加強實踐教學的“爆破工程”全過程課程考核改革探討

摘要：針對以往“爆破工程”的單一考核形式，探討并試行了該課程全過程考核方案，課程合格率達97.4%、優(yōu)良率達33.6%；通過高速攝影及數(shù)值計算手段與傳統(tǒng)實踐教學結合，加深并拓寬了實踐教學的內容；利用爆破專題設計的訓練，培養(yǎng)了學生運用基礎知識解決實際問題的能力。

關鍵詞：爆破工程；高速攝影；數(shù)值計算；課程改革

作者簡介：肖定軍（1982-），男，四川德陽人，西南科技大學環(huán)境與資源學院，講師；蒲傳金（1979-），男，四川射洪人，西南科技大學環(huán)境與資源學院，副教授。（四川 綿陽 621010）

基金項目：本文系四川省教育廳青年基金項目（項目編號：11ZB194）、四川省教育廳青年基金項目（項目編號：11zd1009）、西南科技大學實驗技術研究項目（項目編號：13syjs-18）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）32-0172-02

“爆破工程”是礦業(yè)工程學科的一門專業(yè)必修課程，采礦工程、安全工程以及交通工程均開設了這門課程。“爆破工程”課程具有很強的實踐性，[1-4]傳統(tǒng)的課程考核主要是以閉卷考試為主，學生往往為了應付考試而忽略了其實踐性強的特點。一考定終身的制度不利于學生對重要知識點的掌握，也會大大地削弱學生們學習的積極性。如何改變課程改革方式與方法，督促學生學習，加強對課程各個環(huán)節(jié)的考查，特別是對實踐環(huán)節(jié)的考查就顯得尤為重要。

一、降低期末考試比重，合理分配各個教學環(huán)節(jié)

以往“爆破工程”期末考核成績一般占總成績的70%，實驗以及其他環(huán)節(jié)僅占30%，這樣十分不利于學生對知識的全面掌握，也很容易讓學生失去對課程學習的興趣。通過對課程進行改革，增加并加強對課程的各個環(huán)節(jié)的考核，促進并督促學生進行學習，并逐步培養(yǎng)學生對課程的興趣。對課程全過程的考核主要分為以下幾個部分：隨堂測驗占總成績的10%；課后作業(yè)占總成績的10%；爆破專題設計占總成績的15%；爆破物理實驗與數(shù)值實驗占總成績的15%；期末考試占總成績的50%。在降低期末考試比重的同時，增加全過程課程各個環(huán)節(jié)的考核。

二、加強對學生基礎知識掌握情況的考核

任何一門課程考核都離不開對基本知識的考核，學生對基礎知識的掌握是否牢固，決定了其運用基本知識的能力如何。因此，在課程中適當增加隨堂測驗次數(shù)來加強對基本知識點進行考核。一方面，可以督促學生及時進行自我學習；另一方面強調基礎知識的重要性，使學生更加注重對基礎知識的掌握。近3年采礦專業(yè)的爆破課程成績得分統(tǒng)計見表1，可見在采礦工程2010級進行全過程課程改革后，學生的各項得分率有了比較明顯的提高。

三、增加專題設計，強調學生運用知識能力

“爆破工程”是一門實踐性很強的專業(yè)課程，技術、質量和安全要求很高。然而隨著學生人數(shù)的增加以及課程學時的減少，目前學生到爆破現(xiàn)場進行學習的機會幾乎沒有。為了提高學生解決實際爆破問題的能力，進行相應的爆破專題設計是十分必要的，如一些土巖爆破（露天深孔爆破、露天硐室爆破等）和城市拆除控制爆破技術等。本環(huán)節(jié)首先通過典型的案例對爆破設計方案進行詳細的講解，然后通過給定現(xiàn)場爆破的基本資料，讓學生根據(jù)基本地質資料運用所學的爆破知識進行簡單的爆破方案設計。

四、改革傳統(tǒng)實驗教學方法，提升學生對現(xiàn)象與理論知識的認識與掌握

傳統(tǒng)的“爆破工程”實驗，主要以老師演示為主，并且只能觀測到實驗結果無法觀測實驗過程，不利于學生動手能力的培養(yǎng)與對基本理論知識的理解。在傳統(tǒng)實驗基礎上將學校的高速攝影機與自制的高速攝影系統(tǒng)[5-7]相結合，在拓寬傳統(tǒng)“爆破工程”實驗基礎的同時，再現(xiàn)了整個“爆破工程”，加深學生對爆破基本理論的理解與掌握，培養(yǎng)了學生獨立自主的動手能力。

1.爆炸裂紋形成過程拍攝實例

在模型拍攝面上涂間距約為2cm的黃黑間條紋作為背景，便于觀測防彈玻璃在爆炸作用下裂紋的產(chǎn)生與發(fā)展過程，拍攝圖片如圖1所示。

從圖1可以清晰地觀察到整個爆炸裂紋產(chǎn)生的過程，首先壓應力波產(chǎn)生了徑向裂紋，隨后稀疏波產(chǎn)生了環(huán)向裂紋，并清楚地觀察到了壓縮區(qū)、破裂區(qū)的形成過程，讓學生能夠更直觀地理解爆炸應力波的作用。

