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通過互聯網以及信函咨詢的方式,對國內同濟大學、清華大學、浙江大學、哈爾濱工業大學、中南大學和湖南大學6所高校的土木工程地質教學課程內容設置進行了調查,通過調查發現,以上學校主要存在以下幾個共同點:
1、強調對工程地質基本概念的學習。在課堂學習過程中,主要課時都集中于學習在工程實踐中經常用到的專業術語,強調概念的厘清。課堂學習的主要內容主要包括以下幾個方面:(a)地質作用與地質構造的基本知識,包括地質年代的識別、地質圖的識圖、常見地質結構的概念(褶皺、節理、斷層等);(b)三大巖石(巖漿巖、沉積巖、變質巖)的成因、歸類和鑒別;(c)第四紀地質的基本知識,包括殘積土、沉積土、沖積土、坡積土等概念、成因及對工程的影響;(d)地下水的基本知識,包括地下水的分類、運動基本規律、補給與排泄方式、對工程的影響等;(e)工程地質勘察與分析在具體工程的應用,包括在隧道工程、邊坡工程等方面的應用。
2、強調室內實驗是課堂書本學習的延伸。室內實驗主要目的是為野外地質實習做準備,學習地質羅盤等地質考察工具的使用,同時亦學習通過巖石標本來鑒別各類巖石,還要學習地質圖的填圖和閱讀等。
3、強調課堂學習與室外地質調查相結合的學習方式。從書本上學習到的知識僅僅停留在理論階段,書本上對地質相關概念的描述仍比較抽象,因此,各所高校皆強調野外地質實習對學習該門課程的重要性,把課堂上學習到的基本概念與現實工程中的真實地質條件一一對應起來,加深對基本知識的理解和掌握。一般而言,野外地質實習內容常包括野外巖石的識別、地質構造和地質年代的識別、巖層、節理等產狀的測定和描述等。各所大學對以上工程地質基本知識的學同小異,其目的是對工程地質這門課程有一個基礎的認識和感知,但是,同時,各所高校之間在這門課程內容設置方面有各有所側重。清華大學、同濟大學增加了現代先進的地質勘查技術的學習內容,介紹了地質超前預報的相關方法、原理及應用,比如介紹了地質雷達、紅外線探水、TSP等先進手段在隧道工程建設的應用。中南大學、湖南大學對野外地質實習極為注重,實習內容包括地質認識實習和工程實踐實習兩個階段,實習實踐時間長達20~30天,考察湖南西部地區在建或已建項目所處較為復雜的地質條件,以一個工程建設者的角度參與到實際項目的建設中去認識地質現象。石家莊鐵道大學地質教研室現有8名教師,教授2名,副教授3名,講師3名,其中具有博士學位的4人,碩士學位的4名。獲得的獎項包括校級講課比賽特等獎1名,二等獎1名,校級優秀教師1人,今年主持或參研的省部級及以上科研項目10余項,并承擔省級精品課程1項。雖然教研室在老師們的努力下取得了不錯的教學和研究成果,但是,和兄弟院校的工程地質教研相比,我們仍然存在諸多不足之處。首先就是教師隊伍建設的不足,工程地質是一門經驗型極強的專業,需要足夠豐富的現場工程經驗,因此需要老中青傳幫帶,讓青年老師盡快熟悉和掌握工程地質教學的技巧和方法。其次,對工程地質教學的重視程度不夠,課時設置偏少。最后,教學內容更新不夠及時,工程地質中先進的技術方法在教學中介紹的內容不夠多。因此,為了跟上國內兄弟院校土木工程地質教學的步伐,教學改革刻不容緩。
二、當前土木工程地質教學存在的問題
通過以上詳細的調查和對比分析,目前土木工程地質教學仍存在以下問題:
1、土木工程地質教材的使用各自為政。目前各個高校使用的教材基本上是各自高校的老師根據自己的講義編排而成,缺乏一個統一的標準,因而導致經典精品教材較少。單從教材的題目上足可看出目前教材缺乏統一性和協調性。例如中南大學所用的教材為《土木工程地質概論》,浙江大學的教材題名為《土力學與工程地質》,石家莊鐵道大學所用教材題名為《工程地質學基礎》等。
