工程教育模式下礦山壓力與巖層控制教學(xué)方法探討

孔德中　曹云欽　吳桂義

摘要：礦山壓力與巖層控制是一門主要講授煤礦井下各種巷道與采場圍巖穩(wěn)定性及各種礦山災(zāi)害事故預(yù)測與控制的課程，對地質(zhì)、數(shù)學(xué)、力學(xué)基礎(chǔ)知識要求較高、內(nèi)容比較抽象且實(shí)踐性強(qiáng)。在工程教育背景下，礦山壓力與巖層控制的課程教學(xué)應(yīng)在板書、幻燈片等傳統(tǒng)教學(xué)手段的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)數(shù)值模擬成果以及“雙語”教學(xué)在教學(xué)中的應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生對本專業(yè)學(xué)習(xí)和科研的興趣，從而提高教學(xué)效果，從傳統(tǒng)的“教師教為主”向“學(xué)生學(xué)習(xí)為主”轉(zhuǎn)變。

關(guān)鍵詞：工程教育；礦山壓力與巖層控制；數(shù)值模擬；“雙語”教學(xué)

中圖分類號：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）31-0186-02

一、引言

在工程教學(xué)背景下貴州大學(xué)采礦工程專業(yè)人才的培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)具有良好的人文素質(zhì)和扎實(shí)的數(shù)學(xué)、力學(xué)基礎(chǔ)知識，具有社會責(zé)任感和國際視野、創(chuàng)新意識和工程實(shí)踐能力，具有團(tuán)隊(duì)合作和管理協(xié)調(diào)能力，掌握以煤炭開采為主的固體礦床開采基本理論知識，能在固體礦床開采特別是煤礦開采領(lǐng)域從事礦區(qū)開發(fā)規(guī)劃、礦山設(shè)計(jì)、開采、通風(fēng)、安全、監(jiān)察、管理以及科學(xué)研究等方面的工程技術(shù)人才和管理人才。礦山壓力與巖層控制是采礦工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，礦山壓力與巖層控制是一門主要講授煤礦井下各種巷道與采場圍巖穩(wěn)定性及各種礦山災(zāi)害事故預(yù)測與控制的課程，對地質(zhì)、數(shù)學(xué)、力學(xué)基礎(chǔ)知識要求較高，內(nèi)容比較抽象且實(shí)踐性強(qiáng)[1-3]。因此，對于這門課的學(xué)習(xí)，不僅要求學(xué)生學(xué)習(xí)好這門課程的理論知識，還要學(xué)習(xí)好理論聯(lián)系實(shí)際，把學(xué)到的理論知識去和工程問題相對應(yīng)，去嘗試如何解決工程問題[4-7]。

二、存在的問題

當(dāng)前，在“礦山壓力與巖層控制”的這門課的教學(xué)中，教師大都采用的是“教師只講授課本為主，學(xué)生被動接受”的傳統(tǒng)的教學(xué)模式。傳統(tǒng)教學(xué)模式要求教師具備扎實(shí)的基礎(chǔ)知識、巧妙的教學(xué)方法、先進(jìn)的教學(xué)手段，能夠把學(xué)生的注意力吸引到課堂中。同時(shí)要求學(xué)生有一定的工程力學(xué)、巖石力學(xué)、彈性力學(xué)的基礎(chǔ)，此外還要求學(xué)生對專業(yè)要有濃厚的學(xué)習(xí)興趣以及較強(qiáng)的聯(lián)想和空間想象能力。

礦山壓力與巖層控制這門課程是在大三上學(xué)期開設(shè)的，雖然已經(jīng)在彈性力學(xué)與巖石力學(xué)兩門課程基礎(chǔ)上開設(shè)的，但由于學(xué)生認(rèn)識實(shí)習(xí)是在磷礦中進(jìn)行的，或者僅僅對煤礦認(rèn)識比較淺顯。礦壓書中涉及較為抽象的力學(xué)問題的教學(xué)往往非常吃力，學(xué)生學(xué)起來更是費(fèi)勁，久而久之，學(xué)習(xí)興趣就會被抽象的力學(xué)模型與大量的公式推導(dǎo)所磨滅。特別是在講授“砌體梁”結(jié)構(gòu)（圖1）、老頂載荷q的確定（圖2）、采場支架與圍巖的相互作用關(guān)系及護(hù)巷煤柱寬度確定等章節(jié)時(shí)，大量的力學(xué)公式推導(dǎo)過程，讓大部分學(xué)生理解困難。

三、數(shù)值模擬結(jié)果引入到礦山壓力與巖層控制的教學(xué)

