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摘要:
隧道工程課程內容覆蓋面廣、零散，傳統教學模式難以達到理想效果，迫切需要創新教學模式。結合該課程特點，可采用模塊化教學方法進行教學。根據涉及科學、工程問題的不同，將該課程內容劃分為基本概念模塊和地質、力學及支護結構模塊、傳統施工方法模塊、非傳統施工方法模塊、管理與維護模塊等。此外，還提出按照工程項目建設階段來劃分課程模塊，進一步豐富了隧道工程課程模塊化教學方法。實踐表明，該教學模式有助于學生深入理解課程內容，幫助學生建立專業知識體系。
關鍵詞:
隧道工程;模塊化教學;學習遷移理論;教學研究
近年來，隨著高速公路、鐵路建設及城市地下空間開發的蓬勃發展，出現了越來越多的隧道工程，交通、市政建設領域對隧道工程專業技術人才的需求量不斷增大。培養創新能力、應用能力及解決能力實際問題較強的應用型專業人才是地方本科院校的主要辦學目標之一［1－2］。筆者在隧道工程教學過程中發現，該課程內容覆蓋面廣，且較為零散，采用按教材章節順序進行授課的傳統教學模式難以達到良好效果，亟需探索新的教學模式。起源于德國的“模塊化教學”［3］方法，可以較好解決上述問題。該方法是基于學習遷移理論基本原理，把課程內容分解成若干個部分，再將具有相同或相近主題的內容進行整合，形成具有內在聯系的單元模塊并進行教學［4－6］，可以提高學生學習的靈活度，激發學生學習的積極性和主動性，進而提高教學質量。文章以武漢工程大學土木工程專業、道路橋梁與渡河工程專業為例，探索模塊化教學方法在隧道工程課程中的應用。
一、隧道工程課程特點及教學現狀
(一)內容覆蓋面廣
目前我校采用的教材是彭立敏、劉小兵主編的《隧道工程》［7］，同時參考了丁文其［8］、覃仁輝［9］、朱永全［10］等主編的教材。這些教材的主要內容大體上包括:緒論、隧道勘測設計、隧道主體結構與附屬結構、圍巖分級與圍巖壓力、隧道支護結構的設計計算、隧道施工方法、隧道施工工藝及技術、高速鐵路隧道、隧道常見病害及處治方法、隧道施工組織與管理、運營管理與維護等。可見，隧道工程課程內容涵蓋面廣，包含了規劃、設計、施工、運營管理等過程的各個方面，既有基本概念和理論，又有施工工藝和方法;既包含技術層面問題，又包含管理層面問題。
(二)主要內容之間獨立性強
隧道工程課程不僅知識點多，而且其主要內容之間具有較強的獨立性。如隧道勘測設計、圍巖分級、圍巖壓力等，主要涉及工程地質、巖土工程勘察、巖體力學等知識;隧道主體結構與附屬結構，主要涉及建筑結構等知識;隧道施工，主要涉及工程爆破、工程機械等知識;隧道支護，主要涉及巖土工程、建筑材料等知識。
(三)與先行課程關系密切
隧道工程課程一般在第七或第八個學期開設，在此之前，學生應修完所有專業基礎課和大部分專業方向課，掌握相應的專業基礎知識。該課程的主要內容和先行課程之間存在密切聯系.
(四)教學困境
綜上，隧道工程課程內容龐雜，涉及土木工程專業大部分基礎知識，導致學生在學習該課程時存在理解不透徹、記憶不深刻等問題，學習積極性普遍不高。如何激發學生學習興趣，是授課教師面臨的一大挑戰。另一方面，隧道工程課程內容具有較強的綜合性，如將這些零散的內容按照某種屬性或規律進行適當歸納、分類，使之成為若干個相互聯系的有機整體，則不僅能夠提升學生的學習興趣，還可以幫助學生構建專業知識體系，使學生對專業知識的認知和理解上升到新的高度。
二、模塊化教學設計
針對上述問題，采用模塊化基本理論和方法，并根據涉及科學、工程問題的不同，將隧道工程課程主要內容歸為基本概念、地質及力學問題、施工方法、新技術新方法、運營管理與維護等5個模塊，具體分述如下:
(一)基本概念模塊
主要包括隧道的定義、分類、發展歷史、隧道主體結構與附屬建筑等。隧道工程是地下工程的一種，有別于一般建筑工程，該模塊主要介紹隧道工程中的名詞、定義及相關基本知識。
(二)地質、力學及支護結構模塊
主要包括隧道工程勘測設計、圍巖分類、圍巖壓力、隧道支護結構的計算等。隧道修建在巖土體中，其支護結構的形式主要取決于圍巖的工程特性，隧道開挖與支護的核心問題是圍巖力學特性及圍巖與支護結構的相互作用，即圍巖的地質力學問題。
(三)傳統施工方法模塊
