本”,踐行學思結合,采用啟發式、案例式、探究式、設疑式、討論式、考問式與發現式的新型教學方法[5]。重視批判性與創造思維的訓練,激發學生的興趣,培養學生的創新思維。踐行知行統一,將知識實驗、科技創新、技能實訓、科研實戰貫穿于整個實踐教育培養過程,培養學生的工程實踐能力、科研能力、創新能力、團隊組織能力和“獻身、求實、創新、協作”的科學精神。例如,講到我國四川山區鐵路建設的主要工程地質問題時,先放一些地質災害的圖片和視頻,然后設定一些問題,讓學生們結合學到的力學和地質知識,思考與討論如何應對和解決這些災害,從而培養學生地質問題綜合分析提煉的能力。最后通過討論各個方案的優缺點和可能出現的新問題,來選擇最優方案實施。(2)通過布置具有挑戰性和創新性的課后習題或者開放性的課題,讓學生分組查找資料、研究、討論和實踐,使學生牢固掌握地質知識和技能,培養學生動手能力、分析能力、思辨能力、合作交流能力、設計開發能力和創新能力,最終找到解決問題的合理方式。
6.外部激勵邀請國內外經驗豐富的工程師和專家到學校給學生上課。如請著名滑坡專家許強以及有實踐經驗的總工程師來校上課,既提高了教師的學術水平,也使學生學到了與生產實踐密切相關的知識與解決生產實際問題的能力。
7.考核方式及評分標準(1)考核依據。地質工程專業現場教學大綱,實踐指導書等是考核的重要依據,同時還要聯系學生的出勤、工作表現、鑒定材料、學生提交的實習日志及其他材料和成果。(2)考核方式。應視具體情況采取多種方式進行考核,不搞“一刀切”。學生可以提交實習體會、調研報告、工程分析報告、技術革新建議、科研報告或論文,可以提出產品(廣義的)設計、工程規劃設計、工程項目實施方案,也可以提供其他物化成果等等。(3)評分等級和標準。采取等級分制和綜合評分辦法。由雙導師或導師小組按優、良、合格、不合格4個等級進行綜合評分。學生成績被評定為“不合格”的,應當“補課”。學生成績優秀的,應當給予精神鼓勵和物質獎勵。成績特別優秀的,研究生可以推免攻博,或者可以根據本人意愿推薦就業。
五、教學實例展示
當課程結束地下洞室這章內容時,以中國高鐵國際化為背景,引入跨洲際高鐵建設的藍圖。密切聯系隧道工程特點,將整個課堂交給學生,讓學生構思修建隧道的整個過程和可能遇到的地質問題。例如:白令海峽隧道是一條連接西伯利亞和阿拉斯加的擬建海底隧道,整條隧道長104km,預計這條貫通歐亞美三洲的鐵路將在2030年竣工。隧道完成后可以消除在白令海峽航行的危險,同時大大提高人財物運輸的效率。首先,教師拋出問題:在修建海底隧道需要考慮哪些內容?接著,學生自行組隊,通過5分鐘的自由討論,紛紛闡述己方觀點,教師通過在黑板上概括并羅列的形式展示給所有學生。學生在輕松的氛圍下思維非?;钴S,共總結出如經濟效應、設備測量、應急救援等38條考慮的方面。然后,教師通過學生的發言,將其重新分組,具體分組按投資方、設計方、施工方、管理運營方、地方政府以及人民群眾進行劃分(表1)。教師進一步要求各組學生從黑板上的38條篩選出與自己立場最為密切的內容。完成之后,由每組代表輪流發言,闡述本方應盡的職責及相關措施。在此基礎之上,教師將各方聯系起來,依據現實情況,分析各方的合作關系、利益關系和法律關系,由點及面,將原本復雜的關系有條不紊地梳理出來。從本次課堂教學,可以總結出課程教改的幾點優勢。第一,在課本的基礎之上,教學內容結合當下最新隧道工程,激發學生的興趣,引發學生的思考。第二,運用案例教學,形象生動,在學生所學理論知識的基礎上,帶著具體問題具體分析的科學方法,開拓學生思維,訓練學生全面嚴謹的能力。第三,運用角色扮演法,能夠清晰定位,一方面加深了解自己角色的性質和職責,也可以明確認識到其他角色,包括角色之間的緊密關系網。這與培養學生分析、解決工程地質問題的能力和工程實踐能力,成為從事軌道交通工程的勘察、設計、管理和技術支持的應用型、復合型工程技術人才的目的是不謀而合的。第四,將復雜的工程先細化,再系統化。工程涉及財務、安全、進度、質量、管理、法律、技術、環境等多方面內容。通過此次課程,在學生與教師之間的討論之下,對大量的信息進行了完整的歸納與分類,使得學生的記憶更加深刻,也為之后參加工作和參與工程打下扎實的基礎。
六、結束語