采矿工程专业弹性力学课程教学内容改革探索

【摘要】在工程教育专业认证背景下，以西南科技大学采矿工程专业弹性力学课程为例，系统分析了该课程教学内容体系上存在的问题。基于OBE理念，明确该课程教学目标，并据此提出一系列相应的课程教学内容改进措施与课程教学评价反馈机制，注重课程教学产出，着重培养学生应用弹性力学知识分析和解决采矿工程问题的能力。

【关键词】工程教育专业认证  采矿工程  弹性力学  OBE理念

【基金项目】西南科技大学教育教改研究项目（17xn0030）、产学合作协同育人项目（201901282002）。

【中图分类号】G42 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2020）47-0125-02

我国于2016年6月正式加入国际上最具影响力的工程教育学位互认协议——《华盛顿协议》，標志着中国工程教育专业认证得到了国际认可[1，2]。中国工程教育专业认证是由教育部主管的中国工程教育专业认证协会针对高等教育机构开设的工程类专业教育实施的专门性认证。工程教育专业认证强调OBE理念[3，4]，即以学生为中心，成果导向，持续改进。该理念下，课程教学工作也应做出相应的调整和改革。根据工程教育专业认证通用标准，弹性力学是采矿工程专业的一门工程基础类课程[5，6]。西南科技大学采矿工程专业于2018年通过了中国工程教育专业认证，本文以该校采矿工程专业为例，开展工程教育专业认证背景下弹性力学课程的教学内容改革探讨。

1.课程教学内容存在的问题

在进行工程教育专业认证之前，西南科技大学采矿工程专业对弹性力学课程的重视度不够，未清楚认识到该课程是后续专业课程学习的力学基础。这导致该课程在本专业培养方案中较为边缘化，被安排为一门选修课程，致使在教学中存在一些亟待解决的问题。

（1）课程教材教学内容与专业不对口。目前，国内出版的弹性力学教材基本上都是通用教材，涵盖面广泛，偏向于纯理论讲解，涉及到的内容深度和难度过大，适用于工程力学等理科类相关专业，欠缺对非力学专业的适用性考虑。根据以往的教学经验，在比较有限的32课时需要讲授大量章节的内容，导致较多的基础知识的讲解只能点到为止，很难做到深入剖析与过程推导，导致学生难以深刻理解其物理意义及内涵，从而降低了学生学习该课程的兴致。同时，部分章节的教学内容与采矿工程专业的关联性不强，难以将该部分的弹性力学教学内容与本专业进行有效的结合，更难以将其应用到后续课程的教学与实践，从而导致弹性力学作为本专业的力学基础地位得不到充分的体现，致使课程整体的教学效果大打折扣。

（2）缺乏课程教学产出意识。以往的教学基本是以教师讲授为主，很少去关注采矿工程专业的学生通过弹性力学课程的学习应该掌握哪些知识，培养什么能力。从而导致该课程教学只是单纯的知识点讲解和公式推导，缺少实质的教学产出。根据工程教育专业认证通用标准，弹性力学为采矿工程专业的一门工程基础类课程，该课程教学内容不仅需要讲解基础知识，更需要结合专业本身，用于分析和解决复杂采矿工程问题，切实做到培养学生学以致用的能力。

因此，基于工程教育专业认证的OBE理念，有必要以学生为中心对采矿工程专业弹性力学课程的教学内容进行改革，处理好弹性力学课程教学内容与采矿工程专业的关系，注重实质意义上的教学产出和学生能力的培养。

2.课程教学内容改革

在工程教育专业认证背景下，基于OBE理念，通过调整采矿工程专业弹性力学课程教学大纲，对课程教学内容进行改革探索。

（1）紧扣本专业毕业要求指标，明确课程教学目标。根据工程教育专业认证标准，课程的设置必须要能支持毕业要求的达成。弹性力学是采矿工程专业的工程基础类课程，其教学目标应能体现出学生应用能力的培养。只有先明确弹性力学课程教学目标，相应的教学内容才能设置得更加合理和有针对性。通过多种渠道的调研与探索，制定出该课程的教学目标为：①掌握弹性力学基本知识与理论，具备弹性力学问题求解的解析计算能力;②具备将某些类型的采矿工程问题简化为弹性力学模型的分析和判别能力;③具备将弹性力学理论应用于解决和处理某些类型采矿工程问题的能力。这三条课程目标呈递进关系，第一条注重对学生掌握弹性力学课程基础知识和计算方法能力的培养，这也是传统教学中的主要目标和要求。后面两条注重培养学生应用弹性力学知识分析和解决采矿工程问题的能力，符合工程教育专业认证理念。

（2）围绕课程教学目标，优化课程教学内容。为达成以上弹性力学课程教学目标，需要针对学生相关能力的培养优化具体的课程教学内容。

课程教学目标一主要是培养学生掌握弹性力学基础理论和采矿工程中涉及到弹性力学问题的求解计算能力。针对该教学目标，设置的课程教学内容主要有应力状态理论、应变状态理论、弹性本构关系、弹性力学问题的建立与求解方法。这部分内容以理论讲授为主，为培养学生掌握该课程基础知识和计算方法的能力，在理论讲解时增加各概念提出的历史背景环节，注重各公式的详细推导过程，明确相关物理意义及历史贡献，同时可穿插相关历史人物的介绍。例如，在讲解弹性本构关系这一知识点时，可由中学学习的弹簧定律（即狭义胡克定律）引出，介绍本构方程提出前的历史背景和瓶颈，过渡到狭义胡克定律提出的意义（第一个本构方程），同时分析其局限性（仅限二维），并引出广义胡克定律的推导演化过程，最后讲解广义胡克定律在线弹性理论中的应用即弹性本构方程的内容。以上内容讲解中进一步深度推导不同性质材料的弹性本构方程公式及弹性常数，同时穿插引出杨氏模量、泊松比、剪切模量、体积模量和拉梅常数这五个常用弹性常数，及包括胡克在内的相关历史人物介绍。以上几点要求教师有较大的文献阅读量，讲解的内容不再局限于教材。经过以上过程，一定程度上减少了该课程理论讲解和推导的枯燥性，降低学生的畏难心理，可使学生对弹性力学基础知识的历史由来、推导过程及意义有更加清晰的认识，同时对弹性力学知识理解和掌握更具有层次性和连贯性。

