基于工程案例的巖石力學知識模塊教學法初探

趙娜

摘要：巖石力學是土木工程專業的主干課程，內容龐雜。論文將課程內容整理歸類，劃分為7個知識模塊，并給出了知識模塊圖；介紹了工程案例的設計和選取原則，并對基于工程案例的巖石力學知識模塊教學法的教學過程進行了論述。通過教學方法的改革，將理論知識與工程實踐充分結合，提高了學生的學習興趣及分析問題、解決問題的能力。

關鍵詞：工程案例；巖石力學；知識模塊；教學過程

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）12-0188-02

一、引言

巖石力學作為土木工程專業的專業主干課程，其研究對象是各類工程巖體，涉及巖石工程的各個領域，課程內容龐雜，如何使學生在掌握基礎理論和巖體工程知識的同時，進一步提高分析和解決問題的能力是進行巖石力學課程改革的主要目的。目前，為了提高“巖石力學”課程的教學質量，國內許多學者對“巖石力學”的教學方法、教學內容、教學模式等進行了深入研究，如案例教學法、研究型教學法、數值仿真試驗教學法、模塊式教學法等。論文在此基礎上將授課內容劃分為若干個知識模塊，每個知識模塊通過某一工程案例引入，提高學生的學習興趣和學習的積極性。

二、知識模塊的劃分

根據巖石力學的基本內容及教學目的，可將巖石力學的知識內容劃分為基礎理論和巖體工程兩個模塊。基礎理論模塊為各個工程領域都涉及的基本的理論、實驗方法等，可分為巖石的物理力學性質、結構面的物理力學性質、巖體的物理力學性質及地應力的分布規律和測量四個子模塊。巖體工程模塊根據巖體工程類別分為地下工程、邊坡工程和地基工程三個子模塊。各模塊間邏輯關系用圖形表示如圖1。

從圖1中可以看出，將巖石力學的課程內容劃分為7個主要的知識子模塊，講授順序從上至下依次講解。巖石和結構面共同構成了巖體，巖體賦存于地殼中，由于重力及構造應力的作用，在巖體中存在地應力。基礎理論模塊的各個子模塊具有邏輯順承關系因此講授順序不能調整，而巖體工程模塊的各個子模塊相互無關聯，可以調整講授順序。

三、工程案例的設計

巖石力學課程具有較強的實踐性，與工程實際聯系緊密。不論是基礎理論的巖石、結構面、巖體的力學性質還是地下工程、邊坡工程等都是源于實踐，通過理論分析、實驗研究等總結歸納出來的。因此，通過具體工程案例引入各個知識模塊具有很大的優勢。

1.工程案例選取的基本原則。（1）工程案例的內容要與知識模塊的知識點基本相符。工程案例的內容要切中各個模塊的教學內容，與即將講授的知識點內容基本相符，才能起到提高學生學習興趣的目的，達到良好的教學效果，否者就失去了基本意義。（2）盡量選擇學生能夠所見所聞或本地區影響較大的案例，或近幾年發生的影響較大的、工程特點突出、能夠吸引學生并激發興趣的案例。以選擇符合相關教學內容并能夠調動學生的思維和積極性的工程案例作為促進教學效果提高的出發點和歸宿。

2.工程案例的設計。依據工程案例選取的基本原則，結合各知識模塊的具體內容，為每一知識模塊選取一個工程案例。如在地應力的分布規律及測量模塊，地應力主要由重力和構造應力構成，構造應力的釋放主要表現為地震。因此，根據與知識點相匹配的原則，引入眾所周知的2008年的汶川地震的工程案例。2008年汶川地震前都汶公路工程區實測地應力值高達26—27MPa，地震后都汶公路在建隧道仍然發生巖爆，實測地應力值高達20MPa，仍然存在高地應力現象，這與人們對于地震后地應力會大量釋放的認識不符。是什么原因引起的？學生被工程案例及問題深深吸引，尋求答案的好奇心被點燃，學習興趣被激發。

四、基于工程案例的巖石力學知識模塊教學法的教學過程

巖石力學知識模塊劃分后，課程知識點的邏輯關系一目了然，同時各個子模塊間既相互聯系又可自成體系。在課程講解過程中作為七個專題以工程案例的導入，將各個知識點與工程實際相結合。同時，將學生劃分為若干個學習小組，每組5—7人，各個專題（子模塊）在內容結束后，對于工程案例和知識點進行分析和討論，由教師進行概況總結，同時布置課后作業，由學生查找類似相關案例，進一步形成案例分析作為課后作業。通過案例導入、案例分析和討論、概括總結、課后案例分析作業4個環節，充分調動學生的積極性、主動性和創造性，達到舉一反三、觸類旁通的效果。

1.工程案例的導入。根據導入時間，工程案例的導入可分為課前、課中和課后三種方式。（1）課前導入。課程內容講授之前，通過工程案例創設教學情境，使學生快速將思維集中于預授新課上，以此為凝聚點，激發學生的興奮點和學習興趣。如前述的汶川地震工程實例，在知識點講授之前引入工程案例，將地震后地應力仍然較高，沒有大幅度降低的原因的問題拋出，點燃學生的好奇心，激發學生的學習興趣。（2）課中導入。在課程內容講授過程中，導入工程案例，將抽象的理論與工程實踐相結合，把學生引入工程情境，促進知識點的理解和吸收。如結構面的物理力學性質模塊，在講到結構面對巖體破壞的影響時，馬上導入邊坡沿軟弱結構面發生滑坡的工程案例，使學生對于知識點更容易理解并掌握。（3）課后導入。在課程內容全部講解之后，將工程案例引入課堂，促使學生將所學知識點進行串聯，分析工程問題，提高學生分析和解決問題的能力。如地下工程模塊，在所有知識點講述完畢后，引入工程實例，應用所學知識點分析工程并提出解決辦法，使得學生將所有知識點串聯，掌握各知識點之間的連接。工程案例以什么樣的方式，什么時間導入并不定式。要結合學生的具體情況，知識點講授的需要等，選擇合適的時間和方式導入工程案例。

2.案例分析和討論。將工程案例導入后，必須輔以分析和討論，使得知識點和工程實際充分的碰撞、結合，提高學生對知識點的理解，同時對案例導入時的學生的疑問進行解答，使得學生有恍然大悟的感覺。在此過程中，對于學生理解不夠透徹和深入的地方進一步地講解，真正做到將知識點融會貫通。

3.概括總結和布置作業。將各個知識模塊的主要內容和工程案例進行概括總結，提煉核心內容，理清其邏輯關系。并輔以一定量的課后作業，對所學內容進行鞏固和提高。

五、結論

1.對巖石力學知識模塊進行了具體劃分，通過知識模塊的劃分，將各個知識點的邏輯關系加以梳理，各個知識模塊既相互獨立又相互關聯，將復雜的知識脈絡簡單化，便于理解。

2.給出工程案例選取的基本原則及設計，將具體的工程案例融入理論教學，增強學生學習的興趣和積極性。

3.基于工程案例的巖石力學知識模塊教學法的教學設計分為案例導入、案例分析和討論、概況總結及布置課后作業四個環節。

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