1. 引言
二十世纪以来，我国的工程建设进入飞速发展阶段，对工程地质领域技术人才的培养也提出了新的需求。然而随着经济建设的发展，社会对多元化人才的需求与日俱增，尤其是工程建设领域对知识广、基础厚、素质高、能力强的综合应用型技术人才的需求日益凸显。在此背景下，国内高校一流大学渐渐加入了大类通才教育的行列。“通才教育”在我国首次由蔡元培提出，其后的梅贻琦继承了蔡元培的通才教育思想，认为在大学阶段应该是“通重于专”，也就是说，通专虽应兼顾，而重心所寄，应在通而不在专，这就是梅贻琦教育思想的核心，也是其大学学科建设思想的奠基石[1]。简言之，通才教育要求学生对自然科学、社会科学以及人文科学都要有广泛的了解，这就要求大学本科四年的课程体系在注重专业基础课程的同时还要加强通识教育。《工程地质学》作为地质工程专业的特色和核心专业课程，以分析和解决实际工程问题为导向，课程在注重对基本原理和基础理论知识的传授的同时，更要加强学生实践能力的提升和锻炼，也就是通理论精专业。基于此，本文探索了大类通才教育背景下，《工程地质学》应如何改革和创新教学方法和模式，以适应行业发展对工程地质技术人才的需求。
2. 工程地质学课程背景与特色
2.1. “工程地质学”课程背景
工程地质学是地质学的应用性分支学科，地质学各分支学科包括基础地质学、地质技术和方法及应用地质学等学科。基础地质学主要研究地球物质组成、岩石或建造在地球内外部空间的分布、构造特征等，包括地层学、岩石学、构造地质学等。地质技术和方法是随着学科交叉融合发展起来的新兴学科，如数学地质学、遥感地质学及地质钻探等。而应用地质学是地质学在资源能源、工程建设、灾害及环境等方面应用研究的学科，包括石油地质学、水文地质学、工程地质学以及环境地质学等。其中“工程地质学”是研究地质学在人类工程建设活动与地质环境保护应用学科，目的就是确保工程活动的安全和经济合理。
1929年奥地利的K·太沙基出版了世界上第一部《工程地质学》，标志着世界工程地质学教育的发展，随后在世界工程建设发展中，工程地质学逐渐吸收了土力学、岩石力学和计算数学中的基本理论和方法，逐步完善了自身的内容体系。工程地质学在我们国家兴起和发展是1949年新中国成立以后，谷德振针对岩体稳定性分析提出的结构控制论以及刘国昌的区域工程地质分析理论，都是工程地质学发展史上的里程碑。中国地质大学(北京)于1952年建校之初成立了水文地质与工程地质专业，“工程地质学”是学校创立之初就开设的主干课程。1978年张咸恭先生主持编著了《工程地质学》，分为上下两册历经70余年的发展“工程地质学”已成为地质工程专业的核心和特色课程。
2.2. “工程地质学”课程特色
工程地质学根植于地质学，绝大部分概念、原理和方法来自于地质学、岩体力学和土力学等。中国地质大学(北京)工程地质学课程的设置，是面向国家重大战略需求，以“工程地质条件查明为基础，以工程地质问题分析为核心，以工程地质评价为目的”，应用领域涉及土木工程、采掘工程以及环境科学等[2]。工程地质学课程具有以下几个特点：
第一，研究对象的多元性和复杂性。与土力学和岩体力学相比，工程地质学研究的对象往往既包含土、岩石等不连续介质，又包含水、油等连续介质，同时还涉及工程构筑物等人类建设活动的产物[3]。因此，工程地质学的研究对象涉及多种复杂介质和对象，而且同时需要考虑多种介质的相互作用及对工程建设的影响，这就需要具备足够广、深的知识储备和实践经验。
第二，课程专业适应性广。“工程地质学”课程在多个专业都是专业核心课程，包括地质工程、水利工程、土木工程以及城市地下空间与工程等。各个专业对教学内容的侧重点和需求都有所不同，这就要求授课教师根据每个专业的特色和需求调整授课内容和重点内容。例如作为地质工程专业的核心专业课程，岩体工程特性与结构性质、地质构造以及几类主要地质灾害的成因、机理及防治对策等都是授课的重点。对于土木工程专业主要涉及岩、土体的工程特性以及建筑厂址的选择原则等。但共同的一点是，作为一门实践性比较强的课程，工程应用能力是授课教师都应该把握的重点。
第三，课程知识体系更新快。“工程地质学”是一门经典的学科，也是以解决实际工程问题为出发点和落脚点的专业课程，其包含了经典的基础知识如，岩石的成因及工程地质特征、活断层的特征与鉴别等[4]。然而课本中的工程地质问题这一部分都来源于工程建设中出现的问题，是人类工程建设经验的总结，随着人类工程活动的不断加剧，尤其是向深空、深地、深海的进军，必然会带来更加复杂的新的工程地质问题，与之相应地也会出现新的更加先进的工程地质技术，这就要求授课教师根据工程建设和技术发展的实际情况，更新授课内容和知识体系。
