礦物資源工程專業(yè)“巖體力學(xué)”課程教學(xué)

喻清，曾晟，楊月平，張志軍

(南華大學(xué)核資源與核燃料工程學(xué)院，湖南衡陽(yáng)421001)

礦物資源工程專業(yè)“巖體力學(xué)”課程教學(xué)

喻清，曾晟，楊月平，張志軍

(南華大學(xué)核資源與核燃料工程學(xué)院，湖南衡陽(yáng)421001)

巖體力學(xué);鈾礦開(kāi)采;教學(xué)改革

課程教學(xué)與實(shí)踐改革是促進(jìn)教師專業(yè)化成長(zhǎng)的一個(gè)平臺(tái)，是提升學(xué)生綜合素質(zhì)的有效途徑。以南華大學(xué)核特色礦物資源工程專業(yè)“巖體力學(xué)”課程教學(xué)為例，從教材選擇與教學(xué)安排、教學(xué)方法與教學(xué)手段、實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容與安排等幾個(gè)方面作了詳細(xì)的介紹，為國(guó)內(nèi)高校巖石力學(xué)教學(xué)提供了有益的參考。

“巖體力學(xué)”是礦物資源工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，也是能源工程、土木工程、水利工程等學(xué)科的主要專業(yè)課之一。它是一門(mén)研究巖石在外界因素(如荷載、水流、溫度變化等)作用下的應(yīng)力、應(yīng)變、破壞、穩(wěn)定性及加固的學(xué)科，其研究目的在于解決礦業(yè)、土木、水利工程等建設(shè)中的巖石工程問(wèn)題［1-］。它是一門(mén)新興的，與有關(guān)學(xué)科相互交叉的工程學(xué)科，需要應(yīng)用數(shù)學(xué)、固體力學(xué)、流體力學(xué)、地質(zhì)學(xué)、土力學(xué)、土木工程學(xué)等知識(shí)，并與這些學(xué)科相互滲透［3］。因此，在巖體力學(xué)教學(xué)中必須加強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容改革和加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)［4］，體現(xiàn)巖體力學(xué)作為基礎(chǔ)學(xué)科內(nèi)容的完整性和礦物資源工程專業(yè)基礎(chǔ)的實(shí)踐性，引導(dǎo)和推動(dòng)學(xué)生積極地投身到該課程的研究型學(xué)習(xí)中去。

南華大學(xué)礦物資源工程專業(yè)在1958年設(shè)立時(shí)，一直開(kāi)設(shè)“巖體力學(xué)”作為主要專業(yè)基礎(chǔ)課程，已有50多年的開(kāi)課歷史。并且該課程一直作為我校礦業(yè)工程碩士、博士入學(xué)考試的科目。經(jīng)過(guò)50多年的教學(xué)經(jīng)歷獲得了較好的該課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。本文以我校礦物資源工程專業(yè)鈾礦開(kāi)采專業(yè)特色，介紹鈾礦開(kāi)采中所需解決的巖體力學(xué)問(wèn)題的教學(xué)內(nèi)容和經(jīng)驗(yàn)。

一、教材與教學(xué)安排

(一)精選教材

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外同類學(xué)科高校進(jìn)行了調(diào)研，發(fā)現(xiàn)國(guó)外高校開(kāi)設(shè)的巖石力學(xué)課程教材更新速度快，十分注重實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用，專門(mén)增設(shè)有計(jì)算巖石力學(xué)課程方面的內(nèi)容［5］。而國(guó)內(nèi)高校的巖石力學(xué)教材更新較為緩慢，教學(xué)和教材在不同程度上存在重理論、輕應(yīng)用、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊等問(wèn)題。選擇一本好的教材可以使教學(xué)達(dá)到事半功倍的效果，目前國(guó)內(nèi)巖體力學(xué)的教材比較多，有趙文主編的《巖石力學(xué)》、蔡美峰主編的《巖石力學(xué)與工程》、沈明榮主編的《巖體力學(xué)》，劉佑榮主編的《巖體力學(xué)》等。

根據(jù)畢業(yè)學(xué)生的反饋和課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)的經(jīng)驗(yàn)，我?！皫r體力學(xué)”課程教材的選擇是以蔡美峰教授主編的《巖石力學(xué)與工程》為主，自編教材為輔。自編教材為我校丁德馨教授主編中南大學(xué)出版社出版的外文教材《State of the Art Research in Civil and Mining Engineering》。另外，還通過(guò)根據(jù)國(guó)內(nèi)外巖石力學(xué)研究進(jìn)展和巖體力學(xué)前沿問(wèn)題，采用自編講義，以滿足本專業(yè)學(xué)生對(duì)巖石力學(xué)知識(shí)的需求。

