采礦工程專業(yè)彈性力學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容改革探索

【摘要】在工程教育專業(yè)認證背景下，以西南科技大學(xué)采礦工程專業(yè)彈性力學(xué)課程為例，系統(tǒng)分析了該課程教學(xué)內(nèi)容體系上存在的問題?；贠BE理念，明確該課程教學(xué)目標，并據(jù)此提出一系列相應(yīng)的課程教學(xué)內(nèi)容改進措施與課程教學(xué)評價反饋機制，注重課程教學(xué)產(chǎn)出，著重培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用彈性力學(xué)知識分析和解決采礦工程問題的能力。

【關(guān)鍵詞】工程教育專業(yè)認證? 采礦工程? 彈性力學(xué)? OBE理念

【基金項目】西南科技大學(xué)教育教改研究項目（17xn0030）、產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項目（201901282002）。

【中圖分類號】G42 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2020）47-0125-02

我國于2016年6月正式加入國際上最具影響力的工程教育學(xué)位互認協(xié)議——《華盛頓協(xié)議》，標志著中國工程教育專業(yè)認證得到了國際認可[1，2]。中國工程教育專業(yè)認證是由教育部主管的中國工程教育專業(yè)認證協(xié)會針對高等教育機構(gòu)開設(shè)的工程類專業(yè)教育實施的專門性認證。工程教育專業(yè)認證強調(diào)OBE理念[3，4]，即以學(xué)生為中心，成果導(dǎo)向，持續(xù)改進。該理念下，課程教學(xué)工作也應(yīng)做出相應(yīng)的調(diào)整和改革。根據(jù)工程教育專業(yè)認證通用標準，彈性力學(xué)是采礦工程專業(yè)的一門工程基礎(chǔ)類課程[5，6]。西南科技大學(xué)采礦工程專業(yè)于2018年通過了中國工程教育專業(yè)認證，本文以該校采礦工程專業(yè)為例，開展工程教育專業(yè)認證背景下彈性力學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容改革探討。

1.課程教學(xué)內(nèi)容存在的問題

在進行工程教育專業(yè)認證之前，西南科技大學(xué)采礦工程專業(yè)對彈性力學(xué)課程的重視度不夠，未清楚認識到該課程是后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)的力學(xué)基礎(chǔ)。這導(dǎo)致該課程在本專業(yè)培養(yǎng)方案中較為邊緣化，被安排為一門選修課程，致使在教學(xué)中存在一些亟待解決的問題。

（1）課程教材教學(xué)內(nèi)容與專業(yè)不對口。目前，國內(nèi)出版的彈性力學(xué)教材基本上都是通用教材，涵蓋面廣泛，偏向于純理論講解，涉及到的內(nèi)容深度和難度過大，適用于工程力學(xué)等理科類相關(guān)專業(yè)，欠缺對非力學(xué)專業(yè)的適用性考慮。根據(jù)以往的教學(xué)經(jīng)驗，在比較有限的32課時需要講授大量章節(jié)的內(nèi)容，導(dǎo)致較多的基礎(chǔ)知識的講解只能點到為止，很難做到深入剖析與過程推導(dǎo)，導(dǎo)致學(xué)生難以深刻理解其物理意義及內(nèi)涵，從而降低了學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的興致。同時，部分章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容與采礦工程專業(yè)的關(guān)聯(lián)性不強，難以將該部分的彈性力學(xué)教學(xué)內(nèi)容與本專業(yè)進行有效的結(jié)合，更難以將其應(yīng)用到后續(xù)課程的教學(xué)與實踐，從而導(dǎo)致彈性力學(xué)作為本專業(yè)的力學(xué)基礎(chǔ)地位得不到充分的體現(xiàn)，致使課程整體的教學(xué)效果大打折扣。

（2）缺乏課程教學(xué)產(chǎn)出意識。以往的教學(xué)基本是以教師講授為主，很少去關(guān)注采礦工程專業(yè)的學(xué)生通過彈性力學(xué)課程的學(xué)習(xí)應(yīng)該掌握哪些知識，培養(yǎng)什么能力。從而導(dǎo)致該課程教學(xué)只是單純的知識點講解和公式推導(dǎo)，缺少實質(zhì)的教學(xué)產(chǎn)出。根據(jù)工程教育專業(yè)認證通用標準，彈性力學(xué)為采礦工程專業(yè)的一門工程基礎(chǔ)類課程，該課程教學(xué)內(nèi)容不僅需要講解基礎(chǔ)知識，更需要結(jié)合專業(yè)本身，用于分析和解決復(fù)雜采礦工程問題，切實做到培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用的能力。

因此，基于工程教育專業(yè)認證的OBE理念，有必要以學(xué)生為中心對采礦工程專業(yè)彈性力學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容進行改革，處理好彈性力學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容與采礦工程專業(yè)的關(guān)系，注重實質(zhì)意義上的教學(xué)產(chǎn)出和學(xué)生能力的培養(yǎng)。