主要包括鉆爆法施工、掘進機法施工、隧道輔助施工作業、新奧法等。根據隧道工程所在巖土體性質的不同，可以分為巖質隧道和土質隧道。巖質隧道多采用鉆爆法或掘進機法施工，土質隧道多采用盾構法(掘進機法的一種)。新奧法不是具體的施工方法，但目前幾乎所有隧道的施工都采用新奧法的基本理念和原理。
(四)非傳統施工方法模塊
主要包括高速鐵路隧道工程、城市地鐵隧道工程、海底隧道工程等。近年來出現了上述特殊環境和技術條件下的隧道工程，與之配套的新技術、新方法也日趨成熟，其占有重要地位。
(五)施工管理與運營維護模塊
主要包括隧道施工組織管理、運營階段的養護與維修等。隧道工程是隱蔽工程，在施工過程中作業空間有限，作業環境危險性高，且各工序之間相互干擾大。在正常運營階段，車輛沖擊、廢氣排放、地下水、圍巖等因素對襯砌耐久性造成不利影響，隧道交通事故、火災等更是會造成嚴重后果。這兩個方面的問題均需要通過實施管理來解決。上述方法是將隧道工程作為土木工程的一個分支學科來進行探討，包括理論、方法和工程技術等多個方面。此外，和橋梁工程、道路工程、房屋建筑工程一樣，也可以將隧道工程作為工程項目的一種，相應的課程主要內容圍繞隧道工程從規劃到設計、施工，再到后期管理等。按照該思路，可以將隧道工程課程的內容劃分為:隧道工程基本理論與基本概念、隧道工程規劃選址與設計、隧道工程施工、隧道運營管理4個模塊，這4個模塊則直觀反映了隧道工程項目建設的大體流程。
三、模塊化教學實施及效果評價
武漢工程大學土木工程專業創辦于1992年，是學校“十二五”重點建設學科之一，為一級學科碩士學位授權點、湖北省楚天學者設崗學科、省級品牌專業。該學科現設有建筑工程方向、交通土建方向，以及道路橋梁與渡河工程。隧道工程是我校土木工程專業(交通土建方向)及道路橋梁與渡河工程專業學生的專業方向課。2014年開始，將上述模塊化教學方法應用于我校土木工程專業(中英班)、土木工程專業(交通土建方向)及道路橋梁與渡河工程專業的隧道工程課程。首先，從內容屬性的角度出發進行模塊劃分，在講授每一個模塊之前，提醒學生復習與之相關的課程內容;在講授課程的過程中，提醒學生講授的內容涉及哪些專業基礎知識，從而讓學生認識到專業基礎知識對于后續專業課學習的重要性。其次，在每一個模塊內容講授完畢時，歸納總結該模塊的主要內容，詳細分析將這些內容作為一個模塊的原因，讓學生理解同一模塊中各部分內容之間的內在聯系。再次，在全部課程內容講授完畢時，引導學生回顧課程內容，分析各部分內容之間的邏輯關系，幫助學生建立專業思維，構建專業知識體系。最后，采用上述工程項目建設階段模塊，引導學生再次回顧教學內容，可以有效促進學生的開放性思維，并全面提升學生運用專業知識分析和解決工程問題的能力。經過一年多的模塊化教學探索和實踐，該課程教學取得了一定成效，學生的學習積極性得到普遍提升。學生反映，在學習隧道工程課程過程中，較全面地回顧了先行課程涉及到的知識，對專業知識體系的認識上升到了新的高度。
四、結語
基于學習遷移理論基本原理，按照涉及科學、工程問題的不同，將隧道工程課程內容分為基本概念模塊以及地質、力學及支護結構模塊、傳統施工方法模塊、非傳統施工方法模塊、管理與維護模塊等。此外，按照工程項目建設的階段，將該課程內容劃分為:基本理論與基本概念、規劃選址與設計、施工、運營管理4個模塊。二者聯系緊密，互為補充。實施該模塊化教學方法，提高了學生的學習積極性，促進學生深入理解課程內容，培養學生運用專業基礎知識分析、解決專業問題的能力，幫助學生構建專業知識體系，收到了良好效果。需要指出的是，模塊化教學方法絕不是簡單地將課程內容劃分模塊分別講解。在實際操作過程中，需要引導學生去分析、思考劃分模塊的依據以及各模塊之間的內在聯系，并站在教材編者的角度去分析課程的內容構成，從而幫助學生構建專業知識體系，培養學生善于運用專業知識分析和解決實際工程問題的習慣和能力。課堂上應適當組織學生進行研究性學習，并布置課程作業，充分發揮學生自主性，實現師生之間互動。
作者：王章瓊 黃民水 余浩延 單位：武漢工程大學資源與土木工程學院
參考文獻:
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［7］彭立敏，劉小兵．隧道工程［M］．長沙:中南大學出版社，2009．
［8］丁文其，楊林德．隧道工程［M］．北京:人民交通出版社，2012．
［9］覃仁輝，王成．隧道工程［M］．重慶:重慶大學出版社，2013．
［10］朱永全．隧道工程［M］．重慶:中國鐵道出版社，2007．
