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摘 要 针对岩土钻掘工程课程教学中存在的问题，通过广泛调研并结合现场教学经验，从教材建设、教学方法、考评方式、实践教学体系建设、团队组成等方面提出改进措施，以期提高课程的教学质量和激发学生的学习兴趣，满足新形势下对学生实践能力和创新意识综合培养的实际需求。
关键词 岩土钻掘工程；教材；SolidWorks；实践教学；虚拟教学平台
中图分类号：G642.3 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2018）14-0098-03
Construction and Practice of Teaching System of Drilling and Tunneling Engineering//WANG Jialiang
Abstract According to the shortcomings of drilling and tunneling engineering course and based on the practice of course teaching ex-
perience， this paper analyses the case from teaching material con-struction， teaching approach， performance appraisal method， practice
teaching system， teaching team construction to improve teaching effectiveness and stimulate interest to study， meeting the demand for cultivating student the ability of practice and innovation.
Key words drilling and tunneling engineering； teaching material； SolidWorks； practice teaching； virtual teaching platform
1 前言
岩土钻掘工程是地質类专业的必修基础课程，其以资源勘查为应用背景，重点介绍在资源勘探过程中所涉及的岩心钻机配套设备、金刚石碎岩工具、泥浆配方体系、钻进工艺等，为相关专业学生毕业后从事矿产资源勘查、水文地质及油气井钻探、地下深部科学探测的方面工作奠定理论基础和知识储备[1-2]。本课程涉及地质学、机械设计原理、流体力学、粉末冶金学、地下工程与施工等多学科知识，具有较强的学科交叉性，对于完善学生的专业知识体系、培养实践创新能力具有重要意义[3]。本文结合在岩土钻掘工程课程教学过程中发现的问题进行探讨，旨在提高课程的教学质量，激发学生的学习兴趣，培养其综合素质与专业技能，以满足时下资源勘查行业快速发展的实际需求。
2 岩土钻掘工程课程教学现状
岩土钻掘工程是一门实用性和实践性很强的专业课程，着重培养学生在工程应用中的创新与实践能力，对学生的知识储备体系要求较高。岩土钻掘工程课程在教学过程中存在以下几方面问题。
不同专业对课程侧重存在较大差异 本课程的授课对象主要是地质和地下工程相关专业的学生，不同专业对本课程的侧重点各不相同。地质类专业往往更多侧重于地质因素影响，在诸如岩心钻机、取心钻具结构及工作原理等涉及机械设计和工程技术的章节学习中，由于学生相关基础知识较薄弱，往往产生为难情绪，无法准确理解相关知识点。地下工程类专业则往往更多关注施工技术规程和设备本身的性能，缺乏对地质因素影响的综合考虑意识。然而，岩土钻掘工程既涵盖了地质学的基本知识，又兼顾了工程技术和方法，属于多学科交叉领域，只有将二者有机结合，才能更好地培养学生综合运用多学科知识处理工程实际问题的能力[4]。
