基于工程案例的巖石力學(xué)知識(shí)模塊教學(xué)法初探

趙娜

摘要：巖石力學(xué)是土木工程專業(yè)的主干課程，內(nèi)容龐雜。論文將課程內(nèi)容整理歸類，劃分為7個(gè)知識(shí)模塊，并給出了知識(shí)模塊圖；介紹了工程案例的設(shè)計(jì)和選取原則，并對(duì)基于工程案例的巖石力學(xué)知識(shí)模塊教學(xué)法的教學(xué)過(guò)程進(jìn)行了論述。通過(guò)教學(xué)方法的改革，將理論知識(shí)與工程實(shí)踐充分結(jié)合，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

關(guān)鍵詞：工程案例；巖石力學(xué)；知識(shí)模塊；教學(xué)過(guò)程

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）12-0188-02

一、引言

巖石力學(xué)作為土木工程專業(yè)的專業(yè)主干課程，其研究對(duì)象是各類工程巖體，涉及巖石工程的各個(gè)領(lǐng)域，課程內(nèi)容龐雜，如何使學(xué)生在掌握基礎(chǔ)理論和巖體工程知識(shí)的同時(shí)，進(jìn)一步提高分析和解決問(wèn)題的能力是進(jìn)行巖石力學(xué)課程改革的主要目的。目前，為了提高“巖石力學(xué)”課程的教學(xué)質(zhì)量，國(guó)內(nèi)許多學(xué)者對(duì)“巖石力學(xué)”的教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式等進(jìn)行了深入研究，如案例教學(xué)法、研究型教學(xué)法、數(shù)值仿真試驗(yàn)教學(xué)法、模塊式教學(xué)法等。論文在此基礎(chǔ)上將授課內(nèi)容劃分為若干個(gè)知識(shí)模塊，每個(gè)知識(shí)模塊通過(guò)某一工程案例引入，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)的積極性。

二、知識(shí)模塊的劃分

根據(jù)巖石力學(xué)的基本內(nèi)容及教學(xué)目的，可將巖石力學(xué)的知識(shí)內(nèi)容劃分為基礎(chǔ)理論和巖體工程兩個(gè)模塊?；A(chǔ)理論模塊為各個(gè)工程領(lǐng)域都涉及的基本的理論、實(shí)驗(yàn)方法等，可分為巖石的物理力學(xué)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)面的物理力學(xué)性質(zhì)、巖體的物理力學(xué)性質(zhì)及地應(yīng)力的分布規(guī)律和測(cè)量四個(gè)子模塊。巖體工程模塊根據(jù)巖體工程類別分為地下工程、邊坡工程和地基工程三個(gè)子模塊。各模塊間邏輯關(guān)系用圖形表示如圖1。

從圖1中可以看出，將巖石力學(xué)的課程內(nèi)容劃分為7個(gè)主要的知識(shí)子模塊，講授順序從上至下依次講解。巖石和結(jié)構(gòu)面共同構(gòu)成了巖體，巖體賦存于地殼中，由于重力及構(gòu)造應(yīng)力的作用，在巖體中存在地應(yīng)力。基礎(chǔ)理論模塊的各個(gè)子模塊具有邏輯順承關(guān)系因此講授順序不能調(diào)整，而巖體工程模塊的各個(gè)子模塊相互無(wú)關(guān)聯(lián)，可以調(diào)整講授順序。

三、工程案例的設(shè)計(jì)

巖石力學(xué)課程具有較強(qiáng)的實(shí)踐性，與工程實(shí)際聯(lián)系緊密。不論是基礎(chǔ)理論的巖石、結(jié)構(gòu)面、巖體的力學(xué)性質(zhì)還是地下工程、邊坡工程等都是源于實(shí)踐，通過(guò)理論分析、實(shí)驗(yàn)研究等總結(jié)歸納出來(lái)的。因此，通過(guò)具體工程案例引入各個(gè)知識(shí)模塊具有很大的優(yōu)勢(shì)。

1.工程案例選取的基本原則。（1）工程案例的內(nèi)容要與知識(shí)模塊的知識(shí)點(diǎn)基本相符。工程案例的內(nèi)容要切中各個(gè)模塊的教學(xué)內(nèi)容，與即將講授的知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容基本相符，才能起到提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的目的，達(dá)到良好的教學(xué)效果，否者就失去了基本意義。（2）盡量選擇學(xué)生能夠所見(jiàn)所聞或本地區(qū)影響較大的案例，或近幾年發(fā)生的影響較大的、工程特點(diǎn)突出、能夠吸引學(xué)生并激發(fā)興趣的案例。以選擇符合相關(guān)教學(xué)內(nèi)容并能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生的思維和積極性的工程案例作為促進(jìn)教學(xué)效果提高的出發(fā)點(diǎn)和歸宿。

2.工程案例的設(shè)計(jì)。依據(jù)工程案例選取的基本原則，結(jié)合各知識(shí)模塊的具體內(nèi)容，為每一知識(shí)模塊選取一個(gè)工程案例。如在地應(yīng)力的分布規(guī)律及測(cè)量模塊，地應(yīng)力主要由重力和構(gòu)造應(yīng)力構(gòu)成，構(gòu)造應(yīng)力的釋放主要表現(xiàn)為地震。因此，根據(jù)與知識(shí)點(diǎn)相匹配的原則，引入眾所周知的2008年的汶川地震的工程案例。2008年汶川地震前都汶公路工程區(qū)實(shí)測(cè)地應(yīng)力值高達(dá)26—27MPa，地震后都汶公路在建隧道仍然發(fā)生巖爆，實(shí)測(cè)地應(yīng)力值高達(dá)20MPa，仍然存在高地應(yīng)力現(xiàn)象，這與人們對(duì)于地震后地應(yīng)力會(huì)大量釋放的認(rèn)識(shí)不符。是什么原因引起的？學(xué)生被工程案例及問(wèn)題深深吸引，尋求答案的好奇心被點(diǎn)燃，學(xué)習(xí)興趣被激發(fā)。

