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        淺談典型案例在地下工程教學中的作用

        2021-03-14 12:26:44
        關(guān)鍵詞:采礦工程典型采空區(qū)

        潘 銳

        (1.安徽建筑大學土木工程學院,安徽合肥230601;2.建筑結(jié)構(gòu)與地下工程安徽省重點實驗室,安徽合肥230601)

        地下工程主要由兩個大方向組成,一是城市地下空間工程專業(yè),以隧道為主體,主要服務(wù)國家基礎(chǔ)建設(shè)方向;一是采礦工程專業(yè),以煤礦為主體,主要服務(wù)國家能源戰(zhàn)略方向。兩個專業(yè)看似相互獨立,實際上聯(lián)系非常緊密,學生畢業(yè)后無論是工作還是轉(zhuǎn)向另一專業(yè)繼續(xù)深造的例子都較多,特別是采礦工程專業(yè)的學生在畢業(yè)后轉(zhuǎn)向隧道建設(shè)方向的比例近些年逐步提高。然而在這兩個專業(yè)的教學過程中,相互之間的專業(yè)知識涉及很少,因此,選擇能夠結(jié)合兩個專業(yè)的典型工程案例進行相關(guān)教學的補充與拓展,有助于學生構(gòu)建地下工程專業(yè)知識體系。

        1 典型案例的選取

        地下工程典型案例的選取,主要考慮以下三點:(1)案例來源于國家基礎(chǔ)建設(shè)工程,學生接觸相關(guān)信息相對容易,對相應(yīng)工程的作用及影響有直觀的感性認識,有利于思政教育;(2)授課專業(yè)教師應(yīng)當具有較為豐富的現(xiàn)場實踐經(jīng)驗,尤其是能參與校企合作的科研課題中,這樣有利于理論聯(lián)系實際;(3)案例應(yīng)當既能突出課程的核心知識點,又能體現(xiàn)出相關(guān)專業(yè)的交叉與聯(lián)系。

        以中鐵四局四公司承建的西北高速鐵路網(wǎng)-太(原)焦(作)高鐵控制性工程-皇后嶺隧道為例,該隧道下穿煤層采空區(qū),如圖1所示,屬于采礦和地下空間的交叉典型案例,非常適用于相應(yīng)專業(yè)的知識貫通和拓展教學。

        圖1 下穿采空區(qū)隧道地質(zhì)剖面圖

        2 典型案例的教學發(fā)散作用

        典型案例的教學發(fā)散作用,主要體現(xiàn)在通過案例引出兩個專業(yè)的核心知識點,教學的主體過程呈平行式,講解思路如圖2所示。

        圖2 典型案例發(fā)散教學思路

        第一步引入我國基礎(chǔ)建設(shè)發(fā)展現(xiàn)狀以及相應(yīng)的國家政策,同時結(jié)合學生所學專業(yè)存在的困難,激發(fā)學生的學習興趣;第二步展示典型案例,在介紹具體工程概況的過程中發(fā)散出所涉及的采礦工程和隧道工程,闡述兩個專業(yè)在該工程中的作用與影響;第三步平行講解核心知識,這一步是授課的重點,先行講授本專業(yè)核心知識,如隧道工程,可從巖體分級開始,層層遞進到開挖方式、支護形式以及監(jiān)測評價,通過現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)或者圖片等素材引出采空區(qū)影響下隧道圍巖穩(wěn)定變化情況,點出與常規(guī)條件下的不同,在此基礎(chǔ)上再進行采礦工程核心知識點的講解,從采空區(qū)與隧道位置關(guān)系依次遞進至采區(qū)設(shè)計、開采工藝、支護形式以及巖層運動;第四步總結(jié)兩個專業(yè)的核心知識,這一步以學生為主角,從典型案例進行知識點的串聯(lián)。

        3 典型案例的教學聚集作用

        典型案例的教學聚集作用主要體現(xiàn)在通過案例引出兩個專業(yè)的交叉影響部分,教學的主體過程呈集中式,講解思路如圖3所示。

        第一步在講述案例工程的基礎(chǔ)上,提出采空區(qū)對隧道施工的影響;第二步講授采空區(qū)巖層運動對隧道開挖的影響,這一步是聚集作用的重點,巖層運動影響采空區(qū)底板與隧道之間圍巖應(yīng)力的分布,隧道開挖以及支護反作用于圍巖應(yīng)力的分布,是兩個專業(yè)的核心知識相互作用的交叉地帶;第三步匯總與拓展兩個專業(yè)的核心知識,這一步與平行式教學不同,先鞏固核心知識,后掌握輔助知識,有助于學生建立先主干、后枝葉的知識體系,最后與學生共同構(gòu)建思維導圖,完成教學聚集作用的落點。

        圖3 典型案例聚集教學思路

        4 典型案例的教學反饋及評價

        安徽建筑大學僅開設(shè)城市地下空間工程專業(yè),未開設(shè)采礦工程,因此選擇2017級大三專業(yè)課“地下建筑施工”作為教學實驗。在以典型案例發(fā)散與聚集為核心的前提下,教學流程如下。

        (1)工程背景(提出問題)。提前給學生發(fā)布相關(guān)學習資料,附加施工方法視頻,學生可先行觀看,總體上有感性認識。

        (2)典型案例(突出核心)。結(jié)合國家基礎(chǔ)建設(shè)大背景,以典型工程案例為主,介紹相關(guān)施工方法的主要應(yīng)用領(lǐng)域,激發(fā)學生的學習興趣,引導學生思考。

        (3)核心知識梳理(平行式)。以典型案例施工方法的流程為主線,平行式逐個介紹各個環(huán)節(jié)的基本知識,并提出需要注意的關(guān)鍵點。

        (4)重點、難點詳解。在學生掌握核心知識的基礎(chǔ)上,把專業(yè)重點、難點提出來,通過“提問→思考→回答→更正→提問”的循環(huán)方式,加深學生對知識點的理解,為下一步靈活運用打下基礎(chǔ)。

        (5)核心知識梳理(集中式)。以前面知識點為基礎(chǔ),以教師講解為主,引導學生討論為輔,講述典型案例的基本流程和重、難點所在。

        (6)知識點總結(jié)(交互式問答)??偨Y(jié)相關(guān)知識點,采用“教師對學生提問、回答”、“學生對學生提問、回答”兩種方式,全面梳理知識點。

        (7)思考題、開放題。結(jié)合學生自身情況,開展知識點的應(yīng)用思考,進行教學拓展與思維導圖訓練。

        本次教學實踐共4個課時,對50名學生進行了教學效果統(tǒng)計,結(jié)果如圖4所示。除少數(shù)學生反映教學內(nèi)容過多外,教學效果整體良好,后期將針對學生反饋的問題進行改進。至于采礦工程專業(yè),后續(xù)會與安徽理工大學教師合作,進行教學實踐,在此不再贅述。

        圖4 典型案例教學反饋統(tǒng)計

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