2、在教學內容上與其它課程交叉重復,無法突出本門課程的特色。工程地質是一門基礎課程,是巖土工程、隧道工程等課程學習的基礎,因此,由于與其它學科老師交流不夠充分,往往存在重復講授的情況。比如,以有效應力這個概念為例,在工程地質、土力學、基礎工程等課程都涉及到,由于這個概念的重要性,各科老師為了追求各門學科的系統性和完整性,都會著重講解這個概念,雖然在一定程度可以加深學生對這個知識點的理解,但是從側面也可說明知識的重復交叉導致學業內容的累贅。
3、課時安排過少。目前各所高校對土木工程地質這門課的重視程度,課堂課設課時大多是32~48個學時,因此,老師在安排教學進度時顯得極為緊張而緊湊。從實際教學安排來看,基本上講解完三大巖石、地下水、地質構造基本概念后,沒有足夠的時間深入來探討地質條件對工程的影響,往往后面工程應用的章節皆為學生自學。
4、知識學習與工程案例結合程度不夠。由于部分老師本身參與的工程項目不多,同時又由于課時的不夠,這兩部分原因導致學習的主要內容集中在枯燥的理論知識部分,學生容易產生枯燥情緒。
三、土木工程地質教學改革措施
為了很好地解決當前土木工程地質教學中存在的問題,讓學生從這門課程中更多地學習到有助于工程實踐的知識,必須有針對性對當前教學實踐中存在的問題進行改革,具體改革措施如下所述:
1、建立和完善土木工地質程精品課程精品課程建設既是壓力,又是動力。通過精品課程建設,可以找出當前教學中存在的薄弱環節,精簡重復的教學內容,突出本門課程的特色,使土木工程地質這門課的教學目標和任務更加明確。精品課程建設首先就是教材建設,因此,有必要根據新時期土木工程培養目標,并結合當前土木工程建設中出現的新問題、新方法、新技術,編寫一本深入淺出的教材,教材中不僅包含傳統的知識要點和概念,還應包含當前新的地質知識觀點、新的地質勘查手段等,同時還應包含工程實例,讓學生盡可能地更深入地建立起工程地質與工程項目的聯系。精品課程建設中重要的一條就是教師隊伍的建設,因此,有必要加大對教師隊伍的培養力度,引進和培養一批有新視野、新知識的老師,以此給課堂注入新的氣象。
2、注重教學手段和教學方法的革新注意授課的科學性與藝術性,在教學過程中,善于發揮學生的主導地位,采用“討論試”、“啟發式”教學模式。同時,要注重課前的準備,精心備好每一節課,善于總結歸納每節課的重點,以“主線法”講授課程知識。
3、增強對工程地質教學的重視對工程地質教學的重視首先就體現在教學和學習的時間上。盡量安排更多的課時,讓老師有足夠充分的時間去講解基礎概念和工程實例。同時,老師也可以通過其它方式來增加學生們的學習時間,比如規定某個主題,要求學生自主獨立進行文獻調研,完成該主題相關文獻的歸納總結,并加大平時學習報告在總成績中的比例。另外,強化考試試題庫建設,完善考試規范和制度,強化對學生進行專業知識訓練。最后,要重視工程地質實習在教學中的作用,因為該門課程的實踐性很強,需要從大自然中去認識和掌握工程地質現象,使學生鞏固在書本上學到的知識,有感性認識上升到理性認識,同時在野外地質實習過程中,亦可鍛煉學生們的體魄和吃苦耐勞的能力。
4、緊密聯系工程實踐學習的目的最終是為解決實際工程的問題,在教學的過程中融入工程實例有助于學生在正式進入工作崗位之前對其有初步的認識和了解,因此,工程實例教學是一個非常重要的手段。比如,老師可以把自身主持或參與的工程項目作為案例,結合書本知識講解如何解決工程問題,分享在解決工程問題過程中的心得體會,這樣寓教于樂的方式既能激發學生的學習興趣,又能讓他們積累相應的工程經驗知識。
本體知識地圖主要是對抽象客觀世界中的一些現象的概念進行模型的轉化,這種本體知識地圖不僅僅有著一定的明確性和形式化,同時也有著一定的共享性,主要是將共同認可的知識加以體現,并對相關領域中公認的概念集加以反映。總而言之,本體知識地圖主要是一種可以形式化的一種知識,同時也是一種具備管理知識的知識,這種特殊的本體知識地圖更是本著極其特殊的應用系統,有著極為廣泛的應用。
2本體知識地圖構建的主要技術
本體知識地圖構建過程中,往往有著一定的技術特征,本文首先分析了本體知識地圖構建過程中所遵循的基本原則,并對其方法作了簡單的講解。