教材内容有待进一步更新 岩土钻掘工程作为一门集理论、实践、应用于一体的综合性课程，随着新技术的应用和发展，其所授内容的知识更新较快。现有的教材虽然根据不同的授课专业对象特点，各有侧重，但是均存在课程教学内容相对陈旧，章节内容不够精练，无法较好地与实际相结合等问题。例如：在钻机与泵的章节中，仍以介绍立轴式钻机结构为主，而近年来在绿色钻探理念下迅速发展的轻便模块化全液压钻机、便携式钻机、直驱式顶驱钻机、海底取心钻机却未提及；在土样及岩矿心的采取章节中，介绍的绳索取心钻具仍以老旧的S-75为原型，而在实践中对到位报信机构、弹卡定位机构不断改进完善并得到广泛应用的新型绳索取心钻具却未介绍，使得学生在生产实习中容易出现现场见到的书本没有讲、书本讲的现场找不到的情况。
常规教学模式无法满足教学要求 本课程专业性极强，其目标是通过课程教学，使学生全面掌握钻探过程中的基本工艺原理和钻进工艺方法，提高学生综合分析和解决工程问题的能力。本课程的教学模式是结合配套的讲义和相关设备结构原理图，以教师讲授为主。教师首先介绍课程大纲及所需的预备知识及参考书目，然后就课程章节内容进行单元模块分类，根据所授对象的专业背景进行有所侧重的讲授。这种教学模式主要以教师为主体，师生间的有效交流互动较少。
此外，目前尚未完全建立与岩土钻掘工程课程教学相匹配的实践教学环境，存在现场实践环节流于形式，实验设备利用率低，实验资源与实验学时安排有限等实际问题，难以帮助学生迅速建立专业归属感，影响学生进一步深入拓展课程学习内容的兴趣，导致实际教学效果不理想。
部分学生的学习积极性较低 一方面，随着近年来国民经济发展的稳步提升，地质类专业学生生源来自城镇的比例大幅提高，作为一个相对艰苦的工程行业，少数学生缺乏吃苦耐劳精神，尚未树立正确的专业思想；另一方面，随着我国经济发展模式向稳增长、促改革、调结构、惠民生的新常态化方向的转型，传统地勘行业就业形势有所下滑，且受当下毕业生就业形式多样化的影响，部分学生毕业后并不会首选地勘行业，易形成学无所用的错误思维，导致其学习积极性下降。 3 岩土钻掘工程课程建设探索
结合岩土钻掘工程课程教学的特点和不足，在教材选取、教学方法、实践教学体系、课程考评方式、团队建设等方面提出进一步改进措施，以便更好地提高学生的创新和实践能力。
重视教材的选择 针对不同专业背景，现有的教材内容侧重各有不同，在授课过程中应综合考虑学校的特色和授课对象专业背景，对教材内容进行合理取舍与补充，以实现“重基础、宽口径”的人才培养目标。例如：对于岩土工程方向的学生，在授课过程中宜精讲岩土钻进、工程施工相关部分；对于地质工程方向的学生，宜将教学重点安排在钻机与泵、回转钻进工艺、土样及岩矿心采取等相关章节，做到既不脱离大纲，也不过分依赖教材。此外，教师应注意追踪《探矿工程（岩土钻掘工程）》《煤田地质与勘探》《地质装备》等行业期刊的文献更新，将行业的发展前沿与授课内容有机结合，激发学生进一步深入学习和拓展教材内容的兴趣。
教学方法改进
首先，教师在教学过程中应将科研项目与教学内容适当结合，为学生提供一个真实的案例情境，有利于培养和强化其发现问题、分析问题的能力。如在讲授金刚石钻头的相关知识内容时，首先帮助学生分析影响钻头钻进效率的因素，然后开展讨论交流，探索如何在兼顾钻头寿命的前提下进一步改善其钻进性能，引导学生利用已掌握的知识对比分析不同改进方案各自的优缺点，巩固加深相关知识点的理解。开放式的话题讨论有利于提高学生利用已有理论知识分析问题的能力，提升课堂的师生互动率，激发学生主动思考、积极探究的创新精神。
