田紅 高金川

摘要：為適應(yīng)當(dāng)前勘察、土木、地質(zhì)、石油等行業(yè)對相關(guān)專業(yè)本科畢業(yè)生的高要求，本文基于巖體力學(xué)的特點(diǎn)，詳細(xì)分析了當(dāng)前我國巖體力學(xué)本科教學(xué)的現(xiàn)狀以及進(jìn)行改革的必要性。在此基礎(chǔ)上，從教學(xué)內(nèi)容、試驗(yàn)環(huán)節(jié)、教學(xué)方法等方面提出了初步的改革措施。以期通過這些措施，提高巖體力學(xué)本科教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)適應(yīng)社會發(fā)展和時代要求的復(fù)合型人才。

關(guān)鍵詞：巖體力學(xué);教學(xué)內(nèi)容;試驗(yàn)教學(xué);數(shù)值仿真;教學(xué)方法

中圖分類號：G642.41 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）47-0088-02

巖體力學(xué)是土木工程、石油工程、地下工程、水利水電工程、地質(zhì)工程、采礦工程、勘查技術(shù)與工程等專業(yè)本科生的重要專業(yè)基礎(chǔ)課之一，是研究巖體在外界因素（荷載、水、溫度等）作用下的應(yīng)力、變形、破壞、穩(wěn)定性與加固的學(xué)科，理論基礎(chǔ)廣泛，涉及地質(zhì)學(xué)、固體力學(xué)、流體力學(xué)、計(jì)算數(shù)學(xué)、地球物理學(xué)等學(xué)科知識[1，2]。通過這門課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠建立起有關(guān)巖體力學(xué)的基本理論體系以及相應(yīng)的工程概念（如強(qiáng)度理論、工程巖體分類、穩(wěn)定性分析），為后面的相關(guān)專業(yè)課（如基礎(chǔ)工程、鉆探工藝學(xué)、計(jì)算巖土力學(xué)、礦山壓力與巖層控制）提供必要的知識儲備，也為畢業(yè)后從事建筑、勘探、采礦、采油等相關(guān)工作奠定必備的理論基礎(chǔ)。隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，大量的巖土工程廣泛興起，復(fù)雜的巖體力學(xué)問題不斷涌現(xiàn)，從而對高校培養(yǎng)的相關(guān)專業(yè)人才的綜合能力提出了更高的要求：不僅要具有扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，還要有一定的分析和解決現(xiàn)場實(shí)際問題的能力[3]。

作為人才培育的主要基地，高校在巖土工程人才培養(yǎng)過程中，在培養(yǎng)模式以及相關(guān)的各類軟硬件條件等方面已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上社會發(fā)展的步伐及社會對復(fù)合型人才的需求[4]。因此，針對當(dāng)今社會的實(shí)際需求，如何安排好巖體力學(xué)教學(xué)，培養(yǎng)合格的本科生，成為擺在各大高校相關(guān)教師面前的重要問題。

一、巖體力學(xué)教學(xué)改革的必要性

巖體在形成與存在過程中，長期遭受著復(fù)雜的建造與改造地質(zhì)作用，最終變成一種被大量不同類型與規(guī)模的斷層、節(jié)理、層理、片理、裂隙等結(jié)構(gòu)面切割包圍而成的材料，具有非均質(zhì)、非連續(xù)、各向異性的特點(diǎn)。同時，巖體還賦存于復(fù)雜的天然應(yīng)力狀態(tài)和地下水中。這些使工程巖體的力學(xué)行為極其復(fù)雜，通常呈高度非線性。巖體力學(xué)問題大多是病態(tài)的、不確定的、多尺度的，很難找到一種解析或數(shù)值算法進(jìn)行精確地求解[5]。從而，依托于巖體上的各類工程（如地下空間與地下隧道工程、巖質(zhì)邊坡工程、巖石地基與壩基工程、采礦工程以及鉆井工程）的設(shè)計(jì)計(jì)算分析極為復(fù)雜，目前實(shí)際工作中，仍通過以工程經(jīng)驗(yàn)、現(xiàn)場試驗(yàn)與監(jiān)測為主，理論指導(dǎo)為輔來完成?？梢哉f，巖體力學(xué)還很年輕，知識體系還不夠完善，許多理論尚不成熟，自身發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于工程實(shí)踐的要求。

