“六位一体”工程地质实践教学模式研究

2022-07-24杨子泉唐辉孔德睿张天经

大学教育 2022年5期

杨子泉　唐辉　孔德睿　张天经

[摘要]工程地质是土木工程本科专业重要的专业基础课之一。加强工程地质实践教学是工程地质学理论与实践结合的有效手段，有助于加深学生理解普通地质、工程地质的理论知识，提高学生的岩土工程素养，培养学生的实践创新能力。文章以信阳学院土木工程专业普通地质及工程地质野外教学为例，介绍了课程开设情况与应用型人才培养要求，明确了课程教学目标，提出了学生通过工程地质实践后应达到的知识能力水平，从课内教学到课外教学、校内实习到野外实习、理论教学到实践教学对工程地质实践教学方法进行了探讨，从课堂理论教学、实验室教学、实习教学、指导学生完成实习报告、课程思政建设、课程考核标准改革六个方面构建了应用型本科“六位一体”工程地质实践教学模式。

[关键词]普通地质;工程地质;实践教学;课程思政;课程建设

[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2022）05-0082-04

工程地质实践教学是工程地质课程的重要实践性教学环节[1-4]。学生通过课堂理论学习，基本掌握了工程地质的理论性知识，但对有关的地质概念和现象缺乏感性认识，因此有必要通过工程地质野外实践教学环节加以弥补。教师要通过野外实践教学，让学生学会使用地质罗盘测量岩层及构造面产状，观察野外地质构造[5]，识别常见矿物[6]，了解岩石的分类与鉴别[7]，划分风化程度[8]，评价边坡稳定性及抗滑移防治，掌握岩土工程勘查的基本要求等，学会更好地观察和了解一些野外地质现象，增强感性认识，培养提高观察能力、动手操作能力以及分析问题和解决问题的能力。笔者从课堂理论教学、实验室教学、实习教学、指导学生完成实习报告、课程思政建设、课程考核标准改革六个方面，结合信阳学院土木工程专业人才培养目标和专业定位，探索工程地质实践教学模式，提高学生学习效率，培养学生的专业素质。

一、课程开设情况

信阳学院土木工程学院在人才培养的过程中，根据企业对土木工程专业人才的专业能力需求，自2016年开始对土木工程专业采用了分方向培养人才的模式，即分岩土工程和建筑工程两个专业方向。在大一、大二进行土木工程专业大类培养，主要讲授土木工程专业的基础知识，在大三上学期由学生自主选择建筑工程专业方向或岩土工程专业方向。工程地质课程为土木工程专业大类培养的专业基础课之一，开设在第三学期，课堂理论教学为36学时、2学分。为了保证该课程知识的连贯性，将其普通地质与工程地质的野外教学开设在第三学期的后半学期，共计18学时、1学分。

二、课程教学目标

开展普通地质与工程地质的野外教学实习，能让学生更直接、更全面地认知、理解和掌握工程地质条件，即对地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件、不良物理地质作用（以及天然建筑材料）等方面有印象深刻的感性认识和理论上的升华，将所学的普通地质与工程地质的基本理论跟实际工程场地的工程地质条件、相关的工程地质问题结合起来。训练学生从调查、掌握工程地质条件入手，结合已知的建筑工程（设计）条件，分析存在的工程地质问题，评价解决工程地质问题的方式方法。学生通过上述教学实习训练后应达到以下知识能力水平：（1）能够识别常见矿物，区分三大岩类，掌握岩土样本野外采集方法，掌握工程地质条件的基本概念和基本调查工作方法;（2）能够熟练地使用地质罗盘测量方位和地质体的产状以及斜坡或边坡的坡度;（3）能够熟练地阅读、绘制地质剖面图;（4）建立地层时空概念，把握工程地质条件的分布与性状及其对工程活动的影响;（5）初步掌握工程地质野外勘查数据的记录方法;（6）初步掌握工程岩体结构的分类方法[9]。

三、“六位一体”工程地质實践教学模式的构建

信阳学院的工程地质实践教学，充分利用信阳特有的地质环境资源或地质条件与地质背景，结合校园内出露的各种典型地质现象或条件，就地取材，开展现场实地案例教学。教师在教学设计中将普通地质与工程地质的野外教学分为课堂理论教学（3学时）、实验室教学（3学时）、校内实习教学（4学时）、野外实习教学（6学时）、学生实习报告指导教学（2学时）。同时，为了贯彻落实全国高校思想政治工作会议、全国高等学校本科教育工作会议要求，坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全员育人、全程育人、全方位育人[10-11]。课程教学组充分利用豫南地区丰富的红色文化资源，发扬大别山精神[12]，结合土木工程专业培养目标以及普通地质与工程地质的野外教学课程特征进行了课程思政建设。

