巖石力學(xué)課程教學(xué)中案例教學(xué)法的應(yīng)用與創(chuàng)新

摘要：文章探討案例教學(xué)法在巖石力學(xué)課程教學(xué)中的應(yīng)用，剖析傳統(tǒng)教學(xué)模式的局限，接著闡述初步應(yīng)用，再?gòu)恼n前、課堂、課后介紹創(chuàng)新應(yīng)用，最后論述教學(xué)內(nèi)容和手段的創(chuàng)新實(shí)踐，涵蓋引入成果、增加實(shí)驗(yàn)等。

關(guān)鍵詞：案例教學(xué)法；巖石力學(xué)；創(chuàng)新應(yīng)用

一、案例教學(xué)法在巖石力學(xué)課程中的應(yīng)用現(xiàn)狀

（一）傳統(tǒng)教學(xué)模式的局限性

1.理論講授為主，缺乏互動(dòng)

傳統(tǒng)的巖石力學(xué)課程教學(xué)以理論講授為主，如在講解巖石力學(xué)性質(zhì)時(shí)，教師大多是闡述公式、原理，很少給學(xué)生提問(wèn)討論的機(jī)會(huì)。這種教學(xué)方式一方面會(huì)使課堂沉悶，學(xué)生易疲勞厭倦，難以保持注意力；另一方面教師因缺乏互動(dòng)，難以了解學(xué)生的實(shí)際情況，無(wú)法有針對(duì)性地調(diào)整教學(xué)，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)理解不深，影響教學(xué)效果。

2.學(xué)生參與度低，學(xué)習(xí)興趣不足

在傳統(tǒng)教學(xué)模式里，學(xué)生課堂參與度低，只是被動(dòng)接受知識(shí)，鮮少主動(dòng)思考與表達(dá)。以巖石力學(xué)課程中的“巖石破壞機(jī)制”為例，學(xué)生通常只記定義分類(lèi)，并不理解原理和應(yīng)用。低參與度致使學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣，因巖石力學(xué)的學(xué)習(xí)有難度，若教師的教學(xué)無(wú)法激發(fā)學(xué)生的興趣，學(xué)生易生出畏難情緒。

（二）案例教學(xué)法在巖石力學(xué)課程教學(xué)中的初步應(yīng)用

1.典型案例分析

為了改善傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足，案例教學(xué)法在巖石力學(xué)課程教學(xué)中得到了初步應(yīng)用。如在講授“巖石邊坡穩(wěn)定性”時(shí)，教師可以引入一個(gè)實(shí)際山體滑坡案例。首先，教師可以詳細(xì)介紹邊坡的地質(zhì)條件，包括其所處的地理位置、地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)等。如果位于地震活躍帶附近，那么地震對(duì)邊坡穩(wěn)定性的潛在影響就需要重點(diǎn)考慮。接著，教師深入講解巖石類(lèi)型，如堅(jiān)硬的花崗巖、易風(fēng)化的砂巖或是其他類(lèi)型。每種巖石都有其獨(dú)特的物理力學(xué)性質(zhì)，這些性質(zhì)直接關(guān)系到邊坡的穩(wěn)定性。然后，教師分析坡體結(jié)構(gòu)，如坡度的大小、高度以及坡面的形態(tài)。陡峭的坡度和較高的坡體更容易發(fā)生滑坡。同時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生探討坡體內(nèi)部是否存在軟弱夾層等不良結(jié)構(gòu)。通過(guò)深入分析這個(gè)案例，學(xué)生可以直觀地了解巖石力學(xué)原理在實(shí)際工程中的具體應(yīng)用，從而更好地理解邊坡穩(wěn)定性分析方法，為今后的專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2.學(xué)生反應(yīng)與教學(xué)效果評(píng)估

案例教學(xué)法的應(yīng)用獲得了學(xué)生的積極反饋。學(xué)生認(rèn)為，通過(guò)案例分析，課堂充滿(mǎn)對(duì)實(shí)際問(wèn)題的探討，對(duì)巖石力學(xué)課程的學(xué)習(xí)興趣大增。教學(xué)效果評(píng)估成果顯著，學(xué)生知識(shí)理解和應(yīng)用能力增強(qiáng)，不僅掌握了理論知識(shí)，還能用于解決實(shí)際問(wèn)題，考試成績(jī)和作業(yè)完成情況得到改善，知識(shí)掌握更扎實(shí)。

