人工智能大背景下智能巖石力學(xué)課程改革研究

摘 要 隨著人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)巖石力學(xué)課程面臨著改革與創(chuàng)新的需求。文章針對當(dāng)前智能巖石力學(xué)教育現(xiàn)狀，提出了一套課程改革方案，旨在通過融合人工智能技術(shù)，提升巖石力學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力，為培養(yǎng)新時(shí)代地質(zhì)工程領(lǐng)域人才奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 人工智能；巖石力學(xué)；課程改革；方案設(shè)計(jì)；實(shí)施策略

中圖分類號：G424 " " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A " " DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2025.02.009

Research on the Reform of Intelligent Rock Mechanics Curriculum in the Context of Artificial Intelligence

DENG Zhiyun1， DU Libing2

（1.School of Civil Engineering， Beijing Jiaotong University， Beijing 1 00044;

2. School of Geoscience and Technology， Southwest Petroleum University， Chengdu， Sichuan 610500）

Abstract With the rapid development of artificial intelligence technology， traditional rock mechanics courses are facing the need for reform and innovation. This paper addresses the current status of intelligent rock mechanics education and proposes a set of curriculum reform schemes. The aim is to enhance the teaching quality of rock mechanics courses and students’ practical innovation capabilities by integrating"artificial intelligence technology， thereby laying the foundation for"cultivating talents in the field of geological engineering in the new"era.

Keywords artificial intelligence; rock mechanics; curriculum reform;"scheme design; implementation strategy

在巖石力學(xué)領(lǐng)域，人工智能技術(shù)的應(yīng)用展現(xiàn)出廣闊前景，涵蓋智能監(jiān)測與預(yù)測、數(shù)據(jù)分析與處理、設(shè)計(jì)與優(yōu)化、智能施工及教育與培訓(xùn)等多個(gè)方面。實(shí)時(shí)監(jiān)測與災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)通過傳感器數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析，有效預(yù)測地質(zhì)災(zāi)害，保障工程安全。數(shù)據(jù)挖掘與模式識別技術(shù)高效處理實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，為工程設(shè)計(jì)提供支撐。AI輔助的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與參數(shù)優(yōu)化，提升了設(shè)計(jì)效率與精準(zhǔn)度。自動化施工與施工管理提高了施工效率及安全性。VR和AR結(jié)合AI，為巖石力學(xué)教育帶來個(gè)性化學(xué)習(xí)體驗(yàn)。技術(shù)融合與智能化水平提升預(yù)示著巖石力學(xué)領(lǐng)域?qū)?shí)現(xiàn)全面智能化，提高安全性，優(yōu)化效率，同時(shí)催生新的人才培養(yǎng)需求，推動教育體系更新。因此，智能巖石力學(xué)課程改革勢在必行，以適應(yīng)行業(yè)技術(shù)革新與轉(zhuǎn)型需求，提升教育質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，滿足就業(yè)市場，促進(jìn)科研創(chuàng)新，并應(yīng)對環(huán)境與資源挑戰(zhàn)。課程改革旨在吸納人工智能技術(shù)，更新教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)新教學(xué)方法，強(qiáng)化跨學(xué)科能力與實(shí)踐技能，提高畢業(yè)生就業(yè)競爭力，填補(bǔ)行業(yè)人才缺口。同時(shí)，推動科研方法創(chuàng)新與成果轉(zhuǎn)化，強(qiáng)調(diào)環(huán)保與可持續(xù)發(fā)展，利用智能化技術(shù)提高資源效率，增強(qiáng)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測與防治能力，為社會穩(wěn)定和科技進(jìn)步提供支撐。

為此，本文擬探究人工智能驅(qū)動的智能巖石力學(xué)課程改革方向與目標(biāo)，以理論支持教育改革，并通過整合AI技術(shù)提升教學(xué)成效。研究評估課程改革對學(xué)生創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力及跨學(xué)科問題解決能力的培養(yǎng)，并探討其促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研融合的潛力。通過分析教育現(xiàn)狀，識別不足，設(shè)計(jì)融合AI的課程體系，探索教學(xué)方法創(chuàng)新，并提出實(shí)踐教學(xué)改革方案與評價(jià)體系。研究實(shí)施策略與保障措施，采用多種研究方法，為教育改革與人才培養(yǎng)提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。

1" 智能巖石力學(xué)課程改革方案設(shè)計(jì)

