《矿山岩石力学》实验课教学模式的探索

【摘要】分析了《矿山岩石力学》课程实验教学的现状和存在的问题,研究了产生的原因,结合教学实践,提出了实验教学改革的思路和方法,并对实验课程教学的探索进行了介绍。

【关键词】实验课 矿山岩石力学 模式

【中图分类号】G642【文献标识码】A【文章编号】1009-9646(2009)02(a)-0018-02

在教育部开展的“高等学校教学质量与教学改革工程”中将实验教学改革放到了重要的位置,实验教学质量是高校本科教学评价的重要内容之一。开展了全国高校课程教学实验室评估,促进了高校实验教学条件的改善和实验教学的改革,提高了实验课教学质量。

理论教学和实验教学是高校教学工作的主要内容,而学生综合素质和能力的培养则是现代高校实施教学的重要环节,也是高校学生培养的重要任务。过去教师和学生往往把过多的精力和时间放在理论课的学习上,把实验教学当作理论课的附属品被放到次要的地位,导致培养的学生不能适应社会发展的要求。目前,实验教学已经引起了教育部和各高等院校的重视,实验教学已作为高等学校教学工作的重要组成部分,是培养合格人才的基本教学环节,在学生能力培养和综合素质提高方面有其独特的作用,通过实验,可以培养学生的动手能力、分析和解决问题的能力、正确的思维方法和严谨的科学态度和工作作风。

《矿山岩石力学》是一门实验性较强的课程,也是采矿工程专业的一门重要的专业基础课。采用什么样的教学方法讲授这门课特别是开展好是实验课教学工作,才能激发学生的学习兴趣和热情,收到良好的教学效果,总结多年的教学实践经验,就以下几个方面谈几点见解。

1 《矿山岩石力学》课程实验教学中存在的问题

岩石力学是近代发展起来的一门应用性和实践性很强的新兴学科和边缘学科,它的应用范围涉及采矿、土木建筑、水利水电、铁道、公路、地质、地震石油、地下工程、海洋工程等众多的与岩石工程相关的工程领域。一方面,岩石力学是上述工程领域的理论基础;另一方面,正是上述工程领域的实践促使了岩石力学的诞生和发展。《矿山岩石力学》

是使采矿从工艺向科学转变的一座桥梁,由于其理论较为复杂,并受到客观条件的限制,很多的理论很难在实践中得以广泛应用,必须借助相关实验得以补充和完善,这就是的实验教学的重要性,但是在《矿山岩石力学》实验教学过程中还存在很多的问题,主要表现在:

1.1 实验课学时偏少

这也是大多数专业课程实验课程教学的常见问题。近年来随着教学体系的改革,大大压缩了专业课学时数,而专业方向的新知识、新概念的不断增加和发展又使得专业课教学内容有增无减。由于专业课实验教学一直从属于课堂理论教学,因此,首先压缩的是实验课的学时数。如我校采矿工程专业的“矿山岩石力学”的学时数由原来的48学时,压缩为30学时,其中实验课的学时数由原来的8学时压减为4学时,仅占总学时数的13.3%。如果没有一定学时数的保证,专业课实验教学的改革就等于一句空话。

1.2 实验装置造价高,套数少

我校对于价值较高的实验设备基本上都是单台套,实验设备少。比如岩石力学实验中常用的刚性岩石力学实验机RMT,每台的价格都近百万元,很难购买多套用于学生实验。另外,由于这几年的招生规模的扩大,采矿工程专业原来只招收1个班,现在每年都招收5个班,这样就造成学生多、指导教师少、实验设备少的局面,为了解决这些问题,只有对实验进行分组和演示,这样难保证让学生自己设计并独立完成实验。另一方面,由于部分现代实验具有时代性和先进性,引入了一些较大型的高层次的设备,这些设备不可能让每个学生都得到充分的操作训练,由于先进设备操作规程比较规范,自动化程度高,学生反而觉得没有得到充分的锻炼,束缚了学生的思维。

1.3 实验耗材贵,实验成本相对较高

一般而言,学校对实验耗材投入都不是很充足,如果按照标准要求,每次实验课的耗材都是巨大的。岩石力学实验基本上都需要制作试件,对岩石进行切割、成型,这其中需要用到机械设备非常多,而且也需要消耗大量的一次性用品,无疑增加了很多的实验成本,学校也很难承受。

1.4 实验课考核方式不合理

由于实验课都是围绕课堂教学展开的,实验教学的从属地位,考核时注重课堂内容的学习,造成学生重理论轻实验的倾向,表现在上课前不预习,实验课时不积极,实验报告也是照抄别人的,实验成绩大家都一样,分不出真正的优劣,学生对实验课不重视,抱着无所谓的态度,学生的主动性得不到充分调动。

1.5 实验教学效果差

由于上述原因,专业课实验教学没有达到应有的效果,专业实验室在本科生培养中的作用没有得到充分发挥。

2 《矿山岩石力学》课程实验教学的几点探索

2.1 重视理论教学与实验教学相结合,充分发挥实验教学在人才培养中的作用

建立“理论课教师参与综合型、研究型”实验课教学制度,既要认识到实验的决定性,也要认识到缺乏理论指导实验的盲目性,形成“用理论指导实验,借实验深化理论”的良性循环。建立与《矿山岩石力学》理论课与实验课一体化的制度,尊重教学内在规律,杜绝实验课与理论课在时空上脱节的现象。实验课在内容和进度的安排上要确保与理论课相匹配,使二者成为有机的整体,要在实验中培养学生科学研究的兴趣和能力,多接触些工程问题,以便掌握工程测试技术和方法,拓展学生的思维空间,深入理解课堂教学内容。