其次，由于地质类专业的学生机械设计基础较薄弱，在诸如钻机及相关配套机具的工作原理等偏机械类章节的讲授时，应重视多媒体技术的运用，通过虚拟装配演示手段并结合教材中的结构原理图，帮助学生理解其工作原理。如在讲授绳索取心钻具的工作原理时，借助SolidWorks软件对钻具零部件进行虚拟装配，在装配演示过程中，学生能够清晰地观看到零部件间的配合方式，直观理解钻具的单动性能如何实现、收卡筒与弹卡间的联动方式、到位报信球阀的工作原理等教学难点。
最后，在授课过程中应对课程内容进行模块化单元分类，在每一模块单元结束后，结合当下钻探向绿色环保方向发展的要求，展开一次特色专题讨论，重点介绍为避免在施工作业中对环境的破坏，在施工设备、转运进场方式、施工工艺、配套泥浆体系、配套钻具及金刚石碎岩工具等方面所展开的针对性改进措施，进一步开阔学生的学科视野，提高课程学习兴趣。
加强配套实践教学体系建设 受课程学时较少的限制，以及当下相关生产企业出于人身安全及生产效率等方面的顾虑，现场实习普遍存在参观为主、时间较短、无实操等现实情况，简短的现场参观无法帮助学生全面了解钻探施工的整个流程，实习效果欠佳。
在实践教学体系建设中首先宜重视钻探虚拟教学平台建设，利用多媒体虚拟仿真技术帮助学生在实验室体验并熟悉整个钻探流程，进行虚拟实操。其一方面能够弥补现场实习存在的不足，另一方面能够在一定程度上解决钻探实践教学中存在的成本高、安全风险大等问题[5]。
其次宜实行开放实验室制度，教师应加强诸如钻头切削齿齿型优化设计、不同地层钻井液配置、钻具结构局部改良等对实验设备要求不高、难度适中、学生能够短时间内完成的实验内容设计，尽可能多地提高教学实验资源的利用率，让学生在参与开放性实验的过程中提高自身创新思维能力。
此外，在实践教学中应加强专业思想教育，培养树立扎实肯干、刻苦钻研的钻探精神，为学习好本课程打下基础。
课程考评方法改进 合理设计课程考评方式是提高学生创新思维和自主学习能力的有效措施。现有的闭卷考试方式是对学生能力与教学效果评估的唯一检验标尺，该种测评方式一定程度上影响了学生的学习积极性，学生易过分依赖标准答案以获取高分数，不利于创新探索和实践钻研精神的培养。新的考评体系应注意综合考虑学生参与教师创新科研项目、学习学术论文写作、撰写相关章节学习笔记等衡量创新意识与钻研精神的量化指标，以期提高学生的学习积极性和主动性。
教学团队建设
首先，在师资队伍的构建上应注意年龄梯度，形成老中青不同年龄层次教师的合理搭配。一方面，教学经验丰富的老教师能够帮助青年博士提升教学技能，尽早完成由学生向教师的角色转型；另一方面，青年博士能够发挥自身外语水平高、文献追踪能力强、PPT等多媒体制作技能丰富的优点，查阅最新资料、丰富教学素材，提升课件质量，帮助学生更加清晰直观地理解相关知识点。
其次，應多鼓励青年博士深入一线钻探现场和相关配套行业的生产单位，在一线了解行业的发展动态和趋势，提升自身专业素质和实践应用能力。
最后，宜邀请现场实践经验丰富且又有理论基础的一线高级工程师以适当的形式参与教学过程，帮助学生更好地了解和掌握行业的发展趋势。
4 结语
岩土钻掘工程课程具有学科交叉、知识面广的特点，其对培养实践与创新能力兼顾的探矿类人才提出更高的要求，教学改革势在必行。教学过程中应以适应新形势下的人才培养需求为原则，注重培养学生实践应用和思维创新意识，在增强教学效果的同时，为学生日后从事相关工作及继续深造打下良好的理论基础。
参考文献
[1]冯建国，高宗军，林玉祥，等.新形势下“探矿工程”课程建设和人才培养[J].高教学刊，2016，9（6）：216-217.
[2]杨伟峰，夏筱红.把握专业应用需求注重实践触发创新：以“岩土钻掘工程”课程创新实践为例[J].中国地质教育，2011（1）：55-57.
[3]郭艳，冯松宝.钻探工程学教学改革[J].阴山学刊：自然科学版，2017，31（3）：111-113.
[4]杨伟峰.岩土钻掘工程系列课程体系建设与教学实践[J].高等建筑教育，2016，25（5）：83-85.