二、案例教學(xué)法在巖石力學(xué)課程中的創(chuàng)新應(yīng)用

（一）課前準(zhǔn)備階段的創(chuàng)新

1.精選案例，結(jié)合最新研究成果

在巖石力學(xué)課程的案例教學(xué)中，課前準(zhǔn)備階段的創(chuàng)新首先體現(xiàn)在案例的精選上。教師應(yīng)不局限于傳統(tǒng)的案例來(lái)源，而是積極搜索具有代表性、針對(duì)性和啟發(fā)性的案例。例如，對(duì)于巖石的斷裂力學(xué)部分，教師選擇的案例不僅涵蓋常見(jiàn)的巖石斷裂現(xiàn)象，如礦山開(kāi)采中的巖爆，還包括一些前沿領(lǐng)域的研究成果，如新型巖石材料在極端條件下的斷裂行為。

為了確保案例的質(zhì)量和有效性，教師會(huì)對(duì)案例進(jìn)行深入分析，了解案例發(fā)生的背景、涉及的巖石力學(xué)原理、可能的解決方案，同時(shí)結(jié)合最新的研究成果，更新和補(bǔ)充案例，使學(xué)生能學(xué)習(xí)學(xué)科的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)。

2.利用多媒體與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)豐富案例展示形式

課前準(zhǔn)備的另一個(gè)重要?jiǎng)?chuàng)新是充分利用多媒體與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)豐富案例的展示形式。教師不再依靠文字描述來(lái)呈現(xiàn)案例，而是借助圖像、視頻、動(dòng)畫(huà)等手段，讓案例更加生動(dòng)直觀。

如在巖石滑坡案例中，首先，教師可以搜集高分辨率的高清衛(wèi)星圖像，在課堂上向?qū)W生展示滑坡發(fā)生區(qū)域在滑坡前后的地形變化。在展示過(guò)程中，教師可以進(jìn)行詳細(xì)的對(duì)比講解。比如，在滑坡前，該區(qū)域可能呈現(xiàn)出較為穩(wěn)定的山體形態(tài)，山坡上有郁郁蔥蔥的植被覆蓋，山谷間或許有清澈的小溪流淌。而在滑坡發(fā)生后，原本的山體出現(xiàn)巨大的缺口，大量的巖石和泥土傾瀉而下，植被被掩埋，溪流被阻斷或改道。通過(guò)這樣的對(duì)比，學(xué)生能清晰地看到巖石滑坡對(duì)地形地貌造成的巨大破壞。

其次，教師可以利用精心挑選的視頻來(lái)展現(xiàn)滑坡的瞬間過(guò)程。視頻可以從不同的角度拍攝，包括遠(yuǎn)處的全景視角，讓學(xué)生看到整個(gè)山體滑坡的規(guī)模和氣勢(shì)；也可以有近處的特寫(xiě)視角，捕捉巖石滾落、泥土飛濺的細(xì)節(jié)。在播放視頻時(shí)，教師可以適時(shí)暫停，對(duì)關(guān)鍵的畫(huà)面進(jìn)行分析講解。

（二）課堂實(shí)施階段的創(chuàng)新

1.分組討論與角色扮演，增強(qiáng)互動(dòng)性

在課堂實(shí)施階段，分組討論和角色扮演成為增強(qiáng)互動(dòng)性的重要?jiǎng)?chuàng)新手段。教師可以將學(xué)生分成若干小組，每個(gè)小組深入討論本組的案例。小組成員之間需要充分交流各自的觀點(diǎn)和想法，共同分析案例中的問(wèn)題，并嘗試提出解決方案。

2.引入數(shù)值模擬軟件，直觀展示巖石力學(xué)過(guò)程

為了讓學(xué)生更直觀地理解巖石力學(xué)中的復(fù)雜過(guò)程，教師可以引入數(shù)值模擬軟件。在模擬過(guò)程中，教師可以調(diào)整參數(shù)，讓學(xué)生觀察不同因素對(duì)巖石力學(xué)行為的影響。比如改變巖石的物理性質(zhì)、邊界條件、加載方式等，觀察巖石的響應(yīng)變化。這種直觀的展示方式能夠幫助學(xué)生建立起從理論到實(shí)際的聯(lián)系，加深對(duì)巖石力學(xué)原理的理解。