2.課程教學(xué)內(nèi)容改革

在工程教育專業(yè)認證背景下，基于OBE理念，通過調(diào)整采礦工程專業(yè)彈性力學(xué)課程教學(xué)大綱，對課程教學(xué)內(nèi)容進行改革探索。

（1）緊扣本專業(yè)畢業(yè)要求指標，明確課程教學(xué)目標。根據(jù)工程教育專業(yè)認證標準，課程的設(shè)置必須要能支持畢業(yè)要求的達成。彈性力學(xué)是采礦工程專業(yè)的工程基礎(chǔ)類課程，其教學(xué)目標應(yīng)能體現(xiàn)出學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng)。只有先明確彈性力學(xué)課程教學(xué)目標，相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容才能設(shè)置得更加合理和有針對性。通過多種渠道的調(diào)研與探索，制定出該課程的教學(xué)目標為：①掌握彈性力學(xué)基本知識與理論，具備彈性力學(xué)問題求解的解析計算能力;②具備將某些類型的采礦工程問題簡化為彈性力學(xué)模型的分析和判別能力;③具備將彈性力學(xué)理論應(yīng)用于解決和處理某些類型采礦工程問題的能力。這三條課程目標呈遞進關(guān)系，第一條注重對學(xué)生掌握彈性力學(xué)課程基礎(chǔ)知識和計算方法能力的培養(yǎng)，這也是傳統(tǒng)教學(xué)中的主要目標和要求。后面兩條注重培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用彈性力學(xué)知識分析和解決采礦工程問題的能力，符合工程教育專業(yè)認證理念。

（2）圍繞課程教學(xué)目標，優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容。為達成以上彈性力學(xué)課程教學(xué)目標，需要針對學(xué)生相關(guān)能力的培養(yǎng)優(yōu)化具體的課程教學(xué)內(nèi)容。

課程教學(xué)目標一主要是培養(yǎng)學(xué)生掌握彈性力學(xué)基礎(chǔ)理論和采礦工程中涉及到彈性力學(xué)問題的求解計算能力。針對該教學(xué)目標，設(shè)置的課程教學(xué)內(nèi)容主要有應(yīng)力狀態(tài)理論、應(yīng)變狀態(tài)理論、彈性本構(gòu)關(guān)系、彈性力學(xué)問題的建立與求解方法。這部分內(nèi)容以理論講授為主，為培養(yǎng)學(xué)生掌握該課程基礎(chǔ)知識和計算方法的能力，在理論講解時增加各概念提出的歷史背景環(huán)節(jié)，注重各公式的詳細推導(dǎo)過程，明確相關(guān)物理意義及歷史貢獻，同時可穿插相關(guān)歷史人物的介紹。例如，在講解彈性本構(gòu)關(guān)系這一知識點時，可由中學(xué)學(xué)習(xí)的彈簧定律（即狹義胡克定律）引出，介紹本構(gòu)方程提出前的歷史背景和瓶頸，過渡到狹義胡克定律提出的意義（第一個本構(gòu)方程），同時分析其局限性（僅限二維），并引出廣義胡克定律的推導(dǎo)演化過程，最后講解廣義胡克定律在線彈性理論中的應(yīng)用即彈性本構(gòu)方程的內(nèi)容。以上內(nèi)容講解中進一步深度推導(dǎo)不同性質(zhì)材料的彈性本構(gòu)方程公式及彈性常數(shù)，同時穿插引出楊氏模量、泊松比、剪切模量、體積模量和拉梅常數(shù)這五個常用彈性常數(shù)，及包括胡克在內(nèi)的相關(guān)歷史人物介紹。以上幾點要求教師有較大的文獻閱讀量，講解的內(nèi)容不再局限于教材。經(jīng)過以上過程，一定程度上減少了該課程理論講解和推導(dǎo)的枯燥性，降低學(xué)生的畏難心理，可使學(xué)生對彈性力學(xué)基礎(chǔ)知識的歷史由來、推導(dǎo)過程及意義有更加清晰的認識，同時對彈性力學(xué)知識理解和掌握更具有層次性和連貫性。

課程教學(xué)目標二主要是培養(yǎng)學(xué)生識別采礦工程中彈性力學(xué)問題的能力。針對該教學(xué)目標，設(shè)置的課程教學(xué)內(nèi)容主要為巖土力學(xué)彈性解。這部分內(nèi)容主要以包括采礦工程在內(nèi)的巖土工程領(lǐng)域比較常見的工程問題，注重問題引導(dǎo)，以理論講授為主，通過以采礦工程中涉及的巖土力學(xué)問題進行數(shù)學(xué)建模，建立彈性力學(xué)分析模型，并推導(dǎo)得到相應(yīng)的彈性力學(xué)解。例如：以采礦工程中的某類點荷載問題為引入背景，分析受力條件與邊界條件，引出Boussinesq問題，建立彈性力學(xué)分析模型，推導(dǎo)計算得到該類問題的彈性力學(xué)解。該部分教學(xué)內(nèi)容通過將采礦工程中的具體巖土力學(xué)問題轉(zhuǎn)化為彈性力學(xué)問題進行建模分析，培養(yǎng)學(xué)生運用彈性力學(xué)的數(shù)學(xué)思維方式識別分析采礦工程問題的能力。