礦山壓力與巖層控制這門課程主要是全面介紹各種采場和巷道圍巖應(yīng)力分布特征、頂板垮落特征與覆巖運(yùn)移規(guī)律和支架與圍巖相互作用關(guān)系及圍巖穩(wěn)定性控制。傳統(tǒng)的教學(xué)手段難以直觀地表達(dá)應(yīng)力分布或者頂板運(yùn)移的，即便是通過井下實(shí)習(xí)也看不到巷道及采場周圍的應(yīng)力分布的，井下實(shí)習(xí)也只是能看到巷道及采場內(nèi)的變形與破壞，對于巷道及采場上方圍巖垮落特征與運(yùn)移規(guī)律也是無法看到的。數(shù)值模擬不僅能模擬煤巖體開采過程中較為復(fù)雜的礦山壓力問題，也能直觀、動態(tài)地顯示工作面推進(jìn)過程中直接頂冒落、基本頂破斷下沉以及地表的巖層移動等過程。當(dāng)然，礦山壓力與巖層控制這門課程的教學(xué)不可能加入大量數(shù)值模擬軟件及應(yīng)用的教學(xué)。首先，學(xué)時(shí)數(shù)是不夠的，現(xiàn)有的學(xué)時(shí)數(shù)只能滿足課本大部分內(nèi)容的教學(xué)，甚至不能滿足全部內(nèi)容的教學(xué)，另一方面，數(shù)值模擬并不是特別簡單，一學(xué)就會的，需要有一定的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)，也需要花費(fèi)很多時(shí)間的。從圖3—圖4可以讓學(xué)生直觀地了解到工作面采出后采場周圍應(yīng)力分布、直接頂垮落特征、基本頂?shù)钠茢嗵卣髋c頂板結(jié)構(gòu)、頂板斷裂步距。

通過引入數(shù)值模擬的成果可以極大地改變礦山壓力與巖層控制課程實(shí)踐教學(xué)的不足，使學(xué)生對很多抽象問題的學(xué)習(xí)變得直觀具體，使其對巖層控制理論有較為深入的認(rèn)識，大大地提高課堂教學(xué)質(zhì)量。同時(shí)也可以激發(fā)學(xué)生對科研的興趣愛好，培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)、主動思考的創(chuàng)新精神，提高其專業(yè)素養(yǎng)與科研能力，為以后的工作與繼續(xù)學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)。

四、探索“雙語”教學(xué)

此外，采礦專業(yè)通過工程教育認(rèn)證之后，我們采礦專業(yè)的畢業(yè)證書是得到國際認(rèn)可的。換而言之，我們采礦專業(yè)的畢業(yè)生可以去國外的礦山進(jìn)行采礦工作。另一方面，近三十年來中國的采礦技術(shù)迅猛發(fā)展，很多央企、國企都在國外擁有礦井，采礦專業(yè)畢業(yè)生有很多機(jī)會去國外采礦，這就要求采礦專業(yè)畢業(yè)生必須具備一定的應(yīng)用專業(yè)外語的能力。以往專業(yè)外語作為選修課開設(shè)，多個(gè)專業(yè)內(nèi)容編在一起，給講授和學(xué)習(xí)帶來一定困難。因此，教師在講授礦山壓力與巖層過程中，可增加英語原版的相關(guān)內(nèi)容及注解，作為學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)外語的一個(gè)“窗口”。但并不是所有內(nèi)容都有中英文的對照，本身學(xué)生的英語基礎(chǔ)就差，如果全部內(nèi)容都是中英文對照，效果反而會事倍功半。礦山壓力與巖層控制的“雙語”教學(xué)主要指的是針對采礦專業(yè)的一些專有名詞進(jìn)行相應(yīng)的英語解釋以及在課件制作中加入英語的注釋（圖5—圖6）。

五、結(jié)論

總而言之，在工程教育背景下，礦山壓力與巖層控制的課程教學(xué)應(yīng)在板書、幻燈片等傳統(tǒng)教學(xué)手段的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)數(shù)值模擬成果以及“雙語”教學(xué)在教學(xué)中的應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生對本專業(yè)學(xué)習(xí)和科研的興趣，從而提高教學(xué)效果，從傳統(tǒng)的“教師教為主”向“學(xué)生學(xué)習(xí)為主”轉(zhuǎn)變，更好地培養(yǎng)具有社會責(zé)任感和國際視野、創(chuàng)新意識和工程實(shí)踐能力，具有團(tuán)隊(duì)合作和管理協(xié)調(diào)能力采礦工程專業(yè)技術(shù)人才。

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