黃正均, 張 磊, 李長洪, 張 棟

(北京科技大學 土木與資源工程學院, 北京 100083)

實驗教學作為高校教育教學中必不可少的環(huán)節(jié),是以培養(yǎng)學生實踐能力和創(chuàng)新精神為目的。因此,建立以學生能力培養(yǎng)為核心的實驗教學觀念,以學生自主實驗為主,課程教學為輔,面授與課下自主學習相結(jié)合的實驗教學模式,以及設(shè)備先進、多樣,內(nèi)容全面、創(chuàng)新的實驗教學平臺,將全面提高實驗教學水平和人才綜合培養(yǎng)能力[1]。

教育部陸續(xù)發(fā)布了關(guān)于高校教學資源開放共享建設(shè)的政策指導和實施辦法,提出要以高校教師和學生為服務(wù)主體,同時也面向廣大社會學習人員,以量大面廣的公共基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課、核心課為重點,推動高校優(yōu)質(zhì)課程教學資源的共建共享,形成教學資源開放共享體系,提供人才培養(yǎng)質(zhì)量[2]。作為教育資源的重要組成部分,實驗教學資源的開放共享,也已在北京、廣州、上海、南京等高校相對集中的城市得以開展實施,并取得了一些成果與經(jīng)驗,其中就包括實驗教學平臺建設(shè)、實驗教學模式創(chuàng)新等內(nèi)容[3-6]。

1 建設(shè)背景及目標

北京科技大學“巖石力學與工程”由“礦山巖石力學”發(fā)展演變而來,一直是我校國家重點學科采礦工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課,現(xiàn)為我校采礦工程、土木工程、安全工程、巖土工程等專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課和核心課程,在巖石力學領(lǐng)域具有廣泛深刻的影響。幾十年來經(jīng)過專業(yè)教師的共同努力,形成了礦山工程、地下工程等領(lǐng)域的巖石力學特色,也取得了眾多重大研究成果,對巖石力學的教育教學起到了巨大的推動作用。

巖石力學實驗教學作為課程不可或缺的部分,一直以來都是課程教學中非常重視和重點建設(shè)的內(nèi)容。其目的在于使學生將課堂學習的基礎(chǔ)理論知識通過實驗教學得到及時、有效地應(yīng)用,充分鍛煉學生實驗操作的動手能力,鞏固課程理論知識[7-9]。但是,由于巖石力學實驗教學涉及相關(guān)課程多、專業(yè)多、學生人數(shù)多、實驗內(nèi)容多,又面臨課內(nèi)學時緊、設(shè)備臺套數(shù)較少、實驗室面積狹小等原因,導致課內(nèi)很難實現(xiàn)學生人人動手操作的要求,更不能充分體現(xiàn)我校巖石力學及實驗在領(lǐng)域內(nèi)的優(yōu)勢及影響力。

因此,如何解決上述“四多與兩少”相沖突的問題,建設(shè)資源開放共享的實驗教學平臺及教學模式改革就迫在眉睫。本實驗室通過對實驗設(shè)備的整合、實驗內(nèi)容的完善更新,以及實驗內(nèi)容的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)、并將之進行了全面開放共享,建成了資源開放共享的巖石力學實驗教學平臺,對培養(yǎng)學生實踐能力和創(chuàng)新精神具有重要的意義。

2 硬件平臺建設(shè)

2.1 實驗教學設(shè)備

實驗教學工作以實驗設(shè)備為基礎(chǔ)平臺。近5年來,通過“211工程”“985工程”優(yōu)科平臺、本科教學采購等多種渠道,購置或自主研發(fā)巖石力學實驗設(shè)備40余臺套,并整合原有設(shè)備,按照標準化設(shè)備、創(chuàng)新型設(shè)備、高精尖設(shè)備3種不同類型進行分類,形成綜合、先進的教學設(shè)備平臺,見圖1所示。

圖1 巖石力學實驗教學設(shè)備平臺組成

將我院常規(guī)巖石力學實驗設(shè)備如常規(guī)三軸試驗機、萬能試驗機等設(shè)備,以及我院部分高精尖巖石力學試驗設(shè)備(如處于國際領(lǐng)先水平的MTS 815巖石力學試驗系統(tǒng)、PCI-2聲發(fā)射檢測儀、RLJW-2000型巖石三軸剪切流變試驗機),整合形成了實驗教學設(shè)備平臺。其中既有純粹的教學型設(shè)備,也有眾多科研為主型設(shè)備,實現(xiàn)了設(shè)備以“教學為主、科研哺教”的綜合、共享型設(shè)備組成模式。整個平臺設(shè)備價值1 000多萬元,臺套數(shù)達50多臺套,進一步提高了實驗教學設(shè)備的多樣性、綜合性和先進性。

2.2 實驗教學內(nèi)容

實驗教學內(nèi)容是實驗教學工作的核心部分。在整合設(shè)備資源的同時,依托國家級精品課程“巖石力學與工程”,全面圍繞巖石各項物理力學性質(zhì),結(jié)合國際國內(nèi)現(xiàn)行的行業(yè)標準和規(guī)范,不斷豐富并完善實驗教學內(nèi)容,將全部常規(guī)實驗項目,以及大多數(shù)綜合性、創(chuàng)新性實驗項目納入平臺內(nèi)容,如圖2示。其中包括巖石密度、含(吸)水率、縱波波速、單軸抗壓強度、壓縮變形、劈裂抗拉強度、抗剪強度、三軸壓縮、剛性實驗、聲發(fā)射、直接拉伸、水理性質(zhì)、巖石流變、多場耦合實驗等實驗項目18項,編寫“巖石力學與工程”實驗指導書并定期更新,體現(xiàn)了實驗教學內(nèi)容、實驗技術(shù)與方法的綜合性、創(chuàng)新性和前沿性[10]。

