采礦專業(yè)巖石力學(xué)課程教學(xué)改革研究

李擎+郝長勝+鄭文翔+王超+郭靈飛

摘要：巖石力學(xué)是采礦工程專業(yè)本科生的專業(yè)基礎(chǔ)課程，理論性、實(shí)踐性強(qiáng)且教學(xué)內(nèi)容繁雜。通過分析巖石力學(xué)教學(xué)的現(xiàn)狀，指出課程教學(xué)中存在的問題，探討了巖石力學(xué)課程建設(shè)及教學(xué)改革的必要性，從教學(xué)手段、教學(xué)內(nèi)容和考核方式方面提出教學(xué)改革思路與方案。研究成果對巖石力學(xué)課程的教學(xué)改革具有指導(dǎo)與借鑒意義。

關(guān)鍵詞：巖石力學(xué)；教學(xué)改革；教學(xué)方法

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）51-0091-02

一、引言

巖石力學(xué)是主要研究巖石的力學(xué)性質(zhì)和巖石對各種物理環(huán)境的力場產(chǎn)生效應(yīng)的一門理論學(xué)科。對于具體的巖土工程，也涉及巖體在力場作用下的強(qiáng)度、變形與破壞以及巖體穩(wěn)定性問題[1]。巖石力學(xué)是礦業(yè)學(xué)科的理論基礎(chǔ)，是一門涉及地質(zhì)和力學(xué)兩學(xué)科的交叉學(xué)科。

巖石力學(xué)是內(nèi)蒙古科技大學(xué)采礦工程的核心專業(yè)基礎(chǔ)課，在《內(nèi)蒙古科技大學(xué)2012版采礦工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案》中占有重要地位，為我校培養(yǎng)采礦工程本科生和研究生奠定堅(jiān)實(shí)的理論知識基礎(chǔ)。巖石力學(xué)是反映采礦工程特色的標(biāo)志性課程，通過本課程學(xué)習(xí)，采礦工程專業(yè)學(xué)生能夠運(yùn)用巖石力學(xué)知識解決采礦工程中的常見巖石力學(xué)問題，為后續(xù)進(jìn)一步學(xué)習(xí)礦山地壓與巖層控制、露天礦邊坡、煤礦地下開采、金屬礦開采等專業(yè)課程打下理論基礎(chǔ)。部分礦業(yè)類高校將其列為考研專業(yè)課，重要性略見一斑。

二、課程存在的問題

采礦工程是內(nèi)蒙古科技大學(xué)的傳統(tǒng)特色專業(yè)，為內(nèi)蒙古等西部地區(qū)礦業(yè)領(lǐng)域培養(yǎng)了大量工程技術(shù)人才。由于地域因素和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的制約，教學(xué)基礎(chǔ)及師資力量薄弱，普遍存在一些問題。

1.課程教學(xué)內(nèi)容陳舊，礦業(yè)特色不明顯。當(dāng)前巖石力學(xué)教材內(nèi)容單一陳舊，新巖石力學(xué)問題和實(shí)踐技術(shù)工藝在教材中很少涉及，部分教學(xué)內(nèi)容滯后于現(xiàn)場礦山生產(chǎn)現(xiàn)狀。

采礦工程專業(yè)目前使用的教材主要是河海大學(xué)主編的《巖石力學(xué)》，該教材是依據(jù)教育部1998年頒布的大土木專業(yè)要求編寫，與采礦工程專業(yè)聯(lián)系較少、未能充分體現(xiàn)課程的礦業(yè)特色[2，3]，需要增加含礦山工程中常見或典型礦山巖石力學(xué)問題，如采動應(yīng)力場、淺埋深采動巖體力學(xué)、煤礦采場圍巖控制、沖擊地壓等。這些問題已引起自治區(qū)教學(xué)工作者和現(xiàn)場工程人員的注意。