（一）开展课堂理论教学

1.实习内容与基本要求

课程教学组向参加实践教学的学生讲明实习内容、课程开展计划、安全问题、注意事项、考核要求等方面的问题（如下表所示）。

普通地质及工程地质野外教学课程的内容及要求

[实习内容实习要求地形地貌的认识了解实习区的地形地貌特征类型：大地地貌，包括低山、丘陵、平原;次级地貌，包括河床、牛轭湖、河漫滩、沼泽、阶地、山脊、山梁、岗地、陡崖等。地形，包括海拔高程、相对高程、地面坡度、沟谷纵降。地层岩性的认识掌握实习区地层的年代、成因、岩性、岩相及其岩性描述方法，工程意义。地层：年代、层序。成因岩相：海相与陆相，残积、坡积、洪积、冲积、湖积和风积。岩性：颜色，化学、矿物和粒度的成分，结构，构造，胶结物，定名，风化程度。第四系松散堆积物颗粒表面特征（棱角、次棱角、次圆、圆、极圆）。地质体的分布（范围与厚度）与性状（密实程度、含水状态和工程性质）。地质构造的认识与分析掌握褶皱（分布位置、核部与两翼地层、产状、岩性名称）、断层（位置、产状、两盘地层、破碎带及宽度、组成成分、密实程度及名称）、节理及其特征。初步掌握地质构造的野外识别方法、工程意义、分析方法。水文地质条件的调查与分析掌握地下水埋藏类型（上层滞水、潜水、承压水）、地下水埋深、储存类型（孔隙水、裂隙水、溶隙水）、岩土渗透系数、地下水化类型。了解水文地质的野外工作方法。物理地质现象的认识认识与了解岩石岩体风化、滑坡、崩塌、泥石流。 ]

2.相关理论知识

课程教学组在教学过程中逐步探索出将普通地质与工程地质的有关理论加以整合，并结合岩土工程勘查的基本要求提出了学习工程地质的八字要领“地层、年代、岩性、岩相”，在校内实习与野外教学中抓住七个方面即地层、年代、岩性、成因、地质构造、地下水、不良地质现象。在实习前先在课堂上讲授有关理论知识。第一，对地质年代的界、系、统（群）、组（段），地质符号、厚度，岩性描述，成因，分布与特征进行全面介绍，在实习区域信阳学院校区及周边探索地层岩性以及信阳羊山地层及其岩性。第二，介绍在野外开展工程地质调查的基本方法，包括仪器的使用方法、测量数据的记录方法。第三，讲解岩石节理统计、工程围岩分类、边坡稳定性分析、极射赤平投影以及实习报告书写的方法。

（二）开展实验室教学

1.认识矿物及信阳常见岩土体

利用岩土样本实验室的资源开展教学。该实验室陈列有常见矿物标本、三大成因类型岩石标本、信阳常见第四系不同粒度的土体标本以及信阳地区区域地质图，另外配置了少量的古生物标本，如辽宁朝阳白垩纪狼鳍鱼化石等。实验指导教师带领学生认识基本成岩矿物，如云母、方解石、斜长石、石英;介绍三大类岩石即沉积岩、变质岩、岩浆岩及其相互之间的转化关系;介绍信阳典型的黏性土即黄土状土的成因、分布及对信阳建筑工程的影响;带领学生阅读信阳地区区域地质图，教学生阅读、绘制地质图的基本方法。图1所示是教师引导学生在岩土样本实验室认识信阳地区常见的岩石及土体。

2.认识岩溶地质现象

利用土木工程学院的隧道综合实验室开展教学。学生在该实验室可以看到寒武系刘山岩组大理岩地层中的岩溶地质现象如钟乳石、石笋、石幔，教师向学生介绍形成这些岩溶地质产物的地质原因，极大地提高了学生参加地质实习的兴趣和积极性。

