《高等巖石力學》課程教學改革探討

季明+曹安業(yè)+張益東

【摘要】巖石力學作為一門既是理論，又具工程屬性的學科，是土木工程、道橋工程、建筑工程以及采礦工程、水利工程等工科專業(yè)研究生的重要專業(yè)基礎課之一。本文結合對中國礦業(yè)大學采礦工程專業(yè)研究生《高等巖石力學》教學的實際情況，在分析巖石力學課程教學主要特點的基礎上，探討了教學過程中存在的問題，提出了今后研究生《高等巖石力學》課程教學改革的思路及指導思想。

【關鍵詞】巖石力學 研究生教學 采礦工程 教學改革

【中圖分類號】G642.0 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）03-0005-03

一、引言

巖石力學是大學工科專業(yè)，如：土木工程、道橋工程、建筑工程以及采礦工程、水利工程等專業(yè)研究生的一門重要的專業(yè)基礎課，該課程已被廣泛應用于建筑、路橋交通、煤炭石油天然氣開采、水利水電工程、海洋漁業(yè)開發(fā)、環(huán)境保護與治理、防震減災等各領域。隨著經(jīng)濟發(fā)展，大規(guī)模的巖體工程建設的增多， 如：三峽工程、青藏鐵路、南水北調(diào)等工程的相繼建設等，為巖石力學發(fā)展帶來新的契機與挑戰(zhàn)。

長久以來，我國碩士研究生教育主要以培養(yǎng)獨立從事科學研究或教學工作的人才為目標，高等學校作為工程專業(yè)技術人員培養(yǎng)的基地，課程教學工作質(zhì)量的好壞直接決定了初期從業(yè)人員的素質(zhì)，而目前的高校的巖石力學教學存在著較多的問題，如：教材陳舊、實踐性內(nèi)容較少、缺乏先進的工程實例等等，嚴重影響了高等巖石力學的教學，因此高等巖石力學的課程改革勢在必行。

筆者所在的中國礦業(yè)大學是一所以煤礦安全開采為核心，礦業(yè)為重心的行業(yè)特色高校；筆者所教授的學生也主要是和采礦相關的碩士研究生。但隨著采礦行業(yè)的不斷發(fā)展，以及各校研究生招生規(guī)模的不斷擴大，煤礦行業(yè)對采礦專業(yè)的碩士研究生的需求也發(fā)生轉變，逐漸傾向于煤礦企業(yè)的一線工作崗位[1，2]，也就是說研究生需要掌握行業(yè)相關的，更多更全面的應用實踐的知識。筆者結合近年來巖石工程中的實際問題及多年巖石力學的教學經(jīng)驗，分析目前高校研究生高等巖石力學課程教學存在的問題， 并提出初步的改革方案與具體思路。

二、高等巖石力學教學存在的問題

1.高等巖石力學的特點

巖石力學是研究巖石（或巖體）的力學性態(tài)的理論和應用的科學，是研究巖石（巖體）在外界作用力下的應力狀態(tài)、變形規(guī)律和破壞條件等力學性質(zhì)的學科，涉及固體力學、流體力學，彈塑性理論和工程地質(zhì)等學科，它主要是通過科學實驗，結合理論分析，然后運用到實際的工程建設當中。

利用巖石力學能解決采礦工程中遇到的多數(shù)問題例如：（1）井下開采中巷道及工作面的圍巖穩(wěn)定性問題，尤其是軟巖、破碎巖石及埋深較大時的開采問題；（2）煤與瓦斯突出與礦井突水預測、預報及預處理理論和技術；（3）沖擊礦壓的預報及預處理理論和技術；（4）采空區(qū)及地表沉陷的問題等。

由于巖石力學涉及的學科多樣化，對其研究需要多種力學及數(shù)學手段相結合，呈現(xiàn)多學科交叉，多種理論交融的態(tài)勢[3]，這就是該學科的特點，也是難點。

能夠較好的學習高等巖石力學要求學生具備扎實的力學及數(shù)學知識基礎；對于教師來說，適合采礦工程專業(yè)的研究生高等巖石力學課程目前缺少一個整體的教學框架，一定程度上也極大地考驗任課教師的教學水平。