3.實(shí)時(shí)反饋與即時(shí)指導(dǎo)，提高教學(xué)效率

在課堂教學(xué)中，實(shí)時(shí)反饋和即時(shí)指導(dǎo)是提高教學(xué)效率的關(guān)鍵。對(duì)于學(xué)生在討論中提出的正確觀點(diǎn)和創(chuàng)新性想法，教師應(yīng)給予肯定和鼓勵(lì)，增強(qiáng)學(xué)生的自信心。對(duì)于存在的錯(cuò)誤或不足之處，教師應(yīng)當(dāng)場(chǎng)指出，并給予即時(shí)的指導(dǎo)和糾正。實(shí)時(shí)反饋還包括對(duì)學(xué)生課堂表現(xiàn)的評(píng)價(jià)。教師可以根據(jù)學(xué)生的發(fā)言質(zhì)量、團(tuán)隊(duì)合作能力、問(wèn)題解決能力等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，并將評(píng)價(jià)結(jié)果及時(shí)反饋給學(xué)生。

（三）課后評(píng)價(jià)階段的創(chuàng)新

1.建立多元化評(píng)價(jià)體系，全面評(píng)估學(xué)生表現(xiàn)

課后評(píng)價(jià)階段的創(chuàng)新體現(xiàn)在建立多元化的評(píng)價(jià)體系上。教師不再僅依靠傳統(tǒng)的考試成績(jī)來(lái)評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，而是綜合考慮學(xué)生在整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中的表現(xiàn)。評(píng)價(jià)內(nèi)容包括學(xué)生在課堂討論中的參與度、發(fā)言質(zhì)量、團(tuán)隊(duì)合作能力，以及在課后作業(yè)、項(xiàng)目報(bào)告、實(shí)踐操作中的表現(xiàn)等。

2.跟蹤反饋，持續(xù)改進(jìn)教學(xué)方法

課后評(píng)價(jià)不僅是對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的總結(jié)，還是對(duì)教學(xué)方法的反思和改進(jìn)。教師深入分析學(xué)生的評(píng)價(jià)結(jié)果，總結(jié)教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題和不足之處。教師通過(guò)與學(xué)生的交流和溝通，了解他們對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法的意見(jiàn)和建議。例如，學(xué)生可能會(huì)反映某些案例難度過(guò)大，或者對(duì)某種教學(xué)活動(dòng)的參與度不高，教師會(huì)根據(jù)這些反饋及時(shí)調(diào)整教學(xué)策略。

三、案例教學(xué)法在巖石力學(xué)課程教學(xué)中的創(chuàng)新實(shí)踐

（一）教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新

1.引入最新科研成果與工程實(shí)踐案例

在巖石力學(xué)課程教學(xué)中，為了使學(xué)生能夠緊跟學(xué)科前沿，掌握最新的知識(shí)和技術(shù)，教師引入最新的科研成果與工程實(shí)踐案例是一項(xiàng)重要舉措。例如，在講授“巖石的斷裂機(jī)制”時(shí)，教師可以引入最新關(guān)于巖石微觀結(jié)構(gòu)對(duì)斷裂行為影響的研究成果，通過(guò)展示科研團(tuán)隊(duì)利用先進(jìn)的顯微鏡技術(shù)觀察到的巖石微觀裂紋擴(kuò)展過(guò)程，讓學(xué)生了解到巖石斷裂的微觀機(jī)理，從而深化對(duì)宏觀斷裂現(xiàn)象的理解。

又如，在講授“巖石邊坡穩(wěn)定性分析”時(shí)，教師可以結(jié)合某大型露天礦山邊坡加固工程的實(shí)際案例進(jìn)行深入講解。首先，教師可以詳細(xì)介紹該工程中采用的勘察手段，包括地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)、鉆孔取樣分析等，讓學(xué)生了解如何全面準(zhǔn)確地掌握邊坡的地質(zhì)情況。接著，教師闡述穩(wěn)定性計(jì)算方法，分析各種方法的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)及適用場(chǎng)景，介紹所采取的加固措施，并解釋這些措施的原理和作用。最后，教師深入分析其中的成功經(jīng)驗(yàn)，如勘察的全面性為后續(xù)設(shè)計(jì)提供了可靠依據(jù)等，以及不足之處，如某些加固措施在實(shí)施過(guò)程中遇到的困難等。

2.增加虛擬實(shí)驗(yàn)與數(shù)字模擬內(nèi)容

教師可以通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件創(chuàng)建一個(gè)模擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，讓學(xué)生進(jìn)行各種巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)。例如，模擬不同加載條件下巖石的變形和破壞過(guò)程，學(xué)生觀察巖石內(nèi)部應(yīng)力和應(yīng)變的分布情況。這種虛擬實(shí)驗(yàn)不受時(shí)間、空間和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的限制，學(xué)生可以反復(fù)操作，深入探究實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。

