工程地质实验教学方法和手段的改进与优化

工程地质课程是我校水利水电、港航、桥梁、隧道、岩土、建筑结构、检测、测绘工程等工科专业必修的重要专业基础课, 它具有广阔的工程应用背景, 其基础理论和物理概念相对比较抽象, 必须借助于实验教学才能完成课堂教学。工程地质课程的实验教学不仅为理论教学和野外实习奠定了基础, 而且是课堂理论教学向工程实践应用转换的重要环节。传统的工程地质实验教学只是课堂理论教学的辅助性教学, 实验教学没有得到应有重视, 更没有发挥其教学优势, 使学生对地质条件、地质作用、地质构造和地质现象缺乏感性认识, 不能把书本知识和地质实体有机地结合在一起。

从以往的实验教学效果来看, 在野外实习过程中, 学生对学过的任何一种地质作用、地质现象或地质条件都没有相关的感性认识。在考试中, 与关工程应用有关的题目, 学生得分率普遍偏低, 尤其是阅读地质图的得分率相当低。但是实际工作中, 阅读地质图是我校前述相关专业的一项基本功, 若看不懂图, 后续工作根本无法进行。因此, 笔者近年从改进工程地质实验教学方法、优化实验教学技术方面做了探索。通过近几年的实践对比, 取得了比较满意的效果。

1 矿物岩石辨识实验教学方法和手段的改进和优化

在现有实验设施的基础上, 提出切实可行的实验方案和实施步骤, 探索提高学生自主学习能力的途径与方法。在实验过程中按以下步骤进行:先通过肉眼观察和手的感知, 让学生对代表性矿物岩石标本有一个宏观认识, 然后使用显微镜或高倍放大镜观其内部结构, 以达到宏微观相结合认识的目的;实验报告课堂完成或者给每个学生设置不同的报告内容, 以防抄袭, 这样能够充分调动每个学生的学习积极性, 让他们自觉地参与到实验教学中来。

在实验中促使学生调动眼、耳、鼻、手等感官认真观察和感受各个实验标本之间的异同。同时指导教师提出问题, 让学生思考产生实验标本之间的差异性, 以达到实验教学的真正目的。除此之外, 还让同学对校园中出现的岩石进行观察, 让同学描述它们的不同之处, 并给它们定名。从而把实验室里和实验室外的教学有机的结合在一起, 扩大实验教学范围, 以收到更好的教学效果。

2 地貌的认识实验教学方法和手段的改进与优化

相当一部分学生在野外实习时不能把地质实体和地质平面图结合起来。因此, 研究如何通过实验教学让学生把二者结合起来, 对今后的实际工作非常重要。为此, 该项实验项目采用实体教学模具 (如地貌沙盘) 、三维地质模型和地质平面图相结合的教学方法和技术。

利用学校土工实验和国家内河航道整治技术中心试验场地上现有的沙、土、石、板材等现有材料, 指导学生自己动手制作地貌模型, 并在制作过中讲述每种地貌形态的形成原理及其后来可能发展的趋势, 从而让学生了解地貌的形成发展史。与此同时让学生根据自制的地貌沙盘模型当场绘出相应的地质平面图, 让其理解地貌实体模型和地质平面图之间存在的因果关系。从而训练学生如何从平面地质图当中获取三维空间实体的地质信息, 以达到提高学生的三维空间感知能力和对平面图的辨识能力。譬如, 以往的“V” 字型法则判断岩层倾向和坡向关系以及沟谷和坡向的关系、沟谷指向、坡向指向是教学中的一个难点, 很多学生没有三维立体空间感, 仅通过课堂教学图片, 根本辨识不清, 思维混乱, 然而现有的实验设备中又没有现成的地貌模型教具, 因此该项是效果一直不理想。根据现在实践教学效果来看, 通过自制地貌沙盘这项实验教学方法和手段的使用, 很好的解决了这个教学难点问题。

此外, 利用国家内河航道整治技术中心试验场地上现有的水利试验模型, 还能够给学生讲述河谷地貌的形成和变迁, 以及河流侵蚀作用过程及作用后果、河流冲刷对河道中工程建筑物的危害, 以拓宽学生的知识面, 为学生以后的工作夯实基础。

