季明+曹安業(yè)+張益東

【摘要】巖石力學(xué)作為一門既是理論，又具工程屬性的學(xué)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(chǔ)課之一。本文結(jié)合對(duì)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)采礦工程專業(yè)研究生《高等巖石力學(xué)》教學(xué)的實(shí)際情況，在分析巖石力學(xué)課程教學(xué)主要特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，探討了教學(xué)過程中存在的問題，提出了今后研究生《高等巖石力學(xué)》課程教學(xué)改革的思路及指導(dǎo)思想。

【關(guān)鍵詞】巖石力學(xué) 研究生教學(xué) 采礦工程 教學(xué)改革

【中圖分類號(hào)】G642.0 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2017）03-0005-03

一、引言

巖石力學(xué)是大學(xué)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(chǔ)課，該課程已被廣泛應(yīng)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(hù)與治理、防震減災(zāi)等各領(lǐng)域。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，大規(guī)模的巖體工程建設(shè)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(shè)等，為巖石力學(xué)發(fā)展帶來新的契機(jī)與挑戰(zhàn)。

長(zhǎng)久以來，我國(guó)碩士研究生教育主要以培養(yǎng)獨(dú)立從事科學(xué)研究或教學(xué)工作的人才為目標(biāo)，高等學(xué)校作為工程專業(yè)技術(shù)人員培養(yǎng)的基地，課程教學(xué)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(xué)教學(xué)存在著較多的問題，如：教材陳舊、實(shí)踐性內(nèi)容較少、缺乏先進(jìn)的工程實(shí)例等等，嚴(yán)重影響了高等巖石力學(xué)的教學(xué)，因此高等巖石力學(xué)的課程改革勢(shì)在必行。

筆者所在的中國(guó)礦業(yè)大學(xué)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(xué)生也主要是和采礦相關(guān)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(kuò)大，煤礦行業(yè)對(duì)采礦專業(yè)的碩士研究生的需求也發(fā)生轉(zhuǎn)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(guān)的，更多更全面的應(yīng)用實(shí)踐的知識(shí)。筆者結(jié)合近年來巖石工程中的實(shí)際問題及多年巖石力學(xué)的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，分析目前高校研究生高等巖石力學(xué)課程教學(xué)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(xué)教學(xué)存在的問題

1.高等巖石力學(xué)的特點(diǎn)

巖石力學(xué)是研究巖石（或巖體）的力學(xué)性態(tài)的理論和應(yīng)用的科學(xué)，是研究巖石（巖體）在外界作用力下的應(yīng)力狀態(tài)、變形規(guī)律和破壞條件等力學(xué)性質(zhì)的學(xué)科，涉及固體力學(xué)、流體力學(xué)，彈塑性理論和工程地質(zhì)等學(xué)科，它主要是通過科學(xué)實(shí)驗(yàn)，結(jié)合理論分析，然后運(yùn)用到實(shí)際的工程建設(shè)當(dāng)中。

利用巖石力學(xué)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(shí)的開采問題；（2）煤與瓦斯突出與礦井突水預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)及預(yù)處理理論和技術(shù)；（3）沖擊礦壓的預(yù)報(bào)及預(yù)處理理論和技術(shù)；（4）采空區(qū)及地表沉陷的問題等。

由于巖石力學(xué)涉及的學(xué)科多樣化，對(duì)其研究需要多種力學(xué)及數(shù)學(xué)手段相結(jié)合，呈現(xiàn)多學(xué)科交叉，多種理論交融的態(tài)勢(shì)[3]，這就是該學(xué)科的特點(diǎn)，也是難點(diǎn)。

能夠較好的學(xué)習(xí)高等巖石力學(xué)要求學(xué)生具備扎實(shí)的力學(xué)及數(shù)學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)；對(duì)于教師來說，適合采礦工程專業(yè)的研究生高等巖石力學(xué)課程目前缺少一個(gè)整體的教學(xué)框架，一定程度上也極大地考驗(yàn)任課教師的教學(xué)水平。

