科研实例在工程地质学课程教学中的探索与应用
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作者:王磊 王伟 苏占东
摘要：高等院校地质工程专业工程地质学课程是培养学生掌握工程地质问题分析评价的基本原理和方法，培养学生用工程地质学思维分析和解决各类工程地质问题。以防灾科技学院地质工程专业教学为例，从目前工程地质学课程的教学现状、科研实例的选择要点、课程中引入科研实例教学的应用实践等几个方面，论述了科研实例教学在工程地质学课程中的应用，以期为相关课程的教学提供借鉴。
关键词：工程地质学;科研实例;教学方法;应用实践
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2020）15-0204-03
工程地质学是地质工程专业本科学生的一门必修的专业基础课程，通过该门课的讲授能够使学生熟悉各类工程地质问题，掌握分析各种类型工程地质问题的基本原理和方法，培养学生针对具体问题开展工程地质评价并提出处理对策的能力。课程主要教学内容涉及活断层、地震、斜坡灾害、砂土液化、地面沉降、地基岩体稳定性等多个方面，教学重点是学会和掌握应用工程地质的基本理论知识和研究方法，来分析解决各类工程地质问题。通过这门课程的教授对学生以后在工程地质各相关领域开展实际工作和科学研究提供坚实的理论基础知识，对学生的专业素养和思维方式进行综合的训练，养成用工程地质学思维来分析和解决问题的习惯[1]。防灾科技学院作为国内仅有的以防灾减灾高等教育为主、学科门类齐全的綜合性高等院校，也是“卓越工程师教育培养计划”工作单位，因此对地质工程专业学生的实际应用能力和科研素质的培养极为重视。
能否高质量地完成教学任务、达到教学目标和教学效果，选择合适的教学方法显得尤为重要。在工程地质课程理论教学中需要选择和运用合适的教学方法，将对学生独立思考和创新能力的培养放在首要的位置[2-3]。在对地质工程专业这门实践性较强的学科学生进行教学活动时，更需要通过创新性的教学方法来激发学生的积极性，促进教学中的师生交流，学生在课堂教学中能更好地发挥主动性。因此，需要探讨如何在课堂中引用合适的科学研究实例，来系统的介绍工程地质的基本理论和分析原理，以辅助教学的完成。
一、工程地质学课程教学现状分析
工程地质学是一门众多学科交叉性的课程，需要在已经对普通地质学、岩石学、构造地质学、水文地质学等理论课程学习后再开展该门课程的学习，才能保证地质工程专业学生的学习和领会。我校地质工程专业工程地质学课程的教学安排在大三的上学期，在学习完地质学基础、土力学、岩体力学、岩土工程勘察和工程地震学等专业课程之后讲授，并在工程地质学课程结束后安排综合性的生产实习，包含有地下结构与工程地质实习、岩土工程勘察实习、地震安全性评价实习、岩土工程设计实习和基础工程设计实习等多个实践模块。通过课内理论教学与课后实践教学相结合，进一步培养学生的实践和创新能力[4]。
工程地质学课程具有很强的实践性，课程的教学内容各部分相对较为独立，因此在教学中需要灵活运用多种类型的教学方法，将各种工程地质问题涉及的原理和分析方法讲全、讲透[5]。但从课程教学效果和学生的反馈来看，总体而言，学生对工程地质学的学习缺乏积极性，兴趣较低，教学效果不佳。其主要原因在于目前工程地质学的课程设置不合理、教学方法不完善、师资力量不足、学生重视程度不够等多方面因素，这也是很多高等院校地质工程专业课程教学中普遍存在的现象[6]。目前在工程地质学课程的教学中，广泛存在以下几个方面问题。
（一）教学课程学时偏少而课程知识点相对较多
受专业培养方案和课程学时量所限，国内很多高校在工程地质的教学上都存在有学时不足的问题，给教师在课程教学内容的选择和学时分配上带来一定困难。工程地质学是一门以地质学理论与工程实践相结合的应用型学科，课程中涉及许多地质学、岩土工程方面的概念和名词等。如岩体结构、构造层次、应力分析、震源机制、滑坡、泥石流、硐室围岩应力等。因此，在课程讲授中需要把基础理论知识的众多知识点讲解清楚，才能为进一步分析和解决具体的工程问题打下基础。
