開放共享型巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺建設(shè)

黃正均, 張 磊, 李長洪, 張 棟

(北京科技大學(xué) 土木與資源工程學(xué)院, 北京 100083)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為高校教育教學(xué)中必不可少的環(huán)節(jié),是以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神為目的。因此,建立以學(xué)生能力培養(yǎng)為核心的實(shí)驗(yàn)教學(xué)觀念,以學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)為主,課程教學(xué)為輔,面授與課下自主學(xué)習(xí)相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式,以及設(shè)備先進(jìn)、多樣,內(nèi)容全面、創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺,將全面提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平和人才綜合培養(yǎng)能力[1]。

教育部陸續(xù)發(fā)布了關(guān)于高校教學(xué)資源開放共享建設(shè)的政策指導(dǎo)和實(shí)施辦法,提出要以高校教師和學(xué)生為服務(wù)主體,同時也面向廣大社會學(xué)習(xí)人員,以量大面廣的公共基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課、核心課為重點(diǎn),推動高校優(yōu)質(zhì)課程教學(xué)資源的共建共享,形成教學(xué)資源開放共享體系,提供人才培養(yǎng)質(zhì)量[2]。作為教育資源的重要組成部分,實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的開放共享,也已在北京、廣州、上海、南京等高校相對集中的城市得以開展實(shí)施,并取得了一些成果與經(jīng)驗(yàn),其中就包括實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺建設(shè)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式創(chuàng)新等內(nèi)容[3-6]。

1 建設(shè)背景及目標(biāo)

北京科技大學(xué)“巖石力學(xué)與工程”由“礦山巖石力學(xué)”發(fā)展演變而來,一直是我校國家重點(diǎn)學(xué)科采礦工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課,現(xiàn)為我校采礦工程、土木工程、安全工程、巖土工程等專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課和核心課程,在巖石力學(xué)領(lǐng)域具有廣泛深刻的影響。幾十年來經(jīng)過專業(yè)教師的共同努力,形成了礦山工程、地下工程等領(lǐng)域的巖石力學(xué)特色,也取得了眾多重大研究成果,對巖石力學(xué)的教育教學(xué)起到了巨大的推動作用。

巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為課程不可或缺的部分,一直以來都是課程教學(xué)中非常重視和重點(diǎn)建設(shè)的內(nèi)容。其目的在于使學(xué)生將課堂學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)理論知識通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)得到及時、有效地應(yīng)用,充分鍛煉學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的動手能力,鞏固課程理論知識[7-9]。但是,由于巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)涉及相關(guān)課程多、專業(yè)多、學(xué)生人數(shù)多、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多,又面臨課內(nèi)學(xué)時緊、設(shè)備臺套數(shù)較少、實(shí)驗(yàn)室面積狹小等原因,導(dǎo)致課內(nèi)很難實(shí)現(xiàn)學(xué)生人人動手操作的要求,更不能充分體現(xiàn)我校巖石力學(xué)及實(shí)驗(yàn)在領(lǐng)域內(nèi)的優(yōu)勢及影響力。

因此,如何解決上述“四多與兩少”相沖突的問題,建設(shè)資源開放共享的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺及教學(xué)模式改革就迫在眉睫。本實(shí)驗(yàn)室通過對實(shí)驗(yàn)設(shè)備的整合、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的完善更新,以及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)、并將之進(jìn)行了全面開放共享,建成了資源開放共享的巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺,對培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神具有重要的意義。

2 硬件平臺建設(shè)

2.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作以實(shí)驗(yàn)設(shè)備為基礎(chǔ)平臺。近5年來,通過“211工程”“985工程”優(yōu)科平臺、本科教學(xué)采購等多種渠道,購置或自主研發(fā)巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備40余臺套,并整合原有設(shè)備,按照標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備、創(chuàng)新型設(shè)備、高精尖設(shè)備3種不同類型進(jìn)行分類,形成綜合、先進(jìn)的教學(xué)設(shè)備平臺,見圖1所示。