2.目前高等巖石力學(xué)教學(xué)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(xué)相關(guān)的課程所使用的教材都比較老舊，像針對(duì)采礦工程研究生開設(shè)的高等巖石力學(xué)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(xué)》[4]。在過去的煤炭行業(yè)的“黃金十年”當(dāng)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(chǎng)的需求，像中東部地區(qū)的許多礦井已轉(zhuǎn)向深部、條件較差的煤炭資源進(jìn)行開采，深部、軟弱圍巖條件下等復(fù)雜的巖石力學(xué)問題凸顯，而教材中卻缺少針對(duì)該種問題的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況，缺少新技術(shù)，新理論的內(nèi)容，與實(shí)際脫節(jié)嚴(yán)重。

（2）重講授輕討論（缺少互動(dòng)）

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

（3）教學(xué)內(nèi)容單一，缺少整體的知識(shí)體系

由于這是主要針對(duì)于采礦工程的研究生開設(shè)的高等巖石力學(xué)，大多數(shù)教師只是圍繞固體力學(xué)這塊進(jìn)行教授，對(duì)巖石力學(xué)涉及的流體力學(xué)，損傷力學(xué)并沒有太多提及，前面我們也提到巖石力學(xué)是個(gè)多學(xué)科交叉的課程，如果僅局限于一種學(xué)科、理論，那么學(xué)生的個(gè)性與創(chuàng)造性就會(huì)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(shí)讓學(xué)生在其他行業(yè)也具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力[6]。

（4）教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時(shí)不匹配

高等巖石力學(xué)的教學(xué)內(nèi)容較為豐富，就簡(jiǎn)單以巖石的變形為例就分為彈性變形、塑性變形、粘性流動(dòng)。研究生在學(xué)習(xí)本課程之前必須對(duì)本科階段的高等數(shù)學(xué)、材料力學(xué)、理論力學(xué)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(xué)內(nèi)容。而學(xué)生在本科階段學(xué)習(xí)上述課程時(shí)，多處于大學(xué)的一、二年級(jí)，距離研究生學(xué)習(xí)階段時(shí)間較長(zhǎng)，之前即便具有較扎實(shí)的基礎(chǔ)，經(jīng)過幾年的擱置，或多或少還會(huì)存在一定的欠缺，這樣就會(huì)延緩教學(xué)進(jìn)度。若要求學(xué)生完全掌握高等巖石力學(xué)課程的知識(shí)大致需要70學(xué)時(shí)，而本校該課程學(xué)時(shí)由于課程設(shè)置的調(diào)整壓縮為35學(xué)時(shí)，其中還要安排近1/3時(shí)間的研討課程。這樣就不能對(duì)本課程中的一些公式進(jìn)行仔細(xì)演算推導(dǎo)講解，如果學(xué)生沒有很好地?cái)?shù)學(xué)基礎(chǔ)，將達(dá)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(xué)考核是由平時(shí)成績(jī)和終期考試成績(jī)加權(quán)得到。一般情況下，平時(shí)成績(jī)指課堂作業(yè)和點(diǎn)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(xué)生獨(dú)立思考、創(chuàng)造性回答問題的機(jī)會(huì)，抑制了學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

三、高等巖石力學(xué)的課程改革的優(yōu)化措施

1.調(diào)整課程結(jié)構(gòu)

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(xué)生課下收集、查閱資料文獻(xiàn)，然后在研討會(huì)上發(fā)表自己的觀點(diǎn)；也可圍繞與課程相關(guān)的學(xué)生感興趣的問題或與巖石力學(xué)有關(guān)的導(dǎo)師課題進(jìn)行討論，總之，要帶動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)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(guān)系。