（二）教学手段单调乏味
工程地质学课程的课堂教学多以课程讲解为主，配合教材和课程教学PPT中的少量图片，因此学生对工程地质问题的理解不够直观，对单纯的理论基础学习感到枯燥，缺少兴趣，因而在教学中不能有效地激发学生思考和分析问题，不利于锻炼学生的创新意识。应该充分利用多媒体工具和网络资源进行授课尤其是常见地质灾害、工程地质问题等内容应结合工程案例和科研实例进行教学，以激发学生的学习热情，提升课堂活力。
（三）年轻教师科研经验不足，不能很好地将理论与应用相结合
工程地质学综合性较强，涉及的研究领域较广，而年轻教师往往存在专业阅历少、科研经验欠缺等问题，因此在教学中很难将各类工程地质问题的理论与实践很好的融会贯通并在课堂中讲授。因此，如何针对工程地质学课程的特点，采用合适的教学方法，有针对性地将研究较为成熟的、系统的科学实例引入到课程教学中，来提升教学效果，这是非常值得探索的问题。
二、科研实例的选择要点
在工程地质学课程中将科研实例引入教学，需要将理论教学与科学实践进行有机的结合，因此科研实例选择得合适与否对课程教学效果具有很大的影响。在对科研实例进行选择时，需要注意以下几个方面的问题：
（一）实例应结合科学研究中的焦点和热点问题
科学研究难点、国家重点工程和重大灾害事件等问题往往是工程地质领域学者的关注热点，并会被当作范例开展大量的科学研究。通过选取这类问题的科学研究实例，引入到课堂教学中，使学生将专业理论知识与实际科学研究联系起来，了解常见工程问题中的科学问题所在，进一步明确专业知识的用途。
例如，1963年意大利瓦伊昂滑坡是举世闻名的滑坡灾害事件，这一起事件在岩土工程界产生了极大的震撼，并引起工程地质行业人员的广泛思考和关注。自事件发生至今五十多年以来，已成为世界上发表研究报告和文章最多的实例之一[7]。因此，结合工程地质学的教学知识点，在对斜坡灾害的工程地质分析等章节进行教学时可以引入瓦伊昂水库滑坡研究的经典实例，展开深入的学习。 （二）实例的研究应具有系统性，研究手段或方法最好具有前沿性
首先，科研实例应与理论教学内容紧密结合，科研实例教学是传统教学方式的创新，但其本质仍然属于教学应用，因此选取的科研实例应为从综合各种研究方法的系统性研究成果，并紧贴课程的教学内容;其次，引入采用前沿性的方法或手段研究的科研实例进行教学能使学生了解最新的工程地质科学技术和发展趋势，拓宽学生的视野，加深学生对专业的了解，掌握前沿知识和最新动向，增强工程地质思维能力，有助于更好地理解课程理论知识在实际中的应用。
（三）实例应具有典型性和启发性
重大工程灾害事件和科学研究难点等科学研究实例可以鼓舞学生学习士气，提高使命感和专业自豪感。通过将重大灾害事件导致的严重后果的直观展示，来增强学生的责任意识，对以后从事相关领域工作起到警示作用。积极进行科学实例的引入教学，有助于将研究人员在科研中所体现的实践精神和创新精神启发学生，使学生受到鼓舞，得到感染，培养学生认真严谨的科研作风，为后续从事专业相关的科学研究打下基础。
（四）科研实例的素材应具有多样性、互动性
选择科研实例的素材要多样性，且具有互动性，不能只有单调的文字，需要有实物照片、视频、实物模型等多种素材，以在此基础上设计丰富的教学手段和开发多媒体电子课件，使学生加强感性认识，激发学习兴趣和积极性，更好地与学生展开互动，发挥学生学习的主观能动性，促进独立思考能力的培养。
三、科研实例在课程教学中的应用实践
通过在工程地质学课程教学中多次对科研实例的引用和总结，建议在课程教学中采用如下几个关键环节：（1）选取实例。针对课程章节知识点，选择合适的科研实例。（2）设计教案。（3）课堂讲授。结合科研实例课堂讲授相关知识点。（4）问答互动。结合科研实例，向学生提出问题，让学生思考分析，并请学生进行解答。（5）点评总结。点评学生学习和答问情况，总结本章节学习的知识点、重点和难点等。（6）布置启发性作业。
从该课程的教学内容来看，地震的工程地质分析、活断层工程地质分析、水库诱发地震、砂土液化、斜坡灾害等章节内容，都很适合选取典型的科研实例进行教学。下面以活断层的调查和研究方法这一节内容为例，讨论科研实例教学在工程地质学课程中的具体应用过程。
