“隧道施工”课程教学改革分析和探索

［摘 要］ “隧道施工”课程教学不仅需要讲授基础理论知识和专业知识，还要具有一定的应用性和实践性。目前，“隧道施工”课程教学存在教学方式局限、教材滞后、理论与实践脱节、教师教学能力有待提高等问题。为了解决“隧道施工”课程教学存在的问题，教师应提升自己的隧道施工知识水平，同时可从教学内容、教学方式等方面进行改革。通过将学生作为课堂教学的中心，提高了学生学习的积极性；通过采用隧道工程案例教学、引入典型隧道工程施工视频、运用数值模拟技术等改善了课程教学方法，取得了良好的教学效果。

［关键词］ 隧道施工；教学改革；教学方法

［基金项目］ 2021年度国家级一流本科专业建设项目“土木工程”（教高厅函〔2022〕14号）；2022年度贵州省自然科学基金项目“直剪条件下不共面非贯通节理岩体破坏模式和机理及强度模型研究”（ZK〔2022〕一般082）

［作者简介］ 刘远明（1975—），男，贵州铜仁人，博士，贵州大学土木工程学院教授，主要从事隧道工程研究；程家军（2000—），男，江西上饶人，贵州大学土木工程学院2022级土木工程专业硕士研究生，研究方向为隧道工程；田茂亮（1999—），男，贵州铜仁人，贵州大学土木工程学院2022级土木工程专业硕士研究生，研究方向为隧道工程。

［中图分类号］ U455 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）47-0053-04 ［收稿日期］ 2023-09-05

引言

随着我国经济社会的不断发展、综合国力的日益提高，需要建设的隧道工程越来越多。隧道工程的发展需要越来越多的隧道建设人才，这对我国高等院校隧道工程施工教学提出了新的要求。

“隧道施工”是土木工程专业隧道工程及地下工程方向的重要课程，不仅需要讲授基础理论知识和专业知识，还要有一定的应用性和实践性。曾德荣［1］在卓越工程师计划的培养要求的基础上对隧道工程课程的内容、设计等进行了补充和完善。解磊等［2］提出加强校企合作，建立“双师型”教学制度。李丽娟等［3］以创新实践能力培养为核心的土木工程实践教学体系认为，实践教学是培养创新人才的重要环节。当今世界信息化和科技高度发达，如何将先进的教学理论和方法引入该课程，改进教学方式、优化教学内容、提高教学质量，是一个亟待考虑的问题［4］。由于“隧道施工”课程教学内容较为复杂，理论知识较为抽象，学生不能很好地理解，实践性和针对性不强，导致学生难以产生学习兴趣。为了改变传统的教学方法，提高学生的理论和实践能力，激发学生的学习热情和动力，提升学生的积极性和教学质量，需要进行相关的教学改革。

本文对“隧道施工”课程存在的问题进行了分析，并进行了课程教学改革探索。通过课程教学改革，激发了学生的学习兴趣，培养了学生的实践能力，取得了良好的教学效果。

一、教学中存在的问题

课程教学内容包括隧道施工前需要做的准备、隧道开挖施工的方法、隧道施工作业流程、装渣运输、支护施工、特殊地质地段隧道施工以及隧道的养护与维修等的基础专业知识。学生需要掌握理论知识，同时具备相应的实践能力。目前，“隧道施工”课程教学存在以下问题。

（一）传统教学方式的局限性

传统课堂教学教师大多采用的是语言讲授、板书、运用多媒体技术展示PPT等三种教学手段结合进行课堂教学，采用“以教师教为主”的教学方式。教师根据课程学时和教学大纲，将课本上的知识“灌输式”地教授给学生。这种教学方式的缺点是难以调动学生学习的积极性以及探索知识的热情，学生被动地理解和掌握知识；学生与教师的互动不多，误认为教师是课堂的核心，学生被动地接受课堂知识，这样的教学模式很可能使学生沦为知识的奴隶，不能激发学习的热情和对探索知识的渴望；理论知识讲解较为抽象、枯燥乏味，学生理解起来难度大；学生对具体隧道的施工过程、施工机械及施工中所用的材料等缺乏感性认识，无法具体知道施工机械的作业方式和施工材料的模样，导致学生难以将学到的课本知识应用于实际工程中；等等。另外，当前很多高校在课程成绩的评价方面普遍采用平时课堂表现加期末考核成绩的课程评价体系，这使得学生只关心理论知识的学习，部分学生为了确保课程达到及格采用突击式复习，从而忽略了对隧道施工设备的理解和掌握程度以及实践能力，这种考核方式只考核了学生的考试作答能力和理论知识掌握程度，导致学生踏入社会后，在工作岗位中较难适应现实的隧道施工场地环境，不熟悉隧道施工的作业流程。

