《高等岩石力学》课程教学改革探讨

季明+曹安业+张益东

【摘要】岩石力学作为一门既是理论，又具工程属性的学科，是土木工程、道桥工程、建筑工程以及采矿工程、水利工程等工科专业研究生的重要专业基础课之一。本文结合对中国矿业大学采矿工程专业研究生《高等岩石力学》教学的实际情况，在分析岩石力学課程教学主要特点的基础上，探讨了教学过程中存在的问题，提出了今后研究生《高等岩石力学》课程教学改革的思路及指导思想。

【关键词】岩石力学 研究生教学 采矿工程 教学改革

【中图分类号】G642.0 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2017）03-0005-03

一、引言

岩石力学是大学工科专业，如：土木工程、道桥工程、建筑工程以及采矿工程、水利工程等专业研究生的一门重要的专业基础课，该课程已被广泛应用于建筑、路桥交通、煤炭石油天然气开采、水利水电工程、海洋渔业开发、环境保护与治理、防震减灾等各领域。随着经济发展，大规模的岩体工程建设的增多， 如：三峡工程、青藏铁路、南水北调等工程的相继建设等，为岩石力学发展带来新的契机与挑战。

长久以来，我国硕士研究生教育主要以培养独立从事科学研究或教学工作的人才为目标，高等学校作为工程专业技术人员培养的基地，课程教学工作质量的好坏直接决定了初期从业人员的素质，而目前的高校的岩石力学教学存在着较多的问题，如：教材陈旧、实践性内容较少、缺乏先进的工程实例等等，严重影响了高等岩石力学的教学，因此高等岩石力学的课程改革势在必行。

笔者所在的中国矿业大学是一所以煤矿安全开采为核心，矿业为重心的行业特色高校；笔者所教授的学生也主要是和采矿相关的硕士研究生。但随着采矿行业的不断发展，以及各校研究生招生规模的不断扩大，煤矿行业对采矿专业的硕士研究生的需求也发生转变，逐渐倾向于煤矿企业的一线工作岗位[1，2]，也就是说研究生需要掌握行业相关的，更多更全面的应用实践的知识。笔者结合近年来岩石工程中的实际问题及多年岩石力学的教学经验，分析目前高校研究生高等岩石力学课程教学存在的问题， 并提出初步的改革方案与具体思路。

二、高等岩石力学教学存在的问题

1.高等岩石力学的特点

岩石力学是研究岩石（或岩体）的力学性态的理论和应用的科学，是研究岩石（岩体）在外界作用力下的应力状态、变形规律和破坏条件等力学性质的学科，涉及固体力学、流体力学，弹塑性理论和工程地质等学科，它主要是通过科学实验，结合理论分析，然后运用到实际的工程建设当中。

利用岩石力学能解决采矿工程中遇到的多数问题例如：（1）井下开采中巷道及工作面的围岩稳定性问题，尤其是软岩、破碎岩石及埋深较大时的开采问题；（2）煤与瓦斯突出与矿井突水预测、预报及预处理理论和技术；（3）冲击矿压的预报及预处理理论和技术；（4）采空区及地表沉陷的问题等。

由于岩石力学涉及的学科多样化，对其研究需要多种力学及数学手段相结合，呈现多学科交叉，多种理论交融的态势[3]，这就是该学科的特点，也是难点。

能够较好的学习高等岩石力学要求学生具备扎实的力学及数学知识基础；对于教师来说，适合采矿工程专业的研究生高等岩石力学课程目前缺少一个整体的教学框架，一定程度上也极大地考验任课教师的教学水平。

2.目前高等岩石力学教学中存在的问题

（1）教材陈旧，内容落后

目前，各大高校的岩石力学相关的课程所使用的教材都比较老旧，像针对采矿工程研究生开设的高等岩石力学课程更加突出，现仍使用1990版的周维垣教授编写的《高等岩石力学》[4]。在过去的煤炭行业的“黄金十年”当中，采矿工程也得到了快速发展，在煤炭资源的开采中所呈现的问题也日益增多，该方面的问题更加凸显。例如，随着浅部、条件较好的资源的大量开采，现已不能满足市场的需求，像中东部地区的许多矿井已转向深部、条件较差的煤炭资源进行开采，深部、软弱围岩条件下等复杂的岩石力学问题凸显，而教材中却缺少针对该种问题的现场应用情况，缺少新技术，新理论的内容，与实际脱节严重。