（三）开展实习教学

1. 校内实习

利用校园内的地质资源开展校内地质实习，分为四个点，依次进行。1号点在理工楼广场两侧，结合该点的地质特征开展实习，其主要实习内容是地形地貌、地层岩性、地质结构三个方面：认识校区的丘陵地貌及地形特征，出露地层形成的年代、原因，岩性和岩相以及地质构造特征;学习地质罗盘的使用方法;进行岩层或地质构造的产状（走向、倾向、倾角）测量;绘制理工楼地质剖面图草图。2号点在新七大道—理工楼—社科楼，其主要实习内容为学习了解水文地质特征、地下水类型与岩溶现象，调查了解地下水的埋藏类型和赋存类型以及对建筑工程产生的影响，认识地下水补给、排泄、渗透的基本规律，如图2（a）所示。3号点在理工楼—艺术楼后，主要认识信阳多级河流基座阶地地貌特征，讨论河流阶地类型、形成过程与当今浉河淮河的关系，以及与大地升降运动的关系和规律。4号点在中文楼西山岗上，主要认识出露古生界寒武系刘山岩组大理岩地层中的单斜地质构造和“原生奇石”现象，并结合这一地质现象讨论或恢复本地地质发展历史或过程以及“原生奇石”的形成年代与成因，如图2（b）所示。

2.野外实习

在开展野外实习前，教师结合信阳市区的地质特征以及实习的内容与要求，通过多次选点备课后，最终确定在十一大街与二十二大街交汇地带以及新七大道西段开展野外地质实习教学。

十一大街与二十二大街交汇地带：教师带领学生认识中生界白垩系周家湾组信阳古盆地陆相碎屑岩层的地层年代、岩性组合以及地质构造的特征、类型和产状;认识新生界第四系多级河流基座阶地地貌及其松散堆积物的成因、岩性，以及在信阳羊山开发区工程建设活动过程中产生土体滑坡与危害，进行针对性的边坡地质调查、取样，结合所学土力学理论知识进行边坡稳定性分析评价，并提出防治建议或方案。如图3（a）所示，教師现场讲解信阳地区黄土状土的成因以及其凸显出的典型工程特征，介绍实习地点河流阶地形成与浉河发展的关系;如图3（b）所示，教师现场讲解土质滑坡的类型、滑动原因、影响因素、发展过程、野外判断方法，测量滑坡及出露地层产状，取一定的土样带回土工实验室进行土力学实验，分析该土坡土体的物理力学性质，结合滑坡所处位置的地形地貌、地下水、人类工程活动分析致其滑动的主要因素，启发学生思考并尝试提出合理的防治措施。

新七大道西段：教师引导学生主要针对古生界寒武系刘山岩组大理岩地层岩石边坡的工程地质进行调查，认识岩石边坡类型、滑动的必要条件，确定边坡的规模与产状（坡高、坡角与倾向），进行边坡岩体的节理特征调查，做好节理统计的详细记录，以便于在室内利用赤平投影法对边坡稳定性进行分析评价。如图4（a）所示，教师引导学生在野外测量岩石边坡及主要结构面产状，结合边坡工程地质条件对其进行稳定性评价;如图4（b）所示，教师引导学生在隧洞综合实验室进行围岩节理统计，结合岩石强度指标（抗压强度、抗剪强度、弹性模量）、结构面力学性质及填充情况、地下水、地应力、隧洞形状及受力状况对隧洞围岩的完整性、类别进行分类，从而了解围岩条件对地下硐室开挖、支护、通风、监测的影响以及工程地质问题处理的一般方法。

（四）指导学生完成实习报告

课程教学组在实验室教学、校内实习教学、野外实习教学完成后召开实习总结会，让每位学生谈参加地质野外实习的心得体会，在实习过程中的收获以及还有哪些问题没有弄清楚，由实习指导教师当场解答疑问。这样一方面可直接反映学生对教学内容的掌握程度;另一方面，教师可据此分析问题存在的原因，调整教学内容，优化教学组织，指导学生完成实习报告，对于存在的普遍问题进行集中指导。教师要求学生结合每个实习地点的地层、年代、岩性、岩相来撰写实习报告，要做到图文并茂且能全面真实地反映实习内容。

（五）开展课程思政建设

1. 明确专业定位，归纳课程主要教学内容并融入思政元素

首先，教师根据普通地质及工程地质野外实习教学的主要内容，在原有教学大纲的基础上，提出了课程思政教学的目标及要求，深入挖掘大别山精神在新时代的育人意义，并将其融入课程教学内容的各个知识板块，形成具有课程思政内涵的课件资源库。其次，课程教学组对融合课程思政的教学模式、教学方法进行了探讨[13-14]，并进行了教学实践。

