勾攀峰　宋常勝

巖石力學是研究巖石力學性能的理論和應用的科學，是探討巖石對其周圍物理環(huán)境中力場的反應的力學分支，”它是為采礦工程、巖土工程、地質工程以及水文工程等專業(yè)開設的基礎課。學生對該課程的掌握和應用具有一定難度。因此，在巖石力學教學中通過改革教學內容和實踐環(huán)節(jié)，體現(xiàn)巖石力學作為基礎學科內容的完整性和采礦專業(yè)基礎的實踐性，引導和推動學生積極地投身到巖石力學的研究型學習中去。

最近幾年，我們積極承擔了河南省教育廳“巖體工程力學課程教學內容和實踐環(huán)節(jié)的整體優(yōu)化研究”、“巖石力學CAI及網(wǎng)絡教學系統(tǒng)研究”以及河南理工大學SRTP4“巖石力學虛擬實驗系統(tǒng)開發(fā)”、SRTP6“巖石力學考試系統(tǒng)開發(fā)”等多項巖石力學課程的教學改革項目，課題研究取得了一些成果。

一、改革的指導思想和內容

結合上述教學改革項目，我們首先對國內外同類學科高校進行了調研，發(fā)現(xiàn)國外高校開設的巖石力學課程教材更新速度快，十分注重實驗和工程應用，專門增設有計算巖石力學課程方面的內容，將FLAC、UDEC和PFC等數(shù)值計算軟件應用到教學實踐環(huán)節(jié)中。而國內高校的原煤炭院校巖石力學教材更新十分緩慢，教學和教材在不同程度上存在重理論、輕應用、實驗內容陳舊等問題。學生很難從課程的大量數(shù)學推導中掙脫出來，做到學為所用。因此，我們圍繞以下原則進行改革：

1突出“三基”。巖石力學依賴于彈性力學和數(shù)學的基礎知識是不能改變和動搖的，教師要通過改變教學方式來增加學生對基礎知識的學習興趣，使學生扎荬掌握基礎知識才可能更好地學習好巖百力學課程相關內容。

2編好講義。一本好教材和講義是取得出色教學效果的基本保證，因此，把編苷具有采礦工程特點的、體現(xiàn)巖石力學原理和最新技術發(fā)展應用的成熟講義是教學改革的重點。

3創(chuàng)新教法。改革教學方法，對教學內容和實驗環(huán)節(jié)進行整體優(yōu)化，課堂教學使用多媒體教學方法和CAI課件，適當結合工程實踐案例，增加課堂教學信息量，提高學生的學習興趣。

4體現(xiàn)特色。構建適用采礦工程專業(yè)的相對穩(wěn)定的教學內容體系，滿足不同層次學生的學習需求。

從力學研究和對力學規(guī)律認識的整體情況來說，工程實踐是檢驗理論正確與否的唯一標準，力學的教學也應該基于工程背景而展開，使理論教學與工程應用訓練同步進行，才能培養(yǎng)出國家需要的力學與工程型人才。通過巖石力學的教學內容和實踐環(huán)節(jié)內容的創(chuàng)新，構建了“一主體兩平臺”的研究型學習模式?！耙恢黧w”是指以課堂教學和實驗為主體，“兩平臺”是指研究型學習和研究型實踐兩個平臺。在課程內容、教學方法、實驗環(huán)節(jié)等方面大膽創(chuàng)新，讓學生在學習過程中感受工程環(huán)境、參與工程實踐，得到有效的工程訓練。

二、構建研究型學習平臺

我們提出的巖石力學“二段制學習模式”，將課程分為既有關聯(lián)、又相互獨立的兩部分，對教學大綱、實驗大綱和考試大綱都做了相應的調整。第一部分是彈性力學、巖石力學基礎(包括實驗)，60學時，以基礎知識的研究型學習為主，強化彈性力學和巖石力學的“三基”(基礎理論、基本知識、基本技能)，第二部分以應用和研究型工程實踐鍛煉為主，4學時?？倢W時數(shù)由56調整為64學時。