1.1" 課程目標(biāo)設(shè)定

確立課程目標(biāo)為首要之務(wù)，知識目標(biāo)包括確保學(xué)生深入理解和掌握巖石力學(xué)的基本原理和概念，如巖石的物理性質(zhì)、力學(xué)行為、破壞準(zhǔn)則等，并使學(xué)生了解人工智能在巖石力學(xué)領(lǐng)域的最新應(yīng)用，如機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘、智能優(yōu)化算法等，同時(shí)促進(jìn)跨學(xué)科知識融合，如結(jié)合計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)據(jù)科學(xué)等領(lǐng)域的知識。能力目標(biāo)旨在培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用智能巖石力學(xué)理論和方法分析解決實(shí)際工程問題的能力，提高實(shí)驗(yàn)操作技能和工程實(shí)踐能力，鼓勵創(chuàng)新性思考和研究，以及通過團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目和討論培養(yǎng)溝通能力和團(tuán)隊(duì)合作精神。素質(zhì)目標(biāo)則著眼于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、工程倫理和終身學(xué)習(xí)能力。社會目標(biāo)旨在使課程內(nèi)容與行業(yè)需求緊密結(jié)合，培養(yǎng)高素質(zhì)人才，促進(jìn)國內(nèi)外學(xué)術(shù)交流，提升我國在智能巖石力學(xué)領(lǐng)域的國際影響力。綜上所述，智能巖石力學(xué)課程改革的目標(biāo)是培養(yǎng)具有扎實(shí)理論基礎(chǔ)、實(shí)踐能力、創(chuàng)新精神和跨學(xué)科視野的高級專業(yè)人才，以滿足社會和行業(yè)的發(fā)展需求。

1.2" 教學(xué)內(nèi)容改革

教學(xué)內(nèi)容改革占據(jù)核心地位，首先，提出整合傳統(tǒng)與智能教學(xué)內(nèi)容的方案，包括編寫或更新教材以融合傳統(tǒng)巖石力學(xué)與智能技術(shù)的最新研究成果，確保教學(xué)內(nèi)容的前沿性和實(shí)用性，并通過模塊化課程設(shè)計(jì)，將課程內(nèi)容分為基礎(chǔ)理論模塊、智能技術(shù)模塊、實(shí)踐應(yīng)用模塊，以便學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)和掌握?；A(chǔ)理論模塊涵蓋巖石的基本性質(zhì)、巖石力學(xué)的基本理論，并更新傳統(tǒng)理論，引入現(xiàn)代巖石力學(xué)理論。智能技術(shù)模塊介紹人工智能基礎(chǔ)知識，探討其在巖石力學(xué)中的應(yīng)用，并教授智能分析軟件的使用方法。實(shí)踐應(yīng)用模塊則通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)、案例分析、項(xiàng)目研究，提高學(xué)生的實(shí)際操作能力和問題解決能力。此外，跨學(xué)科教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置，包括開設(shè)跨學(xué)科課程和聯(lián)合教學(xué)，旨在促進(jìn)不同學(xué)科知識的融合，拓寬學(xué)生視野，邀請相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覅⑴c授課，培養(yǎng)具有跨學(xué)科背景的高級專業(yè)人才。

1.3" 教學(xué)方法改革

改革方案包括引入多元化教學(xué)方法，如混合式教學(xué)結(jié)合線上和線下資源，實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂，增加學(xué)生自主學(xué)習(xí)的時(shí)間和空間；項(xiàng)目式學(xué)習(xí)通過設(shè)計(jì)實(shí)際工程項(xiàng)目，促進(jìn)理論知識與實(shí)踐應(yīng)用相結(jié)合；案例教學(xué)和討論式教學(xué)則分別通過分析真實(shí)工程案例和鼓勵課堂討論，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際問題解決能力和批判性思維。實(shí)踐教學(xué)方面，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提供實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)機(jī)會，并利用虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)創(chuàng)建模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境。技術(shù)手段的應(yīng)用方面，多媒體教學(xué)和在線教學(xué)平臺的使用增強(qiáng)了教學(xué)互動性和資源共享，而智能教學(xué)輔助工具的開發(fā)則進(jìn)一步提升了教學(xué)效果。評價(jià)體系方面，形成性評價(jià)和過程性評價(jià)相結(jié)合，全面評估學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和實(shí)踐能力，同時(shí)采用多元化評價(jià)方法，注重學(xué)生的綜合素質(zhì)評價(jià)。

