王正義，朱建群，李鵬波

（常州工學(xué)院 土木建筑工程學(xué)院，江蘇常州 213032）

2019 年2 月，教育部發(fā)展規(guī)劃司印發(fā)《支持應(yīng)用型本科高校發(fā)展有關(guān)工作情況》，要求切實把教學(xué)目標真正轉(zhuǎn)到服務(wù)地方經(jīng)濟社會發(fā)展上來，轉(zhuǎn)到產(chǎn)教融合校企合作上來，轉(zhuǎn)到培養(yǎng)應(yīng)用型、技術(shù)技能型人才上來。應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)需要與自身辦學(xué)定位、服務(wù)面向、人才培養(yǎng)目標密切關(guān)聯(lián)，走好特色發(fā)展之路[1]。地方應(yīng)用型本科高校不僅是高等教育體系的中堅力量，更是面向地方和產(chǎn)業(yè)需求培養(yǎng)應(yīng)用型人才、服務(wù)地方經(jīng)濟社會發(fā)展的重要力量[2]。

巖石力學(xué)與工程是一門重要的交叉科學(xué)和工程應(yīng)用課程，是基于力學(xué)觀點對自然存在的巖體進行性質(zhì)測定和理論計算，最終為具體的工程建設(shè)服務(wù)的課程，其在21 世紀國民經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮越來越重要的作用[3]。巖石力學(xué)與工程課程作為應(yīng)用型本科高校城市地下空間工程專業(yè)必修課，旨在培養(yǎng)從事巖石工程設(shè)計及施工的應(yīng)用型人才。高速鐵路、高速公路、城市地鐵、管廊、道橋等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，大多涉及巖石地基、地下及邊坡工程，亟需地方應(yīng)用型高校輸送土建類專業(yè)的高素質(zhì)人才。然而，相對研究型高校而言，應(yīng)用型高校學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)相對薄弱，且培養(yǎng)目標也有差異，不能完全采用研究型高校已有的巖石力學(xué)教學(xué)經(jīng)驗和方法，要基于自身定位和特色開展巖石力學(xué)教學(xué)改革探索與實踐[4]。因此，針對地方應(yīng)用型高?，F(xiàn)實背景進行巖石力學(xué)與工程課程教學(xué)改革研究很有必要。

為進一步提升地方應(yīng)用型高校巖石力學(xué)與工程課程的教學(xué)質(zhì)量，同時基于培養(yǎng)應(yīng)用型人才的目標，本文分析了常州工學(xué)院城市地下空間工程專業(yè)巖石力學(xué)與工程課程的特點，指出了目前該課程教學(xué)存在的一些問題，提出了針對性的課程教學(xué)改革措施，并對教改效果進行了總結(jié)評價，以期為類似課程教學(xué)提供有益借鑒。

1 地方應(yīng)用型高校巖石力學(xué)與工程課程開設(shè)現(xiàn)狀及特點

1.1 課程開設(shè)現(xiàn)狀

巖石力學(xué)與工程課程是常州工學(xué)院土木建筑工程學(xué)院城市地下空間工程專業(yè)的主干課程，共計32 學(xué)時，均為理論教學(xué)學(xué)時，無實驗教學(xué)學(xué)時。課程教學(xué)安排在大學(xué)第四學(xué)期，面向大學(xué)二年級學(xué)生。本課程的教學(xué)旨在使學(xué)生掌握巖石、巖體的基本概念、性質(zhì)指標及其測定原理與方法，培養(yǎng)學(xué)生工程巖石力學(xué)性質(zhì)測定、穩(wěn)定性分析與評價的基本能力。

1.2 課程教學(xué)特點

巖石力學(xué)與工程主要講述不同受力條件下巖體變形和破壞規(guī)律及工程巖體穩(wěn)定性[5]，其應(yīng)用性非常強，能夠應(yīng)用在巖體工程設(shè)計、施工和運行過程。該課程教學(xué)具有如下特點：

1.2.1 多學(xué)科知識交叉，對學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)要求高

巖石力學(xué)與工程課程包含應(yīng)用數(shù)學(xué)、固體力學(xué)、流體力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、土力學(xué)、工程地質(zhì)、地球物理等多學(xué)科交叉知識，且理論性較強，對學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)水平（尤其是力學(xué)基礎(chǔ)）要求高，導(dǎo)致應(yīng)用型本科生學(xué)習該課程有一定難度。