（二）教材内容滞后

有些教材提及的隧道施工工艺还停留在传统的掘进机法、盾构法、明挖法、沉管法、盖挖法等，而当今世界上隧道施工的最新方法、先进的掘进设备以及智能化隧道建设技术却鲜有介绍。这导致在授课过程中，学生无法了解和学习到隧道工程领域内的新信息。

（三）理论与实践脱节

隧道工程属于地下工程，大部分隧道都修建于地下。由于地下工程工作面狭窄、现场施工环境恶劣等因素［5］，学校安排学生到施工现场进行生产实习较为困难，学生对于书上学到的知识难以形成立体的认识。这对于学生解读书本上的知识造成了一定程度上的困难，导致理论与实践脱节，例如，施工方法中的钻爆法，由于涉及炸药、导爆索等危险材料，且隧道爆破现场存在一定危险，安全得不到保障，学生难以进入施工现场进行学习，而爆破技术多种多样，有光面爆破、光面水压爆破、预裂爆破等，施工技术工序非常复杂，实践性强。由于学生无法到现场进行实地考察和学习，学生无法体验到实际中钻爆的流程和感受到钻爆法开挖隧道时的工作场景。

再者，学校的教学内容中虽然包含了生产实习、简单的室内物理实验和毕业实习等几种实习安排，这些安排培养了学生一定基础上的仪器操作能力，但是，在实际教学过程中，这些安排逐渐将学生边缘化。即使是简单的室内实验，也只是教师在操作并进行讲解，学生只是以“走马观花”的方式进行旁观，无法自己进行器械操作，也就无法了解到实验中会遇到的问题，缺乏自主设计实验的创新性，难以实现专业知识与实践过程产学研的真正融合。

（四）教学能力有待提高

随着隧道技术的迅速发展，对教师的教学能力提出了挑战。对于学生来说，教师不仅要传授知识给学生，也要缔造和谐的课堂关系，教师的教学能力直接影响着学生的学习成果。然而，目前许多高校“隧道施工”课程的任课教师在教学能力方面存在一些不足。许多刚入职的年轻教师并没有太多参加过大型隧道施工的经验，无法对隧道施工中的各个领域展开深入研究和探索。因此，在课堂教学中，他们对隧道施工的讲解可能不够到位，无法激发学生对课程学习的兴趣。

二、教学改革的探索

为了解决“隧道施工”课程教学存在的问题，一方面，教师应积极提升自己的隧道施工知识水平，与相关行业保持紧密联系，了解最新的施工方法和技术。另一方面，可从教学内容、教学方式等方面进行改革；创新实践教学方式，鼓励学生进行自主设计实验，培养学生的创新能力。以贵州大学为例，通过“隧道施工”课程教学改革探索，实现了知识传授与实践能力培养的有机融合，提高了“隧道施工”课程教学质量。

（一）调动学生学习的积极性

“隧道施工”课程涉及内容广泛，各个章节之间有一定的独立性，需要系统地学习和分析整合。如果学生缺乏学习热情和动力，既会影响他们对理论和实践学习的热情和兴趣，也会影响学习效果。

学习热情和兴趣是推动学生进行学习的内在动力，是激发学生学习、保持学习并将学习导向特定目标的驱动力。能否有效调动学生的学习兴趣、学习积极性和主动性，对于提高教学效果至关重要。学生在开始学习课程之前，通常对课程的主要内容不太了解，如果教师上课时直接进入课程内容的知识讲解，容易让学生感到盲目学习。因此，在教授课程内容之前，教师可以简单介绍隧道的发展历史、国内外著名的隧道等，以及学习该课程对未来工作和学习的重要性和意义，让学生认识到该课程对未来学习和就业的价值，从而提高学生的学习热情。

教师应将学生作为课堂教学的中心，在课堂中关注学生的学习积极性和学习状态，并布置一些课后习题，以巩固与提高学生对这节课所学知识的掌握程度。通过这种方式，培养学生的综合能力，达到培养目标。

