摘要：
隧道工程是交通土建学科隧道与地下工程方向的核心专业课程，其理论性、实践性及应用性强，涵盖的知识面广而深，且更新较快，给教学带来一定的难度。为了满足新时期创新型工程技术人才培养的迫切需要，结合笔者近年来在教学一线所积累的经验及深切体会，从课程教学特点及存在问题出发，对教学模式、教学方法等方面对隧道工程课程的教学改革问题进行探讨，以期进一步提高教学质量与效果。
关键词：
隧道工程；教学改革；教学模式；教学方法
一、引言
我国是一个多山的国家，尤其是西部地区，山地面积更是占到了国土面积的一半以上。近年来，随着国家西部大开发战略的实施以及拉动内需的需要，在西部山区修建了大量的高速公路、铁路以及水电工程，相应的隧道工程数量也日益增多。隧道工程的大发展，遇到的岩土及地下工程灾害问题也越来越多。对各种复杂工程灾害问题的处置，需要工程技术人员具有一定的理论基础、实践经验和从事科研的能力，这同时也对目前高等院校隧道工程专业的教学培养模式提出更为严格的要求。作为交通工程与土木工程专业必须具备的重要专业基础课，《隧道工程》是一门实践性、综合性和针对性很强的课程。该课程的教学目的和教学任务就是使学生掌握隧道工程的基本概念、基本构造、设计理念、施工方法以及行业规范等，初步具备从事隧道工程设计、施工和监管的行业从业能力。如果继续沿用传统的单纯课程教学，对发展技能、培养能力等方面的作用有限，不能完全适应新形势下学生全面发展的需要。有鉴于此，部分学者从教学模式[1，2]、教学方法[3-6]和教学手段[7-9]等方面对隧道工程的教学改革进行了研究，力图在提高隧道工程的课堂教学质量的同时，培养学生的专业素质以及工程实践和创新能力。这些研究大大促进隧道工程教学的改革，但是从实际教学效果来看，还有继续提升的空间。本文结合《隧道工程》实践性强的特点，继续探索更为适用的教学模式和教学方法。
二、隧道工程教学特点
1.隧道工程课程涵盖的知识面广，是工程地质、建筑材料、建筑结构和力学等诸多基础课程的综合应用。
例如，在讲解隧道围岩压力计算时，就必须用到土力学中的侧向压力计算理论和弹性力学中的圆环受均布压力计算理论，而在讲解衬砌结构设计方法时，就要用到结构力学和材料力学知识。
2.课程教学内容具有实践性强的特点，但学生往往缺乏对实际工程的了解，故而在课程学习时对有些知识难以理解和消化。
例如，在讲解隧道钻爆法施工时，需要对钻孔深度、钻孔间距、钻孔深度、钻孔布置、雷管类型、起爆药量等进行设计，对于从未到过施工现场的学生而言，理解起来有一定难度。
3.隧道工程涉及到的行业规范、规程或标准有很多种，不同规范之间既有区别又相互联系[10]。
仅就隧道设计规范而言，既有《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005），也有《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）以及《地铁设计规范》（GB50157-2003），更有水利、矿山和能源地下工程等行业相应的隧道设计规范。因此，在教学过程中既要讲解隧道工程的基本概念、基本原理，也要对不同行业规范加以对比分析，增强学生毕业后对所从事行业的适应能力。
三、教学存在问题分析
1.教材结构体系混乱、主线不明。
现有的隧道工程教材有几十种之多，但其侧重点又不完全一致。对于交通土建专业学生的来说，隧道工程的教学内容不仅要有勘察、设计、施工、管理等方面的知识结构，而且还有铁路、公路、城市地铁的功能区分。面对种类繁多的教材，以及错综复杂的教学内容，容易给学生造成结构体系松散、主线不明的感觉。
2.教学学时偏少，往往难于满足教学需求。
教学学时少与教学内容多是当前高等学校本科课程教学的一个突出矛盾，这就很难在规定的时间内把课程内容讲透、讲通、讲精，也使得学生对课程内容的掌握和熟练应用的难度加大。
3.教学模式单一，学生被动接受知识传播。
现有的教学方式，大多采取“板书+多媒体”的形式，再配以必要的图片和说明，通过教师的灌输和学生的被动接收，实现知识的传播，这就导致学生的主观能动性差，缺乏独立思考，无法掌握课堂教学的精髓。
4.课程教学与实践脱节严重，影响对所学知识的理解与掌握。
隧道工程实践性、应用性强，很多施工技术和施工工艺只有在现场亲眼所见，才能知其所以然。现实情况是很多学校由于资金限制或缺少能够实习的场地，学生只能靠课堂上的想象，难以深入理解隧道工程的设计方法与施工工艺。
四、教学改革探索与实践
1.教学模式改革。
传统的教学模式是教师先根据开课内容选定教材，根据教材内容制定教学大纲和教学计划，再编写教案和进行教学活动[11]。这种单一的以教定学和因教材而施教的模式，一方面不能适应学生毕业后所从事的实际工作对其能力培养的需求，另一方面学生对这种宣教式的教学模式容易产生视觉、听觉上的疲劳，因此隧道工程教学模式急需向多元化的方向发展。
