巖體力學本科教學改革探討

田紅 高金川

摘要：為適應當前勘察、土木、地質、石油等行業對相關專業本科畢業生的高要求，本文基于巖體力學的特點，詳細分析了當前我國巖體力學本科教學的現狀以及進行改革的必要性。在此基礎上，從教學內容、試驗環節、教學方法等方面提出了初步的改革措施。以期通過這些措施，提高巖體力學本科教學質量，培養適應社會發展和時代要求的復合型人才。

關鍵詞：巖體力學;教學內容;試驗教學;數值仿真;教學方法

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

巖體力學是土木工程、石油工程、地下工程、水利水電工程、地質工程、采礦工程、勘查技術與工程等專業本科生的重要專業基礎課之一，是研究巖體在外界因素（荷載、水、溫度等）作用下的應力、變形、破壞、穩定性與加固的學科，理論基礎廣泛，涉及地質學、固體力學、流體力學、計算數學、地球物理學等學科知識[1，2]。通過這門課程的學習，學生能夠建立起有關巖體力學的基本理論體系以及相應的工程概念（如強度理論、工程巖體分類、穩定性分析），為后面的相關專業課（如基礎工程、鉆探工藝學、計算巖土力學、礦山壓力與巖層控制）提供必要的知識儲備，也為畢業后從事建筑、勘探、采礦、采油等相關工作奠定必備的理論基礎。隨著我國社會經濟的快速發展，大量的巖土工程廣泛興起，復雜的巖體力學問題不斷涌現，從而對高校培養的相關專業人才的綜合能力提出了更高的要求：不僅要具有扎實的專業基礎知識，還要有一定的分析和解決現場實際問題的能力[3]。

作為人才培育的主要基地，高校在巖土工程人才培養過程中，在培養模式以及相關的各類軟硬件條件等方面已經遠遠跟不上社會發展的步伐及社會對復合型人才的需求[4]。因此，針對當今社會的實際需求，如何安排好巖體力學教學，培養合格的本科生，成為擺在各大高校相關教師面前的重要問題。

一、巖體力學教學改革的必要性

巖體在形成與存在過程中，長期遭受著復雜的建造與改造地質作用，最終變成一種被大量不同類型與規模的斷層、節理、層理、片理、裂隙等結構面切割包圍而成的材料，具有非均質、非連續、各向異性的特點。同時，巖體還賦存于復雜的天然應力狀態和地下水中。這些使工程巖體的力學行為極其復雜，通常呈高度非線性。巖體力學問題大多是病態的、不確定的、多尺度的，很難找到一種解析或數值算法進行精確地求解[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）的設計計算分析極為復雜，目前實際工作中，仍通過以工程經驗、現場試驗與監測為主，理論指導為輔來完成。可以說，巖體力學還很年輕，知識體系還不夠完善，許多理論尚不成熟，自身發展速度遠遠落后于工程實踐的要求。

隨著中國能源、交通、水利、國防、城市建設等事業的發展，巖體工程建設越來越多，規模也越來越大，這些給巖體力學帶來了新的機遇與挑戰，也對相關從業人員提出了更高的要求。然而，作為培養高級人才的搖籃，高校在巖體力學本科教學方面還存在很多問題，比如教材陳舊、內容落后、試驗教學不足、理論與實際脫節嚴重、課堂教學方法落后、教學手段單一，在很大程度上影響了本科生在實際工作中解決復雜問題的能力和創新能力。因此，開展巖體力學本科教學改革是十分必要的。通過教學改革，旨在既提高相關從業人員的基本素質與實踐能力，又為培養高層次復合型人才打下堅實的理論基礎。

二、巖體力學本科教學改革的主要內容

筆者認為巖體力學本科教學改革應從多方面著手：與時俱進地優化教學內容，以實際工程為教學案例密切聯系實際，增加室內試驗與數值仿真等試驗教學環節，改革教學方法，從而探索滿足當今社會快速發展條件下的巖體工程建設需求的復合型人才培育的教學方法。

（一）優化教學內容

目前國內高校巖體力學本科課程無統一教材，教學內容由任課教師自己掌握。相關教材也比較多，如沈明榮與陳建峰主編的《巖體力學》（2006），劉佑榮與唐輝明主編的《巖體力學》（2009），陳海波等主編的《巖體力學》（第2版，2013）以及陽軍生與陽生權主編的《巖體力學》（2008）。各教材在基礎理論方面的表述基本上是一致的，只是在工程應用方面側重點有所不同。筆者認為各任課教師應根據其校本專業特點，依據教學大綱與學時安排，以一本教材為主、多本教材為輔的方針授課，在講授巖體力學基本原理與知識的基礎上，以實際工程進行案例教學，并適當向學生介紹當前的新概念、新技術、新方法等發展動態與學科前沿，提升學生的學習興趣，拓寬學生的知識面。

