孔德中　曹云欽　吳桂義

摘要：礦山壓力與巖層控制是一門(mén)主要講授煤礦井下各種巷道與采場(chǎng)圍巖穩(wěn)定性及各種礦山災(zāi)害事故預(yù)測(cè)與控制的課程，對(duì)地質(zhì)、數(shù)學(xué)、力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)要求較高、內(nèi)容比較抽象且實(shí)踐性強(qiáng)。在工程教育背景下，礦山壓力與巖層控制的課程教學(xué)應(yīng)在板書(shū)、幻燈片等傳統(tǒng)教學(xué)手段的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)數(shù)值模擬成果以及“雙語(yǔ)”教學(xué)在教學(xué)中的應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生對(duì)本專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)和科研的興趣，從而提高教學(xué)效果，從傳統(tǒng)的“教師教為主”向“學(xué)生學(xué)習(xí)為主”轉(zhuǎn)變。

關(guān)鍵詞：工程教育；礦山壓力與巖層控制；數(shù)值模擬；“雙語(yǔ)”教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）31-0186-02

一、引言

在工程教學(xué)背景下貴州大學(xué)采礦工程專(zhuān)業(yè)人才的培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)具有良好的人文素質(zhì)和扎實(shí)的數(shù)學(xué)、力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，具有社會(huì)責(zé)任感和國(guó)際視野、創(chuàng)新意識(shí)和工程實(shí)踐能力，具有團(tuán)隊(duì)合作和管理協(xié)調(diào)能力，掌握以煤炭開(kāi)采為主的固體礦床開(kāi)采基本理論知識(shí)，能在固體礦床開(kāi)采特別是煤礦開(kāi)采領(lǐng)域從事礦區(qū)開(kāi)發(fā)規(guī)劃、礦山設(shè)計(jì)、開(kāi)采、通風(fēng)、安全、監(jiān)察、管理以及科學(xué)研究等方面的工程技術(shù)人才和管理人才。礦山壓力與巖層控制是采礦工程專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，礦山壓力與巖層控制是一門(mén)主要講授煤礦井下各種巷道與采場(chǎng)圍巖穩(wěn)定性及各種礦山災(zāi)害事故預(yù)測(cè)與控制的課程，對(duì)地質(zhì)、數(shù)學(xué)、力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)要求較高，內(nèi)容比較抽象且實(shí)踐性強(qiáng)[1-3]。因此，對(duì)于這門(mén)課的學(xué)習(xí)，不僅要求學(xué)生學(xué)習(xí)好這門(mén)課程的理論知識(shí)，還要學(xué)習(xí)好理論聯(lián)系實(shí)際，把學(xué)到的理論知識(shí)去和工程問(wèn)題相對(duì)應(yīng)，去嘗試如何解決工程問(wèn)題[4-7]。

二、存在的問(wèn)題

當(dāng)前，在“礦山壓力與巖層控制”的這門(mén)課的教學(xué)中，教師大都采用的是“教師只講授課本為主，學(xué)生被動(dòng)接受”的傳統(tǒng)的教學(xué)模式。傳統(tǒng)教學(xué)模式要求教師具備扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)、巧妙的教學(xué)方法、先進(jìn)的教學(xué)手段，能夠把學(xué)生的注意力吸引到課堂中。同時(shí)要求學(xué)生有一定的工程力學(xué)、巖石力學(xué)、彈性力學(xué)的基礎(chǔ)，此外還要求學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)要有濃厚的學(xué)習(xí)興趣以及較強(qiáng)的聯(lián)想和空間想象能力。

礦山壓力與巖層控制這門(mén)課程是在大三上學(xué)期開(kāi)設(shè)的，雖然已經(jīng)在彈性力學(xué)與巖石力學(xué)兩門(mén)課程基礎(chǔ)上開(kāi)設(shè)的，但由于學(xué)生認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)是在磷礦中進(jìn)行的，或者僅僅對(duì)煤礦認(rèn)識(shí)比較淺顯。礦壓書(shū)中涉及較為抽象的力學(xué)問(wèn)題的教學(xué)往往非常吃力，學(xué)生學(xué)起來(lái)更是費(fèi)勁，久而久之，學(xué)習(xí)興趣就會(huì)被抽象的力學(xué)模型與大量的公式推導(dǎo)所磨滅。特別是在講授“砌體梁”結(jié)構(gòu)（圖1）、老頂載荷q的確定（圖2）、采場(chǎng)支架與圍巖的相互作用關(guān)系及護(hù)巷煤柱寬度確定等章節(jié)時(shí)，大量的力學(xué)公式推導(dǎo)過(guò)程，讓大部分學(xué)生理解困難。

三、數(shù)值模擬結(jié)果引入到礦山壓力與巖層控制的教學(xué)