2.課堂教學(xué)模式落后。課堂教學(xué)中以教師講授為中心、以傳授書本知識為主的傳統(tǒng)教學(xué)模式根深蒂固，其教學(xué)方法和教學(xué)手段單一，未能充分運(yùn)用先進(jìn)的教育理論與手段。在講授知識時(shí)，采用“填鴨式”和“滿堂灌”方式，學(xué)生逐漸喪失學(xué)習(xí)的興趣與動力，學(xué)生上課睡覺和作業(yè)應(yīng)付的現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，這必然影響學(xué)生對專業(yè)知識的系統(tǒng)掌握，背離了該課程的教學(xué)目標(biāo)。

巖石力學(xué)是一門力學(xué)理論與礦山工程實(shí)踐緊密相結(jié)合的課程，知識體系復(fù)雜且相對零散。由于受教學(xué)場地、經(jīng)費(fèi)和工程條件等因素制約，本校巖石力學(xué)教學(xué)體系與生產(chǎn)實(shí)踐缺乏必要的結(jié)合，教師只能以課堂講授為主，與實(shí)際礦山工程的聯(lián)系較少，影響了學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的實(shí)踐能力培養(yǎng)。

3.考核手段單一?？荚囀欠答亴W(xué)生學(xué)習(xí)效果的重要途徑，也是檢測教育目標(biāo)達(dá)成度的重要工具。目前，巖石力學(xué)考核成績是由期末考試成績和平時(shí)成績簡單組成，考查內(nèi)容主要體現(xiàn)在書本知識的記憶掌握程度，較少反映學(xué)生獨(dú)立思考、分析解決問題能力，也阻礙了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。同時(shí)，僵化單一的考核模式也妨礙了教師的主觀能動性。

三、巖石力學(xué)教學(xué)改革思路

隨著礦山開采深度的增加，礦產(chǎn)資源賦存環(huán)境不斷惡化，如高地壓、高地溫、高瓦斯等問題，采礦工程領(lǐng)域?qū)⒂楷F(xiàn)許多新的復(fù)雜研究課題。在一個較短學(xué)期，如何既能強(qiáng)化力學(xué)基礎(chǔ)，又將這些課題之上的采礦巖體力學(xué)新知識加入教材，引入課堂，并且在教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生在以后工作中解決類似復(fù)雜工程問題的能力，這是課程教學(xué)迫切需要解決的一道難題。因此，“巖石力學(xué)”課程教學(xué)改革勢在必行。

1.明確大綱，整合優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。根據(jù)自治區(qū)采礦工程專業(yè)綜合改革試點(diǎn)要求和新版人才培養(yǎng)方案，圍繞礦業(yè)精英教育教學(xué)體系建設(shè)目標(biāo)，認(rèn)真修訂巖石力學(xué)教學(xué)大綱，體現(xiàn)礦業(yè)學(xué)科特色。新版的教學(xué)大綱應(yīng)具有科學(xué)性、系統(tǒng)性和可操作性，更加適應(yīng)培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)計(jì)劃要求，并能反映學(xué)科最新前沿研究成果。在新版巖石力學(xué)教學(xué)大綱指導(dǎo)下，有利于學(xué)生對課程內(nèi)容的掌握和理解，重新編排教學(xué)內(nèi)容，突出教學(xué)重點(diǎn)。

先將巖石力學(xué)課程內(nèi)容分為基礎(chǔ)篇和特色篇兩部分。第一部分基礎(chǔ)篇包含巖石的物理力學(xué)性質(zhì)、巖體力學(xué)性質(zhì)和地應(yīng)力三章基礎(chǔ)內(nèi)容，基礎(chǔ)篇重在強(qiáng)化力學(xué)基礎(chǔ)。第二部分特色篇體現(xiàn)礦業(yè)特色，調(diào)整增加礦山工程與巖石力學(xué)相關(guān)知識內(nèi)容，如露天礦邊坡的穩(wěn)定、采場與巷道圍巖控制等。在特色篇的編排中，首先給出巖石力學(xué)問題的常見解決方法，如力學(xué)理論分析、數(shù)值模擬計(jì)算和力學(xué)試驗(yàn)等，然后結(jié)合分析礦山工程實(shí)例，把相近的礦山工程問題建模分析，最后提出解決方案。

