地下工程施工技术课程问题驱动式教学探索
作者： 曲萍 杨洁［摘 要］ 随着地下空间开发利用的深化，地下工程施工技术课程在工程教育中的重要性日益凸显。然而，传统的教学模式过于侧重理论传授，忽视了对学生解决实际问题能力的培养，在一定程度上限制了学生的全面发展。问题驱动式教学法作为一种以问题为导向，强调主动学习的教学模式，旨在激发学生的学习兴趣，提升其分析和解决实际问题的能力。探讨问题驱动式教学法在地下工程施工技术课程中的应用，旨在通过引入这种教学模式，改革课程教学，以更好地适应工程教学的发展需求和行业对人才的实际要求。
［关 键 词］ 地下工程施工技术；问题驱动式；盾构技术；隧道掘进技术；城市地铁建设
［中图分类号］ G642 ［文献标志码］ A ［文章编号］ 2096-0603（2024）36-0125-04
随着城市化进程的加速，地下空间的开发利用变得越来越重要，地下工程施工技术课程作为土木工程专业的重要组成部分，旨在培养学生掌握地下工程的设计、施工及管理技能。然而，传统的教学模式忽视了实践能力和创新思维的培养。在当前工程领域对解决复杂地下工程问题的需求日益增长的背景下，如何激发学生的学习兴趣，提高他们解决实际问题的能力，成为教育工作者亟待解决的问题[1]。问题驱动式教学法作为一种以问题为导向，强调主动学习和探究的教学模式，为改革地下工程施工技术课程提供了新的思路。
一、地下工程施工技术课程特点
地下工程施工技术是一门涵盖地质学、力学、土木工程等多个学科领域的综合性课程。其特点主要体现在以下方面：（1）复杂性。地下工程涉及复杂的地质条件，如地下水、岩土性质、地应力分布等，要求学生具备扎实的地质基础和力学知识，以便对各种复杂情况进行分析。（2）实践性强。地下工程的设计与施工，需要实地考察和现场操作，课程内容紧密联系实际工程，强调实践操作技能的培养。（3）安全性关注。由于地下工程的隐蔽性和不可逆性，安全因素至关重要。课程应着重讲解风险评估和安全防护措施，培养学生的风险意识和安全施工理念[2]。（4）技术更新快。随着科技的发展，新的施工技术和设备不断涌现，如TBM掘进机、盾构技术等，课程需要及时跟进，确保学生掌握最新技术动态。（5）跨学科融合。地下工程设计与施工涉及地质、结构、流体力学等多个学科，要求学生具备跨学科的知识结构，能综合运用不同领域的知识解决实际问题。（6）法规与规范性强。地下工程受法律法规和行业标准的严格约束，课程需教授相关法规知识，培养学生遵守规范的意识和能力[3]。
二、问题驱动式教学法概述
问题驱动式教学法是一种以问题为中心的教学模式，强调在学习过程中激发学生的好奇心和探索欲望，通过提出真实、富有挑战性的问题，引导学生主动学习。该方法鼓励学生积极参与，从解决实际问题的角度出发，深化对理论知识的理解和应用。在地下工程施工技术课程中，问题驱动式教学法打破传统的讲授模式，将被动接受知识转变为积极寻求解决方案的过程[4]。
三、地下工程施工技术课程知识体系与问题驱动的契合点
（一）工程实际问题与理论知识的紧密结合
在地下工程施工技术课程中，问题驱动式教学法强调将实际工程案例与理论知识相结合，以此激发学生的学习兴趣和求知欲。例如，引入城市地铁建设中的隧道掘进技术，让学生分析盾构机的工作原理、地质条件对施工的影响以及如何进行风险评估。通过这种方式，学生不仅能理解理论知识，如土木工程力学、岩土性质和施工管理，还能看到这些知识在实际工程中的应用，从而提高他们解决实际问题的能力。此外，结合具体案例，教师可引导学生讨论和解决复杂的工程问题，如地下水控制、支护结构设计和环境保护等。问题驱动教学方式不仅使理论知识变得生动，而且有助于培养学生的批判性思维和创新意识，为他们未来从事地下工程工作打下坚实的基础。