1用最新的教學內容啟發(fā)學生的思維。學生的學習在很大程度上依賴于教材或參考書的幫助。教學內容的調整，注重將工程素質的要素轉化為具體的教學內容和教學活動，強調科研促進教學，形成貼近工程實際的教學內容。

2用計算機仿真實驗來優(yōu)化實驗教學環(huán)節(jié)。目前巖石力學課程實驗大綱為學生開設了巖石的單軸壓縮、三軸壓縮、巴西劈裂、點載荷和剛性實驗機演示5個實驗項目，都是驗證性實驗。由于學生人數(shù)的逐年增加，實驗場地、儀器設備嚴重不足的矛盾更加突出。實踐教學改革的思路是：把培養(yǎng)學生實驗技能放在首位，虛擬與現(xiàn)實相結合，動手與動腦相結合。

(1)增加實驗模塊調整實驗教學大綱。我們把實驗教學由6到調整學時10學時，分為兩個模塊。模塊I為巖石力學參數(shù)實驗，保持原有6學時的教學內容，其中驗證勝實驗為4個學時，綜合實驗為2個學時，同時實驗室對學生實行開放，鼓勵有余力的同學課后自己設計實驗；模塊Ⅱ，增加數(shù)值模擬演示實驗4學時。改革后的實驗課把引導學生學會科學的思維方法放在首位，實驗教學安排上注意保持了實驗的科學性、先進性和基礎性，同時也注意培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神。

(2)用Flash建立的巖石力學的虛擬實驗系統(tǒng)。這樣使學生可以隨時將網(wǎng)絡上虛擬的巖石力學實驗需要的各種儀器設備，按每個實驗要求、過程組裝成一個完整的實驗系統(tǒng)，在虛擬實驗系統(tǒng)上完成整個實驗，包括巖石試件的添加、實驗條件的改變、數(shù)據(jù)采集以及實驗結果的模擬、分析等。虛擬實驗系統(tǒng)真正實現(xiàn)了文字和圖形的動態(tài)變化和顯示，圖形和文字的模塊化，模塊和模塊之間的對話控制，還實現(xiàn)了響應鼠標，自動控制，判斷和傳遞信息等交互功能。由于有了巖石力學虛擬實驗系統(tǒng)，課前學生在網(wǎng)上就可以學習巖石力學實驗的操作規(guī)程和步驟，并親自在網(wǎng)上模擬實驗室中的各種實際操作。通過仿真實驗預習，減少了實驗教師的課上重復性講解，增加了學生實驗室操作動手時間，實驗效果明顯提高。

(3)應用RFPA軟件進行巖石力學數(shù)值模擬實驗教學。由于巖石破裂過程現(xiàn)象的復雜性和巖石介質的復雜性，在模塊I的巖石力學教學實驗過程中，學生很難通過大量重復性實驗看到巖石破壞的各種類型的復雜現(xiàn)象。我們利用東北大學開發(fā)的巖石破裂過程分析系統(tǒng)RF-PA(Rock Failure Process Analysis)教學版，增加了模塊Ⅱ的實驗教學環(huán)節(jié)，對巖石力學實驗進行輔助教學，使學生參與教學活動的主動性、創(chuàng)造性大為增強。

隨著現(xiàn)代計算機技術的發(fā)展，利用計算機對巖石的變形與破裂過程進行數(shù)值試驗，不僅具有通用性強、方便靈活、具有可重復性等特點，而且可以通過數(shù)值試驗得到許多在常規(guī)實驗室試驗中難以觀測的重要信息，作為巖石力學實驗教學的重要補充，達到巖石力學實驗輔助教學的目的。但是，模塊Ⅱ數(shù)值試驗的應用并不能完全取代模塊I實驗室實驗。這是因為數(shù)值試驗時我們仍然需要提供巖石的細觀力學參數(shù)等信息，而且只有在證明數(shù)值試驗方法正確的基礎上才能使用它進行巖石力學的數(shù)值試驗。