3. “工程地质学”课程目标与内容
3.1. 课程目标
中国地质大学(北京)“工程地质学”课程是面向地质工程、城市地下空间与工程、土木工程、水利工程等专业的本科生开设的专业核心课程。课程总体目标是培养学生对实际工程地质问题分析和解决的能力。具体包括三个方面：掌握工程地质条件勘察、评价技术与方法，解决与各类工程建设有关的地质问题，进行定性和定量评价并作出可靠的结论；依据工程地质条件的查明和分析对建筑物类型、规模及施工方法等给出合理的建议和方案；培养学生独立思考、团结协作解决实际工程问题的能力，根植“江山为证，地质报国”的家国情怀。
3.2. 课程内容
本课程的学习应安排在土力学和岩体力学课程之后，根据多年的教学和科研工作经验，学科前沿动态和行业发展需求，制定了“工程地质学”课程的教学内容。共包含九个章节，绪论：主要介绍工程地质学的发展历史、理论基础、基本方法及与其他相关学科的关系；第一章：岩体工程地质性质及结构性质；第二章；地质构造；第三章：活断层与地震；第四章：斜坡工程地质研究；第五章：泥石流工程地质研究；第六章：岩溶工程地质研究；第七章：地面沉降工程地质研究；第八章：地下工程围岩稳定性研究。课程于大三上学期开设，共设置40课时，详细内容见表1。
Table 1. Content of the lessons
表1. 授课内容安排
章节 |
章节内容 |
授课内容 |
课时分配 |
1 |
绪论 |
工程地质学发展历史、理论基础、方法论、新技术及新理论 |
2 |
2 |
岩体工程地质性质及结构性 |
主要介绍岩石、岩体的概念，岩体的结构性及对工程建设的影响 |
4 |
3 |
地质构造 |
主要介绍构造运动及水平、倾斜、褶皱、断裂等构造的产生和迹象 |
3 |
4 |
活断层与地震 |
主要介绍活断层的基本特征、鉴别、活断层区的的建筑原则，以及地震基本概念、参数等 |
3 |
5 |
斜坡工程地质研究 |
主要介绍斜坡变形破坏模式、斜坡稳定性分析方法、斜坡矢稳影响因素以及防治原则，结合实例 |
6 |
6 |
泥石流工程地质研究 |
介绍泥石流形成的形成条件、特征及分类、及防治原则等，结合实例 |
4 |
7 |
岩溶工程地质研究 |
主要介绍岩溶发育的影响因素、岩溶渗漏、岩溶发育机理与评价等 |
6 |
8 |
地面沉降工程地质研究 |
主要介绍地面沉降成因、机理及防治对策，结合实例 |
6 |
9 |
地下工程围岩稳定性研究 |
主要介绍地下工程围岩变形与破坏、围岩稳定性评价与超前预报，结合实例 |
6 |
本课程在充分调研的基础上，结合中国地质大学(北京)“工程地质学”课程特色，选用唐辉明主编的《工程地质学基础》作为教材，同时参考了张咸恭先生的《工程地质学》、张倬元先生的《工程地质分析原理》及石振明教授的《工程地质学》[5]。同时利用班级微信群及学习通，向学生推荐一些最新的工程案例，并采用线上和线下讨论的方式引导学生学会分析实际问题。
4. “工程地质学”教学探索与实践
4.1. 丰富教学内容，重视方法的应用
Figure 1. The teaching process of stereographic projection method
图1. 赤平投影法授课过程
“工程地质学”的特点决定了该门课程的教学内容和方法需要多元化[6]，在授课过程中，应该根据不同专业学生的特点灵活设计教学内容，值得一提的是，教材的选择也应灵活化。本科学生使用的教材往往由授课教师指定，以上提及的工程地质学几个经典版本的教材，每一本都有自己的特色和侧重点，建议教师考虑每一章学习的重点，选择相应教材中的章节进行授课。工程地质学注重学生对实际问题的分析能力，在教学内容上应更多的注重方法的讲授，引导学生去分析实际问题。以极限赤平投影法在工程地质学中的应用为例，极限赤平投影法作为一种图解法，方便有效，在岩质斜坡稳定性分析中的应用非常广泛。但较为通用的几本工程地质学教材中均没有对这一方法和原理进行单独的详细介绍，部分学生往往是通过野外实习才能掌握。为了使学生在课堂学习中掌握这一定性分析方法，并加深对岩体结构特性这部分内容的理解，我们在工程地质学课堂教学过程中，专门增加1个课时用于讲授赤平投影法的原理、作图方法以及工程应用。以汶川地震诱发的唐家山顺层滑坡为例，引导学生分析岩体结构特性并进行课堂作图分析，如图1。通过对学生的课堂观察，发现这部分内容的讲授，不仅提高了学生的课堂参与程度，也让学生即学即用，提高了他们的学习兴趣和成就感。
4.2. 精原理重实践