（1）研究性教学模式。研究性教学起源于20世纪欧美国家，建构主义和人本主义是研究性教学的理论基础，基本要求是师生共同参与，实现“教”与“学”的互动[12-14]。在《隧道工程》实际教学过程中，可结合教师当前正在开展的科研活动创设具有前沿科学命题的问题情境，如针对隧道衬砌结构的建养一体化自修复问题，可引导学生通过查阅文献、搜集资料、调查等方式来思考、分析并解决问题，让学生在探索过程中体验学习的乐趣。
（2）讨论式教学模式。传统教学的一个特点就是教师讲、学生记，双方缺少互动，教学过程枯燥，为更好地教学，可采取讨论式教学模式。例如，在教学过程中，可适当布置一些小任务让学生分组讨论，如针对隧道围岩塌方问题，让不同组的学生分别提供一个各自的加固方案，然后各组之间展开辩论，分析各自的优缺点。这样既掌握学生对问题的理解能力，以便更好地教学，又能最大限度地调动其学习积极性和参与意识[15]。
（3）案例式教学模式。案例式教学往往围绕某个真实工程，利用当前学习的理论知识，对其进行分析，以求学生在解决疑难问题时做出相应的决策[16]。例如，在讲解盾构隧道联络通道冻结法施工时，可结合上海地铁4号线穿越黄浦江段的施工事故案例，让学生在进行软土冻结帷幕设计计算的同时，分析事故发生的根源，并提出防控措施，加深其对基本原理和概念的理解，进而提高分析问题和解决问题能力。
（4）实践式教学模式。课堂讲授与工程实践相结合是完成隧道工程教学内容的必要环节[17]。例如，在讲解隧道围岩破坏和支护设计时，带领学生参观本校现有的试验室和仪器设备，通过观摩模拟隧道开挖和结构支护的模型试验，加深对隧道工程理论知识的理解与认识。此外，利用暑假短学期，带领学生到隧道施工单位进行认识实习，增强学生对隧道施工的感性认识。
2.教学方法改革。
（1）手写板书与多媒体相结合教学。《隧道工程》课程教学内容较多，也比较枯燥，如果单凭教师板书和图片展示，还是很难让学生对真正理解实际施工过程和施工工艺的。为解决这一问题，在教学过程中辅之以多媒体技术，通过预录现场施工视频和动画演示的方式，向学生展现隧道施工的各过程，便于其理解和掌握，使原本枯燥、平面的教学变得生动、立体起来。采用多媒体教学，不仅增强了学生的感官认识，而且还有利于让学生了解国内外先进的设计理念和施工技术，激发学生的学习兴趣，起到事半功倍的效果。
（2）结合工程实例讲解基本理论。隧道工程理论性和实践性都很强，仅凭文字描述或简单的几幅图片难以提高学生对问题的理解，只有结合工程案例才能讲得生动、形象，有利于提高学生的兴趣。例如，在讲解隧道围岩塌方破坏机理时，如图1所示，以作者参与过的科研项目———江西武宁至吉安段高速公路上奉隧道塌方事故为例，详细分析了围岩变形以致塌方破坏的机理，并据此介绍了相关处治措施。通过案例教学，不仅活跃了学生的思维，增强学生对相关理论知识的认识水平，而且也大大提高学生的工程实践能力。
（3）采用模型试验实现教学内容直观化。在讲解隧道围岩稳定性及其破坏模式时，仅凭教师口头描述和解释，仍难以说明地下工程失稳、破坏等相关问题。作者向学生演示的围岩渐进性破坏模型试验，可以直观地再现围岩破坏过程，从而让学生对所学的基础理论知识有深刻的理解。
（4）采用仿真模拟展示隧道力学问题。隧道工程设计涉及到围岩压力计算、支护结构选型和结构内力计算，因而其中的力学问题颇为复杂。为此，教学过程中，结合数值模拟方法对地下工程变形和破坏进行数值模拟，不仅简单易懂，适用性强、经济型、可操作性和可重复性，而且能得到许多在常规实验中难以观测到的重要信息[17]。作者结合自身研究经历和积累的相关研究成果，在教学中想学生展示如何利用数值分析软件模拟不同类型的围岩变形破坏形式及不同支护方案对应的支护效果，并引导部分兴趣浓厚的学生进行实际操作训练。
（5）采用虚拟现实技术增强学习兴趣。虚拟现实技术是运用计算机技术对现实世界进行全面仿真，能解决学习媒体的情景化及自然交互性要求，在教育领域内有着极其广阔的应用前景[18]。如图4所示，作者通过与校内其他院系教师合作，利用自行开发的软件，实现沉浸式三维环境中的体验式教学，有利于加深学生对地下工程的施工环境、施工过程和健康诊断等问题的理解，增强进一步学习兴趣。
（6）通过专题讲座拓展学生视野。为进一步调动学生学习的主动性，在教学过程中适当地引导学生参与一些专题讲座。同济大学每年会定期和不定期地邀请一些国内外专家学者和有经验的技术人员来开展学术交流，介绍隧道工程的最新发展动态和研究成果，在这些活动中，不仅能解答学生的一些疑惑，而且还拓展了学生视野和思路，并加深学生对隧道基本概念和基本原理的理解，进而提高对实际工程问题的分析与解决能力。
五、结语
《隧道工程》课程的教学内容涉及岩土与地下工程的勘查、设计、施工和养护等多方面的专业知识，是一门理论性、实践性和应用性均较强的课程。结合作者自身的教学经历，从该门课程教学特点和存在的问题出发，对课程教学模式和教学方法的改革做了初步的探索，从而适应新形势下对卓越工程师能力和技能培养的需要。
作者：徐前卫 程盼盼 杨新安 丁春林 王婉婷 单位：同济大学交通运输工程学院
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