摘"要：在工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下，針對(duì)礦山壓力及巖層控制實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)過(guò)程中的有關(guān)問(wèn)題及持續(xù)改進(jìn)，打造用于本科生教學(xué)的礦山壓力及巖層控制特色實(shí)驗(yàn)裝備，安排四個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，采用預(yù)習(xí)口試、實(shí)驗(yàn)操作及實(shí)驗(yàn)報(bào)告的考核方式，按比例綜合確定最終實(shí)驗(yàn)課程成績(jī)并分析課程目標(biāo)達(dá)成情況。在教學(xué)設(shè)計(jì)上，采用預(yù)習(xí)口試、講解和操作等方式開(kāi)展教學(xué)，結(jié)合探究式、啟發(fā)式和案例式教學(xué)方法，學(xué)生實(shí)際動(dòng)手操作、記錄、拍照和分析作圖。一系列措施的實(shí)施，充分體現(xiàn)以學(xué)生為中心的理念，突出學(xué)生的主體地位和教師的引導(dǎo)作用，切實(shí)提高學(xué)生的動(dòng)手能力、理論聯(lián)系實(shí)際的能力、數(shù)據(jù)分析與處理能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和獨(dú)立思考能力，更有助于課程目標(biāo)的達(dá)成和學(xué)生創(chuàng)新能力的提升，研究成果不但滿足本校采礦專業(yè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求，還對(duì)國(guó)內(nèi)相關(guān)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)起到一定的示范作用。

關(guān)鍵詞：工程認(rèn)證；礦山壓力；巖層控制；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；課程目標(biāo)

中圖分類號(hào)：G640"""文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A"""""文章編號(hào)：2096-000X（2025）01-0112-04

Abstract：Underthebackgroundofengineeringcertification，aimingattherelatedproblemsandcontinuousimprovementintheteachingprocessoftheExperimentalCourseofMinePressureandStrataControl，thespecialexperimentalequipmentofminepressureandstratacontrolforundergraduateteachinghasbeenbuilt，fourexperimentalitemsarearranged.Andthefinalexperimentalcourseresultsaredeterminedandanalyzedaccordingtotheproportionbymeansofpreviewingoraltest，experimentaloperationandexperimentalreport.Intheteachingdesign，themethodsofpre-readingoralexamination，explanationandoperationareadopted，andthemethodsofinquiry，heuristicandcaseteachingarecombined.Theimplementationofaseriesofmeasuresfullyembodiesthestudent-centeredidea，andhighlightstheprincipalpositionofstudentsandtheguidingroleofteachers，ithasimprovedstudents'practicalability，theabilityofcombiningtheorywithpractice，theabilityofdataanalysisandprocessing，theabilityofteamcooperationandtheabilityofindependentthinking，theresearchresultsnotonlymeettheneedsofminingstudents'experimentalteaching，butalsoplayanexemplaryroleintheexperimentalteachingofrelatedspecialtiesinChina.

Keywords：engineeringcertification;minepressure;stratacontrol;experimentalteaching;courseobjective