课程教学目标二主要是培养学生识别采矿工程中弹性力学问题的能力。针对该教学目标，设置的课程教学内容主要为岩土力学弹性解。这部分内容主要以包括采矿工程在内的岩土工程领域比较常见的工程问题，注重问题引导，以理论讲授为主，通过以采矿工程中涉及的岩土力学问题进行数学建模，建立弹性力学分析模型，并推导得到相应的弹性力学解。例如：以采矿工程中的某类点荷载问题为引入背景，分析受力条件与边界条件，引出Boussinesq问题，建立弹性力学分析模型，推导计算得到该类问题的弹性力学解。该部分教学内容通过将采矿工程中的具体岩土力学问题转化为弹性力学问题进行建模分析，培养学生运用弹性力学的数学思维方式识别分析采矿工程问题的能力。

课程教学目标三主要是结合岩石力学课程知识共同开展案例教学，培养学生应用弹性力学知识分析和解决采矿工程问题的能力。针对该教学目标，设置的课程教学内容主要为岩土力学弹性解的应用。这部分内容以案例讲解分析为主，通过以具体的采矿工程问题为例，应用岩土力学弹性解进行问题的建模与求解。例如：以采矿工程中的某形状下的垂直荷载问题为引入背景，分析受力条件与边界条件，应用Boussinesq问题的弹性力学解，分析和求解得到该工程问题的位移和应力。该部分教学内容通过讲解应用岩土力学弹性解来分析和计算采矿工程问题，培养学生学以致用，能将弹性力学理论运用到采矿工程问题实践的能力。

（3）建立课程评价反馈机制，持续改进。为了解该课程教学产出及课程目标达成情况，制定了相应的课程考核方式：1）章节作业习题，占总成绩的20%，主要考查学生对弹性力学基础知识的掌握情况，对应于评价课程目标一的达成情况;2）课程大作业，占总成绩的30%，主要考查学生根据学习的弹性力学知识分析和解决采矿工程问题的能力，对应于评价课程目标二和课程目标三的达成情况;3）期末考试，占总成绩的50%，综合考查学生对弹性力学课程学习的掌握情况，对应于评价课程目标一、二、三的达成情况，该部分在分值上以课程目标二、三为主。通过建立章节作业习题、课程大作业、期末考试等全过程考核机制，清楚了解该课程的教学产出及课程目标达成情况，同时向学生进行问卷调查，掌握学生在该课程学习中出现的问题及学生提供的建议、改进点，同时及时获取学生对该课程的其它知识、能力需求等反馈信息，并及时做出相应调整，切实做好课程的持续改进工作。

3.教学内容改革成效

相對于传统教学，工程教育专业认证教学产出导向使得弹性力学课程在教学内容的选择上不再完全依赖于教材，可根据采矿专业的自身特点和需求开设教学环节。以学生能力的达成为教学目标，实现了以学生为中心、产出为导向。通过近3年的教学改革与对比，课堂整体的教学效果、该课程目标的达成情况持续变好，学生应用弹性力学理论解决和处理采矿工程问题的综合能力持续提高。

通过课程教学内容的改革，学生不再单纯枯燥地为学而学，而是结合采矿工程专业的力学需求，有针对性地进行弹性力学理论知识的学习，更加注重学以致用，切实将基础力学理论应用采矿专业问题实践，真正做到该课程要求的能力培养。

本文根据工程教育专业认证理念，结合近几年的教学实践经验，对采矿工程专业弹性力学课程教学内容存在的问题进行了总结和归纳，并提出一些课程教学内容的改进措施。在教学过程中，教师应结合工程教育专业认证理念，在充分理解采矿工程专业毕业要求的基础上，通过课程教学评价反馈及同行交流等方式不断对课程目标、教学内容、教学手段等进行持续改进，以学生为中心，注重教学产出，切实培养学生学以致用的能力。

参考文献：

[1]章小峰， 杨胤. 工程教育专业认证与“新工科”建设背景下的特色专业发展[J]. 中国冶金教育， 2019（4）：77-82.

[2]殷志强. 工程教育专业认证背景下采矿工程专业教学改革[J]. 西部素质教育， 2019（16）：197.

[3]史辰宇. 工程教育专业认证背景下本科人才培养方案初探[J]. 未来与发展， 2019（6）：59-61.

[4]谭文发，周英， 吕俊文， 等. 工程教育认证背景下OBE教育理念的借鉴与思考[J].教育现代化， 2019（7）：28-30.

[5]王娟， 黄樾， 韩菊红.专业认证视角下《弹性力学》课程教学质量提升方法探究[J]. 教育教学论坛， 2019（30）：145-146.

[6]卜庆为， 郑文翔，王超， 等.工程教育专业认证背景下弹性力学教改实践探讨[J]. 课程教育研究，2016（35）.

作者简介：

李斌（1988.05-），博士，任职于西南科技大学，讲师。