智能技术在“隧道工程施工”课程中的应用与教改

［摘 要］ “隧道工程施工”课程的教学方式亟须进行现代化转变，以满足不断演变的工程行业需求并应对传统课程教学中存在的问题。针对传统“隧道工程施工”课程教学中存在的课程内容陈旧、教学方法单一、学习体验欠缺挑战性等问题，初步探讨了智能技术在“隧道工程施工”课程中的创新应用与教改效果，通过整合虚拟实验室、模拟工具和大数据分析等先进技术，重新构思了课程内容和教学方法，提供了更富有挑战性和实践性的学习体验。智能技术的引入有助于提高学生的学习成绩和技能水平，增强“隧道工程施工”的教学效果。

［关键词］ 隧道工程施工；智能技术；教学改革

［基金项目］ 2023年度江苏省高等学校基础科学（自然科学）研究面上项目“岩石材料脆—延转变特性的多尺度本构模型研究”（23KJD130001）

［作者简介］ 刘思利（1991—），男，山东济宁人，工学博士，江苏开放大学建筑工程学院讲师（通信作者），主要从事多尺度岩石力学研究；缪 云（1987—），女，江苏海安人，工学硕士，江苏开放大学建筑工程学院副教授，主要从事桩土共同作用研究。

引言

隧道工程作为现代交通基础设施建设的重要组成部分，一直以来都受到广泛的关注和研究［1］。随着科技的不断进步和社会经济的快速发展，“隧道工程施工”课程作为培养隧道工程领域专业技术人才的重要途径，逐渐受到了更多的关注。在这一背景下，智能技术的广泛应用已经成为提高“隧道工程施工”课程教学质量和培养学生创新能力的重要途径之一。

智能技术的迅猛发展已经在各行各业产生了深远的影响，如隧道工程领域［2］。自动化、机器学习、人工智能、传感器技术等领域的进步为隧道工程施工提供了全新的可能性。这些技术的应用可以大幅提高施工效率、降低施工风险、提高施工质量，并减少人力资源的浪费。因此，将智能技术引入“隧道工程施工”课程，不仅有助于培养学生掌握新技术，而且有助于学生在职业生涯中更好地适应行业的发展和变化。

随着社会对隧道工程需求的不断增长，“隧道工程施工”课程也须要不断调整和优化，以满足市场的需求。传统的教学方法和课程设置已经不能完全满足这一需求，亟须采用更加灵活、创新的教育方式［3］。智能技术的应用可以为“隧道工程施工”课程教学提供新的思路和方法，使课程更具吸引力和竞争力。通过引入智能技术，教师可以更好地与学生互动，更容易实现个性化教育，促使学生的学习体验更加丰富和有趣。

一、智能技术在教育领域中的潜在应用

（一）“隧道工程施工”教学的现状和挑战

“隧道工程施工”课程是培养隧道工程师的关键环节，在当前快速发展和变化的隧道工程行业中具有至关重要的作用，旨在使学生掌握必要的技术知识和实践技能，以胜任现实工作中的复杂任务。然而，传统的课程设计和教学方法在应对当前隧道工程行业的快速发展及变化时面临着一系列挑战［4］。首先，现代隧道工程的复杂性不断增加。新材料、新技术和新工程方法的引入使得隧道工程更具挑战性，这需要工程师具备更高水平的技术知识和解决问题的能力。因此，“隧道工程施工”课程须要不断更新，以确保学生能够跟上行业的发展步伐。这意味着课程内容应该包括新技术和优实践，以帮助学生更好地理解和应对复杂的隧道工程问题。其次，传统“隧道工程施工”课程过于理论化，无法充分满足学生对实际操作的需求。因此，课程应该注重实际操作和实地实习的机会，让学生亲身体验隧道工程施工的各个阶段，如从挖掘到支护，再到设备操作，这种实际经验对于培养优秀的隧道工程师至关重要。此外，课程内容和教材的更新速度相对较慢，未能及时反映行业的新趋势和新技术。“隧道工程施工”领域的技术和工程方法不断发展与演进，因此，“隧道工程施工”课程设计和教材须要与行业保持同步。