高等院校的實(shí)踐環(huán)節(jié)主要包括課內(nèi)實(shí)驗(yàn)、獨(dú)立設(shè)課實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等，實(shí)踐教學(xué)對(duì)于學(xué)生的理論聯(lián)系實(shí)際、達(dá)成畢業(yè)要求、實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)和有效提高人才培養(yǎng)質(zhì)量具有重要意義，其在專業(yè)人才培養(yǎng)計(jì)劃中的占比越來(lái)越高，越來(lái)越受到高等院校的重視。專業(yè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)實(shí)踐教學(xué)均有明確的要求。山東理工大學(xué)采礦工程專業(yè)已通過(guò)工程教育專業(yè)認(rèn)證，將學(xué)生中心、成果導(dǎo)向和持續(xù)改進(jìn)融入人才培養(yǎng)的全過(guò)程。在采礦工程專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃中，實(shí)踐環(huán)節(jié)占比30%以上，其中礦山壓力及巖層控制實(shí)驗(yàn)是獨(dú)立設(shè)課實(shí)驗(yàn)，時(shí)間為1周，1個(gè)學(xué)分，該課程是根據(jù)四年制本科采礦工程專業(yè)人才培養(yǎng)計(jì)劃設(shè)置的，屬于實(shí)踐必修課。礦山壓力及巖層控制實(shí)驗(yàn)在學(xué)生修完地質(zhì)學(xué)與礦山地質(zhì)、巖石力學(xué)、井巷工程和采礦學(xué)等課程后開(kāi)設(shè)，其是采礦工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系中不可或缺的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力、理論聯(lián)系實(shí)際等能力的重要手段，其不僅起到鞏固、深化學(xué)生所學(xué)理論知識(shí)的作用，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、工作的能力和創(chuàng)新能力。巖石力學(xué)是采礦工程專業(yè)重要基礎(chǔ)課，而井巷工程是重要專業(yè)課程，礦山壓力及巖層控制實(shí)驗(yàn)是加深上述課程理論認(rèn)識(shí)、提升學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的重要舉措。

很多學(xué)者針對(duì)礦壓及巖層控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)開(kāi)展了研究[1-15]，包括井巷礦壓實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、巖石力學(xué)數(shù)字實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)建設(shè)、BIM技術(shù)運(yùn)用、相似模擬實(shí)驗(yàn)裝備使用和教學(xué)改革實(shí)施等，雖然取得了很大進(jìn)展，但目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍存在一些問(wèn)題，有待進(jìn)一步深入持續(xù)改進(jìn)。結(jié)合工程教育專業(yè)認(rèn)證理念，開(kāi)展面向認(rèn)證的礦山壓力及巖層控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究，深度實(shí)施學(xué)生中心、成果導(dǎo)向和持續(xù)改進(jìn)，打造特色實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力。

一"礦山壓力及巖層控制特色實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝備

礦山壓力及巖層控制實(shí)驗(yàn)課程支撐采礦工程專業(yè)畢業(yè)要求4（研究工程問(wèn)題），為了更好地實(shí)現(xiàn)課程支撐，并與巖石力學(xué)、井巷工程等課程緊密結(jié)合實(shí)現(xiàn)理論聯(lián)系實(shí)際，提升學(xué)生動(dòng)手能力，打造特色實(shí)驗(yàn)，研發(fā)了用于本科生開(kāi)展的特色實(shí)驗(yàn)裝備。

（一）"應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)裝備

在課程教學(xué)、學(xué)生室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和教師科研中，必涉及巖石力學(xué)問(wèn)題，也必須對(duì)巖石本身及巖石受載破裂演化機(jī)理進(jìn)行學(xué)習(xí)、研究及進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗(yàn)測(cè)試與分析。蠕變和應(yīng)力松弛是巖石流變的兩個(gè)重要方面，在工程中，巖石的蠕變和應(yīng)力松弛特性直接與巖石的長(zhǎng)期強(qiáng)度和巖體工程的長(zhǎng)期穩(wěn)定相關(guān)聯(lián)，實(shí)驗(yàn)室缺乏可開(kāi)展巖石應(yīng)力松弛的實(shí)驗(yàn)裝備。針對(duì)巖石應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)的有關(guān)要求，設(shè)計(jì)采用典型的四柱式機(jī)構(gòu)形式，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與普通四柱液壓機(jī)基本相同，四柱式機(jī)構(gòu)形式的作用在于提供一個(gè)符合精度要求、剛度可靠的剛性工作框架，確保設(shè)備的精度能夠達(dá)到使用要求，如圖1所示。為了減少加載過(guò)程載荷漂移和波動(dòng)，該機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)通過(guò)手動(dòng)油泵控制，具有速度穩(wěn)定，保壓穩(wěn)定并自動(dòng)回程等功能，加載噸位可達(dá)到50噸，可顯示加載過(guò)程的實(shí)時(shí)位移和載荷以及記錄位移不變情況下的每秒載荷變化情況，可保持位移載荷不變。