(二)優(yōu)化課程內(nèi)容

我校巖體力學(xué)的教學(xué)內(nèi)容主要以鈾礦開(kāi)采巖石力學(xué)問(wèn)題為主線，具有顯著的專業(yè)特色。在鈾礦常規(guī)開(kāi)采中所要講授的教學(xué)內(nèi)容有:花崗巖、火山巖及其碳酸鹽巖等硬巖鈾礦床的巖石力學(xué)問(wèn)題，孔隙裂隙介質(zhì)中氡及氡子體的輻射問(wèn)題，熱液成礦巖體高溫狀態(tài)下采場(chǎng)與礦柱穩(wěn)定性問(wèn)題，地表廢石堆、尾渣堆(庫(kù))、露天采場(chǎng)等核輻射環(huán)境污染及治理問(wèn)題等等。在鈾礦溶浸開(kāi)采中所要講授的教學(xué)內(nèi)容有:砂巖介質(zhì)孔隙結(jié)構(gòu)特征以及對(duì)溶浸液體滲流問(wèn)題，砂巖介質(zhì)的滲流規(guī)律理論與實(shí)踐問(wèn)題，溶浸采礦過(guò)程中流-固耦合、化學(xué)-應(yīng)力耦合問(wèn)題，化學(xué)溶液作用下砂巖孔隙度演化問(wèn)題，外來(lái)流體(入井液)侵入礦層后與礦物發(fā)生作用而影響鉆孔生產(chǎn)能力或注入能力，使鈾礦層傷害的問(wèn)題等等。另外，還增添了國(guó)外巖體力學(xué)前沿問(wèn)題，如:深部開(kāi)采、高溫度、高地應(yīng)力開(kāi)采等問(wèn)題教學(xué)內(nèi)容，這些使用雙語(yǔ)教學(xué)。

通過(guò)上述課程內(nèi)容的優(yōu)化，《巖體力學(xué)》課程的教學(xué)內(nèi)容更加具有特色性、完整性和實(shí)用性。學(xué)生真正地了解到鈾礦開(kāi)采巖石力學(xué)的問(wèn)題及難點(diǎn)，并建立了科學(xué)的分析鈾礦開(kāi)采巖石力學(xué)的理論和方法體系。經(jīng)過(guò)幾年的教學(xué)實(shí)踐，取得了不錯(cuò)的教學(xué)效果。

(三)合理安排教學(xué)學(xué)時(shí)

該課程的課時(shí)安排經(jīng)過(guò)了三次的調(diào)整，理論學(xué)時(shí)由原來(lái)的54學(xué)時(shí)，經(jīng)由40學(xué)時(shí)，最后調(diào)整到46學(xué)時(shí)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)由原來(lái)的10學(xué)時(shí)，經(jīng)由8學(xué)時(shí)，最后調(diào)整到10學(xué)時(shí)。本課程的教學(xué)一般安排在第5學(xué)期。

二、教學(xué)方法與手段

根據(jù)我?，F(xiàn)有基礎(chǔ)及課程環(huán)境特點(diǎn)，繼承前期教改成果，遵循學(xué)科發(fā)展規(guī)律，提出新的教學(xué)理念，采取了如下改革措施:

(一)采用多種教學(xué)手段

自制教學(xué)課件，建立了巖石力學(xué)在工程中的應(yīng)用專題庫(kù)，收集了不同階段、不同領(lǐng)域的工程應(yīng)用實(shí)例和事故案例錄像，采用多媒體課件、工程實(shí)例錄像、板書(shū)相結(jié)合的教學(xué)手段，實(shí)施啟發(fā)式、互動(dòng)式、研究式教學(xué)方式。

(二)利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境

充分利用學(xué)校教學(xué)資源網(wǎng)，借助《巖體力學(xué)》精品課程教學(xué)平臺(tái)，在校園網(wǎng)上公布教學(xué)課件及教案，學(xué)生可以通過(guò)網(wǎng)上課件和教學(xué)視頻溫習(xí)課堂和實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，通過(guò)專題報(bào)告擴(kuò)充自己感興趣的知識(shí)或了解新進(jìn)展，教學(xué)效果良好。指導(dǎo)學(xué)生參與網(wǎng)上巖體工程專業(yè)論壇，通過(guò)論壇解決自己所遇到的問(wèn)題。

(三)采用雙語(yǔ)教學(xué)

在教學(xué)中，采用中文教材、國(guó)外教材、自編教材相結(jié)合，逐步進(jìn)行雙語(yǔ)教學(xué)，雙語(yǔ)教學(xué)安排20課時(shí)。一方面使學(xué)生掌握了國(guó)內(nèi)的巖體力學(xué)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，另一方面也了解到了國(guó)外巖石力學(xué)方面的理論和技術(shù)，實(shí)踐性教學(xué)執(zhí)行效果良好。

(四)閱讀文獻(xiàn)教學(xué)方式

目前國(guó)內(nèi)外，關(guān)于巖體力學(xué)方面的專業(yè)文獻(xiàn)期刊較多，如《International Journal of Rock Mechanics＆Mining Science》、《Rock Mechanics and Rock Engineering》、《巖土力學(xué)》等。指導(dǎo)成績(jī)好的學(xué)生通過(guò)查閱相關(guān)的文獻(xiàn)來(lái)加深課堂上所學(xué)的巖體力學(xué)問(wèn)題，了解巖體力學(xué)前沿問(wèn)題。

