地方应用型高校岩石力学与工程课程教学改革实践与效果评价

王正义，朱建群，李鹏波

（常州工学院 土木建筑工程学院，江苏常州 213032）

2019 年2 月，教育部发展规划司印发《支持应用型本科高校发展有关工作情况》，要求切实把教学目标真正转到服务地方经济社会发展上来，转到产教融合校企合作上来，转到培养应用型、技术技能型人才上来。应用型本科人才培养需要与自身办学定位、服务面向、人才培养目标密切关联，走好特色发展之路[1]。地方应用型本科高校不仅是高等教育体系的中坚力量，更是面向地方和产业需求培养应用型人才、服务地方经济社会发展的重要力量[2]。

岩石力学与工程是一门重要的交叉科学和工程应用课程，是基于力学观点对自然存在的岩体进行性质测定和理论计算，最终为具体的工程建设服务的课程，其在21 世纪国民经济发展中发挥越来越重要的作用[3]。岩石力学与工程课程作为应用型本科高校城市地下空间工程专业必修课，旨在培养从事岩石工程设计及施工的应用型人才。高速铁路、高速公路、城市地铁、管廊、道桥等基础设施建设，大多涉及岩石地基、地下及边坡工程，亟需地方应用型高校输送土建类专业的高素质人才。然而，相对研究型高校而言，应用型高校学生的专业素养相对薄弱，且培养目标也有差异，不能完全采用研究型高校已有的岩石力学教学经验和方法，要基于自身定位和特色开展岩石力学教学改革探索与实践[4]。因此，针对地方应用型高校现实背景进行岩石力学与工程课程教学改革研究很有必要。

为进一步提升地方应用型高校岩石力学与工程课程的教学质量，同时基于培养应用型人才的目标，本文分析了常州工学院城市地下空间工程专业岩石力学与工程课程的特点，指出了目前该课程教学存在的一些问题，提出了针对性的课程教学改革措施，并对教改效果进行了总结评价，以期为类似课程教学提供有益借鉴。

1 地方应用型高校岩石力学与工程课程开设现状及特点

1.1 课程开设现状

岩石力学与工程课程是常州工学院土木建筑工程学院城市地下空间工程专业的主干课程，共计32 学时，均为理论教学学时，无实验教学学时。课程教学安排在大学第四学期，面向大学二年级学生。本课程的教学旨在使学生掌握岩石、岩体的基本概念、性质指标及其测定原理与方法，培养学生工程岩石力学性质测定、稳定性分析与评价的基本能力。

1.2 课程教学特点

岩石力学与工程主要讲述不同受力条件下岩体变形和破坏规律及工程岩体稳定性[5]，其应用性非常强，能够应用在岩体工程设计、施工和运行过程。该课程教学具有如下特点：

1.2.1 多学科知识交叉，对学生专业基础要求高

岩石力学与工程课程包含应用数学、固体力学、流体力学、结构力学、土力学、工程地质、地球物理等多学科交叉知识，且理论性较强，对学生的专业基础水平（尤其是力学基础）要求高，导致应用型本科生学习该课程有一定难度。

1.2.2 注重实践，与实际工程联系紧密

不同于理论力学、材料力学等类似课程偏向于力学的基础理论和计算，岩石力学与工程着重于实验分析和工程应用，很多经典理论均来自实验结果总结，相关的理论模型也是基于现场工程岩体的受力状态，所学内容与实验和实际工程联系紧密，具有较强的实践性和应用性。

1.2.3 知识更迭快，新理论、新技术蓬勃发展

现代科学技术的快速发展带动了岩石力学相关学科的进步，进而促进了岩石力学的发展[6]。此外，我国经济建设步伐的加快催生出各类大型岩土工程，这些工程难度系数高，对岩石力学提出了更高要求，促进了该学科的发展。快速的知识更迭导致教材内容滞后于科技前沿，亟须在教学中引入岩石力学的新理论和新技术，从而开阔学生的学科视野。

2 地方应用型高校岩石力学与工程课程教学存在问题

2.1 教学和考核模式单一

岩石力学与工程课程仍以传统的讲授式教学为主，采用板书与PPT 相结合的授课模式，缺乏师生互动，学生被动接受知识，学习积极性难以调动。此外，现有考核模式规定学生总成绩由平时成绩（占50%）和期末考试成绩（占50%）构成，平时成绩考核学生的出勤、平时表现和课后作业等，期末考试以闭卷考试为主。这种模式仍是传统的应试教育考核模式，学生通过期末突击复习即可通过考核，该模式仅考核学生对知识的识记，缺乏对学生分析问题、解决问题能力的考核。