1.4" 實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)改革

實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改革對于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作能力和創(chuàng)新精神有著至關(guān)重要的意義。具體改革方案包括實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)以及實(shí)踐教學(xué)評價(jià)的全面更新。首先，實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革旨在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)課程體系，增加與人工智能技術(shù)相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，確保實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的前沿性和實(shí)用性。同時(shí)，通過升級實(shí)驗(yàn)設(shè)施，引入智能化實(shí)驗(yàn)儀器，提高實(shí)驗(yàn)的精確度和效率。首先，實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法創(chuàng)新采用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)、問題導(dǎo)向?qū)W習(xí)等，鼓勵學(xué)生進(jìn)行自主探索和團(tuán)隊(duì)合作，并開發(fā)虛擬實(shí)驗(yàn)室，提供更多樣化的實(shí)踐學(xué)習(xí)環(huán)境。其次，實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)改革著重于實(shí)習(xí)基地的建設(shè)，與企業(yè)建立長期合作關(guān)系，確保實(shí)習(xí)內(nèi)容與智能巖石力學(xué)緊密結(jié)合。引入企業(yè)導(dǎo)師制度，提供實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)和職業(yè)指導(dǎo)，并定期更新實(shí)習(xí)內(nèi)容，以保持與行業(yè)需求的一致性。最后，實(shí)踐教學(xué)評價(jià)改革強(qiáng)調(diào)過程性評價(jià)，加強(qiáng)對學(xué)生在實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)過程中的表現(xiàn)和能力培養(yǎng)的評價(jià)，以及對學(xué)生實(shí)際操作技能、工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神的全面評估。

2" 智能巖石力學(xué)課程改革實(shí)施策略

2.1" 加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)

首先，在教師選拔與引進(jìn)方面，優(yōu)先考慮具有智能巖石力學(xué)或相關(guān)領(lǐng)域博士學(xué)位的教師，以保障教師的專業(yè)性和學(xué)術(shù)水平。同時(shí)，鼓勵教師積累實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，提升解決實(shí)際工程問題的能力，并引進(jìn)具有計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)據(jù)科學(xué)等跨學(xué)科背景的教師，以促進(jìn)學(xué)科知識的融合。其次，針對教師培訓(xùn)與發(fā)展，定期組織智能巖石力學(xué)和人工智能相關(guān)領(lǐng)域的培訓(xùn)，以更新教師的知識結(jié)構(gòu)。再次，鼓勵教師參與國內(nèi)外學(xué)術(shù)交流活動，拓寬視野，提升教學(xué)和研究水平，并提供充足的科研經(jīng)費(fèi)和資源，支持教師開展相關(guān)科研項(xiàng)目。最后，建立教師激勵機(jī)制，包括公平、公正的職稱晉升機(jī)制，以激勵教師的教學(xué)和科研投入；設(shè)立教學(xué)獎勵基金，表彰教學(xué)改革和教學(xué)成果突出的教師；鼓勵教師組建跨學(xué)科教學(xué)團(tuán)隊(duì)，共同推進(jìn)課程改革。

2.2" 完善教學(xué)資源

首先，在教材與課程資源建設(shè)方面，組織專家編寫與課程改革配套的新教材，融合最新研究成果和行業(yè)實(shí)踐案例，并定期更新教材內(nèi)容，淘汰過時(shí)知識，補(bǔ)充新穎理論和實(shí)踐內(nèi)容。同時(shí)，建立教學(xué)案例庫，搜集和整理真實(shí)工程案例，為學(xué)生提供豐富的學(xué)習(xí)素材。其次，針對實(shí)驗(yàn)與實(shí)訓(xùn)資源建設(shè)，投資于實(shí)驗(yàn)設(shè)備的更新，引入智能化實(shí)驗(yàn)儀器，提升實(shí)驗(yàn)的精確度和效率。開發(fā)虛擬實(shí)驗(yàn)室，為學(xué)生創(chuàng)造多樣化的實(shí)踐學(xué)習(xí)環(huán)境，并建立實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地，提供實(shí)際操作的平臺。在在線教學(xué)資源建設(shè)方面，建立在線課程平臺，提供包括視頻、課件、習(xí)題等在內(nèi)的教學(xué)資源，并通過與其他高?；蜓芯繖C(jī)構(gòu)的合作，實(shí)現(xiàn)資源共享，提升資源利用效率。最后，構(gòu)建教學(xué)支持系統(tǒng)，開發(fā)基于人工智能的智能教學(xué)輔助工具，如智能答疑系統(tǒng)和個(gè)性化學(xué)習(xí)推薦，以及建立教學(xué)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)過程的信息化，提高教學(xué)效率。

2.3" 改進(jìn)評價(jià)體系

首先，實(shí)施多元化評價(jià)方法，包括形成性評價(jià)以加強(qiáng)對學(xué)生學(xué)習(xí)過程的監(jiān)控，如通過課堂討論、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、項(xiàng)目展示等手段全面了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況；過程性評價(jià)則關(guān)注學(xué)生在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的表現(xiàn)，如實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)，以評估其實(shí)踐和創(chuàng)新能力；同時(shí)，將定性與定量評價(jià)相結(jié)合，全面評估學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，注重學(xué)生綜合素質(zhì)的評價(jià)。其次，引入個(gè)性化評價(jià)策略，關(guān)注學(xué)生個(gè)體差異，制定針對性評價(jià)方案，提高評價(jià)的有效性；實(shí)施動態(tài)評價(jià)，定期跟蹤學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度和能力發(fā)展，及時(shí)調(diào)整評價(jià)方案，確保評價(jià)的實(shí)時(shí)性和動態(tài)性。再次，建立激勵機(jī)制，對學(xué)習(xí)過程中表現(xiàn)突出的學(xué)生給予獎勵，激發(fā)學(xué)習(xí)積極性；通過評價(jià)結(jié)果提供反饋，指導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)不足并進(jìn)行改進(jìn)。最后，提升教師評價(jià)能力，組織教師參加評價(jià)方法和技巧的培訓(xùn)，提高其評價(jià)學(xué)生的能力；建立同行評議機(jī)制，促進(jìn)教師間的相互學(xué)習(xí)和提高。