隨著中國能源、交通、水利、國防、城市建設(shè)等事業(yè)的發(fā)展，巖體工程建設(shè)越來越多，規(guī)模也越來越大，這些給巖體力學(xué)帶來了新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，也對相關(guān)從業(yè)人員提出了更高的要求。然而，作為培養(yǎng)高級人才的搖籃，高校在巖體力學(xué)本科教學(xué)方面還存在很多問題，比如教材陳舊、內(nèi)容落后、試驗(yàn)教學(xué)不足、理論與實(shí)際脫節(jié)嚴(yán)重、課堂教學(xué)方法落后、教學(xué)手段單一，在很大程度上影響了本科生在實(shí)際工作中解決復(fù)雜問題的能力和創(chuàng)新能力。因此，開展巖體力學(xué)本科教學(xué)改革是十分必要的。通過教學(xué)改革，旨在既提高相關(guān)從業(yè)人員的基本素質(zhì)與實(shí)踐能力，又為培養(yǎng)高層次復(fù)合型人才打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

二、巖體力學(xué)本科教學(xué)改革的主要內(nèi)容

筆者認(rèn)為巖體力學(xué)本科教學(xué)改革應(yīng)從多方面著手：與時俱進(jìn)地優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，以實(shí)際工程為教學(xué)案例密切聯(lián)系實(shí)際，增加室內(nèi)試驗(yàn)與數(shù)值仿真等試驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，改革教學(xué)方法，從而探索滿足當(dāng)今社會快速發(fā)展條件下的巖體工程建設(shè)需求的復(fù)合型人才培育的教學(xué)方法。

（一）優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

目前國內(nèi)高校巖體力學(xué)本科課程無統(tǒng)一教材，教學(xué)內(nèi)容由任課教師自己掌握。相關(guān)教材也比較多，如沈明榮與陳建峰主編的《巖體力學(xué)》（2006），劉佑榮與唐輝明主編的《巖體力學(xué)》（2009），陳海波等主編的《巖體力學(xué)》（第2版，2013）以及陽軍生與陽生權(quán)主編的《巖體力學(xué)》（2008）。各教材在基礎(chǔ)理論方面的表述基本上是一致的，只是在工程應(yīng)用方面?zhèn)戎攸c(diǎn)有所不同。筆者認(rèn)為各任課教師應(yīng)根據(jù)其校本專業(yè)特點(diǎn)，依據(jù)教學(xué)大綱與學(xué)時安排，以一本教材為主、多本教材為輔的方針授課，在講授巖體力學(xué)基本原理與知識的基礎(chǔ)上，以實(shí)際工程進(jìn)行案例教學(xué)，并適當(dāng)向?qū)W生介紹當(dāng)前的新概念、新技術(shù)、新方法等發(fā)展動態(tài)與學(xué)科前沿，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拓寬學(xué)生的知識面。

本校地質(zhì)工程專業(yè)（巖土鉆掘方向）的巖體力學(xué)本科課程，根據(jù)國家學(xué)科組指定的教學(xué)大綱，編制授課計(jì)劃，結(jié)合本專業(yè)的特色與發(fā)展需要，對大綱進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整與修改。教材以教育部地質(zhì)工程教學(xué)指導(dǎo)分委會推薦的劉佑榮與唐輝明主編的《巖體力學(xué)》為主，以《Fundamentals of rock mechanics》、《巖石力學(xué)與工程》、《巖石力學(xué)與石油工程》、《鉆井巖石力學(xué)》、《礦山巖石力學(xué)》等相關(guān)教材為輔，刪除其他相關(guān)課程的重復(fù)性內(nèi)容，同時補(bǔ)充隧道鉆掘、地下工程支護(hù)、工民建勘察、大陸科學(xué)鉆探以及石油鉆井等方面的工程實(shí)例，根據(jù)本校本專業(yè)本科教學(xué)計(jì)劃40學(xué)時左右的內(nèi)容進(jìn)行編輯，在滿足本專業(yè)學(xué)生對巖體力學(xué)認(rèn)知與掌握的需求的同時，實(shí)現(xiàn)專業(yè)基礎(chǔ)知識扎實(shí)、知識面寬的復(fù)合型人才培養(yǎng)要求。

（二）增加試驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)

試驗(yàn)是巖體力學(xué)教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，但是限于學(xué)時、設(shè)備、經(jīng)費(fèi)等原因，在本科教學(xué)過程中一般只能有選擇地讓學(xué)生動手做幾種相關(guān)室內(nèi)試驗(yàn)，難以很好地培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，因此，增加試驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)勢在必行。筆者認(rèn)為可以從如下三個方面來解決這個問題：