具體實(shí)驗(yàn)裝備操作步驟包括：①將試件放入主機(jī)工作臺(tái)上（樣塊應(yīng)放在工作臺(tái)正中）；②接通實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)電源；③將油泵卸載閥擰緊關(guān)死，開(kāi)啟數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)，進(jìn)入?yún)?shù)顯示界面；④通過(guò)油泵壓桿加壓，使加載油缸與試件剛好接觸；⑤在數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)的參數(shù)顯示界面，點(diǎn)擊“清零”，將當(dāng)前數(shù)值清零；⑥通過(guò)油泵壓桿加壓，將壓力加壓至需要的數(shù)值（壓力顯示在顯示屏上方），停止加壓，加載位移保持不變；⑦加壓至需要的數(shù)值的同時(shí)開(kāi)始記錄，觸摸屏實(shí)時(shí)顯示數(shù)值，記錄壓力隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)；⑧記錄時(shí)間達(dá)到規(guī)定后，停止記錄；⑨實(shí)驗(yàn)完成后，將卸載閥打開(kāi)，通過(guò)油泵壓桿加壓將油缸回程，當(dāng)油缸回到起始位置，此時(shí)移下試件，斷電，實(shí)驗(yàn)完成。

應(yīng)力松弛是指巖石在恒定形變下應(yīng)力隨時(shí)間衰減的現(xiàn)象，在地下洞室、巷道、邊坡等巖體工程中普遍存在。學(xué)生了解巖石應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)的意義，掌握巖石應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的操作方法，得到巖石在恒定形變下應(yīng)力隨時(shí)間衰減的現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)并作圖，有助于學(xué)生加深其對(duì)巖石力學(xué)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，更有助于學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的提升。

（二）"巖體錨固控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝備

錨桿支護(hù)現(xiàn)已發(fā)展成為世界各國(guó)礦井巷道及其他地下工程支護(hù)的一種主要形式。錨桿是一種錨固在巖體內(nèi)部的桿狀支架，正確地設(shè)計(jì)和應(yīng)用錨桿支護(hù)，必須對(duì)錨桿支護(hù)機(jī)理有正確的認(rèn)識(shí)，實(shí)驗(yàn)室尚缺乏針對(duì)本科教學(xué)開(kāi)展的錨固控制方面的實(shí)驗(yàn)裝備。針對(duì)巖體錨固控制實(shí)驗(yàn)的有關(guān)要求，設(shè)計(jì)巖體錨固控制系統(tǒng)，依據(jù)錨桿支護(hù)的懸吊原理開(kāi)展設(shè)計(jì)，基本原理是利用錨桿將巷道或采場(chǎng)頂板較軟弱巖層懸吊在上部穩(wěn)定巖層上，增強(qiáng)軟弱巖層的穩(wěn)定性。系統(tǒng)整體采用框架結(jié)構(gòu)，材質(zhì)均為鋼材，設(shè)可打開(kāi)的有機(jī)玻璃門，框架內(nèi)部布置破碎巖體、錨桿及網(wǎng)，破碎巖體在實(shí)驗(yàn)時(shí)放入框架內(nèi)，放入厚度的變化代表錨桿有效長(zhǎng)度的變化，墊板下面安裝壓力傳感器，監(jiān)測(cè)懸吊破碎巖體重量的變化。根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，設(shè)計(jì)不同的錨桿直徑、墊板尺寸和螺母等，錨桿懸吊在框架頂部（相當(dāng)于錨桿錨固部分），框架結(jié)構(gòu)下面設(shè)滑輪，便于移動(dòng)，如圖2所示。