（二）培养学生独立分析和解决问题的能力
在地下工程施工技术课程中，问题驱动式教学法强调以实际工程问题为出发点，引导学生深入理解和运用理论知识。问题驱动式教学模式鼓励学生自主探究，从而培养他们独立分析和解决问题的能力。设置具有挑战性的问题，学生需要结合课堂所学，查找相关文献，甚至进行实地调研，以找到解决问题的最佳方案。例如，针对地铁隧道施工中的地下水控制问题，教师提出一系列相关问题，如何选择合适的降水方法，如何预测和控制地下水位下降对周边环境的影响等。学生在解决这些问题的过程中，不仅巩固理论知识，还能锻炼其独立思考和解决实际问题的能力。此外，问题驱动的教学模式也促进了学生的批判性思维，使他们在面对复杂工程问题时，从多角度分析，提出创新性的解决方案。
（三）强调实践性和应用性
在地下工程施工技术课程中，问题驱动式教学法强调将理论知识与实际工程问题相结合，突出实践性和应用性。学生在解决具体问题的过程中，理解并掌握复杂的理论概念，提高他们将所学知识应用于实际工作场景的能力。例如，教师引入真实的地下工程案例，如地铁隧道建设或地下停车场设计，让学生分析其施工过程中的技术难题，如地下水处理、地层稳定性分析等。实践性的学习方式，不仅使学生能够深入理解理论知识的实际应用，还能激发他们的学习兴趣和创新思维[5]。同时，它鼓励学生在解决实际问题的过程中，运用跨学科的知识，如地质学、力学和工程管理，以增强其综合解决问题的能力。因此，问题驱动式教学法在地下工程施工技术课程中的实施，有助于培养具备扎实理论基础和实践经验的工程技术人才，更好地适应行业需求。
四、跨学科知识的融合与应用
地下工程涉及土木工程、地质工程、环境科学等多个领域的知识，要求学生具备广阔的知识视野和良好的知识整合能力。例如，在解决地下水控制问题时，不仅需运用土力学和流体力学的理论，还要考虑环境保护和可持续性的生态学原则。采取问题驱动的教学模式，学生在解决实际问题的过程中，自然将这些不同学科的知识串联起来，形成一个有机的整体。例如，当面对一个涉及地下水位下降引起的地面沉降问题时，学生需理解地质学中的地层结构和地下水动态，运用流体力学计算抽水影响半径，同时还需考虑环境保护法规对地下水抽取的限制。科学的问题设置，促使学生跨越传统的学科界限，深入理解和应用跨学科知识，从而提高他们解决复杂工程问题的能力。此外，教师可设计跨学科的团队项目，鼓励学生从各自的专业角度出发，共同研究和解决一个综合性问题。
五、地下工程施工技术课程问题驱动式教学探索过程中的挑战
（一）问题设计难度把握不当
在实施问题驱动式教学法的过程中，问题的设计是关键的一环。教师在设置问题时，未能准确定位学生的知识水平和认知能力，导致问题过于简单而缺乏挑战性，或过于复杂使学生感到困惑和挫败。过难的问题使学生望而却步，无法激发他们的探究欲望，而过易的问题则可能无法促使学生深入思考和提升能力。
（二）理论与实践脱节
传统的教学模式侧重于理论知识的传授，而忽视将其与实际工程场景相结合。学生在课堂上掌握了丰富的理论知识，但在面对实际工程问题时，却无法将所学应用于解决具体问题。理论与实际脱节，导致学生缺乏将理论知识转化为实践技能的能力，限制他们解决复杂工程问题的潜力。例如，学生对土力学的理论理解深入，但在遇到实际的地下工程问题，如隧道掘进过程中的地层稳定性分析时，会感到困惑，因为他们没有足够的机会将理论知识与现场条件、施工工艺和安全因素等实际因素结合起来。此外，由于缺乏实践平台和机会，学生无法体验到从理论设计到实际施工的全过程，使得他们在面对真实世界的挑战时显得准备不足。
（三）学生参与度不高