3搭建研究型學習的巖石力學CAI課件和網(wǎng)絡教學系統(tǒng)。計算機輔助教學CAI在巖石力學教學中的大規(guī)模使用是一項既先進有效又充滿挑戰(zhàn)的活動。巖石力學CAI網(wǎng)絡課件涵蓋所有課程的講授內容、習題、數(shù)值模擬測試以及相關實驗等，增加了考試系統(tǒng)模塊，同時開通了網(wǎng)絡答疑，加強了教師與學生的互動與

溝通，既可以解決學畢存課堂以外對巖石力學課程的學習，又可以使學有余力的學生更進一步地學習本門課程。

三、搭建研究型實踐平臺

一般的學生掌握的巖石力學知識體系是十分必要的，對于學有余力的學生，他們最關心的是如何利用所學知識去解決工程實際問題。因此，在巖石力學新教學大綱的修訂時，把巖石力學研究型實踐方式分為：課堂實踐型和課外項目型。在課堂實踐型實踐中，教師要利用好課堂時間，用不同的教學方法增加工程案例；課外項目型實踐，則指在教師的指導下，學生充分利用課后時間參與科研項目研究。

1課堂實踐型研究平臺。(1)工程情景教學法。在課堂中列舉學生熟悉的一些工程中常見問題或現(xiàn)象，把巖石力學教學內容的講解融于工程背景之中，與工程設計、穩(wěn)定性分析等聯(lián)系起來，學生在學習巖石力學時就會發(fā)生學習遷移，更容易加深對基本原理、基本概念和計算方法的掌握。這一教學法不僅可以使抽象的力學知識通俗化、形象化，還可以活躍課堂氣氛，提高學生學習積極性。

(2)問題模式教學法。考慮到巖石力學數(shù)值模擬方法在解決巖石力學問題時具有通用性強、可重復性等特點，感興趣的學生在老師的幫助下，在課程初期就確定一個自己感興趣的數(shù)值模擬題目，然后帶著問題進行課程學習。課程的每個環(huán)節(jié)都使學生對問題的認識深入一步。這種教學方式，雖然加大了教師的工作量，但學生的學習目標明確、積極性高、理解和接受快，得到了意想不到的教學效果。

2課外項目型研究平臺。(1)任務書型實驗。綜合型實驗注重對學生工程實踐能力的培養(yǎng)，結合教師從事的部分研究項目，由教師設計選擇一些與工程實踐緊密聯(lián)系并具有一定難度的實驗項目，將實驗目的、實驗要求以工程任務書的形式下達給學生，學生通過一段時間的預習，查閱資料，并進行分組討論，明確實驗原理、方法和步驟，組織實驗方案的實施，最后經(jīng)過動手操作，完成實驗任務。任務書型實驗與工程實踐應用緊密聯(lián)系，使學生們樹立了工程意識，通過親自設計和實驗，使學生掌握針對具體實驗的設計思想和操作技能，提高了學生分析和解決問題的能力。

(2)項目型研究。積極鼓勵學生以小。組的方式申請學校提供的基金資助項目，由學生自己設計的巖石力學科研工程項目；或者學生參與以老師名義立項的有巖石工程背景的SRTP項目。學生在研究過程中以項目為主線貫穿始終，將巖石力學課程中的知識點融入到項目中，完成項目，教師以學生完成項目的質量來評定學生的設計效果，有效地鍛煉了學生運用科學知識與方法解決實際問題的能力、團結協(xié)作的能力以及獨立工作的能力等。

四、課程改革的效果

1滿足了不同層次學生的學習需要。研究型學習平臺既照顧到采礦工程專業(yè)一般學生系統(tǒng)學習巖石力學基本知識的需要，又可使學有余力的學生在較短時間內通過CAI網(wǎng)絡課程、研究型的實踐平臺，了解巖石力學工程問題的研究方法，掌握數(shù)值模擬的方法，實用性強。

2最新研究成果應用于教學實踐廣受歡迎。本課程在引入了目前巖石力學研究最新研究成果，將近年才使用成熟起來的FLAC、RFPA和UDEC等數(shù)值模擬軟件應用于教學實踐中，這是學生認為最有收獲之處。

3突出重點教學針對性強。本著有所為、有所不為的原則，分工清晰，重點明確，課程只介紹巖石力學發(fā)展成熟且應用廣泛的理論和方法。