岩体力学课程特点及教学策略探讨_韩现民.pdf

国家通用语言文字教学与研究2022年10月总第157期岩体力学课程特点及教学策略探讨韩现民1王红霞2贾晓云11.石家庄铁道大学2.河北工程大学摘要：岩体力学是高等院校工程类专业重要课程之一，也是一门理论性与实践性较强的交叉学科，对于部分学生来说理解起来比较困难。因此，如何使岩体力学课程知识简单化，易于学生理解成为了该门课程教师需要认真思考的课题。对此，本文阐述了岩体力学授课内容及教学目的，分析了岩体力学课程所具有的特点，如理论性与抽象性突出、研究对象复杂和行业特色鲜明等，最后围绕教学中存在的问题提出了针对性的解决策略，以期调动学生学习的积极性，提升学生的创新能力与意识。关键词：岩体力学；课程特点；教学策略岩体力学是在一门较为重要的交叉学科，涉及地质和力学两大学科。岩体力学作为地下工程、勘查技术工程、水利水电工程等专业的专业基础课，具有较强的理论性与实践性。一方面，学好这门课需要较宽泛的理论基础，比如地质学、材料力学、弹塑性力学等学科知识；另一方面，由于岩体本身和环境的复杂性，其物理力学特性和受力变形特征需要进行具体的室内和现场测试来确定；同时因其广泛应用于交通工程、采矿工程、水利水电工程等诸多领域，具有较强的工程实践性。工程实践需要是其发展的内动力。一、岩体力学课程授课内容及教学目的通过本课程的学习，要帮助学生掌握岩石的基本概念，岩石的质量指标、孔隙性、水理性等基本物理性质，岩石的抗压、抗拉及抗剪强度特性，以及岩石单向、三向压缩变形特征和流变特性，岩石强度理论；岩体结构面的力学特性，岩体的力学性质与岩体分类，岩体初始应力场特点及其确定方法；地下洞室围岩应力与变形分析，岩质边坡稳定性分析等。通过课程学习，引导学生能够利用岩体力学相关知识认识各种岩体工程问题的本质，可解决实际岩体工程问题。目前，石家庄铁道大学开设岩体力学课程的专业有城市地下空间工程、勘查与工程技术专业。课时设置坚持理论与实践并重原则，课程教学为 24+8 课时，其中设置了 8 个实验课时。除了进行理论内教学外，也为提升学生动手能力和创新潜力，选取了岩石单轴压缩、巴西劈裂和点荷载实验作为计划课时内实验内容，并且开放了课外实验室，以满足学生拓展实验要求，如膨胀性实验和三轴压缩变形实验等。二、岩体力学课程课程特点其一，该课程理论性较强，在课程中岩石强度理论，如莫尔-库伦强度理论、格里菲斯强度理论、深埋圆形洞室围岩弹性及弹塑性二次应力场分布等内容，公式推导涉及到材料力学和弹性力学等方面的知识，对这些内容的准确理解需具备一定的力学基础。其二，该课程抽象性较为突出，应力场是一种看不见、摸不着的客观存在，具有可感知性不足、较抽象性、理解较为困难等特点。岩体初始应力场分布规律、圆形洞室周围二次应力场以等授课内容均为与应力场相关内容，需要结合可观察的变形破坏特征进行综合讲解。其三，该课程实践性强，知识源于实践，又通过实践从课堂走向实际。课程中通过岩石的单轴与三轴压缩、巴西劈裂以及膨胀性实验等室内实验，学生不但掌作者简介：韩现民，博士，副教授，研究方向为岩体力学；王红霞，本科，高级统计师，研究方向为统计学；贾晓云，博士，副教授，研究方向为隧道力学。基金项目：河北省教育厅高等教育教学改革研究项目“以学习主动性为驱动目标的教学改革与实践”（项目编号：2020GJJG173）004握了实验技巧、更好理解各种岩石力学现象，同时可培养学生动手能力和创新意识。其四，该课程研究对象较为复杂，岩体不同于一般的人工材料，为非均质各向异性、含有多组结构面组合的非连续介质，其力学行为复杂多变，导致依托在这一地质体上的各类岩石工程更加复杂；周围地应力状态和地下水环境更增加了研究的复杂性。