三、強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)，提高學(xué)生科研能力

(一)加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，實(shí)現(xiàn)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)

巖石力學(xué)是一門(mén)理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，理論與實(shí)踐相結(jié)合是課程建設(shè)的重要組成部分。我校原來(lái)巖石力學(xué)課程實(shí)驗(yàn)大綱為學(xué)生開(kāi)設(shè)了巖石的單軸壓縮、三軸壓縮、巴西劈裂、剛性實(shí)驗(yàn)機(jī)演示4個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，都是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。

目前我校增加了一批巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備(如壓汞儀)，開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目增加到10個(gè)。在新增設(shè)備的計(jì)劃中，注重了綜合性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)設(shè)備的裝置。實(shí)驗(yàn)教學(xué)由8學(xué)時(shí)調(diào)整為10學(xué)時(shí)，其中驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為8個(gè)學(xué)時(shí)，新增綜合實(shí)驗(yàn)(巖石滲透力學(xué)試驗(yàn)、巖石細(xì)觀、微觀力學(xué)試驗(yàn))2個(gè)學(xué)時(shí)，同時(shí)實(shí)驗(yàn)室對(duì)學(xué)生實(shí)行開(kāi)放，鼓勵(lì)有余力的同學(xué)課后自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn);改革后的實(shí)驗(yàn)課把引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)科學(xué)的思維方法放在首位，實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排上注意保持了實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性、先進(jìn)性和基礎(chǔ)性，同時(shí)也注意培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。

(二)鼓勵(lì)學(xué)生積極參與老師科研，提高學(xué)生科研能力

鼓勵(lì)學(xué)生參與到教師科研工作當(dāng)中來(lái)，我校教師科研課題主要集中在鈾礦開(kāi)采采場(chǎng)穩(wěn)定性及巷道支護(hù)，含鈾砂巖結(jié)構(gòu)特征分析與低滲透性砂巖介質(zhì)滲流特性分析等方面研究。在巖石試樣制備、試驗(yàn)儀器設(shè)備、試驗(yàn)步驟、試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理、及試驗(yàn)研究報(bào)告等過(guò)程中，學(xué)生都參與當(dāng)中。通過(guò)這些研究性試驗(yàn)項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)教學(xué)與科研的緊密結(jié)合，為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新及科研能力提供了一個(gè)渠道。

四、結(jié) 語(yǔ)

巖體力學(xué)研究的內(nèi)容豐富，這對(duì)該學(xué)科的教學(xué)造成一定困難，同時(shí)也為課程教學(xué)改革創(chuàng)造了條件。巖石力學(xué)教改手段多種多樣，但只要秉承“精選教材、探索創(chuàng)新、教研并舉、理論聯(lián)系實(shí)際”的指導(dǎo)思想，改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，著重加強(qiáng)理論基礎(chǔ)的教學(xué)，提高學(xué)生認(rèn)識(shí)問(wèn)題的起點(diǎn)，通過(guò)大量工程實(shí)用理論的計(jì)算分析以及工程實(shí)例研究，構(gòu)建理論與工程實(shí)踐的橋梁，使學(xué)生既有較好的理論分析基礎(chǔ)，又具有較強(qiáng)的工程實(shí)踐分析能力。就一定可以切實(shí)提高

該課程教學(xué)效果，為國(guó)家培養(yǎng)出具備解決越來(lái)越復(fù)雜的巖石力學(xué)問(wèn)題的合格人才。

［1］ 黃明奎.巖石力學(xué)課程教學(xué)改革與思考［J］.高等建筑教育，2008，17(4):82-5.

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Key words:rock mass mechanics;uranium mining;teaching reform

Abstract:Course teaching and practical reform is a platform promoting professional development for teachers，It is the effective way to promote the students＇comprehensive quality.Taking course teaching of rock mass mechanics on the speciality of mineral resources engineering with characteristics of nuclear in university of south china for instance，This paper introduces the selection of textbooks and teaching schedule，teaching methods and teaching means，the content and the arrangement of practical teaching in detail，It is a useful reference to rockmechanics teaching in chinese universities and colleges.

Teaching and Practice on Rock Mass Mechanics on the Speciality of Mineral Resources Engineering

YU Qing，ZENG Sheng，YANG Yue-ping，ZHANG Zhi-jun
(School of Nuclear Resources and Nuclear Fuel Engineering，University of South China，Hengyang Hunan 421001，China)

A

2095-2708(2012)04-0122-03

2012-05-03

南華大學(xué)重點(diǎn)培育課題(編號(hào):2009PP023)，南華大學(xué)教研教改課題(NO.2008GJY17)，國(guó)家第一類特色專業(yè)建設(shè)項(xiàng)目資助