[5]韦猛，霍宇翔，李谦.虚实结合的地质工程实践教学方法改革探索：钻探虚拟仿真实验教学平台研究[J].探矿工程：岩土钻掘工程，2017，44（1）：87-92.
关键词 岩土钻掘工程；教材；SolidWorks；实践教学；虚拟教学平台
中图分类号：G642.3 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2018）14-0098-03
Construction and Practice of Teaching System of Drilling and Tunneling Engineering//WANG Jialiang
Abstract According to the shortcomings of drilling and tunneling engineering course and based on the practice of course teaching ex-
perience， this paper analyses the case from teaching material con-struction， teaching approach， performance appraisal method， practice
teaching system， teaching team construction to improve teaching effectiveness and stimulate interest to study， meeting the demand for cultivating student the ability of practice and innovation.
Key words drilling and tunneling engineering； teaching material； SolidWorks； practice teaching； virtual teaching platform
1 前言
岩土钻掘工程是地質类专业的必修基础课程，其以资源勘查为应用背景，重点介绍在资源勘探过程中所涉及的岩心钻机配套设备、金刚石碎岩工具、泥浆配方体系、钻进工艺等，为相关专业学生毕业后从事矿产资源勘查、水文地质及油气井钻探、地下深部科学探测的方面工作奠定理论基础和知识储备[1-2]。本课程涉及地质学、机械设计原理、流体力学、粉末冶金学、地下工程与施工等多学科知识，具有较强的学科交叉性，对于完善学生的专业知识体系、培养实践创新能力具有重要意义[3]。本文结合在岩土钻掘工程课程教学过程中发现的问题进行探讨，旨在提高课程的教学质量，激发学生的学习兴趣，培养其综合素质与专业技能，以满足时下资源勘查行业快速发展的实际需求。
2 岩土钻掘工程课程教学现状
岩土钻掘工程是一门实用性和实践性很强的专业课程，着重培养学生在工程应用中的创新与实践能力，对学生的知识储备体系要求较高。岩土钻掘工程课程在教学过程中存在以下几方面问题。
不同专业对课程侧重存在较大差异 本课程的授课对象主要是地质和地下工程相关专业的学生，不同专业对本课程的侧重点各不相同。地质类专业往往更多侧重于地质因素影响，在诸如岩心钻机、取心钻具结构及工作原理等涉及机械设计和工程技术的章节学习中，由于学生相关基础知识较薄弱，往往产生为难情绪，无法准确理解相关知识点。地下工程类专业则往往更多关注施工技术规程和设备本身的性能，缺乏对地质因素影响的综合考虑意识。然而，岩土钻掘工程既涵盖了地质学的基本知识，又兼顾了工程技术和方法，属于多学科交叉领域，只有将二者有机结合，才能更好地培养学生综合运用多学科知识处理工程实际问题的能力[4]。