（二）智能技术在教育领域的发展与应用

智能技术，包括人工智能、大数据分析、虚拟现实和增强现实，已经在教育领域取得了显著进展。这些技术不仅改善了学习体验，而且提供了更多的个性化学习机会。例如，虚拟实验室和模拟工具可以帮助学生进行实际操作模拟，无需真正的实验室或设备。虚拟实验室还可以扩展学生的学习机会，使学生探索不同的实验场景和情境，增强学生的实践技能。智能教育平台可以根据学生的学习表现提供个性化的反馈和建议，识别学生的弱点和潜在的学习障碍，并提供相应的资源和练习，帮助学生克服困难，更好地理解和掌握课程内容。

（三）全球智能技术在教育领域中的成功案例

全球范围内已经有许多成功的案例表明，智能技术可以改善教育的质量和效果。例如，德国的双元制职业教育模式结合了实际工作经验和学习，借助虚拟实验室和模拟培训，提高了学生的实际技能和就业竞争力。美国的某些高校已经开始采用虚拟现实技术教授工程学科，取得了显著的教育效果，互动式和沉浸式的学习体验提高了学生解决实际问题的能力，增强了学生对工程领域的兴趣。

（四）智能技术在工程教育中的潜在应用领域

在隧道工程施工领域，智能技术有许多潜在的应用领域。首先，虚拟实验室和模拟工具是隧道工程教育的一项重要创新。通过虚拟实验室，学生可以在虚拟环境中进行隧道工程实践，包括挖掘、支护、施工设备操作等，不必面对实际工程中的风险。这种互动性的学习方式可以培养学生解决问题和决策制定的能力。

大数据分析为隧道工程教育和研究提供了宝贵的资源。通过将大数据引入课堂，学生可以学习如何分析和应用这些数据以优化工程设计与决策。大数据可以提供与隧道工程相关的实际数据，因此，可将其用于课堂教学和研究项目。

增强现实技术（AR）可以将虚拟隧道场景叠加到真实世界中，有效增强学生对复杂工程场景的理解。这种互动性的学习方式有助于提高学生的空间感知能力和工程场景的互动性，使学生更好地理解理论知识与实际应用之间的联系。

二、智能技术与“隧道工程施工”课程融合

智能技术与“隧道工程施工”课程的融合是一项重要的教育创新，可以为学生提供更丰富、更实际的学习体验，有助于提高学生的技能水平和职业准备度。通过智能技术，学生可以模拟隧道工程施工的各个方面，从地质勘探到施工计划，再到设备操作和质量控制。另外，学生可以在虚拟环境中练习现实世界中的技能，避免了在实际工程中犯错的风险。这种实践性的学习方式有助于提高学生的技能水平，使他们更好地应对工程领域的挑战。

（一）虚拟实验室和模拟工具的应用

通过虚拟实验室，学生可以模拟隧道工程中的实际操作，包括地质勘探、隧道设计和施工过程。虚拟实验室可以提供安全的学习环境，允许学生进行实际项目的模拟实验，增强他们的实际操作技能。

模拟工具如建筑信息建模（BIM）软件和计算机辅助设计（CAD）工具，可以帮助学生进行隧道设计和建模。学生可以使用这些工具创建虚拟隧道、分析结构性能，并进行设计优化，有助于提高设计和计算能力。

（二）大数据分析的应用

隧道工程涉及大量的数据，包括地质数据、工程数据和监测数据。学生可以通过使用大数据分析工具来处理和分析这些数据，从而更好地理解隧道工程的复杂性，提高数据分析和解决问题的能力。

（三）增强现实技术的应用

增强现实技术可以将虚拟对象叠加到现实世界中，使学生能够在实际场景中进行学习和模拟。在隧道工程中，学生可以使用增强现实技术来可视化隧道的设计和结构，以及模拟施工过程，从而更好地理解工程概念。

三、“隧道工程施工”课程融合智能技术的教学改革

（一）课程设计与智能技术融合的案例研究

1.重新设计课程。教改实践的第一步是重新设计课程，以将智能技术整合到课程中。这就须要确定适合智能技术应用的课程模块，重新排列课程内容，以便更好地与虚拟实验室、模拟工具和在线学习资源相结合。