四、基于工程案例的巖石力學(xué)知識(shí)模塊教學(xué)法的教學(xué)過(guò)程

巖石力學(xué)知識(shí)模塊劃分后，課程知識(shí)點(diǎn)的邏輯關(guān)系一目了然，同時(shí)各個(gè)子模塊間既相互聯(lián)系又可自成體系。在課程講解過(guò)程中作為七個(gè)專題以工程案例的導(dǎo)入，將各個(gè)知識(shí)點(diǎn)與工程實(shí)際相結(jié)合。同時(shí)，將學(xué)生劃分為若干個(gè)學(xué)習(xí)小組，每組5—7人，各個(gè)專題（子模塊）在內(nèi)容結(jié)束后，對(duì)于工程案例和知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分析和討論，由教師進(jìn)行概況總結(jié)，同時(shí)布置課后作業(yè)，由學(xué)生查找類似相關(guān)案例，進(jìn)一步形成案例分析作為課后作業(yè)。通過(guò)案例導(dǎo)入、案例分析和討論、概括總結(jié)、課后案例分析作業(yè)4個(gè)環(huán)節(jié)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性，達(dá)到舉一反三、觸類旁通的效果。

1.工程案例的導(dǎo)入。根據(jù)導(dǎo)入時(shí)間，工程案例的導(dǎo)入可分為課前、課中和課后三種方式。（1）課前導(dǎo)入。課程內(nèi)容講授之前，通過(guò)工程案例創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，使學(xué)生快速將思維集中于預(yù)授新課上，以此為凝聚點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生的興奮點(diǎn)和學(xué)習(xí)興趣。如前述的汶川地震工程實(shí)例，在知識(shí)點(diǎn)講授之前引入工程案例，將地震后地應(yīng)力仍然較高，沒(méi)有大幅度降低的原因的問(wèn)題拋出，點(diǎn)燃學(xué)生的好奇心，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。（2）課中導(dǎo)入。在課程內(nèi)容講授過(guò)程中，導(dǎo)入工程案例，將抽象的理論與工程實(shí)踐相結(jié)合，把學(xué)生引入工程情境，促進(jìn)知識(shí)點(diǎn)的理解和吸收。如結(jié)構(gòu)面的物理力學(xué)性質(zhì)模塊，在講到結(jié)構(gòu)面對(duì)巖體破壞的影響時(shí)，馬上導(dǎo)入邊坡沿軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)生滑坡的工程案例，使學(xué)生對(duì)于知識(shí)點(diǎn)更容易理解并掌握。（3）課后導(dǎo)入。在課程內(nèi)容全部講解之后，將工程案例引入課堂，促使學(xué)生將所學(xué)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行串聯(lián)，分析工程問(wèn)題，提高學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力。如地下工程模塊，在所有知識(shí)點(diǎn)講述完畢后，引入工程實(shí)例，應(yīng)用所學(xué)知識(shí)點(diǎn)分析工程并提出解決辦法，使得學(xué)生將所有知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)，掌握各知識(shí)點(diǎn)之間的連接。工程案例以什么樣的方式，什么時(shí)間導(dǎo)入并不定式。要結(jié)合學(xué)生的具體情況，知識(shí)點(diǎn)講授的需要等，選擇合適的時(shí)間和方式導(dǎo)入工程案例。

2.案例分析和討論。將工程案例導(dǎo)入后，必須輔以分析和討論，使得知識(shí)點(diǎn)和工程實(shí)際充分的碰撞、結(jié)合，提高學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，同時(shí)對(duì)案例導(dǎo)入時(shí)的學(xué)生的疑問(wèn)進(jìn)行解答，使得學(xué)生有恍然大悟的感覺(jué)。在此過(guò)程中，對(duì)于學(xué)生理解不夠透徹和深入的地方進(jìn)一步地講解，真正做到將知識(shí)點(diǎn)融會(huì)貫通。

3.概括總結(jié)和布置作業(yè)。將各個(gè)知識(shí)模塊的主要內(nèi)容和工程案例進(jìn)行概括總結(jié)，提煉核心內(nèi)容，理清其邏輯關(guān)系。并輔以一定量的課后作業(yè)，對(duì)所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行鞏固和提高。

五、結(jié)論

1.對(duì)巖石力學(xué)知識(shí)模塊進(jìn)行了具體劃分，通過(guò)知識(shí)模塊的劃分，將各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的邏輯關(guān)系加以梳理，各個(gè)知識(shí)模塊既相互獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)，將復(fù)雜的知識(shí)脈絡(luò)簡(jiǎn)單化，便于理解。

2.給出工程案例選取的基本原則及設(shè)計(jì)，將具體的工程案例融入理論教學(xué)，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性。

3.基于工程案例的巖石力學(xué)知識(shí)模塊教學(xué)法的教學(xué)設(shè)計(jì)分為案例導(dǎo)入、案例分析和討論、概況總結(jié)及布置課后作業(yè)四個(gè)環(huán)節(jié)。

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