其五，该课程所在学校特色和行业的特色鲜明，作为一门专业基础课，大多具有岩土类专业的院校皆开设 岩体力学 课程。但由于各校行业背景不同，教学内容的侧重点差别较大，如矿山院校侧重于巷道掘进与矿压控制，交通类院校侧重于地下洞室长期稳定性等。石家庄铁道大学开设该课程的两个专业属于土木大类，主要服务于交通类隧道，故教学内容中工程应用以隧道围分类和地下洞室应力变形为主。三、课程教学存在问题及解决方法在岩体力学教学过程中，常存在一些问题和矛盾，例如教材内容相对较为陈旧、教学内容更新不及时、工程实践和实验教学课时不足、教学方法与手段不够多元化等，所学理论与工程实践脱节，教学效果不够理想，学生创新能力难以发展等问题。因此，进行岩体力学本科教学改革是十分必要的。（一）充分梳理知识体系，合理选择课程教材目前在高校岩体力学授课中，可选教材较多，有沈明荣、刘佑荣、陈海波和阳军生等编著的四本 岩体力学 教材，吴顺川主编的 岩石力学，以及蔡美峰主编 岩石力学与工程 等。各教材在基础理论方面的内容基本一致，但工程应用的侧重差别较大，与教材编著者行业背景有较大的关系。石家庄铁道大学在充分梳理各教材知识体系基础上，博采众长，采用一本教材为主多本教材为辅的原则进行授课内容的组织，例如，以一本教材是指沈明荣主编的 岩体力学 为主，对于城市地下空间工程专业的学生，侧重有关岩体力学基本知识及其地下工程应用方面，深入讲解地下隧道施工与洞室稳定性分析等涉及的岩体力学问题。（二）掌握学科发展动态，动态调整教学大纲岩体力学是一门理论与工程实践紧密联系的课程，是在大量岩体工程实践基础上发展起来的。为了保持教学内容的先进性，必须掌握学科发展动态，紧跟学科发展前沿，关注涌现的新技术、新工艺、新装备以及新问题，动态调整教学大纲，更新教材内容。例如，在岩石和岩体力学性质测试方面，随着大型岩石扫描设备、层状岩体各向异性现场测试新技术、岩体力学特性数值模拟技术等的出现，逐渐丰富了岩体相关测试手段，提高了测试的精度。（三）重视课堂实践教学，加强学习感知能力岩体力学 是一门实践性很强的课程，实验和实习是学好这门课程不可或缺的教学环节。一方面通过设置岩石单轴抗压强度、抗拉强度、三轴压缩强度以及抗剪强度实验，帮助学生更好理解与之联系的概念；另一方面，通过实习环节，进行岩体强度测试、节理裂隙地质素描和统计分析等，增强学生理论联系实际的能力，培养学生解决实际问题与应用创新能力。实践性教学的核心应是开展现场教学，将课堂教学与实际工程紧密结合，从而升华理论知识与室内实验结果。根据课堂教学进展状况，选择有代表性的岩石工程进行现场教学或云教学，邀请现场工程师就工程案例进行详细讲解，例如，岩质边坡工程、隧道工程、地铁工程等，以提高学生工程意识，提升学生分析和解决工程问题的能力。（四）虚拟与现实相结合，数值实验辅助教学实验虽是岩体力学教学的重要环节，但受到学时、设备、样品等多种因素的制约，在实际教学过程中只能选取几种典型的岩石力学实验让学生进行操作，难以很好地培养学生的动手能力，因此学校可以引进数值仿真试验，以弥补经费、设备等的不足。例如，学生在岩石的真三轴、假三轴压缩试验中，教师可以引入大型有限元数值模拟软件，通过构建三维岩石数值试件，模拟加载过程，可直观呈现岩石的三轴压缩变形破坏特征。数值实验具有可重复性、直观性及方便灵活等特点，可得到室内实验难以测得的重要信息，是岩石力学实验教学的重要补充，可起到辅助实验教学的目的，同时也培养了学生的科研兴趣。