圖1 巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備平臺組成

將我院常規(guī)巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備如常規(guī)三軸試驗(yàn)機(jī)、萬能試驗(yàn)機(jī)等設(shè)備,以及我院部分高精尖巖石力學(xué)試驗(yàn)設(shè)備(如處于國際領(lǐng)先水平的MTS 815巖石力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)、PCI-2聲發(fā)射檢測儀、RLJW-2000型巖石三軸剪切流變試驗(yàn)機(jī)),整合形成了實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備平臺。其中既有純粹的教學(xué)型設(shè)備,也有眾多科研為主型設(shè)備,實(shí)現(xiàn)了設(shè)備以“教學(xué)為主、科研哺教”的綜合、共享型設(shè)備組成模式。整個平臺設(shè)備價值1 000多萬元,臺套數(shù)達(dá)50多臺套,進(jìn)一步提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備的多樣性、綜合性和先進(jìn)性。

2.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容是實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作的核心部分。在整合設(shè)備資源的同時,依托國家級精品課程“巖石力學(xué)與工程”,全面圍繞巖石各項(xiàng)物理力學(xué)性質(zhì),結(jié)合國際國內(nèi)現(xiàn)行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,不斷豐富并完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容,將全部常規(guī)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,以及大多數(shù)綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目納入平臺內(nèi)容,如圖2示。其中包括巖石密度、含(吸)水率、縱波波速、單軸抗壓強(qiáng)度、壓縮變形、劈裂抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、三軸壓縮、剛性實(shí)驗(yàn)、聲發(fā)射、直接拉伸、水理性質(zhì)、巖石流變、多場耦合實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目18項(xiàng),編寫“巖石力學(xué)與工程”實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書并定期更新,體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)技術(shù)與方法的綜合性、創(chuàng)新性和前沿性[10]。

圖2 巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容組成

3 軟件平臺建設(shè)

3.1 教學(xué)資源數(shù)字化

數(shù)字視頻化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式對傳統(tǒng)的面授式實(shí)驗(yàn)教學(xué)起到了重要補(bǔ)充作用。發(fā)展多樣化的教學(xué)形式和手段,首先要進(jìn)行的應(yīng)該就是教學(xué)內(nèi)容和過程的視頻化。依托“巖石力學(xué)與工程”國家級精品課程平臺,我們將各課程相關(guān)的巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容,全部錄制為數(shù)字化教學(xué)視頻,包括巖石密度、含吸水率、單三軸抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等物理力學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn),如圖3所示。視頻內(nèi)容既有實(shí)驗(yàn)方法講解、實(shí)驗(yàn)操作指導(dǎo)、還有學(xué)生實(shí)際操作過程,及后續(xù)數(shù)據(jù)處理等,使之與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)“面對面指導(dǎo)式”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式相結(jié)合,進(jìn)一步完善了課程體系建設(shè),形成了多樣化的教學(xué)形式[11-13]。圖4為數(shù)字化視頻截圖。

圖3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容數(shù)字化

圖4 教學(xué)內(nèi)容數(shù)字化視頻截圖

3.2 教學(xué)資源網(wǎng)絡(luò)化

為了進(jìn)一步完善課程體系以及擴(kuò)大課程的學(xué)習(xí)用戶群,將錄制的全部實(shí)驗(yàn)教學(xué)視頻上傳至學(xué)校網(wǎng)絡(luò)課程平臺,及“中國大學(xué)精品開放課程共享系統(tǒng)”——愛課程網(wǎng)站(http://www.icourses.cn/coursestatic/course_3629.html),如圖5示,實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容資源的網(wǎng)絡(luò)化[14]。不僅本院相關(guān)專業(yè)學(xué)生,甚至全校、全國所有用戶均可免費(fèi)進(jìn)行在線學(xué)習(xí),對整個巖石力學(xué)與工程的教育教學(xué)將起到極大的推動作用,同時也進(jìn)一步提高了我校在“巖石力學(xué)與工程”領(lǐng)域的影響力。