2.目前高等巖石力學教學中存在的問題

（1）教材陳舊，內(nèi)容落后

目前，各大高校的巖石力學相關的課程所使用的教材都比較老舊，像針對采礦工程研究生開設的高等巖石力學課程更加突出，現(xiàn)仍使用1990版的周維垣教授編寫的《高等巖石力學》[4]。在過去的煤炭行業(yè)的“黃金十年”當中，采礦工程也得到了快速發(fā)展，在煤炭資源的開采中所呈現(xiàn)的問題也日益增多，該方面的問題更加凸顯。例如，隨著淺部、條件較好的資源的大量開采，現(xiàn)已不能滿足市場的需求，像中東部地區(qū)的許多礦井已轉向深部、條件較差的煤炭資源進行開采，深部、軟弱圍巖條件下等復雜的巖石力學問題凸顯，而教材中卻缺少針對該種問題的現(xiàn)場應用情況，缺少新技術，新理論的內(nèi)容，與實際脫節(jié)嚴重。

（2）重講授輕討論（缺少互動）

在中國的傳統(tǒng)教育模式中，始終保持著“主動與被動的關系”，老師站在課堂上主動地傳授教材上的知識，學生坐在下面被動的接受知識，就是所謂的“填鴨式”教育，這種教育模式對于需要短時間內(nèi)掌握大量知識的中小學來講，可能能體現(xiàn)出其優(yōu)勢，但對于大學生尤其是研究生而言則顯得不合適。當前我校采礦工程專業(yè)研究生高等巖石力學的課程仍停留在這種模式，學生被動去接受理解知識，普遍缺乏主動性和批判性。巖石力學需要掌握豐富的力學及數(shù)學知識，前期知識基礎不牢固的話，后期很難緊跟教師的教學安排。而討論課的主副體發(fā)生轉變，且對教師及學生的要求都較高，教師需要具有精深巖石力學的專業(yè)知識及廣泛的知識面來引導學生進行課題討論及對學生所提出的問題進行全面的解答[5]。而作為該種教育模式主體的學生，則需要在課余時間查閱大量相關的書籍文獻，并需要思考分析問題，提出自己的觀點。

（3）教學內(nèi)容單一，缺少整體的知識體系

由于這是主要針對于采礦工程的研究生開設的高等巖石力學，大多數(shù)教師只是圍繞固體力學這塊進行教授，對巖石力學涉及的流體力學，損傷力學并沒有太多提及，前面我們也提到巖石力學是個多學科交叉的課程，如果僅局限于一種學科、理論，那么學生的個性與創(chuàng)造性就會被壓制，不能很好地深入的、全方面的去研究分析問題。以往我們培養(yǎng)的都是“一”字形人才，現(xiàn)在我們需要培養(yǎng)“十”字形甚至是“米”字形人才，才能夠更好地解決目前以及未來即將遇到的礦井開采難題，同時讓學生在其他行業(yè)也具有較強的競爭力[6]。

（4）教學內(nèi)容與學時不匹配

高等巖石力學的教學內(nèi)容較為豐富，就簡單以巖石的變形為例就分為彈性變形、塑性變形、粘性流動。研究生在學習本課程之前必須對本科階段的高等數(shù)學、材料力學、理論力學等課程的內(nèi)容有很好的掌握，否則很難深入透徹的理解該課程的教學內(nèi)容。而學生在本科階段學習上述課程時，多處于大學的一、二年級，距離研究生學習階段時間較長，之前即便具有較扎實的基礎，經(jīng)過幾年的擱置，或多或少還會存在一定的欠缺，這樣就會延緩教學進度。若要求學生完全掌握高等巖石力學課程的知識大致需要70學時，而本校該課程學時由于課程設置的調(diào)整壓縮為35學時，其中還要安排近1/3時間的研討課程。這樣就不能對本課程中的一些公式進行仔細演算推導講解，如果學生沒有很好地數(shù)學基礎，將達不到較好的聽課效果。

（5）考核方式不全面。目前，高等巖石力學考核是由平時成績和終期考試成績加權得到。一般情況下，平時成績指課堂作業(yè)和點名，而終期考試內(nèi)容無一超出課堂，即講什么考什么，一定程度上減少了學生獨立思考、創(chuàng)造性回答問題的機會，抑制了學習的積極性和主動性。

