采礦工程基礎(chǔ)力學(xué)課程教學(xué)改革與創(chuàng)新能力培養(yǎng)

許猛堂 李海軍 金志遠(yuǎn) 趙維生

摘 要：基于目前采礦工程專業(yè)基礎(chǔ)力學(xué)課程和專業(yè)課程銜接不緊密的現(xiàn)狀，結(jié)合多年來采礦力學(xué)課程的授課經(jīng)驗，提出采礦工程專業(yè)力學(xué)課程改革思路與實踐措施，通過基礎(chǔ)力學(xué)課程采礦特色案例庫的構(gòu)建，將采礦問題案例融入力學(xué)基礎(chǔ)課程中，培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力。通過開展“第二課堂”、“科研導(dǎo)師制”等科研實踐活動，積極引導(dǎo)大學(xué)生申請和專業(yè)相關(guān)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，培養(yǎng)采礦工程專業(yè)學(xué)生“雙創(chuàng)”能力。

關(guān)鍵詞：基礎(chǔ)力學(xué)課程；采礦特色案例庫；科研實踐活動；創(chuàng)新能力

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2019）04-0037-03

Abstract： Based on the current situation that the basic mechanics course and the professional course of mining engineering are not closely connected， combined with the teaching experience of the course of mining mechanics for many years， the paper puts forward the ideas and practical measures for the reform of the mechanics course of mining engineering， and through the construction of the mining case library of the basic mechanics course. Integrate mining problem cases into the mechanics foundation course to develop students' ability to solve practical problems. Through the implementation of the "Second Classroom" and "Scientific Research Tutor System" and other scientific research activities， we will actively guide college students to apply for innovation and entrepreneurship projects， and cultivate the innovation ability of mining engineering students.

Keywords： basic mechanics course； mining feature case library； scientific research activities； innovative ability

在采礦工程技術(shù)的發(fā)展中，力學(xué)始終扮演著一個重要的角色，采礦工程中有著許多復(fù)雜的力學(xué)問題，這些問題將直接影響著采礦工程進(jìn)度以及整個礦區(qū)的安全生產(chǎn)情況[1，2]。諸如采礦后覆巖的活動規(guī)律及頂板的控制[3]、支架的合理選型、巷道支護(hù)[4，5]、采動邊坡穩(wěn)定性[6，7]等問題，隨著這些問題的解決，力學(xué)學(xué)科本身也得到了很大的發(fā)展。力學(xué)平臺課程（理論力學(xué)、材料力學(xué)）是采礦工程專業(yè)的理論基礎(chǔ)，熟悉和掌握力學(xué)的基本理論、材料常見的破壞準(zhǔn)則及其它知識，對于學(xué)生對專業(yè)課程的學(xué)習(xí)及未來從事相關(guān)采礦工程工作奠定基礎(chǔ)[8]。但是，傳統(tǒng)的教材和教學(xué)方法存在基礎(chǔ)力學(xué)課程和專業(yè)課程難以有效銜接的問題[9，10]，使得學(xué)生在學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程中難以運(yùn)用基礎(chǔ)力學(xué)知識解決實際問題，不利于采礦工程創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)。結(jié)合近年來我國在采礦方面取得的力學(xué)成果，在此基礎(chǔ)上通過理論與教學(xué)新方法等方面進(jìn)行有益的改革探索，使學(xué)生能全面地掌握力學(xué)課程的培養(yǎng)要求，提高學(xué)生運(yùn)用力學(xué)理論基礎(chǔ)知識解決實際問題的能力。

一、采礦工程基礎(chǔ)力學(xué)課程在教學(xué)過程中存在的問題

（一）基礎(chǔ)力學(xué)課程教材和后續(xù)采礦專業(yè)課程難以有效銜接

力學(xué)基礎(chǔ)課程的教材大都基于土木、機(jī)械、建筑學(xué)科，教材中的習(xí)題也是圍繞上述幾個學(xué)科展開，很少涉及采礦工程領(lǐng)域的力學(xué)問題，且在參閱力學(xué)課程的參考書的基礎(chǔ)上，并未發(fā)現(xiàn)有專門針對采礦工程專業(yè)編寫的教材。筆者近年來教授的課程主要有《理論力學(xué)》、《材料力學(xué)》、《礦山巖體力學(xué)》、《礦山壓力與巖層控制》等課程，教授對象為礦業(yè)工程學(xué)院的本科生，這些課程類別為專業(yè)平臺課或?qū)I(yè)必修課。在教授專業(yè)課過程中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生很難將所學(xué)的基本力學(xué)知識運(yùn)用到采礦實際問題中，即使是基礎(chǔ)力學(xué)課程學(xué)習(xí)成績相對較好的同學(xué)也表示采礦力學(xué)模型難以聽懂。如何編制屬于采礦工程專業(yè)的特色案例庫以適應(yīng)新時期對人才的需求，使理論與實踐相結(jié)合，這個重要問題擺在采礦工程專業(yè)教育工作者的面前。