2.1原則
本體知識地圖構建的過程中,同樣也要遵循一定的基本原則,一方面就要遵循明確性和客觀性的基本原則,另一方面就要遵循可擴展性和最小編碼偏差的基本原則,其原則往往有著一定的指導性,做好領域的分析和概念的增加,并保證本體知識地圖構建有著一定的規范化和科學化。
2.2方法
本體知識地圖構建中,往往需要借助于教學軟件,同時也要借助于手工的方法,實現本體知識地圖的共享性和互操作性。軟件開發生命周期中的IEEE1074-1995標準,在某種程度上并不是本體構建方法的標準,僅僅是一種知識工程領域中的軟件開發方法。在本體知識地圖構建的過程中,往往需要對其需求進行綜合性的分析,并對領域本體的建設實施,最后就要做好形式化的編碼以及確認評價。
3本體知識地圖在工程測繪專業教學中的應用
對于工程測繪專業教學而言,更要結合專業的特色和專業學生的學習心理狀態,并做好本體知識地圖的綜合應用。
3.1需求分析
本體知識地圖在工程測繪專業教學中的應用過程中,就要做好需求的分析。就工程測繪專業教學而言,其信息檢索系統緊緊是對簡單的關鍵詞進行搜索,并沒有綜合的考慮測繪專業領域相關的知識。當前工程測繪專業知識教學中,主要是由多個知識點組成的,而知識點之間往往存在各種各樣的聯系。在外部知識排序的過程中,就要對內部排序的基本因素進行詳細的了解,做好基礎的需求分析。語義檢索過程中,更要將用戶檢索請求的本體化全面提高,借助于本體知識地圖進而將關鍵詞檢索的局限性打破,將本體層次的檢索實現,并將檢索的覆蓋率和精度全面提高。
3.2教學系統的設計
工程測繪專業教學系統設計中,主要是對B/S模式加以采用,并結合J2EE框架的系統體系結構加以實現,學生和教師借助于瀏覽器,并對Web接口以及Web頁面加以采用,其服務器端更是對多層體系架構設計加以采用。這種教學體系設計的系統結構圖主要有用戶組、管理員組、語義查詢接口、學習資源采集接口以及數據結構本體等,其層次分別有瀏覽器用戶層、視圖表現層、應用服務器中間層、數據存儲層以及操作系統層和網絡層等。檢索的過程中,主要是采取直接輸入的方式,并對有意義的關鍵詞取出,查詢實現的過程中,盡可能的保障其有著一定圖元素集合,并借助于可視化的形式,將圖元素集合加以表現。
3.3工程測繪專業教學中本體知識地圖的建模過程
依據工程測繪專業教學中的具體情況,對工程測繪專業教學的結構領域加以確定,進而對本體知識地圖進行建立,并實現對教學和學習的一種輔助,通過借助于系統將學生的學習水平和實際的教學推理機制實現,并將學生將要學習的知識內容加以展現,幫助學生對學習中需要查詢的知識進行查詢。為用戶將精確的查詢結果提供。這種本體知識地圖系統的用戶主要有最終用戶和教師教學管理人員兩種。所謂的最終用戶也即是使用者學生,而教師和教學管理人員則是資源的一種加工者,并借助于提供的接口和網絡,對本體知識地圖庫進行豐富,進而為學生服務。本體知識地圖在實際的建模過程中,往往需要長期的進化和改進,通過借助于數據庫存儲本體作為后臺,將OWL接口作為前端,輸出輸入文件格式采取OWL格式,有利于對當前的Web信息進行綜合性的描述。本體知識地圖在構建的過程中,就要將測繪專業領域相對重要的概念和關系提出,并將其作為進化的一種中職,在各個專家的深層次交流之后,進而對測繪專業課程的核心主體進行初步的建立。在當前工程測繪專業教學而言,就要對現有的課程本體知識地圖相關概論進行嚴格的分析,并借助于計算機網上技術,對本體進行構建,盡可能的對大量的圖片和文字信息等資料進行搜集,借助于教師的教學經驗,做好教學內容的綜合性分析,盡可能的對部分知識點的結構圖進行總結。通過對各個知識點之間的關系進行全面的了解,并對教學內容的大部分重要知識獲取,借助于計算機算法的基本設計知識,實現教學內容和教學專家之間的溝通交流,并將內容學習的本體知識地圖進行建立,將個別化學習提供給學生。
3.4工程測繪專業教學中本體知識地圖的應用實現過程