1.2.2 注重實踐，與實際工程聯(lián)系緊密

不同于理論力學(xué)、材料力學(xué)等類似課程偏向于力學(xué)的基礎(chǔ)理論和計算，巖石力學(xué)與工程著重于實驗分析和工程應(yīng)用，很多經(jīng)典理論均來自實驗結(jié)果總結(jié)，相關(guān)的理論模型也是基于現(xiàn)場工程巖體的受力狀態(tài)，所學(xué)內(nèi)容與實驗和實際工程聯(lián)系緊密，具有較強的實踐性和應(yīng)用性。

1.2.3 知識更迭快，新理論、新技術(shù)蓬勃發(fā)展

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展帶動了巖石力學(xué)相關(guān)學(xué)科的進步，進而促進了巖石力學(xué)的發(fā)展[6]。此外，我國經(jīng)濟建設(shè)步伐的加快催生出各類大型巖土工程，這些工程難度系數(shù)高，對巖石力學(xué)提出了更高要求，促進了該學(xué)科的發(fā)展?？焖俚闹R更迭導(dǎo)致教材內(nèi)容滯后于科技前沿，亟須在教學(xué)中引入巖石力學(xué)的新理論和新技術(shù)，從而開闊學(xué)生的學(xué)科視野。

2 地方應(yīng)用型高校巖石力學(xué)與工程課程教學(xué)存在問題

2.1 教學(xué)和考核模式單一

巖石力學(xué)與工程課程仍以傳統(tǒng)的講授式教學(xué)為主，采用板書與PPT 相結(jié)合的授課模式，缺乏師生互動，學(xué)生被動接受知識，學(xué)習積極性難以調(diào)動。此外，現(xiàn)有考核模式規(guī)定學(xué)生總成績由平時成績（占50%）和期末考試成績（占50%）構(gòu)成，平時成績考核學(xué)生的出勤、平時表現(xiàn)和課后作業(yè)等，期末考試以閉卷考試為主。這種模式仍是傳統(tǒng)的應(yīng)試教育考核模式，學(xué)生通過期末突擊復(fù)習即可通過考核，該模式僅考核學(xué)生對知識的識記，缺乏對學(xué)生分析問題、解決問題能力的考核。

2.2 缺少實驗教學(xué)環(huán)節(jié)

為適應(yīng)社會發(fā)展，教學(xué)大綱會適時增加新課程，導(dǎo)致部分主干課程學(xué)時逐步減少。此外，受教學(xué)運行經(jīng)費、實驗室條件等因素的綜合影響，城市地下空間工程專業(yè)巖石力學(xué)與工程課程均為理論教學(xué)，缺少實驗教學(xué)環(huán)節(jié)。然而，巖石力學(xué)基礎(chǔ)理論基本是從實驗中獲得的[7]，缺少實驗環(huán)節(jié)使得教師只能在課堂上介紹巖石力學(xué)實驗的原理、過程和結(jié)果，難以安排學(xué)生開展實驗，這在一定程度上割裂了教學(xué)過程，學(xué)生缺乏對實驗結(jié)果背后原理的深入思考和理解，實驗及實踐技能無法得到訓(xùn)練。

2.3 理論教學(xué)脫離工程實踐

巖石力學(xué)與工程課程教學(xué)仍然以教材為主，講授內(nèi)容主要為基礎(chǔ)理論知識和簡單工程應(yīng)用，使得理論教學(xué)脫離了工程實踐，導(dǎo)致學(xué)生只會求解簡單模型化的工程問題，難以解決復(fù)雜多變的實際工程問題。此外，教材內(nèi)容滯后于巖石力學(xué)學(xué)科前沿發(fā)展，局限于教材的理論教學(xué)難以符合基礎(chǔ)理論和工程實踐發(fā)展的要求，也無法滿足企業(yè)對應(yīng)用型人才職業(yè)能力的要求。

3 地方應(yīng)用型高校巖石力學(xué)與工程課程教學(xué)改革實踐

針對巖石力學(xué)與工程課程教學(xué)特點及存在的問題，本文從以下四個方面進行課程教學(xué)改革實踐：

3.1 改革教學(xué)模式，豐富教學(xué)方法

首先，利用圖表、動畫、視頻等多媒體資源，將巖石力學(xué)與工程的巖石試樣破壞的實物照片、巖石力學(xué)實驗過程、巖石工程施工步驟等一一呈現(xiàn)出來，彌補教材內(nèi)容的不足，讓書本知識能夠“活”起來和“動”起來，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習積極性，從而加深對課程內(nèi)容的理解與掌握。

其次，利用巖石力學(xué)與工程以實驗為主、與工程聯(lián)系緊密等特點，開展以特定巖石實驗或巖石工程為主題的輔助式互動教學(xué)，設(shè)置20min 左右的翻轉(zhuǎn)課堂[8]，課前讓學(xué)生分組收集資料、制作PPT 并在課上匯報，最后由教師進行點評打分。這樣不但能夠有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習的主觀能動性，培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習的習慣，還能鍛煉其口語表達能力、PPT 制作技能和團隊協(xié)作能力。