（2）重讲授轻讨论（缺少互动）

在中国的传统教育模式中，始终保持着“主动与被动的关系”，老师站在课堂上主动地传授教材上的知识，学生坐在下面被动的接受知识，就是所谓的“填鸭式”教育，这种教育模式对于需要短时间内掌握大量知识的中小学来讲，可能能体现出其优势，但对于大学生尤其是研究生而言则显得不合适。当前我校采矿工程专业研究生高等岩石力学的课程仍停留在这种模式，学生被动去接受理解知识，普遍缺乏主动性和批判性。岩石力学需要掌握丰富的力学及数学知识，前期知识基础不牢固的话，后期很难紧跟教师的教学安排。而讨论课的主副体发生转变，且对教师及学生的要求都较高，教师需要具有精深岩石力学的专业知识及广泛的知识面来引导学生进行课题讨论及对学生所提出的问题进行全面的解答[5]。而作为该种教育模式主体的学生，则需要在课余时间查阅大量相关的书籍文献，并需要思考分析问题，提出自己的观点。

（3）教学内容单一，缺少整体的知识体系

由于这是主要针对于采矿工程的研究生开设的高等岩石力学，大多数教师只是围绕固体力学这块进行教授，对岩石力学涉及的流体力学，损伤力学并没有太多提及，前面我们也提到岩石力学是个多学科交叉的课程，如果仅局限于一种学科、理论，那么学生的个性与创造性就会被压制，不能很好地深入的、全方面的去研究分析问题。以往我们培养的都是“一”字形人才，现在我们需要培养“十”字形甚至是“米”字形人才，才能够更好地解决目前以及未来即将遇到的矿井开采难题，同时让学生在其他行业也具有较强的竞争力[6]。

（4）教学内容与学时不匹配

高等岩石力学的教学内容较为丰富，就简单以岩石的变形为例就分为弹性变形、塑性变形、粘性流动。研究生在学习本课程之前必须对本科阶段的高等数学、材料力学、理论力学等课程的内容有很好的掌握，否则很难深入透彻的理解该课程的教学内容。而学生在本科阶段学习上述课程时，多处于大学的一、二年级，距离研究生学习阶段时间较长，之前即便具有较扎实的基础，经过几年的搁置，或多或少还会存在一定的欠缺，这样就会延缓教学进度。若要求学生完全掌握高等岩石力学课程的知识大致需要70学时，而本校该课程学时由于课程设置的调整压缩为35学时，其中还要安排近1/3时间的研讨课程。这样就不能对本课程中的一些公式进行仔细演算推导讲解，如果学生没有很好地数学基础，将达不到较好的听课效果。

（5）考核方式不全面。目前，高等岩石力学考核是由平时成绩和终期考试成绩加权得到。一般情况下，平时成绩指课堂作业和点名，而终期考试内容无一超出课堂，即讲什么考什么，一定程度上减少了学生独立思考、创造性回答问题的机会，抑制了学习的积极性和主动性。

三、高等岩石力学的课程改革的优化措施

1.调整课程结构

增加研讨环节，改变传统的讲授模式[7]。由教师提出讨论提纲，让学生课下收集、查阅资料文献，然后在研讨会上发表自己的观点；也可围绕与课程相关的学生感兴趣的问题或与岩石力学有关的导师课题进行讨论，总之，要带动学生学习的主观能动性，形成“发现问题—提出问题—讨论问题—解决方案”良好的科研思维。同样能活跃课堂气氛，建立良好的师生关系。