（二）創(chuàng)新性訓(xùn)練少，學(xué)生難以從力學(xué)角度來看待采礦問題

教育部在“十二五”期間實施國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃，在“大眾創(chuàng)新，萬眾創(chuàng)業(yè)”的背景下，大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)受到越來越多的學(xué)生青睞。貴州理工學(xué)院作為全國首批99所深化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革示范高校，高度重視大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃，并制定了“113”計劃，即100%學(xué)生接受創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，100%學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目訓(xùn)練并形成3%的優(yōu)質(zhì)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)成果。采礦工程現(xiàn)場實際中存在力學(xué)問題[11]，訓(xùn)練學(xué)生從力學(xué)角度解決礦山實際問題，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，無疑是創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)一個好的方向。但就目前貴州理工學(xué)院采礦工程專業(yè)課程體系而言，學(xué)生在第三學(xué)期學(xué)習(xí)《理論力學(xué)》、第四學(xué)期學(xué)習(xí)《材料力學(xué)》，第五、六學(xué)期開始學(xué)習(xí)《巖體力學(xué)》和《礦山壓力與巖層控制》，學(xué)習(xí)完《礦山壓力與巖層控制》課程后就已經(jīng)大四了，很難進(jìn)行創(chuàng)新型、研究型人才的培養(yǎng)，就更談不上進(jìn)行創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃了。

二、采礦工程基礎(chǔ)力學(xué)課程教學(xué)改革思路及創(chuàng)新性實踐探索

（一）教學(xué)內(nèi)容與教材更新

1. 力學(xué)課程采礦特色案例庫創(chuàng)建

整合相關(guān)力學(xué)課程資源，結(jié)合《理論力學(xué)》、《材料力學(xué)》、《工程力學(xué)》、《礦山巖體力學(xué)》及《礦山壓力與巖層控制》等課程，并通過現(xiàn)場實地調(diào)研采礦工程中所遇到的力學(xué)問題，收集采礦工程關(guān)于上述課程力學(xué)案例，并基于力學(xué)素材的整理收集，針對采礦覆巖的活動規(guī)律及頂板的控制問題、支架的合理選型、巷道支護(hù)等問題，建立礦山實際采礦過程中遇到的力學(xué)問題模型，分析力學(xué)模型所需的基礎(chǔ)理論知識，構(gòu)建基于采礦工程學(xué)科大類知識結(jié)構(gòu)下的力學(xué)課程模塊。比如，可以在《材料力學(xué)》課程中列舉《礦山壓力與巖層控制》課程中計算工作面來壓步距實例，花1～2分鐘給學(xué)生講一下實例背景，將上覆巖層壓力簡化為均布載荷，基本頂（關(guān)鍵層）簡化為巖梁，兩端簡化為簡支梁模型（如圖1所示），則問題變?yōu)榍蠼夂喼Я菏芫驾d荷下的破斷問題。

2. 編著屬于采礦工程專業(yè)的力學(xué)教材

以采礦工程專業(yè)中力學(xué)課程為基礎(chǔ)，通過對已有基礎(chǔ)力學(xué)教材的研究以及教材中習(xí)題進(jìn)行重新編撰，在教材中加入采礦背景，制作基礎(chǔ)力學(xué)課程的PPT，在課堂中講授采礦力學(xué)案例以培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際能力，形成適用于采礦工程專業(yè)學(xué)生的教學(xué)方式，增強(qiáng)學(xué)生對采礦中力學(xué)問題的認(rèn)識，以解決目前教學(xué)中理論和實踐聯(lián)系不緊密的問題。

（二）理論教學(xué)方法改革

1. 課堂教學(xué)方法改革

傳統(tǒng)的基礎(chǔ)力學(xué)課程教學(xué)主要采取滿堂灌的方式，無法培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力；為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性以及對以后專業(yè)知識的理解，課堂講授除了基本力學(xué)知識點，另外部分章節(jié)采用知識點和采礦案例結(jié)合的方式進(jìn)行，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力。作業(yè)采用兩種類型：必做題和思考題，必做題要求學(xué)生必須做完，主要是學(xué)生掌握基本知識點的習(xí)題；思考題為學(xué)生選做題，主要是鍛煉一部分優(yōu)秀學(xué)生的創(chuàng)新能力，習(xí)題主要是給出工程背景，引導(dǎo)學(xué)生自己建立力學(xué)模型來解決工程實際問題。例如，在課堂上講授了圖1中的力學(xué)模型，在課后將題目背景中改為采礦工作面上覆的巖層是山體，那么上覆巖層的載荷就不是均布載荷，讓學(xué)生按此計算工作面初次來壓步距，則圖1中的模型則改變?yōu)閳D2。