2.2 缺少实验教学环节

为适应社会发展，教学大纲会适时增加新课程，导致部分主干课程学时逐步减少。此外，受教学运行经费、实验室条件等因素的综合影响，城市地下空间工程专业岩石力学与工程课程均为理论教学，缺少实验教学环节。然而，岩石力学基础理论基本是从实验中获得的[7]，缺少实验环节使得教师只能在课堂上介绍岩石力学实验的原理、过程和结果，难以安排学生开展实验，这在一定程度上割裂了教学过程，学生缺乏对实验结果背后原理的深入思考和理解，实验及实践技能无法得到训练。

2.3 理论教学脱离工程实践

岩石力学与工程课程教学仍然以教材为主，讲授内容主要为基础理论知识和简单工程应用，使得理论教学脱离了工程实践，导致学生只会求解简单模型化的工程问题，难以解决复杂多变的实际工程问题。此外，教材内容滞后于岩石力学学科前沿发展，局限于教材的理论教学难以符合基础理论和工程实践发展的要求，也无法满足企业对应用型人才职业能力的要求。

3 地方应用型高校岩石力学与工程课程教学改革实践

针对岩石力学与工程课程教学特点及存在的问题，本文从以下四个方面进行课程教学改革实践：

3.1 改革教学模式，丰富教学方法

首先，利用图表、动画、视频等多媒体资源，将岩石力学与工程的岩石试样破坏的实物照片、岩石力学实验过程、岩石工程施工步骤等一一呈现出来，弥补教材内容的不足，让书本知识能够“活”起来和“动”起来，充分调动学生的学习积极性，从而加深对课程内容的理解与掌握。

其次，利用岩石力学与工程以实验为主、与工程联系紧密等特点，开展以特定岩石实验或岩石工程为主题的辅助式互动教学，设置20min 左右的翻转课堂[8]，课前让学生分组收集资料、制作PPT 并在课上汇报，最后由教师进行点评打分。这样不但能够有效激发学生学习的主观能动性，培养学生主动学习的习惯，还能锻炼其口语表达能力、PPT 制作技能和团队协作能力。

最后，针对岩石地下工程、岩石边坡工程和岩石地基工程等章节，除了课程教学之外，还开展相关的课程设计任务。通过设定工程背景，安排学生按照相关的设计规范，通过计算、比选、验算等，最终确定工程岩体的结构形式，并绘制设计图。这样不仅能使学生在设计过程中将知识学以致用，也为学生今后从事岩土工程设计及施工工作奠定坚实的基础。

3.2 引入数值模拟，开展实验教学

虽然受教学经费、实验室条件等影响，该课程缺少实验教学环节，但是岩石力学是以实验为重要基础的学科，尤其是岩石的单轴压缩、三轴压缩、单轴拉伸、剪切等力学性质和变形特征是课程的核心内容，没有开展系统性实验操作，学生很难深入理解和掌握实验结果及其力学本质。由于数值模拟实验具有可操作性强、节约教学成本、用时少、可反复实验等显著优势[9]，可以开展岩石力学与工程的实验教学，因此可以将其引入课程教学。

数值模拟实验针对典型岩石力学实验开展，包括单轴抗压实验、三轴抗压实验、抗拉实验、角模压剪实验等。教师课前两周将学生分组，并将数值模拟软件安装包和学习资源发送给学生，让学生自学软件后自主完成数值模拟实验操作，最后提交实验报告，教师批阅。课堂上，教师将数值实验结果与教材中的实验结果进行对比讲解，不仅能够使学生加深对岩石经典实验力学本质的理解，还能让学生了解到计算机技术在岩石力学领域的应用，更重要的是能够培养学生自主学习、自主分析和解决问题的能力。

3.3 融合工程案例，紧跟科技前沿

岩石力学与工程教学的根本目标是培养学生分析、解决岩石工程中的岩石力学问题，因此，在课堂教学中要充分引入一些标志性的工程案例，尤其是工程项目。在讲解岩石地下工程时，针对常州市内第一条高速公路隧道——邀贤山隧道进行讲授，该隧道为双洞双线隧道，左线长1 465m，最大埋深39m，右线长1 470m，最大埋深48m，包含U 型槽、暗挖段、明挖暗埋段等多种结构形式[10]。结合工程地质资料和设计图纸，教师为学生讲解隧道建设中岩石力学参数测定、工程岩体的分级标准、初期支护和二次衬砌设计、钻爆施工流程、围岩变形动态监测等知识[11]。工程案例能使学生提升对课程学习的兴趣，同时使学生了解岩石力学理论在现实工程中的应用，让学生认识到该专业知识的实用价值。