礦山壓力與巖層控制這門(mén)課程主要是全面介紹各種采場(chǎng)和巷道圍巖應(yīng)力分布特征、頂板垮落特征與覆巖運(yùn)移規(guī)律和支架與圍巖相互作用關(guān)系及圍巖穩(wěn)定性控制。傳統(tǒng)的教學(xué)手段難以直觀地表達(dá)應(yīng)力分布或者頂板運(yùn)移的，即便是通過(guò)井下實(shí)習(xí)也看不到巷道及采場(chǎng)周?chē)膽?yīng)力分布的，井下實(shí)習(xí)也只是能看到巷道及采場(chǎng)內(nèi)的變形與破壞，對(duì)于巷道及采場(chǎng)上方圍巖垮落特征與運(yùn)移規(guī)律也是無(wú)法看到的。數(shù)值模擬不僅能模擬煤巖體開(kāi)采過(guò)程中較為復(fù)雜的礦山壓力問(wèn)題，也能直觀、動(dòng)態(tài)地顯示工作面推進(jìn)過(guò)程中直接頂冒落、基本頂破斷下沉以及地表的巖層移動(dòng)等過(guò)程。當(dāng)然，礦山壓力與巖層控制這門(mén)課程的教學(xué)不可能加入大量數(shù)值模擬軟件及應(yīng)用的教學(xué)。首先，學(xué)時(shí)數(shù)是不夠的，現(xiàn)有的學(xué)時(shí)數(shù)只能滿足課本大部分內(nèi)容的教學(xué)，甚至不能滿足全部?jī)?nèi)容的教學(xué)，另一方面，數(shù)值模擬并不是特別簡(jiǎn)單，一學(xué)就會(huì)的，需要有一定的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)，也需要花費(fèi)很多時(shí)間的。從圖3—圖4可以讓學(xué)生直觀地了解到工作面采出后采場(chǎng)周?chē)鷳?yīng)力分布、直接頂垮落特征、基本頂?shù)钠茢嗵卣髋c頂板結(jié)構(gòu)、頂板斷裂步距。

通過(guò)引入數(shù)值模擬的成果可以極大地改變礦山壓力與巖層控制課程實(shí)踐教學(xué)的不足，使學(xué)生對(duì)很多抽象問(wèn)題的學(xué)習(xí)變得直觀具體，使其對(duì)巖層控制理論有較為深入的認(rèn)識(shí)，大大地提高課堂教學(xué)質(zhì)量。同時(shí)也可以激發(fā)學(xué)生對(duì)科研的興趣愛(ài)好，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、主動(dòng)思考的創(chuàng)新精神，提高其專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)與科研能力，為以后的工作與繼續(xù)學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)。

四、探索“雙語(yǔ)”教學(xué)

此外，采礦專(zhuān)業(yè)通過(guò)工程教育認(rèn)證之后，我們采礦專(zhuān)業(yè)的畢業(yè)證書(shū)是得到國(guó)際認(rèn)可的。換而言之，我們采礦專(zhuān)業(yè)的畢業(yè)生可以去國(guó)外的礦山進(jìn)行采礦工作。另一方面，近三十年來(lái)中國(guó)的采礦技術(shù)迅猛發(fā)展，很多央企、國(guó)企都在國(guó)外擁有礦井，采礦專(zhuān)業(yè)畢業(yè)生有很多機(jī)會(huì)去國(guó)外采礦，這就要求采礦專(zhuān)業(yè)畢業(yè)生必須具備一定的應(yīng)用專(zhuān)業(yè)外語(yǔ)的能力。以往專(zhuān)業(yè)外語(yǔ)作為選修課開(kāi)設(shè)，多個(gè)專(zhuān)業(yè)內(nèi)容編在一起，給講授和學(xué)習(xí)帶來(lái)一定困難。因此，教師在講授礦山壓力與巖層過(guò)程中，可增加英語(yǔ)原版的相關(guān)內(nèi)容及注解，作為學(xué)生學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)外語(yǔ)的一個(gè)“窗口”。但并不是所有內(nèi)容都有中英文的對(duì)照，本身學(xué)生的英語(yǔ)基礎(chǔ)就差，如果全部?jī)?nèi)容都是中英文對(duì)照，效果反而會(huì)事倍功半。礦山壓力與巖層控制的“雙語(yǔ)”教學(xué)主要指的是針對(duì)采礦專(zhuān)業(yè)的一些專(zhuān)有名詞進(jìn)行相應(yīng)的英語(yǔ)解釋以及在課件制作中加入英語(yǔ)的注釋?zhuān)▓D5—圖6）。

五、結(jié)論

總而言之，在工程教育背景下，礦山壓力與巖層控制的課程教學(xué)應(yīng)在板書(shū)、幻燈片等傳統(tǒng)教學(xué)手段的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)數(shù)值模擬成果以及“雙語(yǔ)”教學(xué)在教學(xué)中的應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生對(duì)本專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)和科研的興趣，從而提高教學(xué)效果，從傳統(tǒng)的“教師教為主”向“學(xué)生學(xué)習(xí)為主”轉(zhuǎn)變，更好地培養(yǎng)具有社會(huì)責(zé)任感和國(guó)際視野、創(chuàng)新意識(shí)和工程實(shí)踐能力，具有團(tuán)隊(duì)合作和管理協(xié)調(diào)能力采礦工程專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才。

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