通過這些策略改進(jìn)評價(jià)體系，不僅為智能巖石力學(xué)課程改革提供了有力支持，提升了教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生學(xué)習(xí)效果，而且有助于師資隊(duì)伍的建設(shè)，為課程改革的持續(xù)發(fā)展注入動力。

3" 結(jié)論

智能巖石力學(xué)課程改革的重要性體現(xiàn)在多個(gè)層面。首先，該改革順應(yīng)了人工智能技術(shù)的迅猛發(fā)展，確保了教育內(nèi)容與時(shí)代需求的同步，致力于培養(yǎng)具備創(chuàng)新和實(shí)踐能力的高級專業(yè)人才。其次，通過優(yōu)化課程內(nèi)容和教學(xué)方法，改革顯著提升了教學(xué)質(zhì)量與學(xué)生學(xué)習(xí)成效，使學(xué)生深入理解智能巖石力學(xué)的基礎(chǔ)理論與應(yīng)用技能。再次，課程改革著重于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力與實(shí)踐能力，為行業(yè)輸送了具有創(chuàng)新精神和實(shí)用技能的專業(yè)人才，滿足了社會對高素質(zhì)人才的需求，并增強(qiáng)了畢業(yè)生的就業(yè)競爭力。改革還促進(jìn)了科研創(chuàng)新，為教師和學(xué)生的科研成果轉(zhuǎn)化提供了平臺，支持理論成果向?qū)嶋H應(yīng)用的轉(zhuǎn)化，并強(qiáng)調(diào)了環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展理念，通過智能化技術(shù)提升資源利用效率，減少對環(huán)境的影響。最后，智能巖石力學(xué)課程改革推動了學(xué)術(shù)研究、人才培養(yǎng)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的深度融合，促進(jìn)了產(chǎn)學(xué)研一體化，加速了領(lǐng)域內(nèi)的科技創(chuàng)新。改革已取得顯著成效，表現(xiàn)在教學(xué)質(zhì)量提升、學(xué)生能力增強(qiáng)、就業(yè)競爭力提高、科研創(chuàng)新推動以及教育國際化進(jìn)程加速。教師和學(xué)生的創(chuàng)新性研究為行業(yè)發(fā)展提供了智力支持，并通過國際學(xué)術(shù)交流提升了我國在該領(lǐng)域的國際影響力。

未來，智能巖石力學(xué)教育將推進(jìn)個(gè)性化與智能化教學(xué)模式，促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研深度融合，為領(lǐng)域發(fā)展提供創(chuàng)新成果。國際化人才培養(yǎng)將通過國際合作，推動我國在該領(lǐng)域的國際化發(fā)展。改革將關(guān)注教育公平與質(zhì)量提升，優(yōu)化教學(xué)資源配置，改進(jìn)教學(xué)方法，使更多學(xué)生受益。改革還將貫徹環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展理念，利用智能化技術(shù)提高資源效率。

基金項(xiàng)目：2023年教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目“智能巖石力學(xué)課程建設(shè)探索”（230804691141904）；西南石油大學(xué)研究生教研教改項(xiàng)目“《地質(zhì)災(zāi)害防治案例分析》課程教學(xué)改革探索”（2024JGYB006）。

參考文獻(xiàn)

[1] 張滕.智能技術(shù)在巖土工程勘察中的應(yīng)用分析[J].智能建筑與智慧城市，2024（10）：164-166.

[2] 張搏，秦曉輝，徐超華.生成式人工智能在巖體力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用與挑戰(zhàn)[J].科教導(dǎo)刊，2024（22）：114-116.

[3] 趙麗娟.新型勘察技術(shù)在巖土工程勘察中的應(yīng)用與發(fā)展[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2024（9）：190-192.

[4] 冀盼彧，徐利成，劉軒，等.基于巖土工程勘察的智慧數(shù)據(jù)管理與分析系統(tǒng)[J].城市勘測，2023（6）：187-192.

[5] 劉振華，于錢米，牛吉強(qiáng)，等.大數(shù)據(jù)和人工智能對地勘和工勘技術(shù)發(fā)展的影響[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2023，41（12）：58-60.