最后，針對巖石地下工程、巖石邊坡工程和巖石地基工程等章節(jié)，除了課程教學(xué)之外，還開展相關(guān)的課程設(shè)計任務(wù)。通過設(shè)定工程背景，安排學(xué)生按照相關(guān)的設(shè)計規(guī)范，通過計算、比選、驗算等，最終確定工程巖體的結(jié)構(gòu)形式，并繪制設(shè)計圖。這樣不僅能使學(xué)生在設(shè)計過程中將知識學(xué)以致用，也為學(xué)生今后從事巖土工程設(shè)計及施工工作奠定堅實的基礎(chǔ)。

3.2 引入數(shù)值模擬，開展實驗教學(xué)

雖然受教學(xué)經(jīng)費、實驗室條件等影響，該課程缺少實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，但是巖石力學(xué)是以實驗為重要基礎(chǔ)的學(xué)科，尤其是巖石的單軸壓縮、三軸壓縮、單軸拉伸、剪切等力學(xué)性質(zhì)和變形特征是課程的核心內(nèi)容，沒有開展系統(tǒng)性實驗操作，學(xué)生很難深入理解和掌握實驗結(jié)果及其力學(xué)本質(zhì)。由于數(shù)值模擬實驗具有可操作性強、節(jié)約教學(xué)成本、用時少、可反復(fù)實驗等顯著優(yōu)勢[9]，可以開展巖石力學(xué)與工程的實驗教學(xué)，因此可以將其引入課程教學(xué)。

數(shù)值模擬實驗針對典型巖石力學(xué)實驗開展，包括單軸抗壓實驗、三軸抗壓實驗、抗拉實驗、角模壓剪實驗等。教師課前兩周將學(xué)生分組，并將數(shù)值模擬軟件安裝包和學(xué)習資源發(fā)送給學(xué)生，讓學(xué)生自學(xué)軟件后自主完成數(shù)值模擬實驗操作，最后提交實驗報告，教師批閱。課堂上，教師將數(shù)值實驗結(jié)果與教材中的實驗結(jié)果進行對比講解，不僅能夠使學(xué)生加深對巖石經(jīng)典實驗力學(xué)本質(zhì)的理解，還能讓學(xué)生了解到計算機技術(shù)在巖石力學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，更重要的是能夠培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習、自主分析和解決問題的能力。

3.3 融合工程案例，緊跟科技前沿

巖石力學(xué)與工程教學(xué)的根本目標是培養(yǎng)學(xué)生分析、解決巖石工程中的巖石力學(xué)問題，因此，在課堂教學(xué)中要充分引入一些標志性的工程案例，尤其是工程項目。在講解巖石地下工程時，針對常州市內(nèi)第一條高速公路隧道——邀賢山隧道進行講授，該隧道為雙洞雙線隧道，左線長1 465m，最大埋深39m，右線長1 470m，最大埋深48m，包含U 型槽、暗挖段、明挖暗埋段等多種結(jié)構(gòu)形式[10]。結(jié)合工程地質(zhì)資料和設(shè)計圖紙，教師為學(xué)生講解隧道建設(shè)中巖石力學(xué)參數(shù)測定、工程巖體的分級標準、初期支護和二次襯砌設(shè)計、鉆爆施工流程、圍巖變形動態(tài)監(jiān)測等知識[11]。工程案例能使學(xué)生提升對課程學(xué)習的興趣，同時使學(xué)生了解巖石力學(xué)理論在現(xiàn)實工程中的應(yīng)用，讓學(xué)生認識到該專業(yè)知識的實用價值。

隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展，巖石力學(xué)與工程的新理論和新技術(shù)涌現(xiàn)，因此課堂教學(xué)應(yīng)緊跟科技前沿，引入巖石力學(xué)領(lǐng)域最新的科技成果，如由中國礦業(yè)大學(xué)為第一完成單位并獲得2022 年中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會科學(xué)技術(shù)進步獎一等獎的“工程巖體滲流演化與控制多尺度評測技術(shù)及在深地工程中應(yīng)用”[12]，不僅能夠讓學(xué)生對學(xué)科前沿發(fā)展有一定了解，還能初步培養(yǎng)學(xué)生的科研興趣和創(chuàng)新思維。此外，教師應(yīng)有效利用社交網(wǎng)絡(luò)平臺（如抖音、微信公眾號等）輔助教學(xué)，向?qū)W生推送有關(guān)巖石力學(xué)與工程在科學(xué)研究、技術(shù)發(fā)明方面的最新資訊，也有利于開闊學(xué)生的學(xué)科視野。