一方面，传统的讲授模式使部分学生习惯于被动接受知识，对于主动参与问题解决缺乏积极性。另一方面，问题驱动的教学模式要求学生具备一定的自主学习能力和批判性思维，但部分学生的这些能力尚未得到充分锻炼，导致他们在面对复杂工程问题时感到困惑和无助，进而降低了参与意愿。此外，课程设计中的互动环节若不够吸引人，也导致学生参与度低。例如，讨论环节可能过于理论化，缺乏实际情境的关联，使得学生难以产生共鸣。如果教师未充分激发学生的兴趣，或者未给予足够的指导和支持，学生会感到迷茫，从而选择旁观而非积极参与。
（四）评估与反馈机制不完善
当前在地下工程施工技术课程中实施问题驱动式教学时，评估与反馈机制未能充分发挥其应有的作用。传统的考试制度常常侧重于理论知识的记忆与理解，而在问题驱动的教学模式下，更应关注学生解决实际问题的能力和创新思维的培养。因此，现有的评估体系无法全面评价学生在问题解决过程中的表现，如团队协作能力、批判性思维和实际操作技能等。此外，反馈环节也存在不足。教师对学生的即时反馈，是引导学生深入思考和持续改进的关键，但实际操作中，由于班级规模较大或教师工作量繁重，个别化指导难以实现，导致学生无法及时获得针对性的建议，从而影响学习效果。
（五）跨学科知识的整合难度大
在地下工程施工技术课程中实施问题驱动式教学，需要学生具备广泛的跨学科知识，如地质学、力学、材料科学以及环境工程等。然而，将这些不同领域的知识有效地融入实际工程问题的解决过程中，对学生和教师都提出了挑战。一方面，学生在某一学科领域有深入理解，但在其他领域较为薄弱，在面对综合性问题时感到困惑。另一方面，教师需具备深厚的多学科背景，以便引导学生跨越知识边界，在当前的教学资源配置下并不易实现。此外，教材和教学资源通常按照单一学科划分，缺乏对跨学科知识整合的支持，使得教学过程中的知识串联和整合变得困难。
六、地下工程施工技术课程问题驱动式教学的优化策略
（一）问题导入与情境创设
在地下工程施工技术课程中，问题导入与情境创设，是问题驱动式教学的关键步骤。教师应精心设计与工程实际紧密相关的问题，激发学生的学习兴趣和求知欲。例如，可引入城市地铁建设中的隧道掘进难题，如何解决地下水渗漏或地层稳定性问题，让学生在真实的工程背景下思考和探索解决方案。加强问题导入，不仅使学生感受到理论知识的实际应用价值，还能帮助他们理解理论与实践之间的联系。同时，情境创设则需构建逼真的工程场景，让学生置身于问题解决的过程中，包括利用虚拟仿真技术重现复杂的地下施工环境，或者组织参观实地工地，让学生亲身体验地下工程的各个环节。例如，教师可设计一个模拟的隧道施工项目，让学生分组讨论和制订施工方案，考虑地质条件、安全因素、成本控制等多个维度，从而提升他们综合运用知识的能力。通过问题导入与情境创设，地下工程施工技术课程能够有效地将抽象的理论知识转化为生动的实践问题，促进学生的主动学习和深度思考，为后续的问题分析和解决奠定坚实的基础。
（二）问题分析与知识讲解
教师应引导学生深入理解工程实际问题，将其转化为可探究的学术问题，激发学生的求知欲。例如，针对隧道掘进中的支护设计问题，教师可提出如何在不同地质条件下选择合适的支护类型和参数。分析问题的复杂性和多因素影响，学生将自然地引入相关理论知识的学习中，如岩土力学、结构稳定性分析等。在知识讲解阶段，教师由信息传递者，转变为引导者和协助者。教师应以问题导向，有针对性地讲解相关的理论知识，确保学生运用这些知识去解决实际问题。例如，讲解隧道掘进中的围岩分类和稳定性评价方法，使学生理解不同地质条件对支护设计的影响。同时，强调知识的应用性，鼓励学生思考如何将理论应用于实际工程中，以解决之前提出的问题。加强问题分析与知识讲解，学生不仅掌握了理论知识，还学会如何将理论与实际相结合，提高了分析问题和解决问题的能力，有助于培养学生的批判性思维和创新意识。