2.2 将科研方法训练融入《矿山岩石力学》课程实验教学的各个环节

《矿山岩石力学》课程在采矿工程课程学习中,是一门极其重要的专业基础课,实验课不仅能够培养学生的动手能力,更重要的是培养学生的创造性思维和对相关理论的深层次领悟力。本课程实验教学中应创造条件使学生在理论教学过程中连续不断地受到科学研究的启发和教育,提早参与到专业课教师的科研活动,得到充分的科学研究训练。我们本着科学研究意识和能力训练相结合,理论科研思维与培养科研能力相结合,从多方面入手强化学生的科研素质和创新能力培养。目前科研中会经常遇到一些岩石力学方面的研究,老师可以组织引导成绩优良、学有余力的学生在课余时间参加教师的科研工作,给予学生更多的接触实际科研工作的机会,也从一定程度上缓解实验课程的压力,也能将所学知识与试件紧密结合起来;为了强化学生科研能力培养,在上专业课时,向学生开放教师科研室。学生根据自己的兴趣、志向、特长,参与教师的科研工作。这种个性化的早期科研能力训练,学生提早接触实际科研工作,萌发科研兴趣,非常有利于创新型人才的发现和培养;根据创新人才培养的更高要求,学生在完成综合性实验后写出科研论文,并对优秀论文推荐在校刊、省刊及国家刊物发表。近几年,我校采矿工程专业已有8名学生在通过参与教师科研项目,完成《矿山岩石力学》实验课程,在岩石本构、地应力、岩石断裂等方面发表了相关学术论文。

2.3 运用现代实验技术,提高实验水平

在实验教学中应提高实验技术的现代化水平,使之与工程实际应用相适应,这样有助于激发学生的学习兴趣,培养学生的动手能力,开阔其知识面,促进学生积极思维,为培养学生兴趣和创新精神创造良好的条件。实验技术手段的现代化不仅摆脱了传统实验的机械性、枯燥性和简单化,还可增强实验的趣味性、综合性和研究性,也有利于学生掌握各种现代测试方法,并了解各种方法的特性、优缺点和适用范围,提高了学生的工程素质及工程应用能力,为培养学生的创新思维奠定基础。《矿山岩石力学》的实验技术也在不断的提高,如我校购置的RMT岩石力学试验机,操作智能化,改变传统落后的操作方式,增加了很多新的岩石力学实验功能。

2.4 应用现代数值实验技术开展岩石力学实验教学

随着现代科学技术的发展,矿山与岩土工程企业对所需人才的质量也相应提高,特别是随着数字化技术的广泛应用,以及现代采矿与岩体工程科学技术的飞跃发展与进步,对采矿与岩土工程的大学生的数字化分析及其软件应用能力提出了新的要求,这也是岩石力学发展的一个新的领域,因此,在《矿山岩石力学》的理论和实验教学中必须充分体现和调整相关教学内容,积极探讨采矿与岩土工程专业的数字化分析及其软件应用能力的培养教学与实践,提升大学生的实践动手能力和创新能力。

由于数值方法以及计算机技术的发展和进步,用成熟的数值方法以及计算机程序进行岩石等材料变形与破裂过程的数值试验已经成为可能。在证明数值模拟方法及其计算机程序正确性的基础上,用该程序进行岩石变形与破裂过程的数值试验,必将为岩石力学的研究和教学起到重要的推动作用.

数值试验与数值模拟都是利用数值计算方法研究力学的各种问题,但数值模拟主要是指通过数值计算方法再现已知的现象,强调运用数值模拟的结果加深对实际试验中观测到的已知现象的解释。而数值试验则更注重于通过数值计算方法,对一些由于经费、时间等因素的制约而在实验室难以再现的未知现象进行虚拟显现,更强调运用数值试验的结果加深对未知现象的探索。在《矿山岩石力学》课程中采用数值试验,一方面可以替代部分的实验室物理试验,另一方面还可以观察到许多物理试验所不能观察到的力学现象(例如岩石破裂过程中应力场),从而使学生能够对于岩石的变形与破坏过程有更加清晰的认识,促进岩石力学的教学工作。但是,数值试验的应用并不能完全取代实验室试验,这是因为数值试验时我们仍然需要提供岩石的细观力学参数等信息,而且只有在证明数值试验方法正确的基础上才能使用它进行岩石力学的数值试验。

3 结语

采矿工程专业的学生教育,应该适应现代技术的发展,极大的培养学生的工程实践技能,我们在《矿山岩石力学》实验教学改革上的进行了一些探索,取得了良好的教学效果。要全面提高学生的实验和科研能力,思想上要重视专业实验课程在学生培养中的作用, 以创新的思路去不断改革专业课实验教学,在人才培养上的潜力必将得到有效发挥。

参考文献

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