教材内容有待进一步更新 岩土钻掘工程作为一门集理论、实践、应用于一体的综合性课程，随着新技术的应用和发展，其所授内容的知识更新较快。现有的教材虽然根据不同的授课专业对象特点，各有侧重，但是均存在课程教学内容相对陈旧，章节内容不够精练，无法较好地与实际相结合等问题。例如：在钻机与泵的章节中，仍以介绍立轴式钻机结构为主，而近年来在绿色钻探理念下迅速发展的轻便模块化全液压钻机、便携式钻机、直驱式顶驱钻机、海底取心钻机却未提及；在土样及岩矿心的采取章节中，介绍的绳索取心钻具仍以老旧的S-75为原型，而在实践中对到位报信机构、弹卡定位机构不断改进完善并得到广泛应用的新型绳索取心钻具却未介绍，使得学生在生产实习中容易出现现场见到的书本没有讲、书本讲的现场找不到的情况。
常规教学模式无法满足教学要求 本课程专业性极强，其目标是通过课程教学，使学生全面掌握钻探过程中的基本工艺原理和钻进工艺方法，提高学生综合分析和解决工程问题的能力。本课程的教学模式是结合配套的讲义和相关设备结构原理图，以教师讲授为主。教师首先介绍课程大纲及所需的预备知识及参考书目，然后就课程章节内容进行单元模块分类，根据所授对象的专业背景进行有所侧重的讲授。这种教学模式主要以教师为主体，师生间的有效交流互动较少。
此外，目前尚未完全建立与岩土钻掘工程课程教学相匹配的实践教学环境，存在现场实践环节流于形式，实验设备利用率低，实验资源与实验学时安排有限等实际问题，难以帮助学生迅速建立专业归属感，影响学生进一步深入拓展课程学习内容的兴趣，导致实际教学效果不理想。
部分学生的学习积极性较低 一方面，随着近年来国民经济发展的稳步提升，地质类专业学生生源来自城镇的比例大幅提高，作为一个相对艰苦的工程行业，少数学生缺乏吃苦耐劳精神，尚未树立正确的专业思想；另一方面，随着我国经济发展模式向稳增长、促改革、调结构、惠民生的新常态化方向的转型，传统地勘行业就业形势有所下滑，且受当下毕业生就业形式多样化的影响，部分学生毕业后并不会首选地勘行业，易形成学无所用的错误思维，导致其学习积极性下降。 3 岩土钻掘工程课程建设探索
结合岩土钻掘工程课程教学的特点和不足，在教材选取、教学方法、实践教学体系、课程考评方式、团队建设等方面提出进一步改进措施，以便更好地提高学生的创新和实践能力。
重视教材的选择 针对不同专业背景，现有的教材内容侧重各有不同，在授课过程中应综合考虑学校的特色和授课对象专业背景，对教材内容进行合理取舍与补充，以实现“重基础、宽口径”的人才培养目标。例如：对于岩土工程方向的学生，在授课过程中宜精讲岩土钻进、工程施工相关部分；对于地质工程方向的学生，宜将教学重点安排在钻机与泵、回转钻进工艺、土样及岩矿心采取等相关章节，做到既不脱离大纲，也不过分依赖教材。此外，教师应注意追踪《探矿工程（岩土钻掘工程）》《煤田地质与勘探》《地质装备》等行业期刊的文献更新，将行业的发展前沿与授课内容有机结合，激发学生进一步深入学习和拓展教材内容的兴趣。
教学方法改进
首先，教师在教学过程中应将科研项目与教学内容适当结合，为学生提供一个真实的案例情境，有利于培养和强化其发现问题、分析问题的能力。如在讲授金刚石钻头的相关知识内容时，首先帮助学生分析影响钻头钻进效率的因素，然后开展讨论交流，探索如何在兼顾钻头寿命的前提下进一步改善其钻进性能，引导学生利用已掌握的知识对比分析不同改进方案各自的优缺点，巩固加深相关知识点的理解。开放式的话题讨论有利于提高学生利用已有理论知识分析问题的能力，提升课堂的师生互动率，激发学生主动思考、积极探究的创新精神。
其次，由于地质类专业的学生机械设计基础较薄弱，在诸如钻机及相关配套机具的工作原理等偏机械类章节的讲授时，应重视多媒体技术的运用，通过虚拟装配演示手段并结合教材中的结构原理图，帮助学生理解其工作原理。如在讲授绳索取心钻具的工作原理时，借助SolidWorks软件对钻具零部件进行虚拟装配，在装配演示过程中，学生能够清晰地观看到零部件间的配合方式，直观理解钻具的单动性能如何实现、收卡筒与弹卡间的联动方式、到位报信球阀的工作原理等教学难点。