本校地質工程專業（巖土鉆掘方向）的巖體力學本科課程，根據國家學科組指定的教學大綱，編制授課計劃，結合本專業的特色與發展需要，對大綱進行了適當調整與修改。教材以教育部地質工程教學指導分委會推薦的劉佑榮與唐輝明主編的《巖體力學》為主，以《Fundamentals of rock mechanics》、《巖石力學與工程》、《巖石力學與石油工程》、《鉆井巖石力學》、《礦山巖石力學》等相關教材為輔，刪除其他相關課程的重復性內容，同時補充隧道鉆掘、地下工程支護、工民建勘察、大陸科學鉆探以及石油鉆井等方面的工程實例，根據本校本專業本科教學計劃40學時左右的內容進行編輯，在滿足本專業學生對巖體力學認知與掌握的需求的同時，實現專業基礎知識扎實、知識面寬的復合型人才培養要求。

（二）增加試驗教學環節

試驗是巖體力學教學的重要環節，但是限于學時、設備、經費等原因，在本科教學過程中一般只能有選擇地讓學生動手做幾種相關室內試驗，難以很好地培養學生的動手能力，因此，增加試驗教學環節勢在必行。筆者認為可以從如下三個方面來解決這個問題：

1.通過與相關試驗室相關人員協調，在課余時間借用試驗，開展相關巖體力學試驗，從而盡可能多地鍛煉學生的實際動手能力;在不影響試驗室正常運行的前提下，將學生劃分多批次，參觀有關科研項目的巖體力學試驗過程，以實現盡可能多地感性認識巖體力學課堂上講授的理論知識。

2.通過鼓勵和指導本科生積極參與所在院系教師的相關科研項目、科技報告會項目、大學生創新基金項目等活動，在項目中實際運用巖體力學知識，進一步鍛煉學生認識、分析與處理巖體力學問題的能力。

3.充分利用計算機仿真技術[6]，采用數值仿真手段彌補試驗場地和設備的不足[7，8]，并初步培養學生運用數值模擬與理論相結合的方法，分析邊坡穩定性、地下隧道與礦山開采圍巖變形、地基巖體穩定性、井壁穩定性等實際工程問題。

通過以上措施實現室內試驗與數值仿真試驗教學環節的增加，使本科生在實踐中體會所學知識，找到自己的不足，增強對巖體力學的理解與掌握，鍛煉動手能力，提高分析問題、解決問題的能力與創新能力。

（三）改革教學方法

目前以多媒體電子課件為主、黑板板書為輔的教學方式已被廣泛應用于高校教學中。巖體力學是一門理論性與實踐性均很強的學科，教師應針對此特點開展教學活動。但是，限于學時、安全等原因，任課教師通常無法帶學生到現場進行實地參觀講解。為了加強理論與實踐的相接軌，就需要充分利用電子課件能夠圖文并茂、聲像俱佳的優勢，形象生動地向學生傳遞工程現場信息，從而彌補實踐的不足。

對于理論方面，采用傳統的板書教學方法補充多媒體教學，對重點、難點公式用板書一步步推導，便于學生理解與記憶。增加課上與學生互動環節，如讓學生回憶上堂課內容，多多就知識點提問，增加課堂作業環節，添加學生分組演講報告環節。增加課下與學生互動，如建立QQ群、微信朋友圈，在上面經常發布行業最新動態的圖片、新聞、視頻，發表小課題引導學生討論，以及邀請學生參加自己的科研項目。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、試驗報告、文獻綜述報告等。

通過以上種種手段，更好地調動學生的學習積極性，更好地培養學生的學習能力與解決問題的能力，更加公平地評價學生的課業表現。

三、結語

巖體力學內容豐富、知識復雜，給本科教學帶來了挑戰與機遇。筆者針對目前巖體力學本科教學方面的不足，從教學內容、試驗環節、教學方法等方面提出了初步的改革措施。以期通過這些改革，既能促進學生更好地掌握巖體力學的基礎知識與技能，又能培養學生的創新能力與實踐能力，為國家培養滿足行業需求的復合型人才。

參考文獻：

[1]劉佑榮，唐輝明.巖體力學[M].北京工業出版社，2008.

[2]蔡美峰.巖石力學與工程[M].科學出版社，2002.

[3]吳文兵，蔣國盛.土力學實驗教學現狀分析與改革措施探究[J].開封教育學院學報，2013，33（7）.

[4]黃明奎.巖石力學課程教學改革與思考[J].高等建筑教育，2008，17（4）.

[5]劉開云，喬春生，劉保國.研究生巖石力學課程教學改革探討[J].高等建筑教育，2010，19（3）.

[6]勾攀峰，宋常勝.巖石力學課程的教學改革與實踐[J].教書育人，2009，（15）.

[7]吳文榮.高校擴招對試驗教學質量影響的思考[J].試驗室科學，2008，（3）.

[8]鮑先凱，馮玉芹，王英浩.巖石力學教學改革與研究[J].中國冶金教育，2014，（5）.