具體實(shí)驗(yàn)裝備操作步驟包括：①打開(kāi)巖體錨固控制系統(tǒng)，將錨桿錨固在巷道或采場(chǎng)頂板上的穩(wěn)定巖層中；②安裝鋼絲網(wǎng)和托盤，將測(cè)力傳感器安裝在錨桿上，上螺母；③將顯示儀表與測(cè)力傳感器連接，開(kāi)啟顯示儀表；④用挫子將石子（模擬破碎巖體）放入巖體錨固控制系統(tǒng)（模擬軟弱圍巖）；⑤錨桿懸吊住軟弱圍巖，破碎巖體不再掉落；⑥記錄懸吊重量和錨桿的有效長(zhǎng)度；⑦繼續(xù)將石子放入巖體錨固控制系統(tǒng)，記錄懸吊重量的變化過(guò)程及錨桿的有效長(zhǎng)度；⑧實(shí)驗(yàn)完成后，取出石子和錨桿，關(guān)閉巖體錨固控制系統(tǒng)。

通過(guò)該系統(tǒng)裝備，讓學(xué)生了解巖體錨固控制實(shí)驗(yàn)的意義，掌握懸吊作用原理及巖體錨固控制的操作方法，通過(guò)錨桿錨固將巷道或采場(chǎng)頂板較軟弱巖層懸吊在上部穩(wěn)定巖層上，測(cè)得其懸吊巖體的重量、錨桿的有效長(zhǎng)度及變化，有助于學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的提升。

二"礦山壓力及巖層控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)

根據(jù)工程教育專業(yè)認(rèn)證理念及課程支撐畢業(yè)要求情況，礦山壓力及巖層控制實(shí)驗(yàn)課程安排有四個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，分別為礦壓模擬實(shí)驗(yàn)、聲波穿透巖石實(shí)驗(yàn)、巖石應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)和巖體錨固控制實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)三個(gè)課程目標(biāo)：①了解礦山壓力及巖層控制領(lǐng)域的有關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，熟悉礦壓模擬實(shí)驗(yàn)的原理和實(shí)驗(yàn)程序，掌握巖石聲波測(cè)試的意義、原理、方法及工程應(yīng)用，掌握巖石應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)的意義、原理和方法，掌握巖體錨固控制實(shí)驗(yàn)的意義、原理和方法等，能夠基于專業(yè)理論和知識(shí)，根據(jù)對(duì)象特征，設(shè)計(jì)可行的實(shí)驗(yàn)方案；②能夠根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案構(gòu)建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，能選用合理的實(shí)驗(yàn)器材，采用科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法，安全地開(kāi)展礦壓模擬實(shí)驗(yàn)、聲波穿透巖石實(shí)驗(yàn)、巖石應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)和巖體錨固控制實(shí)驗(yàn)，能夠在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中正確地采集數(shù)據(jù)；③能夠正確地整理礦壓模擬實(shí)驗(yàn)、聲波穿透巖石實(shí)驗(yàn)、巖石應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)和巖體錨固控制實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)，能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析，并能對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和解釋，獲取合理有效的結(jié)論。課程目標(biāo)與畢業(yè)要求4的指標(biāo)點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)。

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中礦壓模擬實(shí)驗(yàn)的預(yù)期學(xué)習(xí)成果包括了解相似理論、掌握礦山地壓模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)的使用和相似材料模擬實(shí)驗(yàn)等，聲波穿透巖石實(shí)驗(yàn)的預(yù)期學(xué)習(xí)成果包括知曉、掌握聲波測(cè)試的工程應(yīng)用、非金屬聲波檢測(cè)儀的使用、縱波波速的測(cè)定及能計(jì)算橫波波速、動(dòng)泊松比和動(dòng)彈性模量等，巖石應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)的預(yù)期學(xué)習(xí)成果包括知曉、掌握應(yīng)力松弛對(duì)巖石工程長(zhǎng)期穩(wěn)定性和安全的影響、巖石應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的使用、巖石應(yīng)力松弛特性的測(cè)定及能做出應(yīng)力松弛曲線等，巖體錨固控制實(shí)驗(yàn)的預(yù)期學(xué)習(xí)成果包括知曉、掌握懸吊原理，錨桿、墊板、網(wǎng)的作用巖體錨固控制系統(tǒng)的使用，能依據(jù)懸吊原理通過(guò)錨桿錨固破碎巖體及能測(cè)定懸吊巖體的重量和錨桿有效長(zhǎng)度等。