數(shù)字模擬則利用專(zhuān)業(yè)的數(shù)值分析軟件，對(duì)巖石力學(xué)中的復(fù)雜問(wèn)題進(jìn)行建模和分析。比如，模擬地下隧道開(kāi)挖過(guò)程中圍巖的穩(wěn)定性，預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的變形和破壞區(qū)域，并據(jù)此優(yōu)化支護(hù)設(shè)計(jì)方案。通過(guò)數(shù)字模擬，學(xué)生能夠直觀地看到巖石力學(xué)原理在實(shí)際工程中的應(yīng)用，提高運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

（二）教學(xué)手段的創(chuàng)新

1.多媒體與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用

多媒體資源，如精美的圖片、生動(dòng)的動(dòng)畫(huà)和清晰的視頻，被廣泛用于教學(xué)中。在講授“巖石的分類(lèi)和特征”時(shí)，教師可以展示各種巖石的高清圖片，讓學(xué)生直觀地觀察巖石的顏色、紋理和結(jié)構(gòu)；在講授“巖石的受力變形過(guò)程”時(shí)，教師可以利用動(dòng)畫(huà)演示巖石內(nèi)部顆粒的位移和應(yīng)力的傳遞，使抽象的概念變得形象易懂。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以讓學(xué)生仿佛置身于真實(shí)的巖石力學(xué)場(chǎng)景中。例如，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，學(xué)生可以“走進(jìn)”一個(gè)正在進(jìn)行巖石爆破的礦山，感受爆破過(guò)程中巖石的破碎和飛散，以及周?chē)h(huán)境的變化，極大地激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

2.線(xiàn)上線(xiàn)下混合式教學(xué)模式

在線(xiàn)上教學(xué)部分，教師利用在線(xiàn)課程平臺(tái)上傳教學(xué)視頻、課件、練習(xí)題等學(xué)習(xí)資源，學(xué)生可以根據(jù)時(shí)間和節(jié)奏進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。例如，在課前，學(xué)生可以通過(guò)觀看教學(xué)視頻預(yù)習(xí)課程內(nèi)容，了解重點(diǎn)和難點(diǎn)；在課后，學(xué)生可以回顧教學(xué)視頻，鞏固所學(xué)知識(shí)，完成在線(xiàn)作業(yè)和測(cè)試。

線(xiàn)下教學(xué)則注重面對(duì)面的交流和實(shí)踐操作。在課堂上，教師通過(guò)講解、演示、案例分析等方式，深化學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解；在實(shí)驗(yàn)課上，學(xué)生動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，提高實(shí)踐能力。

四、結(jié)語(yǔ)

在巖石力學(xué)課程教學(xué)中，案例教學(xué)法的應(yīng)用與創(chuàng)新能提高教學(xué)效果。分析其現(xiàn)狀，可見(jiàn)傳統(tǒng)模式的不足和初步應(yīng)用的成效。創(chuàng)新實(shí)踐應(yīng)用于課前、課中、課后，優(yōu)化了教學(xué)各方面，為學(xué)生提供了更好的體驗(yàn)。但教學(xué)改革仍需不斷完善，以適應(yīng)社會(huì)需求，不斷培養(yǎng)合適的人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭延輝.“巖石力學(xué)”課程思政教學(xué)探索[J].西部素質(zhì)教育，2024（11）.

[2]吳博文，常聚才.“雙碳”背景下仿真模擬技術(shù)在礦山巖石力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J].創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理論研究與實(shí)踐，2024（9）.

[3]王正義，朱建群，李鵬波.地方應(yīng)用型高校巖石力學(xué)與工程課程教學(xué)改革實(shí)踐與效果評(píng)價(jià)[J].創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理論研究與實(shí)踐，2023（20）.

[4]敖翔，向祖平，蘇堪華，等.新工科背景下石油工程巖石力學(xué)課帶實(shí)驗(yàn)虛擬仿真項(xiàng)目建設(shè)研究[J].教育信息化論壇，2023（3）.

[5]陳祥勝.“巖石力學(xué)”課程思政建設(shè)與教育教學(xué)改革探析[J].教育教學(xué)論壇，2022（6）.

基金項(xiàng)目：安徽理工大學(xué)高層次引進(jìn)人才科研啟動(dòng)基金資助“基于粘聚力模型和3D打印的層狀巖石力學(xué)特性及破壞機(jī)理研究”，項(xiàng)目編號(hào)：2023yjrc77。

（作者單位：安徽理工大學(xué)）