三、高等巖石力學的課程改革的優(yōu)化措施

1.調(diào)整課程結構

增加研討環(huán)節(jié)，改變傳統(tǒng)的講授模式[7]。由教師提出討論提綱，讓學生課下收集、查閱資料文獻，然后在研討會上發(fā)表自己的觀點；也可圍繞與課程相關的學生感興趣的問題或與巖石力學有關的導師課題進行討論，總之，要帶動學生學習的主觀能動性，形成“發(fā)現(xiàn)問題—提出問題—討論問題—解決方案”良好的科研思維。同樣能活躍課堂氣氛，建立良好的師生關系。

2.教材更新，優(yōu)化教學內(nèi)容

碩士研究生教學不能局限于單一陳舊的教材，應兼顧專業(yè)需求對多種教材進行編輯選講，同時緊跟當前學科先進技術、理論。對于采礦專業(yè)研究生來講，應對先前的教材進行精簡，考慮加入國內(nèi)外最新的采礦工程方面的巖石力學新理論、新技術、新設備，讓學生了解學科前沿的動態(tài)。結合采礦工程專業(yè)的發(fā)展需求，重點講授在采礦過程中所遇到的巖石力學問題，精簡或省略掉與其他課程重復的內(nèi)容，并根據(jù)最新的研究進展對教學PPT進行適當修改。

3.結合實際，加強實踐教學

針對目前市場對研究生的需求，畢業(yè)生應具有較強的動手能力和科研創(chuàng)新能力，且有一定的現(xiàn)場工程技術、設計的了解，加強對學生工程實踐的教學可以有效地提高這些方面的能力。采礦工程本身實踐性較強，經(jīng)過近幾年的快速發(fā)展，涌現(xiàn)了許多典型的與巖石力學相關的工程實例，在日常教學中加入對工程實踐的分析，總結施工經(jīng)驗形成“從實踐中來，到實踐中去”的教學模式。根據(jù)任課老師及導師的科研項目，對學生進行任務分配，讓其主動去了解、分析、解決工程中遇到的難題，從而學到其中的知識經(jīng)驗。

4.完善考核制度

考試是反應教學效果和實現(xiàn)教育目標的重要途徑而不是唯一手段，應更多注重培養(yǎng)學生的實踐創(chuàng)新能力。因此，增加考核內(nèi)容及降低期末考試成績占最終成績比重是很有必要的。經(jīng)研究完善，具體考核內(nèi)容和要求見表1。

5.教學方法

隨著現(xiàn)代化教學的發(fā)展，多媒體技術融入各教育階段的課堂，成為一種重要的輔助教育手段，其信息容量大、內(nèi)容充實，尤其方便展示各類圖片視頻，讓學生更加直觀的理解所學的知識。可以有效地動態(tài)的、著重的表現(xiàn)出教學中的重點和難點，可視化教學內(nèi)容，避免單一的枯燥乏味的板書教學，從而引起學生接受知識的興趣，同時教師只需課前準備好所需的電子材料，避免了課堂上長時間的板書書寫。

多媒體教學只是網(wǎng)絡教學的其中之一，還應發(fā)展其他的教學手段，如視頻廣播、WEB教材、視頻會議、BBS論壇、聊天室、e-mail等。從時間和空間上打破傳統(tǒng)的教學限制，推廣以網(wǎng)絡教學作為新時期的主流教學方式。當然，不能完全否定傳統(tǒng)的教學手段，應實時擇優(yōu)補充網(wǎng)絡教學。

四、結語

巖石力學同時具有理論科學和工程學科的屬性，特別是現(xiàn)代巖石力學的工程背景濃厚，研究內(nèi)容豐富、知識結構復雜，對其教學提出了一定要求，更為課程教學改革創(chuàng)造了條件。因此，尋找科學改革課程教學方法、培養(yǎng)既專又博型人才已變成當務之急。通過本文研究，已對高等力學課程教學改革作了初步探索并形成方案，但距離“傳授知識、激發(fā)興趣、訓練能力、啟迪創(chuàng)新”[8]的教學理念還有很多工作需要深入研究，任重道遠。

參考文獻：

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基金資助：江蘇省優(yōu)勢學科建設工程項目；江蘇省研究生教育教學改革研究與實踐課題（JGLX16_111）；“江蘇高校品牌專業(yè)建設工程資助項目” （PPZY2015A046）；中國礦業(yè)大學研究生教育教學改革研究與實踐項目（YJSJG006）。