随着我国基础设施建设的发展，岩石力学与工程的新理论和新技术涌现，因此课堂教学应紧跟科技前沿，引入岩石力学领域最新的科技成果，如由中国矿业大学为第一完成单位并获得2022 年中国岩石力学与工程学会科学技术进步奖一等奖的“工程岩体渗流演化与控制多尺度评测技术及在深地工程中应用”[12]，不仅能够让学生对学科前沿发展有一定了解，还能初步培养学生的科研兴趣和创新思维。此外，教师应有效利用社交网络平台（如抖音、微信公众号等）辅助教学，向学生推送有关岩石力学与工程在科学研究、技术发明方面的最新资讯，也有利于开阔学生的学科视野。

3.4 注重过程性考核，完善考核评价体系

考核是评价学生对岩石力学与工程相关知识掌握程度的重要方式，客观、全面的评价体系至关重要[13]。为多元化考核学生的学习效果，加大课程过程性考核力度，制定了如表1 所示的“N+1”课程考核方式，即总评成绩包含在教学过程中进行的N 种过程性考核和在课程结束后进行1 次期末考核。由表1 可知，过程性考核包含出勤、课堂表现、课后作业、数值模拟实验和课程设计。出勤占过程性考核的10%，采用课堂随机点名+雨课堂扫码签到相结合的考勤方式[14]；课堂表现占过程性考核的10%，基础分为60 分，其余40 分根据学生课堂回答问题、课后答疑和分析沟通情况酌情评定；课后作业评分占过程性考核的25%，客观题采用雨课堂进行发布，主观题按照作业本手写的方式完成，不仅提高了测验效率，还方便教师及时了解学生对知识的掌握程度；数值模拟实验评分占过程性考核的25%，根据数值模拟实验报告酌情评分；课程设计评分占过程性考核的30%，根据计算说明书和设计图纸综合评定。

表1 岩石力学与工程“N+1”课程考核方式

4 地方应用型高校岩石力学与工程课程教学改革效果评价

常州工学院城市地下空间工程专业岩石力学与工程课程在教学过程中逐年进行改革与实践，授课对象包括城市地下空间工程专业2019 级、2020 级和2021级三届学生。为了合理评价和检验该课程教学改革的实施效果，采用调查问卷的形式收集了以上三届学生对该课程教学的反馈意见，统计结果如图1 所示。

图1 岩石力学与工程课程教学反馈结果

由图1 可知，该课程教学改革的效果随着教改措施的落实而逐年得到显现。2019 级至2021 级学生对课程教学效果的正面反馈占比逐年增高，负面反馈占比逐年降低，其中2021 级学生的平均正面反馈比例高达70%。统计发现：学生对该课程教学的负面反馈主要集中在课程本身较难，这与课程特点以及应用型高校学生专业基础薄弱有关，需要在后续课程教学中持续改进。基于此类反馈意见，在讲解强度理论章节时，先引导学生复习材料力学、弹性力学相关知识点，以便与岩石力学强度理论重点内容合理衔接。此外，学生的考核成绩也随着课程教学改革推进而显著提升，其中总评成绩均分由2019 级的68 分提高至2021 级的75 分，而不及格率由2019 级的8%下降至2021 级的3%。上述教学改革效果表明，与传统的教考模式相比，改进后的教学模式更具实践性、包容性和互动性，改进后的考核评价方式更注重多样性和过程性，有效增强了学生的学习兴趣，提高了学生分析和解决实际问题的能力。另外，需要基于反馈意见对课程教学改革具体措施进行持续改进和完善，并强化对教改效果的及时监控与评价。

5 结语

岩石力学与工程课程是常州工学院土木建筑工程学院城市地下空间工程专业的主干基础课程。基于应用型人才培养目标，该课程在教学实践中还存在诸多问题，如教学和考核模式单一、缺少实验教学环节、理论教学脱离工程实践等。针对这些问题，采用丰富课程教学方法、引入数值模拟实验、加强产教研融合、注重过程性考核等改革措施，并基于教改效果进行及时评价和改进，以期提高岩石力学与工程课程的教学质量，提升学生解决复杂工程问题的能力，满足社会和行业对城市地下空间工程专业应用型人才的要求。