（一）选取实例
首先，根据课堂讲授内容，选取“圣安德烈斯断层”科学研究为例，之所以选择这个实例主要是因为这个科研实例系统反映了20世纪末期美国科学家综合运用地质调查、地形测绘、地震监测、实验分析等多种手段，意图通过记录和分析断层两侧以及断层带物质在一定时期内的变化，推测地震发生的地点与时间，进一步分析研究地震发生与断层活动之间的关系。再次，这个科研研究实例拍摄过系统介绍的视频，有各个环节的影像资料，可以更为直观的用于介绍。
（二）设计教案
设计讲授内容，首先介绍活断层调查研究的理论知识点，随后引入科学研究实例进行介绍，然后与学生互动交流，并点评总结，最后布置开放性作业。
（三）课堂讲授
根据设计的内容和顺序，首先介绍活断层调查研究的常见方法等理论知识点，介绍知识点的同时穿插实例图片进行讲解，随后引入“圣安德烈斯断层”科学研究实例进行介绍，结合视频讲解，系统讲授活断层的调查、测绘、监测等研究方法。在介绍之前首先给学生布置三个问题：（1）此科学实例研究了圣安德列斯断层的哪些方面内容;（2）采用了哪些手段和方法来开展研究，哪些研究取得显著的成果;（3）最后得到结论是什么。让学生带着上述问题投入到实例学习中，更能激发学生的兴趣。课堂上讲授知识点和科研实例，在讲授的过程中，通过幻灯片与板书、图片和视频相结合的方式，以吸引学生的注意力。
（四）答问互动
科研实例介绍完成后，采用分组讨论、分组陈述总结等方式，激发学生的積极性。随后请各小组学生代表对提出的问题分别进行作答，锻炼学生的创新性思维和总结能力。
（五）点评总结
对学生的讨论情况和总结的结论进行点评，以鼓励和肯定学生为主，并厘清学生掌握欠缺或薄弱之处，同时对科研实例的研究方法、成果结论以及相关的知识点等进行总结。待课程接近尾声时，通过对科研实例的介绍和讨论情况的总结，系统复习本章节所学的活断层调查和研究的所有相关知识，使学生能够全面的掌握。
（六）布置开放性作业
布置作业题：请同学们设计如何在河北省三河市开展活断层的研究项目，并简要论述开展思路和研究方法。让学生结合学校所处的周边地质条件，进行启发式的学习和探索，训练学生对理论实践知识的综合运用能力。
四、结语
通过在课堂中引入科研实例教学，极大地激发了学生学习工程地质学理论知识的兴趣和积极性，答问互动环节增进了教生互动并提高了学生的独立思考能力，培养了学生的工程地质学思维和科学研究素质，提升了教学效果，在后续的工程地质学课程教学中针对不同章节的内容，进一步探索如何将科研实例引入到课堂。
笔者从工程地质学课程的课堂理论教学方法研究入手，从工程地质学课程的教学现状分析、如何选取合适的科研实例、科研实例教学的具体应用实践三个方面进行了论述，对如何有效地将科研实例引入到课程教学进行了探索。科研实例教学作为一种很有实效的教学方法具有其自身的优点，且具有直观性、开放性和良好的互动性，以供其他地质院校在开展相关专业教学时参考和借鉴。
参考文献：
[1]曹丽文.工程地质学思维方法培养的教学研究[J].中国地质教育，2002，（04）：54-55+57.
[2]刘勇健.工程地质学教学与创新人才培养的探讨[J].高等建筑教育，2005，（04）：25-27.
[3]吴振祥，樊秀峰.多种教学方法在工程地质学教学中的应用[J].中国地质教育，2007，（04）：109-110.
[4]蔡晓光，孟凡超，王伟，等.地质工程专业生产实习教学内容探析[J].求知导刊，2015，（22）：47-48.
[5]吴丽，田俊峰.工程地质学教学模式改革探讨[J].教育现代化，2018，5（30）：62-64.
[6]潘文胜.工程地质学课程教学存在的问题及其教学改革[J].教育与职业，2008，（09）：87-88.
[7]刘传正.意大利瓦依昂水库滑坡五十年[J].水文地质工程地质，2013，40（05）：3.
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