2.炸藥爆轟過程拍攝實例

炸藥爆速是爆轟波的一個重要參數(shù)，它是計算其他爆轟參數(shù)的依據(jù)，反映了炸藥爆轟的性能，研究爆速對保證爆破效果、有效使用炸藥具有重要的意義。炸藥的爆轟實驗是“爆破工程”實驗的重要實驗之一，然而由于爆破實驗的不可逆性、爆轟過程的高速性以及實驗的危險性，學生很難觀察到整個過程。通過數(shù)字式高速相機可以清楚觀測到炸藥爆炸的整個過程，從而能增強學生的感性認識，如圖2所示。

五、運用ansys/ls-dyna數(shù)值軟件教學，提升學生學習興趣

數(shù)值模擬是爆炸動力學分析的一種重要技術，現(xiàn)在已經(jīng)在科學研究中得到廣泛應用，[8-12]但是由于其難度高、掌握困難，很少在教學中運用。通過已經(jīng)計算好的簡單算例，僅讓學生運用簡單后處理軟件進行基本的云圖以及時程曲線的繪制，從而降低學習軟件的難度，增加學生學習的興趣，使學生更好地理解爆破基本原理，提升了教學深度。

1.多孔爆破微差起爆實例

露天臺階爆破是露天礦山的主要爆破形式，目前露天臺階爆破主要運用微差與逐孔起爆技術，各個炮孔間通過孔間相互應力差作用來達到爆破破巖，通過數(shù)值實驗可以直觀地觀測到爆炸應力波在巖體中的傳播過程。通過課程改革學生可以利用老師提供的計算算例和必要的后處理軟件自行反復觀測爆炸的整個過程并繪制微差爆破應力云圖，如圖3所示。

2.切縫藥包爆破實例[13]

切縫藥包技術是一種重要的控制爆破技術。切縫藥包爆破的爆轟氣體在切縫處直接作用于孔壁巖體，其余部分則通過藥包間接作用于巖體，因此，切縫藥包爆破的炮孔壁壓力出現(xiàn)不均勻分布，尤其是在套管間隙處壓力發(fā)生突變，通過數(shù)值實驗可以直觀地觀測到應力在切縫處出現(xiàn)了明顯的應力集中現(xiàn)象。學生通過老師提供的計算算例，利用后處理軟件自行繪制的應力云圖如圖4所示。

六、結論

由于“爆破工程”課程是交叉學科，主要是力學與化學知識的綜合，個別學生僅僅針對考點進行復習，難免會造成對知識掌握不夠全面，在全過程改革教學中教師應該多強調基礎知識，督促學生掌握基礎知識，多對實際問題進行分析，提高學生運用基礎知識的能力。

1.加強基礎知識考核

通過全過程課程考核改革，在教學中既要以教材為本強調學生對基礎知識的掌握，扎扎實實地滲透教材的重點、難點，又要通過具體實踐解決實際問題。

2.深入課程過程考核，引導探究創(chuàng)新

通過課程的全過程考核，改變了以前單一的書面考核形式，對課程的教學各個環(huán)節(jié)都進行了針對性的考核，強調了課程教學的過程考核，引導并督促了學生的自主學習；有針對性地加強了對實踐課程的過程考核，培養(yǎng)了學生運用基礎知識解決實際問題的能力。

3.加強對實驗課程的教學與考核，進一步培養(yǎng)了學生解決實際問題的能力

“爆破工程”是實踐性很強的課程，實驗課程是考查學生是否掌握課程基礎知識的重要環(huán)節(jié)，也是培養(yǎng)學生運用基礎知識解決實際問題能力的重要環(huán)節(jié)。本次課程改革通過與傳統(tǒng)物理實驗結合，增加了數(shù)值實驗與專題設計部分，培養(yǎng)了學生動手能力，拓寬了學生的知識面。

參考文獻：

[1]徐穎.《爆破工程》課程改革[J].安徽理工大學學報（社會科學版），2005，（4）：86-88.

[2]璩世杰.搞好“工程爆破”課程教學的幾點體會[J].中國冶金教育，2001，（5）：38-40.

[3]傅菊根.《爆破工程》課程教學改革探索[J].煤礦爆破，2000，

（4）：25-28.

[4]宗琦.淺談爆破工程課程的教學改革[J].西安礦業(yè)學院學報，1999，（S1）：144-146.

[5]肖定軍，蒲傳金，張磊.高速攝影技術在《爆破工程》實驗中的應用[J].實驗科學與技術，2012，（6）：6-8.

[6]肖定軍，蒲傳金，李毅.炸藥爆速直徑效應的實驗研究[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2011，（1）：30-33.

[7]李顯寅，郭學彬，蒲傳金，等.APX-RS型高速相機在爆破方面的應用[J].爆破，2010，（2）：84-87.

[8]Zhu Z.Numerical prediction of crater blasting and bench blasting[J].International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences，2009，46（6）：1088-1096.

[9]Zhu Z，Xie H，Mohanty B.Numerical investigation of blasting-induced damage in cylindrical rocks[J].International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences，2008，45（2）：111-121.

[10]周慧琦，肖定軍，邵興隆，等.定向卸壓爆破試驗研究與數(shù)值計算[J].金屬礦山，2011，（12）：39-43.

[11]肖定軍，郭學彬，蒲傳金.爆破作用下巖體層間軟弱夾層爆腔推移規(guī)律研究[J].爆破，2010，（3）：18-21.

[12]肖定軍，郭學彬，蒲傳金，等.單孔單側護壁爆破模型試驗與數(shù)值模擬[J].爆破，2008，（3）：7-11.

[13]李顯寅，蒲傳金，肖定軍.論切縫藥包爆破的剪應力作用[J].爆破.2009，（1）：19-21.