3.4 注重過程性考核，完善考核評價體系

考核是評價學(xué)生對巖石力學(xué)與工程相關(guān)知識掌握程度的重要方式，客觀、全面的評價體系至關(guān)重要[13]。為多元化考核學(xué)生的學(xué)習效果，加大課程過程性考核力度，制定了如表1 所示的“N+1”課程考核方式，即總評成績包含在教學(xué)過程中進行的N 種過程性考核和在課程結(jié)束后進行1 次期末考核。由表1 可知，過程性考核包含出勤、課堂表現(xiàn)、課后作業(yè)、數(shù)值模擬實驗和課程設(shè)計。出勤占過程性考核的10%，采用課堂隨機點名+雨課堂掃碼簽到相結(jié)合的考勤方式[14]；課堂表現(xiàn)占過程性考核的10%，基礎(chǔ)分為60 分，其余40 分根據(jù)學(xué)生課堂回答問題、課后答疑和分析溝通情況酌情評定；課后作業(yè)評分占過程性考核的25%，客觀題采用雨課堂進行發(fā)布，主觀題按照作業(yè)本手寫的方式完成，不僅提高了測驗效率，還方便教師及時了解學(xué)生對知識的掌握程度；數(shù)值模擬實驗評分占過程性考核的25%，根據(jù)數(shù)值模擬實驗報告酌情評分；課程設(shè)計評分占過程性考核的30%，根據(jù)計算說明書和設(shè)計圖紙綜合評定。

表1 巖石力學(xué)與工程“N+1”課程考核方式

4 地方應(yīng)用型高校巖石力學(xué)與工程課程教學(xué)改革效果評價

常州工學(xué)院城市地下空間工程專業(yè)巖石力學(xué)與工程課程在教學(xué)過程中逐年進行改革與實踐，授課對象包括城市地下空間工程專業(yè)2019 級、2020 級和2021級三屆學(xué)生。為了合理評價和檢驗該課程教學(xué)改革的實施效果，采用調(diào)查問卷的形式收集了以上三屆學(xué)生對該課程教學(xué)的反饋意見，統(tǒng)計結(jié)果如圖1 所示。

圖1 巖石力學(xué)與工程課程教學(xué)反饋結(jié)果

由圖1 可知，該課程教學(xué)改革的效果隨著教改措施的落實而逐年得到顯現(xiàn)。2019 級至2021 級學(xué)生對課程教學(xué)效果的正面反饋占比逐年增高，負面反饋占比逐年降低，其中2021 級學(xué)生的平均正面反饋比例高達70%。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)：學(xué)生對該課程教學(xué)的負面反饋主要集中在課程本身較難，這與課程特點以及應(yīng)用型高校學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)薄弱有關(guān)，需要在后續(xù)課程教學(xué)中持續(xù)改進?；诖祟惙答佉庖?，在講解強度理論章節(jié)時，先引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習材料力學(xué)、彈性力學(xué)相關(guān)知識點，以便與巖石力學(xué)強度理論重點內(nèi)容合理銜接。此外，學(xué)生的考核成績也隨著課程教學(xué)改革推進而顯著提升，其中總評成績均分由2019 級的68 分提高至2021 級的75 分，而不及格率由2019 級的8%下降至2021 級的3%。上述教學(xué)改革效果表明，與傳統(tǒng)的教考模式相比，改進后的教學(xué)模式更具實踐性、包容性和互動性，改進后的考核評價方式更注重多樣性和過程性，有效增強了學(xué)生的學(xué)習興趣，提高了學(xué)生分析和解決實際問題的能力。另外，需要基于反饋意見對課程教學(xué)改革具體措施進行持續(xù)改進和完善，并強化對教改效果的及時監(jiān)控與評價。

5 結(jié)語

巖石力學(xué)與工程課程是常州工學(xué)院土木建筑工程學(xué)院城市地下空間工程專業(yè)的主干基礎(chǔ)課程?；趹?yīng)用型人才培養(yǎng)目標，該課程在教學(xué)實踐中還存在諸多問題，如教學(xué)和考核模式單一、缺少實驗教學(xué)環(huán)節(jié)、理論教學(xué)脫離工程實踐等。針對這些問題，采用豐富課程教學(xué)方法、引入數(shù)值模擬實驗、加強產(chǎn)教研融合、注重過程性考核等改革措施，并基于教改效果進行及時評價和改進，以期提高巖石力學(xué)與工程課程的教學(xué)質(zhì)量，提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，滿足社會和行業(yè)對城市地下空間工程專業(yè)應(yīng)用型人才的要求。