2.教材更新，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

碩士研究生教學(xué)不能局限于單一陳舊的教材，應(yīng)兼顧專業(yè)需求對(duì)多種教材進(jìn)行編輯選講，同時(shí)緊跟當(dāng)前學(xué)科先進(jìn)技術(shù)、理論。對(duì)于采礦專業(yè)研究生來講，應(yīng)對(duì)先前的教材進(jìn)行精簡(jiǎn)，考慮加入國(guó)內(nèi)外最新的采礦工程方面的巖石力學(xué)新理論、新技術(shù)、新設(shè)備，讓學(xué)生了解學(xué)科前沿的動(dòng)態(tài)。結(jié)合采礦工程專業(yè)的發(fā)展需求，重點(diǎn)講授在采礦過程中所遇到的巖石力學(xué)問題，精簡(jiǎn)或省略掉與其他課程重復(fù)的內(nèi)容，并根據(jù)最新的研究進(jìn)展對(duì)教學(xué)PPT進(jìn)行適當(dāng)修改。

3.結(jié)合實(shí)際，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)

針對(duì)目前市場(chǎng)對(duì)研究生的需求，畢業(yè)生應(yīng)具有較強(qiáng)的動(dòng)手能力和科研創(chuàng)新能力，且有一定的現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)、設(shè)計(jì)的了解，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生工程實(shí)踐的教學(xué)可以有效地提高這些方面的能力。采礦工程本身實(shí)踐性較強(qiáng)，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(xué)相關(guān)的工程實(shí)例，在日常教學(xué)中加入對(duì)工程實(shí)踐的分析，總結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)形成“從實(shí)踐中來，到實(shí)踐中去”的教學(xué)模式。根據(jù)任課老師及導(dǎo)師的科研項(xiàng)目，對(duì)學(xué)生進(jìn)行任務(wù)分配，讓其主動(dòng)去了解、分析、解決工程中遇到的難題，從而學(xué)到其中的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)。

4.完善考核制度

考試是反應(yīng)教學(xué)效果和實(shí)現(xiàn)教育目標(biāo)的重要途徑而不是唯一手段，應(yīng)更多注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。因此，增加考核內(nèi)容及降低期末考試成績(jī)占最終成績(jī)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(xué)方法

隨著現(xiàn)代化教學(xué)的發(fā)展，多媒體技術(shù)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(shí)，尤其方便展示各類圖片視頻，讓學(xué)生更加直觀的理解所學(xué)的知識(shí)。可以有效地動(dòng)態(tài)的、著重的表現(xiàn)出教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，可視化教學(xué)內(nèi)容，避免單一的枯燥乏味的板書教學(xué)，從而引起學(xué)生接受知識(shí)的興趣，同時(shí)教師只需課前準(zhǔn)備好所需的電子材料，避免了課堂上長(zhǎng)時(shí)間的板書書寫。

多媒體教學(xué)只是網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的其中之一，還應(yīng)發(fā)展其他的教學(xué)手段，如視頻廣播、WEB教材、視頻會(huì)議、BBS論壇、聊天室、e-mail等。從時(shí)間和空間上打破傳統(tǒng)的教學(xué)限制，推廣以網(wǎng)絡(luò)教學(xué)作為新時(shí)期的主流教學(xué)方式。當(dāng)然，不能完全否定傳統(tǒng)的教學(xué)手段，應(yīng)實(shí)時(shí)擇優(yōu)補(bǔ)充網(wǎng)絡(luò)教學(xué)。

四、結(jié)語

巖石力學(xué)同時(shí)具有理論科學(xué)和工程學(xué)科的屬性，特別是現(xiàn)代巖石力學(xué)的工程背景濃厚，研究?jī)?nèi)容豐富、知識(shí)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)其教學(xué)提出了一定要求，更為課程教學(xué)改革創(chuàng)造了條件。因此，尋找科學(xué)改革課程教學(xué)方法、培養(yǎng)既專又博型人才已變成當(dāng)務(wù)之急。通過本文研究，已對(duì)高等力學(xué)課程教學(xué)改革作了初步探索并形成方案，但距離“傳授知識(shí)、激發(fā)興趣、訓(xùn)練能力、啟迪創(chuàng)新”[8]的教學(xué)理念還有很多工作需要深入研究，任重道遠(yuǎn)。

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