圖2 巖石力學實驗教學內(nèi)容組成

3 軟件平臺建設(shè)

3.1 教學資源數(shù)字化

數(shù)字視頻化的實驗教學方式對傳統(tǒng)的面授式實驗教學起到了重要補充作用。發(fā)展多樣化的教學形式和手段,首先要進行的應(yīng)該就是教學內(nèi)容和過程的視頻化。依托“巖石力學與工程”國家級精品課程平臺,我們將各課程相關(guān)的巖石力學實驗教學內(nèi)容,全部錄制為數(shù)字化教學視頻,包括巖石密度、含吸水率、單三軸抗壓強度、抗剪強度、抗拉強度等物理力學性質(zhì)實驗,如圖3所示。視頻內(nèi)容既有實驗方法講解、實驗操作指導、還有學生實際操作過程,及后續(xù)數(shù)據(jù)處理等,使之與傳統(tǒng)的實驗室內(nèi)“面對面指導式”實驗教學模式相結(jié)合,進一步完善了課程體系建設(shè),形成了多樣化的教學形式[11-13]。圖4為數(shù)字化視頻截圖。

圖3 實驗教學內(nèi)容數(shù)字化

圖4 教學內(nèi)容數(shù)字化視頻截圖

3.2 教學資源網(wǎng)絡(luò)化

為了進一步完善課程體系以及擴大課程的學習用戶群,將錄制的全部實驗教學視頻上傳至學校網(wǎng)絡(luò)課程平臺,及“中國大學精品開放課程共享系統(tǒng)”——愛課程網(wǎng)站(http://www.icourses.cn/coursestatic/course_3629.html),如圖5示,實現(xiàn)了實驗教學內(nèi)容資源的網(wǎng)絡(luò)化[14]。不僅本院相關(guān)專業(yè)學生,甚至全校、全國所有用戶均可免費進行在線學習,對整個巖石力學與工程的教育教學將起到極大的推動作用,同時也進一步提高了我校在“巖石力學與工程”領(lǐng)域的影響力。

圖5 中國大學精品開放課程共享網(wǎng)站愛課程網(wǎng)課程介紹

3.3 教學資源開放共享

同時,為響應(yīng)國家、學校對高校精品教學資源的開放共享政策,將教學平臺的全部實驗設(shè)備和實驗項目等相關(guān)教學資源,完全面向全校乃至全國的所有用戶進行全時開放和共享,以建設(shè)形成資源完全開放和共享的實驗教學平臺。學生以及其他用戶,不僅可隨時自主學習實驗內(nèi)容,包括工作日的白天及晚上、周末、寒暑假等節(jié)假日期間均可自主申請各類實驗項目,以及在完成操作培訓前提下自主使用實驗設(shè)備。所有實驗項目均完全開放,不僅包括課程教學部分實驗項目,同時還有學生科技創(chuàng)新實驗、畢業(yè)設(shè)計、論文實驗,甚至學生科技競賽、中小學生科技夏令營等項目均可開放使用平臺資源[15-16]。

4 制度保障建設(shè)

此外,為了保障實驗教學平臺資源開放共享的順利進行,實驗室結(jié)合學校、學院現(xiàn)有的管理規(guī)章制度,另外針對巖石力學實驗教學平臺制訂了一套較為完整的資源共享使用管理制度[9,16]。保障制度如圖6所示,其中包括開放實驗申請、設(shè)備開放使用申請、實驗儀器借用申請、節(jié)假日使用申請(包括設(shè)備、實驗場地等)、實驗室準入和安全管理等10余條規(guī)章制度,以保障平臺資源開放共享的高效、平穩(wěn)運行。

圖6 資源開放共享保障制度

5 平臺資源應(yīng)用

平臺資源秉承教學為先的原則,優(yōu)先服務(wù)于學院、學校采礦工程、土木工程等專業(yè)的本科生、研究生的實驗教學工作,累計開設(shè)本科生實驗教學項目10項,每年7個班級,學生人數(shù)200余人；開設(shè)研究生教學實驗、論文實驗項目16項,每年學生人數(shù)100余人；同時每年服務(wù)于學院、學校本科生科技創(chuàng)新項目10多項,并取得了良好的效果。

目前現(xiàn)有注冊學習用戶1 585人,以及大量游客用戶,并可進行網(wǎng)絡(luò)答疑與課堂互動,校內(nèi)外用戶均反映良好。

將全部平臺資源全面開放后,現(xiàn)每年接受各種校內(nèi)實驗申請100余項,培養(yǎng)能完全獨立進行實驗學生人數(shù)達70余人,以及指導下可進行實驗操作學生人數(shù)200余人。同時,平臺資源還為多所兄弟院校的相關(guān)實驗教學提供了服務(wù),以及接待中小學生科技夏令營項目服務(wù)多次。

6 結(jié)語

通過整合北京科技大學巖石力學相關(guān)實驗設(shè)備,以及實驗內(nèi)容、項目的補充完善,并進行資源數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化等措施,建立形成了較為全面、綜合,具有先進性和創(chuàng)新性的巖石力學實驗教學平臺,并全面應(yīng)用于校內(nèi)相關(guān)專業(yè)的實驗教學工作,以及對校內(nèi)外所有用戶實行平臺資源全面開放共享,解決了我校巖石力學實驗教學工作中的現(xiàn)存問題,推動了巖石力學教育教學的發(fā)展,促進了人才培養(yǎng)的發(fā)展與提高,擴大了我校在巖石力學領(lǐng)域的影響力。