（五）积极创新教学方法，激发学生学习兴趣多媒体是目前大多教师采用的授课方式，其优点大学论坛005国家通用语言文字教学与研究2022年10月总第157期突出，但对于一些需详细推导公式的内容，若采用多媒体展示，容易造成学生记忆不深刻、理解不透彻，教学效果不理想等问题。另外，在课堂教学过程中，常以教师讲授为主，学生被动接受，难以激发学生学习积极性和主动性。为解决上述问题，首先采用了多媒体为主、板书为辅的联合课堂教学形式，对重点和难点公式的推导过程用板书一步步呈现，便于学生理解与记忆；对适合用图片、动画、视频等展示的基本原理、工程案例等采用多媒体教学形式授课，以增大授课信息量、激发学生学习兴趣。除此之外，为形成师生互动的学习气氛，融合心理学和教育学的思想与理念，根据课程理论性、抽象性强的特点，在各教学环节中充分融入以学生为主体的教学理念，通过诱导式、启发式与研究式教学、变换角色等手段，探索新的教学方式，逐步形成新的工程基础类课程的教学模式，调动学生学习兴趣和热情，增强学生的自学能力。（六）科研与教学相融合，激发学生科研兴趣适当地鼓励学生参加教师主持的科研项目，激发学生学习的积极性和科研兴趣，达到学以致用的目的，引导学生逐步了解如何用理论知识来解决实际问题。例如，任课教师承担的项目 软岩大变形控制关键技术，该项目涉及层状岩体力学参数测定、岩体变形破坏特征等内容，可以鼓励学生适当参与力学测试和隧道变形监测等工作。学生也会对此充满激情，从而使学习效果事半功倍。（七）适当穿插双语教学，提高阅读文献能力鉴于学生的英语基础参差不齐，完全进行双语教学占用时间较长、且效果未必理想，因此教师在课堂教学过程中，可以以中文教学为主，适当穿插双语教学，比如对一些基本概念和专业术语进行中英文对照讲解，加深学生对基本概念的理解，同时有助于提升学生的专业英语水平与阅读外文文献能力。通过几年实践，从而提高学生感觉阅读专业外文文献能力。（八）注重评价考核方法，反映学生实际情况目前高校常见的课程考核方式是简单的期终试卷成绩+平时成绩，却忽略了学生的学习过程，基本上是“一锤定音”，考试内容也基本上是教师讲什么学生考什么，忽略了学生自学与创新能力方面的考核，为此教师应进行考核方式的改革。根据课程特点把考试内容分为五部分：随堂测试，课后作业、阶段性小测试、实验成绩和期末考试。这种过程考核的方式更重视学生平时的学习状态，考核结果也能更加全面地评价学生的学习情况，更为真实地反映学生实际学习情况。四、结束语岩体力学是一门理论性与实践性较强的课程，具有理论性与抽象性突出、研究对象复杂、实践性强等特点，课程教学过程中也存在教学内容更新不及时、实验教学课时不足、教学方法与手段不够多元化等问题。教师可以通过及时充分梳理知识体系，合理选择课程教材、掌握学科发展动态，动态调整教学大纲、积极创新教学方法，激发学生学习兴趣等综合措施，调动学生学习的积极性，提升授课效果，从而增强学生创新能力与意识。参考文献：1 翟晓荣.创新创业教育背景下 岩体力学 课程教学改革探索 J.教育教学论坛，2019（52）：88-89.2 鲍先凯，冯玉芹，王英浩.岩石力学教学改革与研究 J.中国冶金教育，2014（5）：27-29.3年廷凯.岩石力学课程实践性教学改革探讨J.教育教学论坛，2014（10）：175-176.4 田红，高金川.岩体力学本科教学改革探讨 J.教育教学论坛，2015（47）：88-89.5 沈明荣.岩体力学课程教学方法探讨 J.高等建筑教育，2013，22（6）：64-66.6 陈凯，张紫昭，程文瑜等.岩体力学课程教学模式及考核方式的改革实践J.教育现代化，2018，5（30）：76-77.006