岩体工程力学课程教学改革的探讨

2014-02-06牛双建杨大方

中国现代教育装备 2014年7期

牛双建杨大方

河南理工大学河南焦作 454000

采矿工程专业教学目标是培养具备固体(煤、金属及非金属)矿床开采的基本理论和方法，具备采矿工程师的基本能力，能在采矿领域等方面从事矿区开发规划、矿山(露天、井下)设计、矿山安全技术及工程设计、监察、生产技术管理科学研究的高等工程技术人才[1]。岩体工程力学是采矿工程专业的主要专业基础课，是关于弹性理论、岩石物理、力学性质及其实验方法的一门课程。开设该课程的主要目的是通过课堂教学，使学生掌握有关弹性力学的基本理论、岩石力学的基本知识(基本原理和基本方法)；结合采矿工程专业特点，使学生获得进行矿山开采和岩层控制的基本理论和实验技能，从而具有从事矿山生产和管理的基本能力，为从事矿山开采和设计奠定专业理论基础。

1 课程教学中存在的问题

1.1 内容多课时少

结合采矿工程专业培养目标，各开设该专业的高校制定的课程教学内容通常包括弹性力学与岩体力学两部分，其中弹性力学主要包括绪论、平面问题的基本理论、直角坐标及极坐标解答等内容；岩体力学课堂教学主要包括绪论、岩石物理力学性质、岩体力学性质、地应力及其测量、岩体本构关系与强度理论、岩石力学数值分析方法、岩石地下工程等内容，实验主要包括岩石密度的测定、岩石单轴压缩、岩石抗拉、抗剪强度测定等内容。通常该课程安排64课时，课堂教学58课时，实验6课时，其中弹性力学22课时，岩体力学36课时；笔者在该课程的实际教学中发现，以现有课时量完成教学大纲中要求的内容存在较大困难。通常情况是为了保证教学质量，课程前半程教学已占据大部分课时，到后半程为了完成大纲要求只能“提速”。

1.2 教学方法陈旧，学生学习兴趣较低

同其他课程一样，岩体工程力学课程多采用传统的“填鸭式”教育，即教师以教材为中心“讲授”，学生以教材内容为中心“接受”，学生处于被动的境地，忽略了学生作为教育主体所具有的自主性和创新性，致使学生在课程学习中始终处于被动的“接受”，加之该课程首先讲授的弹性力学部分理论性、专业性较强，对学生力学、数学等学科知识要求较高等特点，导致大多数学生一开始接触就十分头痛，逐渐丧失对该课程学习的积极性及主动性，最后稀里糊涂完成课程的学习，教学效果及质量大打折扣。

1.3 实践教学(实验)环节重视不够

实验是自然科学最基本的研究手段，在岩体力学教学与研究中起着至关重要的作用[2]，但是由于种种原因，实验教学效果并不尽如人意，特别是现场原位测试实验在课程教学安排中几乎为空白。原因主要有3个方面：(1)实验教学内容多，课时量安排不足。该课程实验内容包括岩石块体密度测定实验、单轴抗压强度及变形、抗拉强度、三轴压缩强度及变形、直剪实验等，而通常实验课仅安排6个课时，显然课时量不够。(2)岩体力学实验仪器通常比较贵重，如普通国产三轴伺服试验机售价都在100万元以上，这是许多地方高校无法承担的。(3)实验室实验人员配备不足，大部分教师不愿意从事实验教学岗位，致使学生实验课程缺乏管理。

1.4 课程教学内容有待改进

多数高校使用的教材内容陈旧，主要侧重于对岩体力学基本、经典理论及方法的介绍，忽略了岩体力学的最新发展，致使所讲授的内容严重滞后于实际工程的现场需要，造成一定程度上教学与实际工程应用的脱节，背离了学以致用的学习出发点及本质要求。另外，大多数教材具有普适性，即可以使用于所有开设该课程的工科类专业，致使其专业针对性不强、适用性有待商榷，造成学生对本专业实际工程所需要的、联系紧密的内容学习深度不够，理解不到位，掌握不牢固。

2 课程教学改革的探讨

针对存在的主要问题，结合自身从事该课程教学及科研工作的切身体会，笔者从3个方面开展采矿工程专业课程教学改革：

2.1 及时调整教学内容，适当增加课时量

结合岩体力学工程实际需要及该学科的发展前沿，不断更新教学内容，有针对性地增添和删减部分内容。以深部煤炭资源开采为例，随着浅部煤炭资源的枯竭，深部开采势必实行，由于深部“三高一扰动”的复杂力学环境，致使岩体表现出与浅部不一样的力学特性，在教学内容中增添并侧重有关深部复杂力学环境中岩体(石)力学特性方面的教学内容迫在眉睫。另外，应结合采矿工程专业培养目标编制具有针对性、适用性的岩体力学教材，侧重有关井巷工程岩体力学与工程方面的教学内容。课时方面，应适当增加课时。以笔者教学体会，该课程教学课时在弹性力学部分应安排28～30课时，岩体力学部分课堂教学应安排40～42课时，教学实践(实验)应安排12课时，课程总课时量应安排80～84课时。

2.2 转变传统教学方法，激发学生兴趣

转变传统的教师“讲授”，学生被动“接受”的教学模式，激发学生学习的兴趣。可从以下2个方面探索：(1)充分借助现代化教学手段的优势，如方便快捷的互联网信息检索、多媒体教学技术等。目前互联网早已进入广大普通民众的生活，成为生活、学习、工作必不可缺的一部分，网络信息丰富，且获取方式方便快捷；同时，多媒体教学技术也已成为辅助教学的重要手段之一[3]。教师可以充分利用互联网进行相关教学内容的文字、视频等内容搜集，结合课程特点及教学内容将其精心加工编入电子教案，使教案图文并茂，充分激发学生的学习兴趣，调动其主动学习的积极性。(2)采用一些比较新的、先进的教学方法，如案例教学法[4]，即以案例为基本教学材料，将学生带入特定事件的情境中，通过师生之间、生生之间的多向互动、平等对话和积极探讨等形式，提高学生分析问题和解决问题的能力。

2.3 加强实践教学环节，确保学以致用

在室内实验教学环节，可从以下2个方面加以：改进：(1)尽可能高效、经济地利用现有的教学科研仪器设备，开展多种形式的科研开放实验，而不仅仅局限于课程教学实验。如按照实验内容之间的联系进行实验分类，按照成组实验的原则安排实验教学；使学生利用课余时间充分参与到实验室承担的科研项目中，在各类开放实验中进行学习锻炼。(2)在室内实验仪器配置有限的情况下，任课教师和实验指导教师可以充分利用现有的数值模拟软件(FLAC3D，RFPA2D/3D，PFC2D/3D，PFC2D/3D等)以及一些三维仿真模拟软件高效、经济、可重复操作的优点，对一些室内无法进行的实验在课堂教学中演示，再现其实验全过程。在现场原位测试实验方面，应从研究型教学方式入手[5]，使学生充分参与到教师承担的纵横向课题研究中，到现场一线参与实验，具体可通过研究生指导本科生的方式实施。