最后，在授课过程中应对课程内容进行模块化单元分类，在每一模块单元结束后，结合当下钻探向绿色环保方向发展的要求，展开一次特色专题讨论，重点介绍为避免在施工作业中对环境的破坏，在施工设备、转运进场方式、施工工艺、配套泥浆体系、配套钻具及金刚石碎岩工具等方面所展开的针对性改进措施，进一步开阔学生的学科视野，提高课程学习兴趣。
加强配套实践教学体系建设 受课程学时较少的限制，以及当下相关生产企业出于人身安全及生产效率等方面的顾虑，现场实习普遍存在参观为主、时间较短、无实操等现实情况，简短的现场参观无法帮助学生全面了解钻探施工的整个流程，实习效果欠佳。
在实践教学体系建设中首先宜重视钻探虚拟教学平台建设，利用多媒体虚拟仿真技术帮助学生在实验室体验并熟悉整个钻探流程，进行虚拟实操。其一方面能够弥补现场实习存在的不足，另一方面能够在一定程度上解决钻探实践教学中存在的成本高、安全风险大等问题[5]。
其次宜实行开放实验室制度，教师应加强诸如钻头切削齿齿型优化设计、不同地层钻井液配置、钻具结构局部改良等对实验设备要求不高、难度适中、学生能够短时间内完成的实验内容设计，尽可能多地提高教学实验资源的利用率，让学生在参与开放性实验的过程中提高自身创新思维能力。
此外，在实践教学中应加强专业思想教育，培养树立扎实肯干、刻苦钻研的钻探精神，为学习好本课程打下基础。
课程考评方法改进 合理设计课程考评方式是提高学生创新思维和自主学习能力的有效措施。现有的闭卷考试方式是对学生能力与教学效果评估的唯一检验标尺，该种测评方式一定程度上影响了学生的学习积极性，学生易过分依赖标准答案以获取高分数，不利于创新探索和实践钻研精神的培养。新的考评体系应注意综合考虑学生参与教师创新科研项目、学习学术论文写作、撰写相关章节学习笔记等衡量创新意识与钻研精神的量化指标，以期提高学生的学习积极性和主动性。
教学团队建设
首先，在师资队伍的构建上应注意年龄梯度，形成老中青不同年龄层次教师的合理搭配。一方面，教学经验丰富的老教师能够帮助青年博士提升教学技能，尽早完成由学生向教师的角色转型；另一方面，青年博士能够发挥自身外语水平高、文献追踪能力强、PPT等多媒体制作技能丰富的优点，查阅最新资料、丰富教学素材，提升课件质量，帮助学生更加清晰直观地理解相关知识点。
其次，應多鼓励青年博士深入一线钻探现场和相关配套行业的生产单位，在一线了解行业的发展动态和趋势，提升自身专业素质和实践应用能力。
最后，宜邀请现场实践经验丰富且又有理论基础的一线高级工程师以适当的形式参与教学过程，帮助学生更好地了解和掌握行业的发展趋势。
4 结语
岩土钻掘工程课程具有学科交叉、知识面广的特点，其对培养实践与创新能力兼顾的探矿类人才提出更高的要求，教学改革势在必行。教学过程中应以适应新形势下的人才培养需求为原则，注重培养学生实践应用和思维创新意识，在增强教学效果的同时，为学生日后从事相关工作及继续深造打下良好的理论基础。
参考文献
[1]冯建国，高宗军，林玉祥，等.新形势下“探矿工程”课程建设和人才培养[J].高教学刊，2016，9（6）：216-217.
[2]杨伟峰，夏筱红.把握专业应用需求注重实践触发创新：以“岩土钻掘工程”课程创新实践为例[J].中国地质教育，2011（1）：55-57.
[3]郭艳，冯松宝.钻探工程学教学改革[J].阴山学刊：自然科学版，2017，31（3）：111-113.
[4]杨伟峰.岩土钻掘工程系列课程体系建设与教学实践[J].高等建筑教育，2016，25（5）：83-85.
[5]韦猛，霍宇翔，李谦.虚实结合的地质工程实践教学方法改革探索：钻探虚拟仿真实验教学平台研究[J].探矿工程：岩土钻掘工程，2017，44（1）：87-92.