2.更新课程内容。随着技术的发展，课程内容须不断更新。教师须要跟踪行业的新趋势和新技术，确保课程内容与实际工程项目保持一致［5］。

3.选择智能技术工具。在课程设计中，须要选择合适的智能技术工具和平台，以满足学生的学习需求。例如，虚拟实验室平台、数据分析工具和在线学习管理系统。

（二）学习资源和工具的开发与实施

1.开发虚拟实验室和模拟工具。通过开发虚拟实验室和模拟工具，模拟“隧道工程施工”项目中的实际操作。这些资源应具有高度互动性，使学生能够参与实际的隧道设计和建设过程。

2.建立在线学习平台。在线学习平台须提供课程材料、作业和测验。同时，可以用于学生互动和讨论，以促进合作学习和问题解决。

3.提供实际数据资源。须提高实际的隧道工程数据供学生分析和处理。主要包括地质数据、材料性能数据和工程监测数据。学生可以使用大数据分析工具处理这些数据，以便更好地了解实际工程情况。

（三）教师培训与专业发展

1.教师培训计划。为教师提供培训，以便他们熟悉智能技术工具的使用和教学方法。培训计划可以帮助教师了解如何监督和支持学生的在线学习进程。

2.教育技术专家支持。学校可以聘请教育技术专家或咨询公司，提供专业支持，协助教师开发在线资源和课程内容。

3.持续的专业发展。教师须要持续学习和发展，以跟踪技术的新发展和优实践。

四、“隧道工程施工”课程融合智能技术的教改成果评估

（一）教育质量和学习成果的测量

1.学习成绩和表现。评估学生的学习成绩和表现是评估教改成果的一种重要方式。比较整合智能技术前后的学生成绩和课程表现，以确定是否有显著的提高。

2.课程评估。学校可以通过学生反馈和课程质量评估，如教材、虚拟实验室、模拟工具和在线资源的有效性，以帮助改进课程设计和资源开发。

3.学习成果评估。除了学习成绩外，学校可以评估学生的实际技能水平和解决问题的能力。如通过项目作品、实际工程模拟和案例研究等方式来考查。

（二）学生和教师的满意度调查

1.学生满意度。学生的满意度调查可以帮助学校了解他们对整合智能技术课程的看法。学校可以询问学生对课程内容、在线资源、教学方法和互动性的意见，以了解他们的体验和需求。

2.教师满意度。教师的满意度调查可以评估其对教改过程的看法，包括教师对智能技术工具的满意度、教育培训的效果以及他们对教学改进的反馈。

（三）教改对学生职业准备的影响

1.就业率和职业发展。评估教改成果应考虑学生的就业率和职业发展。学校可以追踪毕业生的就业情况，了解他们是否更容易获得与隧道工程施工相关的工作。

2.雇主反馈。与雇主保持联系，了解他们对毕业生的评价。这可以通过与公司或行业合作来获得，以确定教改是否满足工程行业的实际需求。

（四）持续改进和调整

1.数据分析和反馈循环。教改成果评估应该是一个持续性的过程。因此，学校应该定期收集数据、分析结果，并采取措施来改进课程设计和教学方法，主要包括进一步更新课程内容、改进教师培训和获得学生支持。

2.根据反馈做出调整。学校应该根据学生和教师的反馈以及实际数据，做出相应的调整，主要包括课程结构的调整、资源的更新和在线学习平台的改进。

五、“隧道工程施工”课程融合智能技术的持续改进与未来展望

（一）持续改进

1.数据驱动的决策。学校应该采用数据驱动法，不断监测和评估整合智能技术后课程的效果，包括分析学生的学术成绩、学习成果、满意度调查和就业数据。数据分析应该用于识别问题、挖掘潜在机会，并制订改进计划中。

2.反馈机制。学校应建立有效的反馈机制，以便学生和教师能够提供意见与建议。主要包括定期召开学生和教师反馈会议、发放在线调查表等。反馈应该被认真考虑，并用于识别须要改进的领域。