2. 課后教學(xué)方法改革

課后主要負(fù)責(zé)對學(xué)生的答疑以及培養(yǎng)學(xué)生利用基本力學(xué)知識解決采礦實際問題的能力，積極培養(yǎng)部分選擇思考題的學(xué)生，與學(xué)生共同進(jìn)行討論、分析，并教會這部分學(xué)生查閱文獻(xiàn)的能力，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，針對于采礦實際問題自己建立相關(guān)模型并求解，讓學(xué)生在解決工程實際問題中得到學(xué)習(xí)的樂趣，保證學(xué)生的創(chuàng)造力得到發(fā)揮。

（三）創(chuàng)新能力培養(yǎng)

開展“第二課堂”、“科研導(dǎo)師制”等課外科研實踐活動，授課老師作為指導(dǎo)教師積極開展大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，在課堂和課后教學(xué)中發(fā)現(xiàn)感興趣的學(xué)生，鼓勵其參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，利用相關(guān)基礎(chǔ)力學(xué)理論知識，并使用采礦相關(guān)數(shù)值模擬軟件進(jìn)行數(shù)值模擬研究，解決礦山企業(yè)遇到的實際力學(xué)問題，授課老師也可以結(jié)合自己的科研課題帶領(lǐng)學(xué)生做科研方面的實踐工作，積極挖掘開發(fā)創(chuàng)新性實踐教學(xué)的有效載體，培養(yǎng)采礦專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。

三、采礦工程基礎(chǔ)力學(xué)課程教學(xué)改革的優(yōu)勢

（一）建立采礦特色案例庫，使教學(xué)更具有針對性

以采礦工程專業(yè)中力學(xué)課程為基礎(chǔ)，通過對教材的研究以及教材中習(xí)題進(jìn)行重新編撰，在教材中加入采礦背景，建立采礦特色案例庫，形成適用于采礦工程專業(yè)學(xué)生的教學(xué)方式，增強(qiáng)學(xué)生對采礦中力學(xué)問題的認(rèn)識，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實踐能力，以解決目前教學(xué)中理論和實踐聯(lián)系不緊密的問題。在整個模板的構(gòu)建過程中，緊緊圍繞力學(xué)在采礦工程中的應(yīng)用這一實質(zhì)來創(chuàng)建，不僅要使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中能夠獲取力學(xué)的基本知識，同時可以使學(xué)生將所學(xué)知識應(yīng)用到采礦工程實際中，一方面可以讓學(xué)生了解以后專業(yè)課程的相關(guān)內(nèi)容，另一方面能夠讓學(xué)生產(chǎn)生對專業(yè)課程的興趣。對于貴州理工學(xué)院這樣一所新建院校，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和理論聯(lián)系實際能力、提高學(xué)生的綜合素質(zhì)是非常有必要的，具有廣闊的應(yīng)用前景。

（二）注重學(xué)科交叉，培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力

學(xué)科交叉和融合能夠打破傳統(tǒng)工科學(xué)科的固定范式，讓學(xué)生具備多學(xué)科思維面對實際工程問題[12]。將基礎(chǔ)力學(xué)知識和采礦專業(yè)知識交叉融合，培養(yǎng)學(xué)生成為復(fù)合創(chuàng)新型人才，教導(dǎo)學(xué)生具有較強(qiáng)的實踐能力和與本學(xué)科相關(guān)的綜合能力，既具備基礎(chǔ)力學(xué)知識和職業(yè)所必需的技術(shù)能力，又有專業(yè)交叉復(fù)合性的知識儲備，一方面能夠滿足就業(yè)企業(yè)和生產(chǎn)第一線的需求，另一方面又能夠自我提升與創(chuàng)新能力。在平臺課程中讓學(xué)生對采礦工程專業(yè)有前期認(rèn)識，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，引導(dǎo)學(xué)生由接受性學(xué)習(xí)向自主性學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化，真正教導(dǎo)培養(yǎng)學(xué)生的自主能力、理論聯(lián)系實踐能力，并且憑借扎實的專業(yè)理論基礎(chǔ)和寬厚的交叉專業(yè)知識面，能在以后各自的崗位上進(jìn)行革新和創(chuàng)新，將所具備的知識進(jìn)行合理運(yùn)用并推廣。