課程教學(xué)目標三主要是結(jié)合巖石力學(xué)課程知識共同開展案例教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用彈性力學(xué)知識分析和解決采礦工程問題的能力。針對該教學(xué)目標，設(shè)置的課程教學(xué)內(nèi)容主要為巖土力學(xué)彈性解的應(yīng)用。這部分內(nèi)容以案例講解分析為主，通過以具體的采礦工程問題為例，應(yīng)用巖土力學(xué)彈性解進行問題的建模與求解。例如：以采礦工程中的某形狀下的垂直荷載問題為引入背景，分析受力條件與邊界條件，應(yīng)用Boussinesq問題的彈性力學(xué)解，分析和求解得到該工程問題的位移和應(yīng)力。該部分教學(xué)內(nèi)容通過講解應(yīng)用巖土力學(xué)彈性解來分析和計算采礦工程問題，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用，能將彈性力學(xué)理論運用到采礦工程問題實踐的能力。

（3）建立課程評價反饋機制，持續(xù)改進。為了解該課程教學(xué)產(chǎn)出及課程目標達成情況，制定了相應(yīng)的課程考核方式：1）章節(jié)作業(yè)習(xí)題，占總成績的20%，主要考查學(xué)生對彈性力學(xué)基礎(chǔ)知識的掌握情況，對應(yīng)于評價課程目標一的達成情況;2）課程大作業(yè)，占總成績的30%，主要考查學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)的彈性力學(xué)知識分析和解決采礦工程問題的能力，對應(yīng)于評價課程目標二和課程目標三的達成情況;3）期末考試，占總成績的50%，綜合考查學(xué)生對彈性力學(xué)課程學(xué)習(xí)的掌握情況，對應(yīng)于評價課程目標一、二、三的達成情況，該部分在分值上以課程目標二、三為主。通過建立章節(jié)作業(yè)習(xí)題、課程大作業(yè)、期末考試等全過程考核機制，清楚了解該課程的教學(xué)產(chǎn)出及課程目標達成情況，同時向?qū)W生進行問卷調(diào)查，掌握學(xué)生在該課程學(xué)習(xí)中出現(xiàn)的問題及學(xué)生提供的建議、改進點，同時及時獲取學(xué)生對該課程的其它知識、能力需求等反饋信息，并及時做出相應(yīng)調(diào)整，切實做好課程的持續(xù)改進工作。

3.教學(xué)內(nèi)容改革成效

相對于傳統(tǒng)教學(xué)，工程教育專業(yè)認證教學(xué)產(chǎn)出導(dǎo)向使得彈性力學(xué)課程在教學(xué)內(nèi)容的選擇上不再完全依賴于教材，可根據(jù)采礦專業(yè)的自身特點和需求開設(shè)教學(xué)環(huán)節(jié)。以學(xué)生能力的達成為教學(xué)目標，實現(xiàn)了以學(xué)生為中心、產(chǎn)出為導(dǎo)向。通過近3年的教學(xué)改革與對比，課堂整體的教學(xué)效果、該課程目標的達成情況持續(xù)變好，學(xué)生應(yīng)用彈性力學(xué)理論解決和處理采礦工程問題的綜合能力持續(xù)提高。

通過課程教學(xué)內(nèi)容的改革，學(xué)生不再單純枯燥地為學(xué)而學(xué)，而是結(jié)合采礦工程專業(yè)的力學(xué)需求，有針對性地進行彈性力學(xué)理論知識的學(xué)習(xí)，更加注重學(xué)以致用，切實將基礎(chǔ)力學(xué)理論應(yīng)用采礦專業(yè)問題實踐，真正做到該課程要求的能力培養(yǎng)。

本文根據(jù)工程教育專業(yè)認證理念，結(jié)合近幾年的教學(xué)實踐經(jīng)驗，對采礦工程專業(yè)彈性力學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容存在的問題進行了總結(jié)和歸納，并提出一些課程教學(xué)內(nèi)容的改進措施。在教學(xué)過程中，教師應(yīng)結(jié)合工程教育專業(yè)認證理念，在充分理解采礦工程專業(yè)畢業(yè)要求的基礎(chǔ)上，通過課程教學(xué)評價反饋及同行交流等方式不斷對課程目標、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段等進行持續(xù)改進，以學(xué)生為中心，注重教學(xué)產(chǎn)出，切實培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用的能力。

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作者簡介：

李斌（1988.05-），博士，任職于西南科技大學(xué)，講師。