“工程地质学”是一门实践性很强的课程，学生对基本原理的掌握不是最终的落脚点，学生最终要学会分析和解决实际工程问题，因此课堂授课以外的教学实习也是重点。中国地质大学(北京)根据地质工程课程特色和教学实践需求，专门建立了门头沟实习基地，并配套编写了《工程地质与岩土工程野外实习指导书》实习指导书。大三暑期由专业的实习教师带领学生前往基地进行野外教学实习，学生现场进行地质构造的识别，产状的测量，亲自进行地质灾害防治措施的选择与设计等。实习过程中增加了趣味竞赛环节，例如让同学们针对目前的生态护坡理念，对现场的边坡进行支护设计并建模，学生3~5人一个分组，通过分析边坡工程地质条件及稳定性，确定支护设计方案，然后选取材料构建物理模型。由专业教师对每组模型分别进行打分和评比。这一环节不仅加深了学生对课堂基本概念、原理的认识，也提升了学生动手实践能力和团队合作意识，使学生对知识的理解由感性认识上升到了理性认识。
4.3. 结合工程应用融入课程思政
我们的大学教育不仅要使学生获得专业知识和技能，同时也要立德树人，增进学生热爱专业、热爱祖国的情怀[7]。工程地质课程学习的最终目的，就是使学生在将来的工作中能够利用所学保证国家重大工程建设中的地质安全，每一个工程案例的背后都凝聚着一代代工程地质工作者对建设美好家园的追求和向往，是实现中国梦的重要组成部分。因此，授课教师在课程工程案例的讲解过程中可以自然地融入这种家国情怀，使同学们深切地感受地质报国的内涵和精髓。例如在讲授地质灾害对工程建设的影响时，为同学们播放了歌曲“天路”，由此引出青藏铁路和川藏铁路建设困难重重，难于登天，而之所以如此困难，恰恰是由于青藏高原地区工程地质条件的复杂性和特殊性，以及地质灾害的频发导致的。而这些工程建设往往不仅是国家经济发展的需要，也是促进民族团结，国家长治久安的需要，而工程地质人的任务就是保证国家重大工程建设中的地质安全，从而提升了学生的专业自豪感，通过课堂观察发现，这样的课堂导入方式能够很好地提高学生的关注度和学习兴趣。
4.4. 关注行业发展的新领域、新问题、新技术
工程地质课程体系从50年代兴起至今经历了不断的完善与发展，然而这不是终点。随着新一批国家重大战略的实施和重大工程建设向纵深的发展，如新的“天路”川藏铁路建设，使人类工程建设面临高海报、高寒、高辐射、高温高压等极端环境，必然会出现新的问题和挑战。另外，21世纪人类正式向深海、深地和深空进军，这些特殊环境下必将出现新的工程地质问题，也会产生新的技术。例如在讲授工程地质新问题时，首先播放了央视纪录片“超级工程”中的港珠澳大桥建设片段，通过视频让同学们实际感受了随着工程建设的发展，新的工程地质问题也会随之而来。例如港珠澳大桥所在的海域地形异常复杂，尤其在海面以下，深浅不一，这就造成工程中无法确定桥墩的位置和周围的地质环境。要解决这些新的问题，必然要产生新的技术，因此，建造者采用了三维数学模型技术，并在海底安置了可以高精度记录海底地形条件的基础设施，从而解决了这一难题。学生为这些超级工程惊叹的同时，也理解了学科交叉融合的意义。总而言之，教师在授课过程中应该密切掌握课程的前沿动态成果，并及时融入到课堂教学体系中，这不仅能提高学生的知识视野[8]，激发学生学习的热情，也能培养学生求知探索的能力，达到良好的教学效果。
4.5. 科学的教学评价体系
“工程地质学”的课程特点决定了教学评价体系的构建应该以课程目标的达成和学生综合能力的提升为主。传统的以平时作业、课堂表现及期末成绩等为主的评价并不能充分体现学生整个学习过程中的状态。实际教学中，还应持续关注学生的学习兴趣以及对知识的理解和掌握程度，从而使授课教师能够及时调整教学内容和方法，提升教学效果。因此我们在课堂教学和实践教学中，采取了课后座谈，趣味竞赛设计以及不记名问卷调查等多种形式，全方位了解学生对课程内容、教学设计、考试难易程度等的反馈，同时也提高了学生的互动率和课堂参与度。在此基础上，我们构建了以学生和教师双向评价为主，以过程性评价和结果评价相结合，广泛应用数字化技术和平台的现代化教学评价方法，如图2。
Figure 2. Process evaluation questionnaire results
图2. 过程性评价问卷调查结果
5. 结论
针对大类通才教育背景下，如何讲授好这门系统、复杂、实践性强的专业课程，结合“工程地质学”这门课程的特点和目标，探索了新形势下“工程地质学”的教学方法以及教学评价体系，并提出了灵活教学内容和方法、精原理重实践、结合工程应用融入课程思政、关注行业发展的新领域、新问题、新技术等建议。
基金项目
本文系中国地质大学(北京)优秀基层教学组织建设项目“工程地质教研室”研究成果。