1.通過與相關(guān)試驗(yàn)室相關(guān)人員協(xié)調(diào)，在課余時間借用試驗(yàn)，開展相關(guān)巖體力學(xué)試驗(yàn)，從而盡可能多地鍛煉學(xué)生的實(shí)際動手能力;在不影響試驗(yàn)室正常運(yùn)行的前提下，將學(xué)生劃分多批次，參觀有關(guān)科研項(xiàng)目的巖體力學(xué)試驗(yàn)過程，以實(shí)現(xiàn)盡可能多地感性認(rèn)識巖體力學(xué)課堂上講授的理論知識。

2.通過鼓勵和指導(dǎo)本科生積極參與所在院系教師的相關(guān)科研項(xiàng)目、科技報(bào)告會項(xiàng)目、大學(xué)生創(chuàng)新基金項(xiàng)目等活動，在項(xiàng)目中實(shí)際運(yùn)用巖體力學(xué)知識，進(jìn)一步鍛煉學(xué)生認(rèn)識、分析與處理巖體力學(xué)問題的能力。

3.充分利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)[6]，采用數(shù)值仿真手段彌補(bǔ)試驗(yàn)場地和設(shè)備的不足[7，8]，并初步培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用數(shù)值模擬與理論相結(jié)合的方法，分析邊坡穩(wěn)定性、地下隧道與礦山開采圍巖變形、地基巖體穩(wěn)定性、井壁穩(wěn)定性等實(shí)際工程問題。

通過以上措施實(shí)現(xiàn)室內(nèi)試驗(yàn)與數(shù)值仿真試驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的增加，使本科生在實(shí)踐中體會所學(xué)知識，找到自己的不足，增強(qiáng)對巖體力學(xué)的理解與掌握，鍛煉動手能力，提高分析問題、解決問題的能力與創(chuàng)新能力。

（三）改革教學(xué)方法

目前以多媒體電子課件為主、黑板板書為輔的教學(xué)方式已被廣泛應(yīng)用于高校教學(xué)中。巖體力學(xué)是一門理論性與實(shí)踐性均很強(qiáng)的學(xué)科，教師應(yīng)針對此特點(diǎn)開展教學(xué)活動。但是，限于學(xué)時、安全等原因，任課教師通常無法帶學(xué)生到現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)地參觀講解。為了加強(qiáng)理論與實(shí)踐的相接軌，就需要充分利用電子課件能夠圖文并茂、聲像俱佳的優(yōu)勢，形象生動地向?qū)W生傳遞工程現(xiàn)場信息，從而彌補(bǔ)實(shí)踐的不足。

對于理論方面，采用傳統(tǒng)的板書教學(xué)方法補(bǔ)充多媒體教學(xué)，對重點(diǎn)、難點(diǎn)公式用板書一步步推導(dǎo)，便于學(xué)生理解與記憶。增加課上與學(xué)生互動環(huán)節(jié)，如讓學(xué)生回憶上堂課內(nèi)容，多多就知識點(diǎn)提問，增加課堂作業(yè)環(huán)節(jié)，添加學(xué)生分組演講報(bào)告環(huán)節(jié)。增加課下與學(xué)生互動，如建立QQ群、微信朋友圈，在上面經(jīng)常發(fā)布行業(yè)最新動態(tài)的圖片、新聞、視頻，發(fā)表小課題引導(dǎo)學(xué)生討論，以及邀請學(xué)生參加自己的科研項(xiàng)目。改革考核方式，總成績既包括期末閉卷考試成績，又包括平時表現(xiàn)、試驗(yàn)報(bào)告、文獻(xiàn)綜述報(bào)告等。

通過以上種種手段，更好地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，更好地培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力與解決問題的能力，更加公平地評價(jià)學(xué)生的課業(yè)表現(xiàn)。

三、結(jié)語

巖體力學(xué)內(nèi)容豐富、知識復(fù)雜，給本科教學(xué)帶來了挑戰(zhàn)與機(jī)遇。筆者針對目前巖體力學(xué)本科教學(xué)方面的不足，從教學(xué)內(nèi)容、試驗(yàn)環(huán)節(jié)、教學(xué)方法等方面提出了初步的改革措施。以期通過這些改革，既能促進(jìn)學(xué)生更好地掌握巖體力學(xué)的基礎(chǔ)知識與技能，又能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力與實(shí)踐能力，為國家培養(yǎng)滿足行業(yè)需求的復(fù)合型人才。

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