圖5 中國大學(xué)精品開放課程共享網(wǎng)站愛課程網(wǎng)課程介紹

3.3 教學(xué)資源開放共享

同時,為響應(yīng)國家、學(xué)校對高校精品教學(xué)資源的開放共享政策,將教學(xué)平臺的全部實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等相關(guān)教學(xué)資源,完全面向全校乃至全國的所有用戶進(jìn)行全時開放和共享,以建設(shè)形成資源完全開放和共享的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺。學(xué)生以及其他用戶,不僅可隨時自主學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,包括工作日的白天及晚上、周末、寒暑假等節(jié)假日期間均可自主申請各類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,以及在完成操作培訓(xùn)前提下自主使用實(shí)驗(yàn)設(shè)備。所有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目均完全開放,不僅包括課程教學(xué)部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,同時還有學(xué)生科技創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)設(shè)計、論文實(shí)驗(yàn),甚至學(xué)生科技競賽、中小學(xué)生科技夏令營等項(xiàng)目均可開放使用平臺資源[15-16]。

4 制度保障建設(shè)

此外,為了保障實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺資源開放共享的順利進(jìn)行,實(shí)驗(yàn)室結(jié)合學(xué)校、學(xué)院現(xiàn)有的管理規(guī)章制度,另外針對巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺制訂了一套較為完整的資源共享使用管理制度[9,16]。保障制度如圖6所示,其中包括開放實(shí)驗(yàn)申請、設(shè)備開放使用申請、實(shí)驗(yàn)儀器借用申請、節(jié)假日使用申請(包括設(shè)備、實(shí)驗(yàn)場地等)、實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)入和安全管理等10余條規(guī)章制度,以保障平臺資源開放共享的高效、平穩(wěn)運(yùn)行。

圖6 資源開放共享保障制度

5 平臺資源應(yīng)用

平臺資源秉承教學(xué)為先的原則,優(yōu)先服務(wù)于學(xué)院、學(xué)校采礦工程、土木工程等專業(yè)的本科生、研究生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作,累計開設(shè)本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目10項(xiàng),每年7個班級,學(xué)生人數(shù)200余人；開設(shè)研究生教學(xué)實(shí)驗(yàn)、論文實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目16項(xiàng),每年學(xué)生人數(shù)100余人；同時每年服務(wù)于學(xué)院、學(xué)校本科生科技創(chuàng)新項(xiàng)目10多項(xiàng),并取得了良好的效果。

目前現(xiàn)有注冊學(xué)習(xí)用戶1 585人,以及大量游客用戶,并可進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)答疑與課堂互動,校內(nèi)外用戶均反映良好。

將全部平臺資源全面開放后,現(xiàn)每年接受各種校內(nèi)實(shí)驗(yàn)申請100余項(xiàng),培養(yǎng)能完全獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)學(xué)生人數(shù)達(dá)70余人,以及指導(dǎo)下可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作學(xué)生人數(shù)200余人。同時,平臺資源還為多所兄弟院校的相關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了服務(wù),以及接待中小學(xué)生科技夏令營項(xiàng)目服務(wù)多次。

6 結(jié)語

通過整合北京科技大學(xué)巖石力學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備,以及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、項(xiàng)目的補(bǔ)充完善,并進(jìn)行資源數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化等措施,建立形成了較為全面、綜合,具有先進(jìn)性和創(chuàng)新性的巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺,并全面應(yīng)用于校內(nèi)相關(guān)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作,以及對校內(nèi)外所有用戶實(shí)行平臺資源全面開放共享,解決了我校巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作中的現(xiàn)存問題,推動了巖石力學(xué)教育教學(xué)的發(fā)展,促進(jìn)了人才培養(yǎng)的發(fā)展與提高,擴(kuò)大了我校在巖石力學(xué)領(lǐng)域的影響力。