2.教材更新，优化教学内容

硕士研究生教学不能局限于单一陈旧的教材，应兼顾专业需求对多种教材进行编辑选讲，同时紧跟当前学科先进技术、理论。对于采矿专业研究生来讲，应对先前的教材进行精简，考虑加入国內外最新的采矿工程方面的岩石力学新理论、新技术、新设备，让学生了解学科前沿的动态。结合采矿工程专业的发展需求，重点讲授在采矿过程中所遇到的岩石力学问题，精简或省略掉与其他课程重复的内容，并根据最新的研究进展对教学PPT进行适当修改。

3.结合实际，加强实践教学

针对目前市场对研究生的需求，毕业生应具有较强的动手能力和科研创新能力，且有一定的现场工程技术、设计的了解，加强对学生工程实践的教学可以有效地提高这些方面的能力。采矿工程本身实践性较强，经过近几年的快速发展，涌现了许多典型的与岩石力学相关的工程实例，在日常教学中加入对工程实践的分析，总结施工经验形成“从实践中来，到实践中去”的教学模式。根据任课老师及导师的科研项目，对学生进行任务分配，让其主动去了解、分析、解决工程中遇到的难题，从而学到其中的知识经验。

4.完善考核制度

考试是反应教学效果和实现教育目标的重要途径而不是唯一手段，应更多注重培养学生的实践创新能力。因此，增加考核内容及降低期末考试成绩占最终成绩比重是很有必要的。经研究完善，具体考核内容和要求见表1。

5.教学方法

随着现代化教学的发展，多媒体技术融入各教育阶段的课堂，成为一种重要的辅助教育手段，其信息容量大、内容充实，尤其方便展示各类图片视频，让学生更加直观的理解所学的知识。可以有效地动态的、着重的表现出教学中的重点和难点，可视化教学内容，避免单一的枯燥乏味的板书教学，从而引起学生接受知识的兴趣，同时教师只需课前准备好所需的电子材料，避免了课堂上长时间的板书书写。

多媒体教学只是网络教学的其中之一，还应发展其他的教学手段，如视频广播、WEB教材、视频会议、BBS论坛、聊天室、e-mail等。从时间和空间上打破传统的教学限制，推广以网络教学作为新时期的主流教学方式。当然，不能完全否定传统的教学手段，应实时择优补充网络教学。

四、结语

岩石力学同时具有理论科学和工程学科的属性，特别是现代岩石力学的工程背景浓厚，研究内容丰富、知识结构复杂，对其教学提出了一定要求，更为课程教学改革创造了条件。因此，寻找科学改革课程教学方法、培养既专又博型人才已变成当务之急。通过本文研究，已对高等力学课程教学改革作了初步探索并形成方案，但距离“传授知识、激发兴趣、训练能力、启迪创新”[8]的教学理念还有很多工作需要深入研究，任重道远。

参考文献：

[1]刘国福，李慧，熊艳. 研究生课程“现代测试技术实验”的教学改革实践[J]. 实验室研究与探索，2014，01：211-213+246.

[2]王乐华，李建林. 全日制专业学位硕士研究生高等岩石力学课程建设探讨[J]. 三峡大学学报（人文社会科学版），2014，02：107-109.

[3]卢宏建，南峰. 采矿工程学科研究生创新实践能力培养模式研究[J]. 科技创新导报，2014，09：182.

[4]刘开云，乔春生，刘保国. 研究生岩石力学课程教学改革探讨[J]. 高等建筑教育，2010，03：79-82.

[5]章晓莉. 基于科研能力培养的研究生课程教学改革的思考[J]. 教育探索，2010，07：36-38.

[6]江巍，王乐华，陈勇. 土木专业研究生数学类课程教学改革研究[J]. 高等建筑教育，2011，04：112-115.

[7]李杨，王华群，葛瑛，吴伟. 中美两国采矿工程研究生培养模式分析与建议[J]. 教育教学论坛，2015，42：255-256.

[8]季明，张益东. 《矿山岩体力学》课程教学改革探讨[J]. 课程教育研究，2015，30：37-39.

基金资助：江苏省优势学科建设工程项目；江苏省研究生教育教学改革研究与实践课题（JGLX16_111）；“江苏高校品牌专业建设工程资助项目” （PPZY2015A046）；中国矿业大学研究生教育教学改革研究与实践项目（YJSJG006）。