3 地质构造辨识实验教学方法和手段的改进与优化

研究如何提高学生对书本上地质构造类型抽象概念的空间认知能力是工程地质理论教学上的难点之一。以往对地质构造辨识的实验教学主要是通过以前购买的模具来实现, 这种方法虽然可以直观的让学生记住其形态, 但不能很好的展示其形成机理以及形成过程可能产生的伴生构造。而且模具只能展示一些简单和单一化的构造形态, 对一些复杂的构造形态是无法展示的。

为了更形象化的展示地质构造的形成机理、加强学生认识地质构造的空间形态。实验教学过程中利用废旧纸板或者薄木板、土等材料, 让学生亲自动手对木板或纸板施加力来完成各种构造的形成。如:通过施加水平挤压力形成纵弯作用的褶皱、施加垂向上压力形成横弯作用的顶薄翼厚褶皱。从而了解形成机理也能记住褶皱在野外形成的形态。断层的构造形态也通过类似的方法进行。

4 认识各种地质现象的实验教学方法和手段的改进和优化

如何强化学生对书本上的地质现象类型抽象概念的实体地质体感知能力。在以往的教学过程中, 这部分内容主要是拿一些地质灾害图片让大家认识。因此, 学生在这方面的实际感知能力达不到应有的教学效果。

为了提高学生的认知能力, 新的实验教学方法中采用了动画来模拟地质现象和地质作用的发生发展过程, 并且收集一些近期发生过的地质现象的资料图片或者记录片展示给学生。另外利用我院水利实验厅的现有设施, 在试验场地上现场制作地质现象的发生过程能进一步加强教学效果。如利用现有的泥沙碎石水等材料模拟泥石流发生的过程, 堆积物滑坡发生的过程等不良地质现象, 让学生身临其境, 对其地质现象的认识更直观、更深刻, 教学效果良好。

5 传统的实验教学授课方式的改进

改变传统教学方式, 采用“提问式”“讨论式”或“发现式”的教学方法有助于学生加深对所学知识的理解。组织学生分析讨论, 对问题各抒己见。既可以活跃实验教学课堂气氛, 提升教学质量, 又能培养学生分析和解决问题的能力, 做到学以致用。在实验过程中既要培养学生的团体协作能力, 又要鼓励学生学会思考, 学会分析实验现象, 把勇于探索、富于想象的精神与锲而不舍的工作作风有机地结合起来。

在实验开始之前, 分组 (一般5~10人一组) 让学生们自己设计实验方案, 将资料查阅、收集、试验方法、方案确定, 实验结果整理以及实验报告撰写的全过程都统一纳入实验考核成绩范畴。同时综合考虑学生在整个实验过程中的各种表现, 切勿仅以学生的实验报告作为学生实验成绩评定的标准[1]。这样既调动了学生的学习积极性, 也培养并提升了学生在科学研究中的探索、研究、发现、归纳等方面的兴趣, 从而达到培养学生的综合能力和创新意识的目的。

6 结论

工程地质实验教学是工程地质教学内容中非常重要的环节, 它是理论教学和野外实习教学之间必不可少的联系纽带。其良好的教学效果既能促进学生加深对理论知识的理解, 又能为野外实践教学的顺利进行提供保障[2]。通过工程地质实验教学改革的实践证明:改进后的实验教学方法和教学手段一方面在工程地质教学课程中获得了明显效果, 提高了学生的对地质认知能力、分析能力;另一方面也培养了学生的动手能力、协作能力、独立思考和探索发现的能力。从而实现了实验教学在整个课程教学当中应该发挥的作用。

摘要：工程地质实验教学在工程地质课程教学中起着举足轻重的作用, 它是培养学生运用工程地质基础理论知识分析、解决工程实际问题的重要途径之一。笔者根据以往实验教学中存在的不足之处, 提出了一些新的实验教学方法和手段, 并将改进后的实验教学方法和手段付诸于实践, 收到了良好的教学效果。

关键词：工程地质实验,教学方法,教学手段,改进,优化

参考文献

[1] 吴红梅.水利工程地质课程的教学与实践改革[J].浙江水利水电专科学校学报, 2010, 22 (4) :95-97.

[2] 唐良琴.关于工程地质实验教学改革的几点思考[J].科学咨询, 2012 (4) :115.