2.抓好野外实习教学环节，多维度进行思政渗透，培养学生的专业素养

在野外实习教学过程中，教师要求学生做好观测记录，实实在在地掌握工程地质勘查的技能，培养学生严谨、踏实的专业素养。通过引入一些没有做好工程地质勘查而引发的工程事故案例，培养学生作为一名土木工程技术人才应具有的责任感和使命感，坚守职业底线，做社会主义核心价值观的践行者。教师以具体工程为导向，让学生直观感受实际工程中遇到的工程地质问题和矛盾，引导学生在已有的专业知识基础上尝试提出解决问题的思路、方法，培养学生的融会贯通与实践创新能力。

3.提高课程教学组的课程思政育人水平

为了确保课程思政建设的质量，提高课程教学组的课程思政育人水平，课程教学组多次到红色教育基地参观培训，在“学习强国”上完成每天的理论学习任务，参加课程思政建设学术研讨会，定期开展政治理论学习，就课程思政教学的方法、效果进行交流讨论，收到了较好的教学效果。

（六）开展课程考核方式改革

为了更大限度地调动学生参与工程地质实习的积极性，教师在课程考核中突出学习过程考核，改变原来的3∶7（平时成绩占30%，实习报告成绩占70%）或2∶8（平时成绩占20%，实习报告成绩占80%）的课程考核方式[15]，采用思想表现（占10%）+组织纪律（占10%）+野外记录（占10%）+操作技能（占20%）+综合能力（占20%）+实习报告（占30%）的课程考核方式。该考核方式实施以来，学生提交的实习报告质量有了较大幅度的提升，课程考核成绩优秀与良好的学生约占80%，这说明学生在工程地质实习中基本掌握了分析、解决工程地质问题的方式方法，改革后的课程考核方式能有效地调动学生参与工程地质实习的主观能动性。

四、课程建设成效

课程教学组编制完成了普通地质及工程地质野外教学实习指导用书，其内容主要包括地质体产状的测定、典型地质构造与素描、地质构造的野外观察与分析、工程地质勘查、常见造岩矿物及岩石的肉眼鉴定、地质图件的绘制及应用、边坡工程调查、岩石节理统计、地下工程围岩分类、常见不良地质现象野外调查及防治措施、实习目的与要求、校内实习概况等。建设了属于土木工程专业的普通地质及工程地质野外实践教学平台与基地，实施了校内室内实践教学模块与校区周围认识实践模块有效结合以及课外实践教学内容与课堂理论教学密切配合的实践教学模式，开展了课程思政。该课程被评为河南省2019年一流本科课程（社会实践类）。

课程教学组下一步将在现有基础上，结合土木工程专业应用型人才培养要求，建立更加科学完善的校内实习地点、校外实习地点，优化实习内容、教学路线，形成稳定的、具有应用型本科特色的地质野外教学方法，进一步挖掘课程思政元素，探讨并形成课程思政考核的方式方法，并購买包括崩塌、地震、泥石流和火山等不良地质现象相关音像资料，建设音像资料库。

五、结论

其一，通过工程地质实践教学，学生对抽象的地质概念有了更加明确的认识，切实感受到了工程地质在土木工程、岩土工程中的重要性。

其二，学生基本掌握了从工程地质条件出发，结合已知的建筑工程（设计）条件来分析存在的工程地质问题、评价工程地质问题的基本方法。

其三，立足豫南地区，充分挖掘大别山精神的新时代育人内涵，探讨结合土木工程专业培养目标以及普通地质及工程地质野外教学课程特征的课程思政建设途径。

其四，凝练出工程地质教学与学习的八字要领“地层、年代、岩性、岩相”，编制了普通地质及工程地质野外教学实习指导用书，构建了“六位一体”的应用型本科土木工程专业工程地质实践教学模式。

[ 参考文献 ]

[1] 李忠建.基于应用人才培养的工程地质实践教学方法探讨[J].当代教育理论与实践，2013（8）：73-74.

[2] 王昱，赵廷红，郑健，等.面向应用型人才培养的工程地质实践模式研究[J].甘肃科技纵横，2014（12）：51-53.

[3] 杨光，高灿，张志坚，等.地方院校应用转型背景下工程地质实践教学探索[J].教育现代化，2019（86）：118-119.

[4] 余何.普通本科高校《工程地质学》课程教学模式探讨：以贺州学院为例[J].大众科技，2019（6）：124-126，167.

[5] 朱崇辉.地质实习教学模式改革成效研究[J].中国地质教育，2012（4）：144-146.

[6] 李忠建，周丽霞.基于创新能力培养的工程地质实践教学方法探讨[J].教育现代化，2015（14）：108-110.