2.知識案例化，豐富教學(xué)手段。巖石力學(xué)部分知識內(nèi)容抽象難理解，因此可以根據(jù)課程重難點(diǎn)部分，采用詳細(xì)講解的方式，通過一個或若干個設(shè)計(jì)實(shí)例或工程案例，引導(dǎo)學(xué)生對問題的思考和分析，有利于調(diào)動學(xué)生的主動性。課前，學(xué)生應(yīng)該研讀工程案例并認(rèn)真分析案例材料，圍繞案例進(jìn)行相關(guān)力學(xué)方面思考，找出其中的關(guān)鍵性問題，弄清案例的關(guān)鍵問題和隱含問題，進(jìn)而產(chǎn)生新的設(shè)想。例如在講授高地應(yīng)力內(nèi)容時(shí)，可以引入當(dāng)前煤礦深井開采所涉及到的巷道圍巖控制等案例。

靈活運(yùn)用現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)工具來增加課堂信息量，增強(qiáng)教學(xué)效果。對于必須掌握的基本力學(xué)理論和公式推導(dǎo)，仍采用傳統(tǒng)“板書”的教學(xué)手段，讓學(xué)生理清思路、掌握推導(dǎo)過程；對于大量的實(shí)物圖形、三維空間概念、操作規(guī)程等較難口述的信息，尤其是結(jié)合礦山工程的案例，可充分運(yùn)用多媒體、互聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)教學(xué)技術(shù)，通過圖片、視頻和動畫等多種表現(xiàn)手段，增加傳授信息量[4]。例如在講解非圓形巷道圍巖應(yīng)力分布規(guī)律時(shí)，利用FLAC數(shù)值模擬軟件建立非圓形巷道斷面模型，然后在課堂上演繹此數(shù)值計(jì)算模型。

3.改善考查方式，培養(yǎng)學(xué)生綜合能力素質(zhì)。調(diào)整增加考試內(nèi)容，由過去的兩部分增加調(diào)整為4部分：平時(shí)出勤、分階段性小測驗(yàn)、專題講演和期末測試，其中平時(shí)出勤及作業(yè)完成情況占10%，分階段性小測驗(yàn)成績占總成績的10%，自主選擇的專題講演成績占總成績的15%，期末考試及大論文作業(yè)成績占總成績的65%。采用這種考核方式能更加公平合理地評價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)成績，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力，加深對本課程的理解，開闊視野。學(xué)生缺課嚴(yán)重的情況得到根本改善，考核效果更加真實(shí)地反映學(xué)生學(xué)習(xí)情況。

四、結(jié)語

巖石力學(xué)最早源于采礦實(shí)踐活動，作為采礦工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，其行業(yè)特色鮮明，必須改革傳統(tǒng)教學(xué)模式，加強(qiáng)理論與礦山工程實(shí)踐的聯(lián)系。需要結(jié)合自身教學(xué)實(shí)踐活動，通過開展課程教學(xué)改革研究，不斷提高采礦專業(yè)巖石力學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙文.巖石力學(xué)[M].長沙：中南大學(xué)出版社，2010：1-2.

[2]王炳文.采礦專業(yè)巖土工程課程教學(xué)方法探討[J].中國校外教育，2011，（8）：61-62.

[3]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，（4）：82-85.

[4]王述紅，唐春安，朱萬成，劉泰強(qiáng).數(shù)值試驗(yàn)在巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2003，（6）：140-143.

Research on Teaching Reform of Rock Mechanics Course for Mining Engineering

LI Qing，HAO Chang-sheng，ZHENG Wen-xiang，WANG Chao，GUO Ling-fei

（College of Mining Engineering，Inner Mongolia University of Science and Technology，

Baotou，Inner Mongolia 014010，China）

Abstract：Rock mechanics is a major course of mining engineering undergraduate，which has a theoretical and practical content. The present situation and characteristics of rock mechanics is analyzed. The problems of classroom teaching are pointed out.It is necessary to discuss the course construction and teaching reform of rock mechanics. Therefore a teaching reform scheme and concrete ideas are put forward based on teaching method，teaching contents and evaluation mode. The research is of certain guiding significance for rock mechanics teaching reform.

Key words：rock mechanic；teaching reform；teaching method