（二）采用案例教学

好的教材可以使教学达到事半功倍的效果，学生能够由浅入深，更为容易地理解教材中的知识。选用最新版的教材，即由宋秀清主编的《隧道施工》（第三版）。本教材共有十四个章节，从第一章开始介绍隧道的构造、隧道的主体建筑物和附属建筑，像洞身衬砌、洞门类型防排水设施等；第二章介绍隧道施工准备，介绍了施工调查、技术准备、资源配置等知识；第三章介绍了隧道开挖方法，明挖法、盾构法、台阶法、中隔壁法等开挖工艺；第四章的开挖作业，开挖机具、钻头形式、炸药的基本知识等。整个内容按照了隧道施工的顺序，由浅入深，发散讲解，涵盖的内容非常广泛。在课程教学中，教材中每一章节后都附有一个实际工程，在课堂教学中加入实际工程的讲解，可以把“隧道施工”课程的知识融入实际工程中，与工程实际相联系，这样学生在学习时可以更轻松地理解课堂中所学到的知识，既能将抽象的知识形象化，又能让课堂氛围变得轻松，提高学生的学习热情和动力。

实际工程案例教学就是以解决工程在施工中遇到的问题为重点，以学生学习从遇到问题、到分析问题、再到解决问题的这样一个思路为主，引导学生学会思考并使用自己在课堂中所学到的知识，去解决实际工程中遇到的难题。在课堂中讲解工程案例是启发式教学方法，可以使理论知识与工程实践之间建立连接，从而激发学生的学习热情和动力。教师可以结合目前我国一些著名隧道的修建，讲解这座隧道修建中所用到的有关这一章节的知识内容，再根据教学大纲和教学要求，结合课程的具体学时，科学地安排教学内容。在课程教学中穿插介绍国内外隧道施工技术的重大工程实例，并介绍国内外最新施工技术或最新施工设备等，可以让学生了解到隧道施工领域内的新消息。这对于培养学生适应工程现场的能力，以及跟进时代的发展具有重要的意义。

（三）引入典型隧道工程施工视频

由于隧道工程的特殊性，实习环境较差，组织学生到施工现场参与实习存在困难。此外，隧道建设工期长，学生无法见识到隧道从开挖再到支护的整个过程。仅仅通过教师的讲解和课堂上的图片，学生难以深入了解具体的隧道施工过程和关键施工工艺。

为了解决这个问题，可以通过观看国内外典型隧道施工的视频资料或3D模拟隧道开挖过程的动画帮助学生进行理解。例如，观看钻爆法中的全断面法、台阶法、双侧壁导坑法等不同的开挖方法的工艺，盾构法中盾构机的模样和工作方式，以及模拟施工材料，如不同种类的锚杆和管棚的结构等。通过这些视觉资料，可以让学生更清楚、直观地了解隧道施工的不同开挖方法、开挖设备的工作流程以及隧道从开挖到支护的整个过程。这能让学生更好地掌握所学的课程知识、隧道施工工艺。

（四）运用数值模拟技术

运用Midas GTS NX数值模拟技术也是提高教学水平的一种方法。Midas GTS NX是一款针对岩土工程领域的通用有限元分析软件，不仅支持静力分析、动力分析、施工阶段分析等，还适用于隧道、桩基、基坑等各种实际工程中，可以解决工程中各种问题。利用Midas GTS NX模拟隧道运用不同开挖方法的开挖过程，从而得出隧道开挖后围岩与衬砌的受力情况、地表沉降情况和隧道周边收敛等情况，通过数值计算技术形象展示隧道的施工过程，这样可以较大程度地增强课程内容的直观性。

如图1所示，运用Midas GTS NX有限元软件展示隧道运用不同施工法开挖的3D数值模型，可以直观地看到不同施工法的施工工艺流程。在通过模型计算后，可以了解隧道开挖后的应力分布、地表沉降、拱顶沉降等情况，有助于学生对课程教授知识的接受。不仅如此，学生也可以更早地了解和学习到有限元软件的使用，对以后的学习生涯或是工作生涯有很大的帮助。

结语

“隧道施工”课程不仅需要讲授基础理论知识和专业知识，还要求有一定的应用性和实践性。本文分析了目前“隧道施工”课程教学中存在的问题，如教学方式局限、教材修订滞后、理论与实践脱节、教师教学能力有待提高等。为了解决“隧道施工”课程教学存在的问题，可从教师自身知识水平提高和教学内容、教学方式等方面进行改革。通过调动学生学习积极性、采用案例教学、引入典型隧道工程施工视频、运用数值模拟技术等对“隧道施工”课程教学改革探索，取得了良好的教学效果。通过“隧道施工”教学改革探索，实现了传授知识与培养实践能力的有机融合，提高了该课程教学质量。