（三）培養(yǎng)學(xué)生科研創(chuàng)新能力，有利于學(xué)生發(fā)展

“雙創(chuàng)型”人才培養(yǎng)是國家經(jīng)濟(jì)和戰(zhàn)略發(fā)展的需要，全國各高校也在積極培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才。按照大學(xué)生成長過程分析，大一是大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)思維的萌芽期，大二和大三是學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)思維的成熟和完善期，也是大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的黃金時期，大四是學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)成果物化期，而采礦工程專業(yè)力學(xué)課程恰好貫穿了大學(xué)生的大二和大三兩年，可以有針對性地培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，達(dá)到事半功倍的效果。指導(dǎo)老師可以根據(jù)學(xué)生的興趣愛好組建創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)小組，以老師的科研項目或其它采礦力學(xué)問題為基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生思考、建立力學(xué)模型、申報創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目。同時，組織學(xué)生參加各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽，為培養(yǎng)雙創(chuàng)型人才打下堅實基礎(chǔ)。近三年來，筆者指導(dǎo)學(xué)生立項創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目國家級1項，省級3項，校級5項，分別獲全國高等學(xué)校采礦工程專業(yè)學(xué)生實踐作品大賽二等獎、三等獎各1項，授權(quán)實用新型專利4項，發(fā)表論文2篇。

（四）有利于未來學(xué)生考研和從事采礦行業(yè)工作

就采礦工程而言，全國很多高校選擇力學(xué)課程作為專業(yè)課考試課程，比如中國礦業(yè)大學(xué)和安徽理工大學(xué)碩士研究生招生專業(yè)課程為礦山巖體力學(xué)，山東科技大學(xué)為巖體力學(xué)，貴州大學(xué)為工程力學(xué)（靜力學(xué)和材料力學(xué)），太原理工大學(xué)為材料力學(xué)。學(xué)生在大二、大三時系統(tǒng)性地學(xué)好力學(xué)課程知識，對考研專業(yè)課程起到事半功倍的效果，以及對以后進(jìn)行研究生課程的學(xué)習(xí)具有重要的作用。另外，培養(yǎng)學(xué)生從力學(xué)角度認(rèn)識和解決采礦問題，可以加深學(xué)生對力學(xué)基本理論以及采礦工程相關(guān)知識的認(rèn)識，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題能力，為學(xué)生今后從事采礦工程相關(guān)工作解決礦山壓力與巖層控制、支架合理選型以及巷道支護(hù)等問題奠定必要的技術(shù)素養(yǎng)。

四、結(jié)束語

綜上所述，構(gòu)建基于基礎(chǔ)力學(xué)課程的采礦特色案例庫，在此基礎(chǔ)上對課堂理論教學(xué)方法進(jìn)行有益的改革探索，將基礎(chǔ)力學(xué)知識和采礦專業(yè)知識交叉融合，使得采礦工程專業(yè)力學(xué)基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程有效銜接，以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力的目標(biāo)；另外通過開展“第二課堂”、“科研導(dǎo)師制”等科研實踐活動，積極引導(dǎo)大學(xué)生申請創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，培養(yǎng)采礦專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]張東升，范鋼偉，王方田，等.采礦工程品牌專業(yè)建設(shè)的內(nèi)涵與展望[J].煤炭高等教育，2017，35（01）：1-4.

[2]姚強(qiáng)嶺，萬志軍，李學(xué)華，等.我國采礦工程專業(yè)本科培養(yǎng)方案對比及啟示[J].煤炭高等教育，2016，34（05）：78-83.

[3]錢鳴高，石平五.礦山壓力與巖層控制[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2003.

[4]徐營，曹啟正，謝耀社.采礦工程專業(yè)力學(xué)知識結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究[J].煤炭高等教育，2016，34（3），10：116-120.

[5]徐營，劉造保，閆帥.借鑒法國大學(xué)教學(xué)方法的《巖石力學(xué)與工程》教學(xué)探討[J].教育教學(xué)論壇，2017，28：145-146.

[6]戴露.淺談采礦工程與力學(xué)問題的關(guān)系[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2015，34（2）：170-171.

[7]蘆保國.采礦工程中的力學(xué)知識探討[J].教育山西建筑，2017，43（33）：249-250.

[8]謝生榮，張守寶.采礦工程專業(yè)教學(xué)改革探索[J].中國校外教育，2016，10：132，136.

[9]王猛.采礦工程專業(yè)《巖體力學(xué)》課程教學(xué)改革初探[J].教育教學(xué)論壇，2017，18：106-107.

[10]李擎，郝長勝，鄭文翔，等.采礦專業(yè)巖石力學(xué)課程教學(xué)改革研究[J].教育教學(xué)論壇，2016，52：91-92.

[11]張東升，屠世浩，萬志軍，等.高等工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系的構(gòu)建與實踐[J].長春大學(xué)學(xué)報，2011，11（11）：137-143.

[12]劉洪林，張東升，管偉明.新疆大學(xué)采礦工程專業(yè)課程體系優(yōu)化與特色[J].煤炭高等教育，2014，32（5）：114-117.