實(shí)驗(yàn)課程的考核方式包括預(yù)習(xí)口試（對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)1）、實(shí)驗(yàn)操作（對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)2）及實(shí)驗(yàn)報(bào)告（對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)1、2、3），確定各考核方式的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)（表1、表2、表3），根據(jù)學(xué)生的預(yù)習(xí)口試、實(shí)驗(yàn)操作及實(shí)驗(yàn)報(bào)告情況進(jìn)行考核評(píng)價(jià)，按比例綜合確定最終實(shí)驗(yàn)課程成績(jī)并分析課程目標(biāo)達(dá)成情況。

為了達(dá)成課程目標(biāo)和預(yù)期學(xué)習(xí)成果，在教學(xué)設(shè)計(jì)上，教師采用預(yù)習(xí)口試、講解和操作等方式開(kāi)展教學(xué)，結(jié)合探究式、啟發(fā)式和案例式教學(xué)方法，學(xué)生實(shí)際動(dòng)手操作、記錄、拍照和分析作圖。每次實(shí)驗(yàn)前學(xué)生必須做好預(yù)習(xí)，預(yù)習(xí)內(nèi)容包括仔細(xì)閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)、有關(guān)教材和參考書(shū)，經(jīng)過(guò)預(yù)習(xí)應(yīng)知曉實(shí)驗(yàn)所需的基礎(chǔ)知識(shí)，了解實(shí)驗(yàn)的原理、意義、所需儀器設(shè)備等，做好口試準(zhǔn)備。學(xué)生需嚴(yán)格按教師及實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)上所講的操作步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，重視儀器設(shè)備的使用，做好實(shí)驗(yàn)記錄、拍照，每臺(tái)設(shè)備應(yīng)按操作規(guī)程進(jìn)行，以免損壞設(shè)備或造成事故。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，學(xué)生應(yīng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，實(shí)驗(yàn)報(bào)告必須獨(dú)立完成。要求實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容完整、書(shū)寫(xiě)工整、計(jì)算正確和制圖規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)等。整個(gè)實(shí)驗(yàn)課程充分體現(xiàn)了以學(xué)生為中心的理念，突出了學(xué)生的主體地位和教師的引導(dǎo)作用，切實(shí)提高了學(xué)生的動(dòng)手能力、理論聯(lián)系實(shí)際的能力、數(shù)據(jù)分析與處理能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和獨(dú)立思考能力，學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程情況如圖3、圖4所示。

三"結(jié)束語(yǔ)

基于目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題，根據(jù)工程教育專業(yè)認(rèn)證理念及課程支撐畢業(yè)要求情況，開(kāi)展了礦山壓力及巖層控制實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)研究。研制了課程實(shí)驗(yàn)裝備，開(kāi)發(fā)了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，改進(jìn)了考核方式及評(píng)價(jià)，優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)方法，在教學(xué)設(shè)計(jì)上突出了以學(xué)生為中心，強(qiáng)化了學(xué)生動(dòng)手能力和語(yǔ)言表達(dá)能力，有效助力了課程目標(biāo)的達(dá)成，極大程度提升了學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力。

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[15]陳建峰，陳寶成，石振明，等.巖石力學(xué)數(shù)字實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2015，34（6）：120-123.

基金項(xiàng)目：山東省本科教學(xué)改革研究項(xiàng)目“工程教育認(rèn)證背景下采礦工程專業(yè)‘五融’實(shí)踐教學(xué)模式研究”（M2021114）；山東理工大學(xué)研究生教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目“面向礦業(yè)工程研究生的思政、美育與創(chuàng)新教育多元融合研究”（202309）；山東理工大學(xué)本科實(shí)踐教學(xué)研究與建設(shè)項(xiàng)目“工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下的多元化采礦實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)建設(shè)”（JX20200209）

作者簡(jiǎn)介：張曉君（1975－），男，漢族，遼寧北票人，博士，副教授，碩士研究生導(dǎo)師。研究方向?yàn)閹r土工程與采礦工程方面的教學(xué)。