工程測繪專業教學中,本體知識地圖主要是針對學生學習的基本特點和教學情況,借助于現代化信息技術和計算機技術,進而對教學內容的基本概念進行分析和確定,并確定教學的基本方法和教學的技巧,并對教學之間的關系進行分析,對知識的語義模型進行建立。工程測繪專業課程作為一門專業性的技術課程,在整體課程設計中更要對各個章節之間的銜接綜合性的考慮,并在實際的實施過程中,做好對信息的收集和處理工作。本體知識地圖在工程測繪專業教學中的應用過程中,通過對數據結構、線性結構樹形結構等加以采用,進而對測繪專業相關的教學內容進行確定。數據結構主要是對現實世界實體數學模型的一種描述,并借助于計算機操作實現的過程。而線性結構主要是對結構中數據元素的對應關系的一種描述,并保證對應關系中有著某種程度上的關聯。教學過程中,本體知識地圖查找時,就要借助于某一確定的關鍵詞,實現知識的搜索和教學,更要確定重要性的關系。對于工程測繪專業而言,其課程教學和學習過程往往有著一定的特殊性,而教材不僅僅對教學單元作了主要的安排,同時對于教學的進度也做了不同程度上的安排,而教學關系確定時,更要嚴格的按照于教學的知識點,并對教學之間的基本概念和相關的方法加以確定。學習資源和測繪專業數據結構的相關知識點更要做好分開的設計,測繪專業教學知識點背景知識、主要內容以及教學的主要特點均要進行詳細的說明,對于工程測繪專業學生而言,更要結合知識的難以程度進行劃分,盡可能的將教學知識的難度不僅僅要有著非常簡單和簡單兩個劃分,同時也要劃分為中等、困難和特別困難等級。對于相對典型的目標用戶而言,盡可能的將知識點學習的時間延長,并做好知識點角色用戶的劃分,合理的描述學習資源,對相關知識點的關聯屬性進行建立,借助于網狀結構,實現知識點和資源的連接。總而言之,工程測繪專業教學中本體知識地圖的應用,不僅僅為學生的知識學習提供了一定的便利,同時對于教師教學質量的提高和教學效率的提高也有著一定的積極影響作用。
4結語
強調課堂學習與室外地質調查相結合的學習方式。從書本上學習到的知識僅僅停留在理論階段,書本上對地質相關概念的描述仍比較抽象,因此,各所高校皆強調野外地質實習對學習該門課程的重要性,把課堂上學習到的基本概念與現實工程中的真實地質條件一一對應起來,加深對基本知識的理解和掌握。一般而言,野外地質實習內容常包括野外巖石的識別、地質構造和地質年代的識別、巖層、節理等產狀的測定和描述等。各所大學對以上工程地質基本知識的學同小異,其目的是對工程地質這門課程有一個基礎的認識和感知,但是,同時,各所高校之間在這門課程內容設置方面有各有所側重。清華大學、同濟大學增加了現代先進的地質勘查技術的學習內容,介紹了地質超前預報的相關方法、原理及應用,比如介紹了地質雷達、紅外線探水、TSP等先進手段在隧道工程建設的應用。中南大學、湖南大學對野外地質實習極為注重,實習內容包括地質認識實習和工程實踐實習兩個階段,實習實踐時間長達20~30天,考察湖南西部地區在建或已建項目所處較為復雜的地質條件,以一個工程建設者的角度參與到實際項目的建設中去認識地質現象。石家莊鐵道大學地質教研室現有8名教師,教授2名,副教授3名,講師3名,其中具有博士學位的4人,碩士學位的4名。獲得的獎項包括校級講課比賽特等獎1名,二等獎1名,校級優秀教師1人,今年主持或參研的省部級及以上科研項目10余項,并承擔省級精品課程1項。雖然教研室在老師們的努力下取得了不錯的教學和研究成果,但是,和兄弟院校的工程地質教研相比,我們仍然存在諸多不足處。首先就是教師隊伍建設的不足,工程地質是一門經驗型極強的專業,需要足夠豐富的現場工程經驗,因此需要老中青傳幫帶,讓青年老師盡快熟悉和掌握工程地質教學的技巧和方法。其次,對工程地質教學的重視程度不夠,課時設置偏少。最后,教學內容更新不夠及時,工程地質中先進的技術方法在教學中介紹的內容不夠多。因此,為了跟上國內兄弟院校土木工程地質教學的步伐,教學改革刻不容緩。
二、當前土木工程地質教學存在的問題
通過以上詳細的調查和對比分析,目前土木工程地質教學仍存在以下問題:
1、土木工程地質教材的使用各自為政。目前各個高校使用的教材基本上是各自高校的老師根據自己的講義編排而成,缺乏一個統一的標準,因而導致經典精品教材較少。單從教材的題目上足可看出目前教材缺乏統一性和協調性。例如中南大學所用的教材為《土木工程地質概論》,浙江大學的教材題名為《土力學與工程地質》,石家莊鐵道大學所用教材題名為《工程地質學基礎》等。
2、在教學內容上與其它課程交叉重復,無法突出本門課程的特色。工程地質是一門基礎課程,是巖土工程、隧道工程等課程學習的基礎,因此,由于與其它學科老師交流不夠充分,往往存在重復講授的情況。比如,以有效應力這個概念為例,在工程地質、土力學、基礎工程等課程都涉及到,由于這個概念的重要性,各科老師為了追求各門學科的系統性和完整性,都會著重講解這個概念,雖然在一定程度可以加深學生對這個知識點的理解,但是從側面也可說明知識的重復交叉導致學業內容的累贅。
3、課時安排過少。目前各所高校對土木工程地質這門課的重視程度,課堂課設課時大多是32~48個學時,因此,老師在安排教學進度時顯得極為緊張而緊湊。從實際教學安排來看,基本上講解完三大巖石、地下水、地質構造基本概念后,沒有足夠的時間深入來探討地質條件對工程的影響,往往后面工程應用的章節皆為學生自學。
4、知識學習與工程案例結合程度不夠。由于部分老師本身參與的工程項目不多,同時又由于課時的不夠,這兩部分原因導致學習的主要內容集中在枯燥的理論知識部分,學生容易產生枯燥情緒。
三、土木工程地質教學改革措施
為了很好地解決當前土木工程地質教學中存在的問題,讓學生從這門課程中更多地學習到有助于工程實踐的知識,必須有針對性對當前教學實踐中存在的問題進行改革,具體改革措施如下所述:
1、建立和完善土木工地質程精品課程精品課程建設既是壓力,又是動力。通過精品課程建設,可以找出當前教學中存在的薄弱環節,精簡重復的教學內容,突出本門課程的特色,使土木工程地質這門課的教學目標和任務更加明確。精品課程建設首先就是教材建設,因此,有必要根據新時期土木工程培養目標,并結合當前土木工程建設中出現的新問題、新方法、新技術,編寫一本深入淺出的教材,教材中不僅包含傳統的知識要點和概念,還應包含當前新的地質知識觀點、新的地質勘查手段等,同時還應包含工程實例,讓學生盡可能地更深入地建立起工程地質與工程項目的聯系。精品課程建設中重要的一條就是教師隊伍的建設,因此,有必要加大對教師隊伍的培養力度,引進和培養一批有新視野、新知識的老師,以此給課堂注入新的氣象。
2、注重教學手段和教學方法的革新注意授課的科學性與藝術性,在教學過程中,善于發揮學生的主導地位,采用“討論試”、“啟發式”教學模式。同時,要注重課前的準備,精心備好每一節課,善于總結歸納每節課的重點,以“主線法”講授課程知識。
3、增強對工程地質教學的重視對工程地質教學的重視首先就體現在教學和學習的時間上。盡量安排更多的課時,讓老師有足夠充分的時間去講解基礎概念和工程實例。同時,老師也可以通過其它方式來增加學生們的學習時間,比如規定某個主題,要求學生自主獨立進行文獻調研,完成該主題相關文獻的歸納總結,并加大平時學習報告在總成績中的比例。另外,強化考試試題庫建設,完善考試規范和制度,強化對學生進行專業知識訓練。最后,要重視工程地質實習在教學中的作用,因為該門課程的實踐性很強,需要從大自然中去認識和掌握工程地質現象,使學生鞏固在書本上學到的知識,有感性認識上升到理性認識,同時在野外地質實習過程中,亦可鍛煉學生們的體魄和吃苦耐勞的能力。
4、緊密聯系工程實踐學習的目的最終是為解決實際工程的問題,在教學的過程中融入工程實例有助于學生在正式進入工作崗位之前對其有初步的認識和了解,因此,工程實例教學是一個非常重要的手段。比如,老師可以把自身主持或參與的工程項目作為案例,結合書本知識講解如何解決工程問題,分享在解決工程問題過程中的心得體會,這樣寓教于樂的方式既能激發學生的學習興趣,又能讓他們積累相應的工程經驗知識。
四、結語